석탄의 종류와 용도 (석유와 석탄의 차이)
석탄과 석유는 인류에게 가장 귀중한 천연자원입니다. 특히 석유가 이차 세계대전을 지나면서 인류의 주된 연료로 자리 잡은 것에 비해, 석탄은 고대 그리스에 기록이 남아있을 정도로 오랜 세월 인류에게 없어서는 안될 연료로 사용되어 왔습니다. 또한 신재생 에너지에 대한 관심이 폭발적인 현대에도 여전히 세계 발전량의 거의 40%를 석탄을 이용한 화력발전이 충당할 정도로 많이 사용되고 있습니다. 석탄과 석유는 단순히 고체와 액체라는 형태적 차이 외에도 많은 차이가 있는 연료입니다.
일전에 아래와 같이 '기름의 종류'라는 포스팅에서 석유 연료의 종류와 어원을 정리했었는데, 오늘은 석탄의 종류와 그 용도에 대해 한 번 정리해 보도록 하겠습니다.
I. 석탄의 생성 과정
1. 석탄의 재료
석탄은 지질시대의 육생식물이나 수생식물이 수중에 퇴적하여 매몰된 후 가열과 가압작용을 받아 변질하여 생성된 암석을 말하는 것입니다.
그러니까 각종 미생물과 플랑크톤을 비롯한 동물이 죽어서 매몰된 후 오랜 시간을 거쳐 고온과 고압을 겪으며 만들어진 석유와 비교하면 그 과정은 동일하나 석탄은 식물이 그 원료라는 것만 다를 뿐입니다.
전 세계 매장 석탄의 1/3 이상이 5억년~2억년 전인 고생대에 생성된 것으로 유럽, 북아메리카, 아시아 대륙의 석탄이 대부분 여기에 속합니다.
그 외의 것은 중생대와 신생대에 생성된 것으로 보이며 석탄이 가장 많이 생성된 시기는 고생대 말엽의 '석탄기'로 보고 있습니다.
식물은 말라죽은 후 완전히 물에 잠겨 공기와의 접촉이 차단되면 부식이 진행되지 않으면서 지압과 지열을 받으면서 석탄화가 일어납니다.
이러한 석탄화 과정에서 탄소와 수소, 산소, 질소, 황 그리고 무기물 등으로 구성된 석탄으로 변질되는데 이러한 탄화도의 진행에 따라 탄소의 함유량이 달라지게 되고 다양한 종류의 석탄이 만들어지게 됩니다.
2. 석탄의 기록
석탄에 대한 최초의 기록은 기원전 315년 그리스의 과학자 디오플라테스(Theophrastos)가 남긴 지금의 북부 이탈리아와 그리스 일부지역의 '대장간에서 연료로 사용했다'라는 기록으로, '암석 중에는 연소되는 것이 있어 금속을 녹이는데 사용할 수 있다'라고 남긴 것이 있습니다.
중국에서는 삼국시대인 4세기에 쓰여진 책에 석탄(石炭)이라는 말이 처음 등장한다고 합니다.
우리나라에서는 삼국사기에 신라 진평왕 31년(서기 609년) '모지악에서 동토암산지가 불탔다'는 기록이 있습니다.
3. 석탄의 어원
석탄의 영어 단어는 Coal [koʊl, 코울]입니다. 이 단어는 원래 고대 영어에서는 col 의 형태를 취하는데 이는 charcoal, live coal, 나무 조각 또는 다른 가연성 물질을 의미하는 게르만어 kula에서 유래하였다고 추측됩니다.
한자어로는 '돌 석石' + '숯 탄炭'으로 돌모양의 숯이라는 직관적인 조어입니다.
II. 석탄의 종류
앞서 설명한 바와 같이 석탄은 탄소 함유량에 따라 아래와 같이 여러 종류로 구분됩니다.
탄소함유량에 따른 석탄의 종류
| 종류 | 탄소함유량 (%) | 용도 | |
| 무연탄 (연기가 나지 않는 석탄) | 90% 이상 | 가정용, 공업용 | |
| 유연탄 | 역청탄 | 80~90% | 코크스, 도시가스 |
| 갈탄 | 70~80% | 연료 | |
| 아탄 | 60~70% | 연료 | |
| 이탄 | 60% 미만 | 거름이나 연탄의 원료 | |
탄소 함유량이 가장 적은 '이탄'부터 탄소함유량이 90% 이상 넘어가는 '무연탄'까지 순서대로 정리해 보겠습니다.
