제가 어렸을 적에는 겨울 난방을 위해 집집마다 연탄 보일러가 있었습니다. 학교에서는 조개탄이라고 하는 석탄을 사용하여 난로를 사용하였었습니다. 현 시대의 젊은이들은 처음 들어 보는 이야기일 것입니다. 연탄이라고 하면 연탄구이가 먼저 연상되지 않을까 합니다. 연탄은 원래 가정 난방용으로 만들어진 석탄으로 만든 연료입니다. 지금은 경유를 사용하는 기름 보일러나 도시가스를 사용하는 가스 보일러로 겨울 난방을 하고 있지만 약 20여년 전에만 해도 연탄 보일러를 사용하는 가정이 한국에 상당수가 있었습니다. 가만 돌이켜 보면 10대 초반까지만 해도 아궁이라는 시설이 부엌에 있어 나무나 볏짚으로 불을 지피고 밥을 해먹고 그 열기로 온돌을 데워 따뜻하게 하루를 보내었던 기억이 있습니다. 10대 중반에 들어서서 부엌에 연탄 아궁이가 설치되고 동시에 안방과 작은방에 연탄 보일러를 설치하느라고 온돌 바닥을 뜯어 고치던 기억이 납니다. 그 연탄 아궁이는 난방 시설인 동시에 음식을 조리하는 기구로서도 그 역할을 톡톡히 하였었습니다. 무슨 소리인가 하는 분도 계실 듯 합니다. 지금은 한국의 모든 집에 가스레인지나 인덕션과 같은 열기구가 있어 손쉽게 음식을 조리할 수 있습니다. 하지만 제가 10대, 20대 시절에는 도시가 아닌 지역에서는 연탄아궁이가 지금의 가스레인지나 인덕션과 같은 열기구 기능을 담당하였었습니다. 저희 어머니께는 아마도 이 신문물에 큰 감사를 느끼지 않았을까 합니다. 부엌 살림에 일대 혁명을 불러 일으킬 정도로 놀라운 시설이기 때문입니다. 이전의 전통적인 아궁이를 사용하고 있다면 음식을 조리할 때마다 나무나 볏짚에 불을 붙여 음식을 조리하여야 했으나 이 연탄 아궁이는 연탄만 갈아 주면 24시간 내내 사용할 수가 있었기 때문에 부엌에서 살림을 도맡아 했던 우리의 어머니들께는 일대 혁명이나 마찬가지 였을 것입니다. 이렇게 겨울 난방에 혁명과도 같은 센세이션을 일으킨 석탄은 어떻게 산속이나 지하에 만들어 졌을까요? 우리 지구의 어느 지질시대에 석탄이 만들어졌을까요? 또 어떤 것이 석탄으로 변한 것일까요?
석탄은 어떻게 만들어 졌나요?
과연 석탄은 어떤 과정으로 만들어 졌을까요? 석탄은 주로 고대 식물 잔해인 유기물이 고압과 고온의 조건에서 지하에 쌓여 압력에 의해 변형되고 탄화되는 과정을 통해 형성됩니다. 1차로 우선 식물이 잔해가 쌓여야 합니다. 수백만년 전 고대 식물들이 죽어서 수면에 쌓였습니다. 이 식물 잔해는 유기물로 이루어져 있으며, 물 속에서 산소가 부족한 환경에서 쌓이게 되면 산소의 접근이 차단되어 유기물이 부패하는 것을 방지합니다. 2차로 식물 잔해가 쌓이면서 지하로 물 및 퇴적물이 채워지고 압력이 증가합니다. 이 압력은 식물 잔해를 압축하고 간극을 형성하는 데 기여합니다. 이 간극은 후에 석탄으로 변환되는 데 중요한 역할을 합니다. 3차로 간극에 쌓인 식물 잔해는 지속적으로 압력과 온도의 영향을 받습니다. 이러한 조건에서 유기물은 화학적 변화를 겪어 석탄의 형태로 변환됩니다. 이 과정을 탄화라고 합니다. 4차로 점차적으로 식물 잔해가 탄화되고 압축되면 석탄의 형태를 갖추게 됩니다. 지하에서 형성된 석탄은 층층이 쌓여 지각에 탄층을 형성합니다. 식물의 잔해인가요? 네에 식물의 잔해가 탄화되어 층층이 쌓인 것이 석탄층인 것입니다.
