[에너지단열경제]정두수 기자
<화석연료와 환경>
화석연료란 먼 옛날 지구상에 살았던 생물의 잔해에 의해 생성된 에너지 자원으로 지하에서 형성된다.
화석연료에는 석탄, 석유, 천연가스, 오일샌드 등이 있다.
화석연료의 기원과 이로 인한 환경문제 등을 분석한다.
가. 석탄
석탄은 수억 년 전 거대한 열대 밀림 지대를 이뤘던 식물의 유해가 변형된 것으로, 천연에서 고체 상태로 산출된다.
식물의 주성분은 셀룰로오스(C6H10O5)와 리그닌(C9H10O2, C10H12O3, C11H14O4)인데, 식물의 유해가 매몰되어 열과 압력을 받으면 산소, 수소 등은 서서히 빠져나가고 탄소만 남게 되는데, 이것이 단단해진 것이 석탄이다.
온도와 압력이 증가하면, 탄소의 함량과 열량은 높아지고 수분의 함량과 휘발성은 적어지면서, 매몰된 식물은 토탄, 갈탄, 역청탄, 그리고 무연탄의 순서로 바뀐다.
석탄은 전 세계 산출량의 1/3 이상이 고생대에 형성되었는데, 이 중 석탄기에 가장 많이 형성되었다.
현재 석탄은 남극을 제외한 모든 대륙에서, 그리고 약 100여 개 이상의 국가에서 채굴되고 있다.
세계에너지협의회(World Energy Council) 2010년 자료에 의하면 석탄 매장량은 미국이 가장 많아 237,295백만 톤으로 전 세계 매장량의 22.6%를 차지하며, 러시아가 157,010백만 톤(전 세계 매장량의 14.4%), 중국이 114,500백만 톤(전 세계 매장량의 12.6%), 그리고 오스트레일리아가 76,500백만 톤(전 세계매장량의 8.9%)으로 그 뒤를 잇는다.
연간 석탄 산출량은 2011년 브리티시 페트롤륨(British Petroleum) 자료에 의하면 중국이 3,240백만 톤(전 세계 산출량의 48.3%), 미국이 984.6백만 톤(전 세계 산출량의 14.8%), 그리고 인도가 569.9백만 톤(전 세계 산출량의 5.8%) 순으로 산출하고 있다.
석탄은 중국에서는 기원전 4,000년대부터 사용됐다고 알려져 있으며, 유럽에서는 11~12세기부터 사용됐다.
18세기 산업혁명 이후 보편화되면서 최고의 연료로 자리잡았다.
나. 석유
석유는 주로 따뜻한 바다에 살았던 미생물의 잔해가 열과 압력을 받아 변화된 것이다.
석유는 천연에서 액체 상태로 산출되며, 주로 탄소(83~87%), 수소(10~14%), 질소(0.1~2%), 산소(0.05~1.5%) 등으로 이루어진 탄화수소 혼합물이다.
석유는 중동지방에 가장 많이 매장되어 있다. 브리티시 페트롤륨 2005년도 자료에 의하면 중동지역 매장량은 7,420억 배럴에 이르며, 이중 사우디아라비아에만 2,500억 배럴이 매장되어 있을 것으로 추정된다.
또한 미국 에너지정보국(U.S. Energy Information Administration) 2009년 자료에 따르면, 러시아의 하루 원유 생산량은 9,934,000배럴, 사우디아라비아의 하루 원유 생산량은 9,760,000배럴, 그리고 미국의 하루 원유 생산량은 9,141,000배럴로, 세 나라의 생산량이 전 세계 원유 생산량의 34.9%를 차지한다.
반면, 2009년 하루 원유 수출량은 사우디아라비아가 7,322,000배럴로 가장 많으며, 러시아가 7,194,000배럴, 그리고 이란이 2,486,000배럴로 그 뒤를 잇는다.
석유는 램프용 기름을 대체하기 위한 목적으로 상업적으로 이용되기 시작했으며, 1859년 미국 펜실베이니아 주에서 세계 최초로 유정에서 석유를 산출했다.
그 후 증기기관 및 자동차와 트럭 등의 내연기관에 폭넓게 사용되기 시작하면서, 오늘날에는 가장 중요한 에너지원이 되었다.
다. 천연가스
천연가스는 유전이나 탄광지역의 땅에서 분출되는 자연성 탄화수소 가스로, 메탄가스나 에탄가스 등을 말한다.
천연가스는 주로 유전근처에서 석유와 함께 발견된다.
19세기와 20세기 초만 하더라도 석유와 함께 산출된 가스는 태워서 없앴지만, 오늘날에는 발전, 난방, 산업용 및 내연기관 등에 광범위하게 이용되고 있다.
라. 오일샌드
오일샌드는 모래나 점토 등에 원유가 10% 이상 함유된 것을 말한다.
오일샌드는 보통 천연 타르(10~12%), 모래나 진흙(80~85%), 그리고 수분(4~5%)으로 구성된다.
채취된 오일샌드를 고온의 증기로 압축 정제해 석유를 생산한다.
