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차례 |
제 1장 |
제 2장 |
제 3장 |
제 4장 |
제 5장 |
제 6장 |
제 7장 | |
| 자원과 환경: 지구의 선물, 그 빛과 그림자 - 제 5장 화석 연료 |
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5-1. 지구상의 생물 - 과거와 현재 5-2. 오존층의 역할과 파괴 5-3. 화석 연료의 형성 및 개발 5-4. 화석 연료의 이용 5-5. 지구 온난화 5-6. 산성비(산성 강하물) 5-7. 기타 환경 문제 5-보충 학습 5-참고문헌 5-4. 화석 연료의 이용 화석 연료는 매우 많은 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 화석 연료는 단순히 광범위하게 이용되는 것뿐만 아니라, 인간의 생존을 위해 필수불가결한 곳에 구석구석 이용된다. 만일, 지금 당장 화석 연료가 없어진다면, 대다수의 사람들은 무얼 할지도 모른 채 고통 받으며 살아갈지도 모른다. 이 단원에서는 우리가 화석연료를 어떻게 이용하고 있는지에 대해 알아보자. 5-4-1. 에너지 화석 연료는 현재 인류가 가진 가장 중요한 에너지원이다. 여기에는 발전, 난방, 및 운송수단의 연료 등 모든 형태의 에너지가 포함된다. 그림 5-4-1은 1965년부터 2015년까지 에너지원 별로 세계 에너지 소비량의 추이를 나타낸 것이다. 세계 에너지 소비량은 꾸준히 증가하여, 2015년의 에너지 소비량이 1965년도의 소비량에 비해 2.5배 증가한 것을 볼 수 있다. 조사 기간 전체에 걸쳐 석유의 소비량이 가장 많고, 그 다음이 석탄, 그리고 천연 가스 순이다. 이 셋 모두 화석 연료이므로, 최근까지도 화석 연료에 대한 에너지 의존도가 절대적으로 높다는 것을 알 수 있다. 한가지 더 눈여겨 볼 것은 최근에 이르러 재생에너지의 비율이 작기는 하지만 눈에 띌 만큼 증가해 국제 사회가 화석 연료의 대체 에너지로 재생에너지 개발에 심혈을 기울이고 있음을 짐작할 수 있다.  그림 5-4-1. 1965-2015 세계 에너지 소비량. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bp_world_energy_consumption_2016.gif 그림 5-4-2와 같이 2015년의 에너지원별 세계 에너지 소비량을 좀 더 살펴보면, 석유가 32.89%, 석탄이 29.16%, 천연가스가 23.4%로 이 셋이 다른 에너지들에 비해 압도적 비중을 차지하고 있음을 알 수 있다. 에너지 소비량 4위 수력 6.78%, 5위 원자력 4.43%를 비교해보면 확연하게 차이가 난다. 화석 연료 세 가지의 비중을 모두 합치면 전체 에너지 소비량의 85.5%를 차지한다. 우리나라의 경우 원자력의 비중을 높이려고 노력하였었고, 세계적으로는 재생에너지(renewable energy)의 사용을 위해 적극 노력하지만, 아직까지 이러한 에너지의 기여는 화석 연료에 비하면 미미한 실정이다.  그림 5-4-2. 2015 에너지원별 세계 에너지 소비량. https://oursolarenergy.com/total-solar-energy-consumption-globally/ 5-4-2. 석유로부터 얻는 제품들 화석연료는 에너지로 사용되는 것 이외에도 매우 유용한 원료 물질로 사용된다. 그 중에서도 석유를 정제하는 과정 중 또는 후, 그리고 따로 석유를 처리해서 얻는 물질을 이용해 만든 물건들은 우리 주변에 너무도 많아 일일이 헤아릴 수 없을 지경이다. 이러한 물질들을 간략히 종류별로 살펴보면, 올레핀(olefin), 각종 윤활제(lubricants), 파라핀 왁스(paraffin wax), 황 및 황산(sulfur and sulfuric acid), 타르(tar), 아스팔트(asphalt), 석유 코우크(petroleum coke), 방향족 화합물(aromatic compounds) 등이 있다. 올레핀은 알킨이라고도 하는데 우리 주변에 흔히 보이는 플라스틱 및 기타 가공품의 원료가 되는 물질이다(그림 5-4-3). 대표적인 플라스틱으로 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 있다. 윤활제에는 여러 종류가 있지만 석유로부터 만들어진 제품은 대개 기계 윤활유, 엔진 오일, 및 그리스 같은 것들이다(그림 5-4-4). 파라핀 왁스(그림 5-4-5)는 탄소 20-40개로 이루어진 화합물들로 구성된 흰색 내지 무색의 부드러운 고체로 섭씨 37도 정도가 되면 녹다. 패러핀 왁스는 윤활제, 전기절연제 및 양초의 재료로 사용된다. 황(그림 5-4-6) 및 황산은 석유로부터 황을 제거할 때 그 부산물로 얻는다. 석유로부터 황을 제거하는 이유는 석유를 연소할 때 황이 대기를 오염시켜 산성비 등 여러 환경 문제를 일으키기 때문이다. 황은 황산, 황화합물, 농약 및 비료 등의 원료로 사용된다. 타르는 밀봉제로 주로 사용되고, 아스팔트는 도로 포장 등에 이용되며. 석유 코우크는 고체 연료 등으로 사용된다. 방향족 화합물은 벤젠 고리 화합물로서, 석유로부터 얻는 것을 특별히 방향족 석유화학물질이라고 부른다. 