1. 이탄 · 泥炭 · peat
이탄은 '진흙 이泥'자를 쓴 것과 같이 석탄이라고 하기엔 형태가 흙에 가깝습니다.
수목질의 유체가 분지에 두껍게 퇴적하여 물의 존재 하에서 균류 등의 생적인 변화를 받아 분해, 변질 된 것으로 토탄(土炭)이라고도 합니다.
황갈색 또는 갈색의 퇴적물로 원식물의 조직이 육안으로도 보일 정도이며, 수분이 많고 발열량이 낮으므로 양질의 연료라고는 할 수 없습니다. 유기질을 함유하고 있으므로 비료로 사용되기도 합니다.
2. 아탄 · 亞炭 · lignite
아탄은 '버금 아亞'자를 쓰며 비로소 석탄과 비슷한 형태를 띄고 있는 물질입니다.
탄화도가 낮은 저품위 갈탄의 일종으로 학술적으로는 갈색갈탄이라고 합니다.
다량의 수분이 건조할 때에 수축하여 목질조직이 어느정도 보존되어 있어 나뭇결이 눈에 보이는 널판지 모양입니다.
일부 지방에서 연료로 사용되고 있습니다.
3. 갈탄 · 楬炭 · brown coal
갈탄은 석탄화도에 의한 석탄의 분류에서는 가장 낮은 석탄 등급에 해당하는 흑갈색의 석탄입니다.
원목의 형상·나이테·줄기 등의 조직이 육안으로 보이고, 수분·휘발분이 많은데, 전체 석탄 매장량 중에서는 45% 정도를 차지하고 있습니다.
탄소성분이 70% 정도로 낮고, 물기에 젖기 쉽고, 건조하면 가루가 되기 쉽다는 특성이 있습니다. 코크스 제조용으로 사용하기에는 어렵고 대부분 가정연료나 기타 연료로 사용되고 있습니다.
4. 역청탄 · 瀝靑炭 · bituminous coal
역청탄은 유연탄의 일종으로 흑색 또는 암흑색으로 유리 광택 또는 수지 광택이 있는 석탄으로 흑탄이라고도 합니다.
연소될 때 긴 불꽃을 내며, 특유의 악취가 나는 매연을 발생시킵니다. 탄소 함유량이 80~90%로 발열량이 8100Kcal/kg 이상으로 제철용 코크스 등으로 이용되며 최근에는 수소의 첨가, 가스화 등의 연구가 발달되어 석탄화학공업의 가장 중요한 자원입니다.
이렇게 이탄, 아탄, 갈탄 그리고 역청탄까지가 유연탄의 범주에 속하는 물질입니다.
5. 무연탄 · 無煙炭 · anthracite
무연탄은 탄화가 가장 잘 되어 연기를 내지 않고 연소하는 석탄을 말합니다.
휘발분이 3~7%로 적고 고정탄소의 함량이 90%이상으로 높아 연소 시 불꽃이 짧고 연기가 나지 않는 특징이 있습니다.
점화점이 490℃로 높아 불이 잘 붙지는 않지만 화력이 강하고 일정한 온도를 유지하면서 연소되어 가정용 연료로 주로 사용하고 있습니다.
석탄은 세계대전을 거치면서 보관과 운반이 쉬운 액체 연료의 중요성이 커지면서 석유에 밀려 가장 중요한 자원이라는 자리에서 밀려난 형세이지만 여전히 세계 발전량의 거의 40%에 이르는 양이 석탄을 이용한 화력발전으로 충당되고 있는 상황이기도 합니다.
석탄이 연소되면서 발생하는 이산화탄소, 비산재 등 각종 오염물질 등으로 많은 비난을 받고는 있지만 여전히 가장 많이 매장되어 있는 지하자원이며 가장 저렴한 연료인 것은 분명하므로 한동안 발전용 연료로서의 자리는 흔들림 없이 차지할 것으로 예상됩니다.