지구과학, 자원, 환경기술 발전, 환경오염 대처 방안

석탄의 역사와 현대에서 필요성

석탄 이야기를 하기 전에 산림/생태계 파괴 이야기를 해보도록 하지요. 요즘 지구의 허파 아마존이 사라진다라고 걱정을 하지요? 더 심한 산림 파괴가 인류에 의해서 진행되었습니다. 로마시대 때는 전쟁과 사치생활 유지를 위해서 철, 납, 귀금속 등이 필요하게 되었고, 천여 개의 목욕탕에 필요한 장작과 목탄을 위해서 산림이 파괴되었습니다. 중세 시대 때도 마찬가지였지요. 그리고 기술 수준이 낮아서 철 1kg를 만드는 데 숫 1,000kg이 필요했어요. 따라서 인류가 있는 곳에는 항상 산림이 파괴되었습니다. 이러한 산림의 파괴를 억제한 물질이 지구 상에 있습니다. 그것은 환경파괴의 주범으로 낙인찍힌 석탄입니다.

산림 파괴를 막는 석탄

석탄은 열효율이 매우 뛰어났기 때문에 산림을 파괴를 덜 시키는 에너지원으로 동서양 구분 없이 로마시대에서부터 전 세계적으로 활용되어서 산림파괴를 억제하였습니다. 사람들은 산업 혁명하면 제임스 와트의 증기기관의 발명이 산업혁명의 도화선이 되었다고 흔하게 설명을 합니다. 하지만 사실이 아닙니다. 많은 과학자 및 사회학자들은 이러한 급격한 사회변화에 대한 시발점을 단순화하자면 '증기기관'이 아닌 '석탄'에서 시작되었다고 이야기를 합니다. 폭발적으로 사회가 변화되었던 산업혁명의 시간적 흐름을 현상을 석탄활용의 시각으로 정리해봅니다.

석탄의 역사

영국 잉글랜드 지방의 석탄은 로마시대부터 “영국 지방의 최고의 돌”로 불렸고, 산업혁명이 시작된 영국에서는 중세부터 '노천광'이 있을 정도로 풍부했기 때문에, 13세기에는 헨리 3세가 석탄의 채탄 면허를 부여할 정도로, 대중화되어 활용되었지요. 영국에서 '노천광' 손쉽게 채탄되던 석탄의 수요가 증가하기 시작하면, 채탄은 점점 더 땅속 깊은 곳에서 진행되었고, 여기서 큰 문제가 하나 발생하지요. 탄광에서 홍수나 강우로 광산에 유입된 물이나 땅속의 지하수층 때문에, 석탄을 깊은 곳에서 채탄할수록, 탄광에서 많은 물을 배수를 진행할 필요가 생겼습니다. 이를 해결하기 위해서, 초기에는 광부들이 물을 양동이로 직접 퍼내는 작업을 진행하다가, 말을 활용한 배수펌프 기계가 활용되기 시작하였습니다. 17세기 중반에 에드워드 서머셋 우스터 후작은, 광산에서 배수 작업을 위해서, 석탄으로 물을 끓여 발생된 증기를 활용한 진공펌프 장치를 만들었고, 18세기 초반 토마스 세이버리는 서머셋의 펌프를 개량 특허와 함께 '광부의 친구'라는 증기 펌프를 상용화하어요. 토마스 뉴커먼 (Thomas Newcomen)의 대기압 기관(atmospere engine)은, 세이버리의 '광부의 친구'의 단점을 보완하여, 100여 군대의 광산에 채택되어 광산에서의 효과적인 배수를 위해서 가동되기 시작하였지요. 최종적으로, 제임스 와트의 증기 펌프를 개량한 '증기기관'이 발명되었으며, 이는 산업 전반에 엄청난 영향을 미치기 시작하였습니다. 즉 '영국'이라는 나라에 '석탄'자원이 풍부했고, 이 자원을 활용하기 위해서 인간이 노력하다 보니 '중기 기관＇과 '산업혁명으로 이어졌다고 볼 수 있습니다. 하지만, 석탄은 무기질이 많기 때문에 스모그 현상과 미세먼지 등의 원인이 되고 있으며, 미세먼지 이슈와 지구 온난화 문제를 해결하기 위해서는 사라져야 할 '자원'으로 여겨지고 있습니다. 현재 전 세계적으로 '탄소 중립＇을 모토로 '석탄＇의 퇴출을 당연시하고 있습니다.

