석탄(石炭, coal)은 지질시대의 식물이 퇴적·매몰된 후 열과 압력의 작용을 받아 탄화되어 생성된 흑갈색의 가연성 퇴적암이다. 셀룰로스와 리그닌을 주성분으로 한 수목이 두껍게 쌓여 만들어진 층이 그 위의 압력에 의해 탄화되어 형성된 것으로, 주로 탄소·산소·수소·질소 등으로 구성되며 소량의 황과 회분(灰分), 수분을 함유한다. 유기물로 이루어져 있으나 약간의 무기물질도 포함하며, 유기물은 식물질이 생물학적·물리학적·화학적 과정을 거쳐 남은 집적물로서 '마세랄(maceral)'이라고 부른다.
생성 과정과 분류
석탄은 식물질이 지하에 묻혀 오랜 지질시대 동안 열과 압력의 영향을 받으며 탄화가 진행됨으로써 생성된다. 탄화 정도에 따라 토탄(peat) → 갈탄(褐炭, lignite) → 아역청탄 → 역청탄(瀝靑炭, bituminous coal) → 무연탄(無煙炭, anthracite) → 변성무연탄의 순서로 변한다. 이 중 토탄에서 아역청탄 단계까지는 속성작용에 해당하며, 그 이후는 변성작용에 해당한다. 탄화 정도의 측정에는 주로 비트리나이트의 반사율을 이용하는 방법이 널리 쓰인다.
탄화 정도에 따른 분류(coal rank)는 석탄의 휘발분·고정탄소·발열량 등을 기준으로 삼는다. 대표적인 석탄의 종류별 특징은 다음과 같다.
- 이탄·토탄: 탄화가 가장 덜 진행된 석탄으로, 광택이 없고 검은 갈색을 띠며 발열량이 적다.
- 갈탄: 탄화가 불충분한 갈색 석탄으로, 발열량이 4,000~6,000kcal/kg 수준이며 탈 때 그을음과 냄새가 많이 발생한다.
- 역청탄: 검고 광택이 있는 가장 일반적인 석탄으로, 갈탄과 무연탄의 중간 정도로 탄화되었으며 코크스 제조 및 석탄화학공업에 중요한 자원이다.
- 무연탄: 탄화 작용을 가장 많이 받아 탄소분이 90% 이상(무연탄 기준 약 91% 이상으로 언급되기도 함)인 석탄이다. 검은색을 띠고 금속광택이 있으며 단단하고, 연소 시 연기가 거의 발생하지 않는다.
또한 구성 물질에 따라 목질부에서 유래한 부식탄(humic coal)과 화분·포자 등으로 구성된 부이탄(sapropelic coal)으로 구분되며, 대부분의 석탄은 부식탄에 해당한다.
역사와 이용
석탄은 중국에서 기원전 4000년대부터 사용된 것으로 알려져 있으며, 유럽에서는 11~12세기부터 사용되기 시작하였다. 대규모 탄광 개발은 19세기 산업혁명 이후 본격화되었다.
석탄의 가장 큰 용도는 화력발전과 각종 보일러·난방용 등의 연료이다. 그 외에도 강점결성의 무연탄으로 코크스를 만들어 제철소에서 철의 정련에 사용하거나 탄소전극의 재료로 활용되며, 건류 과정을 통해 석탄가스·콜타르 등 여러 화학제품을 생산하는 데 쓰인다.
석탄은 산소를 차단한 채 1,000~1,300℃의 고온으로 가열하는 고온건류 과정을 거치면 열분해되어 대략 석탄가스 약 20%, 콜타르 약 5%, 코크스 약 70% 등으로 분해된다. 석탄가스의 주성분은 수소와 메탄이며 일산화탄소를 포함한다. 콜타르는 염료·의약품·합성섬유·합성수지 등의 원료가 되며, 코크스는 철광석을 환원시켜 선철을 만들 때의 중요한 원료로 사용된다. 500~600℃에서 건류하는 저온건류법도 있으며, 이때 얻어지는 반성코크스는 가정용 연료로 쓰인다.
매장 분포
석탄은 석유에 비해 매장량이 많고 세계 각지에 비교적 고르게 분포한다. 대표적인 산지로는 중국, 인도, 오스트레일리아, 미국, 러시아 등이 있으며, 세계 전체의 총 석탄 매장량은 약 1조 741억 톤(2020년 말 기준)으로 추정된다.
대한민국의 경우 국내에서 생산되는 석탄은 주로 무연탄이며, 역청탄(유연탄)은 국내에서 생산되지 않아 전량 수입하고 있다. 남한 지역의 석탄 총 매장량은 2010년 말 기준 약 13억 5,260만 톤, 가채 매장량은 약 4억 2,067만 톤으로 확인되었다. 주요 탄전으로는 삼척탄전, 정선탄전, 충남탄전, 문경탄전, 강릉탄전, 단양탄전 등이 있다.
한국에서의 역사적 역할
대한민국에서 본격적인 석탄산업이 개발된 것은 1953년 휴전 이후로 평가된다. 1960년대와 1970년대에는 무연탄이 가정용 연료의 핵심 역할을 하여 국민 연료 문제를 해결하였으며, 산림 보호, 고용 창출, 에너지 수입대체에 따른 외화 절약 등으로 국민경제에 크게 기여하였다. 이후 화석연료 수급 구조의 변화와 석유·천연가스의 확대에 따라 국내 석탄 생산은 크게 감소하였고, 2000년대 이후에는 많은 탄광이 폐광되면서 폐광 지역에 대한 대체산업 지원 정책이 추진되기도 하였다. 오늘날에는 직접 연소보다는 석탄화학재, 탄소재, 제철용 코크스 등의 원료로 주로 이용되고 있다.
환경적 측면
석탄은 연소 시 이산화탄소(CO₂)와 이산화황(SO₂) 등의 물질을 방출하는 화석연료로, 지구 온난화 및 대기오염 문제와 관련하여 환경적 우려가 지속적으로 제기되고 있다. 이에 따라 세계 여러 국가에서는 저탄소 에너지 전환 정책의 일환으로 석탄 사용 비중을 줄이는 추세에 있다.
이 글은 위키백과와 한국민족문화대백과사전 등 공신력 있는 자료를 바탕으로 작성되었다.