석탄도 종류가 다른가요?
석탄도 지질 시대에 따라 다양한 종류가 존재합니다. 이는 석탄이 형성되는 환경과 조건이 다르기 때문입니다. 먼저 우리가 가장 잘 알고 있는 무연탄(無燃炭, anthracite)은 우리나라에서 가장 많이 채굴되는 석탄이며, 고생대 석탄기와 페름기에 형성되었습니다. 탄소 함량이 90% 이상으로 연소시 연기가 발생하지 않는 탄으로 가정에서 사용하기에 품질이 매우 좋은 석탄입니다. 주로 지하 깊은 곳에서 채굴되기 때문에 생산 단가가 높은 편입니다. 다음으로 역청탄(瀝靑炭, Bituminous coal),입니다. 중생대 백악기와 신생대 제3기에 형성된 석탄으로 탄소 함량이 70~80% 정도로 무연탄보다 낮지만 휘발 성분이 많아 연소할 때 연기가 많이 납니다. 주로 제철, 시멘트, 화학공업 등의 산업용 연료로 사용됩니다. 아역청탄(亞歷靑炭, subbituminous coal)은 역청탄과 유사한 시기에 형성된 석탄으로 탄소 함량이 50~60% 정도로 역청탄보다 낮습니다. 주로 발전용 연료로 사용됩니다. 마지막으로 갈탄(褐炭, Brown Coal)은 신생대 제3기에 형성된 석탄으로 탄소함량이 40% 이하로 가장 낮습니다. 수분과 회분이 많아 연소할때 연기와 재가 많이 발생하며 발열량이 낮아 발전용 연료로는 부적합니다. 주로 가정용 연료나 산업용 연료로 사용됩니다.
석탄 사용의 폐해는 없나요?
석탄은 인간의 삶에 매우 유용한 연료이지만 이 역시도 사용에 따른 폐해가 우리의 삶에 부정적인 영향을 미치고 있습니다. 가장 큰 폐해는 석탄을 연소할 때 나오는 이산화탄소입니다. 이산화탄소는 지구의 대기 중에서 온실 효과를 일으키고 있으며, 온실 효과는 지구의 기후에 변화를 일으켜 지구 환경에 매우 큰 변화를 초래하고 있습니다. 이에 따라 한반도의 기후도 온대 기후에서 아열대성 기후로 변화를 겪고 있는 중입니다. 두번째는 대기 오염입니다. 석탄 연소시에 이산화탄소 뿐만 아니라 황, 질산가스 등의 유해한 가스를 배출하면서 대기 오염을 일으키고 동식물의 호흡기능에 악영향을 끼치고 있습니다. 또다른 세번째 폐해는 석탄 채굴에 따른 토양의 황폐화입니다. 석탄은 거의 대부분 산의 표면 아래와 지표면 아래에 있어 이를 채굴하기 위해서는 산을 뚫거나 땅을 파헤쳐야 하는 과정을 거치게 됩니다. 이 과정에서 지표면을 파괴하게 되고 이에 따라 해당 지역의 동식물 생태에 매우 나쁜 영향을 끼치고 있습니다. 또한 오염된 지하수가 지표면으로 배출되면서 채굴 장소 인근 주민의 식수를 오염시키기도 합니다.
맺음말
인간 활동에 필요한 에너지원으로서 석탄은 매우 중요합니다. 하지만 사용에 따른 부작용으로 자연을 훼손하게 되며 이는 다시 인간의 삶에 악영향을 끼치고 있습니다. 이 문제는 화석 연료인 석탄과 석유를 사용하면서 반드시 해결해야 하는 문제입니다. 사용량을 줄이는 것이 가장 나은 방법이기는 하나 지구에 인간의 숫자가 늘어나는 상황에서 사용량을 줄인다는 것은 매우 어려운 일입니다. 이러한 어려움 속에서도 사용량의 증대에 따른 부작용도 갈수록 커질 수 밖에 없는 지경이라서 어떻게 하면 환경의 훼손을 최소화 하면서 석탄을 사용할 수 있을지 많은 고민이 필요한 상태입니다.