석탄의 퇴출이 정말 가능할까요?

중세 시대때에 1 철 kg을 생산하기 위해서, 목탄 1000kg이 소모가 되었으나, 현대 기술의 발달로 석탄 '1kg'정도를 소비합니다. 그리고 석탄을 활용한 철을 대표로 하는 금속 제련기술은 나라를 부강하게 만들었습니다. 영국의 산업혁명이 대영제국의 번영을 이끌었고, 미국의 카네기로 대표되는 오대호 연안의 제철 기술이 현재 미국의 발전의 초석이 되었습니다. 우리나라도 경상도 해안가에 석탄을 활용한 제철산업은 현재 나라의 주력산업인 '자동차＇와 '조선＇산업의 기초가 됩니다. 자 그럼, 우리나라의 1인당 탄소 배출량이 세계 1위인지 눈치를 채셨겠지요. 우리나라에서 생산되는 막대한 양의 '자동차'와 '선박'을 생산하기 위해서, '철'이 필요하고, '철'의 생산을 위해서는 '석탄＇이 필요하기 때문에, 국민 1인당 '탄소배출량'이 1위 국가가 된 것입니다. 그렇다면, 탄소중립은 단순한 '환경 문제'가 아닌 '우리나라 주력산업의 경쟁력'과 상관성이 있는 '여러 분야'에서 신중하게 접근해야 할 이슈라는 것을 잘 아실 겁니다. 예전에 광산에서 석탄을 이룩한 산업혁명은 해상을 활용한 산업 발달로 진보하게 됩니다. 즉, 노천 석탄광산과 철광산에서 값싸게 대량으로 기계로 채굴한 후, 해상운송수단을 활용해서 해상에 건설된 발전소나 임해제철소를 활용해서 소재 생산 및 전기 생산의 가격경쟁력을 극대화했으며, 산업화를 꽃피웠던 미국(오대호 연안), 일본(기타큐슈), 한국(포항, 울산)을 거쳐서, 중국(동쪽 해안지역)으로 이러한 산업발전의 역사는 지속되고 있습니다. 현재 경제 발전을 성공시켰던 대부분의 나라에서는 이러한 전략을 그대로 취하고 있습니다.

제철소는 탄소중립 시대에 쓸모없는 시설일까?

그러지 않습니다. 제철소에서 석탄은 미래 친환경 에너지 자원인 “전기"와 “수소"를 대량 생산하며, 철광 속내의 미량의 금속 불순물은 제철소에서 “희토류”로 재생산됩니다. 또한, 철 제련 후 찌꺼기인 슬러지에서 “배터리”소재의 양극재도 대량 생산이 가능합니다. 즉, 대한민국의 현재 주력산업과 미래 주력사업의 심장부가 석탄을 활용한 “제철산업”이기에 “탄소중립”은 더욱 신중하게 접근해야 할 이슈입니다. 흥미롭게도 지금의 유렵연합도 기원은 석탄 및 철광석 채굴에 대한 조약으로 시작될 만큼 “석탄”과 “철광석”은 경제에 매우 중요한 이슈입니다. 그리고, 석탄/철강 관련 조약으로 시작된 EU가 현재는 기후변화 및 탄소중립 이슈를 선도하고 있지요. 그래서, 저는 이번 강의를 “오래된 미래 석탄”으로 강의를 이름하였습니다. 산림파괴를 막았던 석탄 기술, 경제 발전의 원동력이 되었고, 탄소중립에 필요한 “전기"와 "수소”도 석탄에 꽤 많이 의존해야 하는 아이러니가 있기 때문에, 석탄은 우리에게 “오래된 미래"인 것이지요.