현재 기술로는 오일 샌드에 함유된 원유의 약 75%를 추출해 낼 수 있으며, 배럴당 생산비용은 70~90달러 내외로 알려져 있다.
오일샌드는 캐나다와 베네수엘라에 가장 많이 매장되어 있다.
캐나다의 경우 2007년도 원유 생산량의 44%가 오일샌드로부터 산출된 것이다.
2009년 미국지질조사국은 베네수엘라 오리노코(Orinoco) 지역의 오일샌드에 513백만 배럴의 원유가 포함되어 있다고 추정했다.
오일샌드 사용은 기원전 40,000년까지 거슬러 올라간다. 역청이 당시 네안데르탈인이 사용한 석기에 부착되어 발견된다.
미국 에너지정보국의 2007년도 자료에 의하면 전 세계 에너지 자원 중 화석연료의 비율은 86.4%에 이르는 것으로 추정된다.
이중 석유가 36%, 석탄이 27.4%, 그리고 천연가스가 23%를 차지한다.
수력발전, 원자력발전, 그리고 지열 및 태양열 등의 비화석 자원은 13.6%를 차지한다.
오늘날 화석연료는 발전소의 주 연료로 사용되고 있다.
화석은 형성되는 데 수백만 년이 걸리는 비재생 자원임에도 불구하고, 화석연료 소비율은 산업혁명 이후 계속 증가해 왔다.
<화석연료와 환경문제>
현대사회에서 화석연료는 없어서는 안 될 중요한 자원이지만, 많은 환경문제를 야기하고 있다.
첫째, 화석연료의 추출 자체가 환경을 파괴할 수 있다.
즉, 석탄의 채굴은 지하 및 지표의 자연생태계를 파괴하며, 채굴되고 버려진 암석의 잔해 또한 환경을 해친다.
또한 폐수는 하천을 오염시킨다.
석유나 천연가스 채굴 장비는 지하수를 오염시키고, 석유 이동과정 중에 발생하는 유조선 사고는 바다를 오염시킨다.
둘째, 석탄, 석유, 그리고 천연가스를 이용하는 화력발전소, 공장, 그리고 내연기관 등의 배기가스에서 배출된 이산화탄소는 대기 중에 머물러 기후변화와 지구온난화에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
오일샌드 역시 오일 생산과정에서 다량의 이산화탄소와 폐수를 발생시킨다.
지난 40만년 동안 대기 중의 이산화탄소양의 변화를 보면, 산업혁명 이후 이산화탄소양이 1800년에는 280ppmv에서 2000년에는 380ppmv로 급격히 증가했음을 보여준다.
셋째, 화석연료의 사용으로 발전소에서는 재, 수은, 셀렌, 비소 등 인간과 환경에 해로운 물질이 배출된다.
현대사회에서의 삶은 에너지와 불가분의 관계를 갖고 있으나, 에너지 사용이 늘어날수록 대기 중의 온실가스양은 점점 증가하고 이로 인해 지구의 환경과 인간의 삶이 위협받고 있다.
1970년대 석유파동 이후에는 적은 비용으로 고효율의 에너지를 얻을 수 있고 오염 물질 배출이 비교적 적은 원자력 에너지가 각광을 받았다.
하지만 체르노빌 원자력 발전소의 원자로 폭발 사고와 후쿠시마 원전 사고는 방사성 폐기물 처리 기술과 안정성의 문제를 야기시켜 원자력 에너지에 대한 회의를 품게 하였다.
1986년 체르노빌 원전 사고는 인류가 만든 최대의 재난으로, 대중에게는 끝없는 핵의 공포를, 반핵·반원전 운동가에게는 원자력 이용을 반대하는 좋은 사례가 되었다.
지진해일로 인한 일본 후쿠시마 원자력발전소의 방사능 누출(2011) 사고 또한 보다 안전하고 지속 가능한 에너지를 사용해야 한다는 경고로, 천문학적인 피해를 발생시켰다.
최근 지열, 태양열, 풍력 등을 활용한 신재생 에너지 개발, 에너지를 적게 소비하는 제품 제작을 통한 에너지 절약 및 효율 향상 기술 개발, 이산화탄소 포집 및 저장 기술 개발 등을 통해 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위한 많은 노력이 진행되고 있다.
지구환경을 감안해 2050년까지 온실가스 배출량을 현재의 절반으로 줄이려면 화석연료 사용량을 1900년 이전 수준으로 줄여야 한다.
지속 가능한 에너지를 사용해야 한다는 경고로, 천문학적인 피해를 발생시켰다.
결국 지속 가능한 에너지 생산과 소비를 위해서는 환경에 무해하고, 안전하면서도 재생이 가능한 에너지를 개발하는 데에 눈을 돌려야 한다.
그래서 오늘날 우리는 땅속에 갇힌 에너지가 아닌, 지구에서 실시간 만들어지는 에너지를 이용하려고 노력하고 있다.
태양열과 태양광이 있으며, 수력, 풍력, 파력 등이 있다. 또한 밀물과 썰물에 의해 발생하는 조력, 땅속에서 발생하는 에너지를 이용하는 지열 등도 신재생 에너지로 각광받고 있다.
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