이 것의 대표적인 것은 에폭시 수지, 나일론(그림 5-4-7), 폴리우레탄 같은 것이 있다. 1 바렐의 석유로부터 만들어지는 각종 제품들의 양을 살펴보면(그림 5-4-8), 가장 많은 비중을 차지하는 것은 휘발유로 46%를 차지하며, 그 다음은 26%의 경유 및 기타연료, 그리고 세 번째가 9%의 제트 연료임을 알 수 있다. 이들은 모두 연료로써 전체의 81%를 차지해 19%의 비연료 제품에 비해 훨씬 많은 양을 차지하는 것을 알 수 있다. 국가별 석유 소비량을 살펴보면, 세계 1위는 미국으로 2011년 기준으로 하루 약 1,884만 배럴 정도를 소비하였다. 2위는 중국으로 979만 배럴, 3위는 일본으로 446만 배럴 소비하였다. 우리나라는 10위를 차지해 같은 해 매일 223만 배럴을 소비하였다. 1인당 석유 소비량으로(그림 5-4-9)는 사우디아라비아가 세계 1위이다. 사우디아라비아는 2011년 한 사람당 년간 40배럴을 소비하였다. 2위는 카나다로 24.6 배럴, 3위는 미국으로 21.8배럴을 소비하였다. 우리나라는 같은 해 1인당 16.8배럴을 소비해 전체 4위를 차지한 반면, 전체 소비량에서 3위를 차지한 일본은 일인당 소비량에선 12.8배럴로 5위를 차지해 오히려 우리나라보다 순위가 낮았다. 이는 경제규모 차이에도 일부 기인하겠지만, 우리나라가 일본보다 에너지 사용에 있어 효율이 떨어지는 점 때문이기도 해 이 부분의 개선이 필요하다. 5-4-3. 석탄으로부터 얻는 제품들 석유와 마찬가지로 석탄으로부터도 코우크(coke), 합성 가스(syngas), 액화 연료(liquwfaction fuek), 기타 공업 첨가물 및 화합물 등 다양한 물질을 얻는다. 코우크(그림 5-4-10)은 역청탄(bitumenous coal)을 가공해서 얻는 고탄소 함유 고체로서 제철등에 환원제로 사용하는 재료이다. 이 코우크 제조 공정 중 부산물로 석탄 타르, 암모니아, 경질유, 및 석탄 개스 등을 얻기도 한다. 합성 가스는 석탄에 가스화공정을 적용하여 만들어진 일산화탄소와 수소의 혼합기체이다(그림 5-4-11). 이 합성 가스는 운송 수단의 연료 제작, 기존의 연료의 업그레이드, 및 여러 가지 화합물을 만들 때 사용된다. 특히 합성 가스의 수소는 수소 연료나 암모니아 제조 등에 사용될 수 있다. 액화(liquefaction) 연료는 석탄으로부터 만든 가솔린이나 디젤과 비슷한 합성 연료로써 앞서 설명한 합성 가스를 액화 시켜 만들거나 또는 석탄에서 직접 액화시켜 만들 수 있다. 그림 5-4-12는 석탄에서 합성한 연료와 석유에서 정제한 연료를 비교하여 보여주고 있다. 왼쪽의 것이 합성 연료인데, 황이나 기타 방향족 화합물과 같은 불순물 없이 거의 순수한 연료 화합물(등유)이기 때문에 깨끗하게 보인다.  그림 5-4-12. 합성 연료(왼쪽)과 석유 연료의 비교. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NREL_FT_diesel_vs_conventional_diesel_photo.jpg 이 밖에 석탄으로부터 매우 다양한 공업 첨가물 및 화합물들을 얻을 수 있다. 이들 대부분은 앞서 설명한 합성 가스를 재가공하여 만들어지는데, 그림 5-4-13에서 그 과정과 만들어지는 화합물의 종류를 볼 수 있다.  그림 5-4-13. 석탄으로부터 생산되는 화합물들. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coal_to_chemicals_routes_diagram.jpg 세계 석탄의 부문별 소비 비중을 보면(그림 5-4-14), 대부분의 석탄이 발전을 위해 이용됨을 알 수 있다. 소비 비중 부문별 2위는 제철 산업, 3위는 시멘트이다. 1985년부터 2015년까지의 세계 석탄 소비량은 꾸준히 증가하였다. 그런데, 이는 중국과 인도, 그 중에서도 중국의 석탄 소비량이 크게 늘었기 때문이다(그림 5-4-15). 현재 세계 1위 석탄 소비국은 중국이다, 2위는 미국, 3위는 인도이며, 우리나라는 세계 10위 석탄 소비국이다. 5-4-4. 천연 가스의 이용 천연 가스는 주로 난방이나 전력 생산에 이용되는데, 이외에도 액화가스 또는 압축가스 생산, 비료 제조, 수소 제조의 원료로서 사용된다. 액화 가스 또는 압축가스는 운송 수단의 연료로 주로 사용되며, 천연 가스는 암모니아 비료 제조에 사용된다. 전 세계 천연가스 소비량도 다른 화석 연료와 마찬 가지로 매년 늘어나는 추세이다. 2015년 기준 세계 제1의 천연 가스 소비국은 미국이다. 2위는 러시아 3위는 이란이고, 우리나라는 18위이다(그림 5-4-16). 미국에서의 부문별 천연 가스 이용량을 보면, 산업, 전기, 그리고 자동차에 비슷한 비율로 이용되고 있음을 알 수 있다(그림 5-4-17). 우리나라는 도시가스와 발전용을 비슷한 비율로 사용하고 있다.  그림 5-4-17. 미국의 부문별 천연가스 소비량. https://ourfiniteworld.com/2012/03/23/why-us-natural-gas-prices-are-so-low-are-changes-needed/ 5-5. 지구 온난화에 계속 |
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