석탄을 석유로 만드는 것이 가능한가요?

Question

북한에서는 원유를 쉽게 구할 수 없으니 석탄을 석유로 만드는 프로젝트를 하고 있다고 하더군요. 근데 기술이 발달한 우리나라나 다른 국가들은 석탄을 석유로 만드는 것을 하고 있다는 이야기를 못 들어본 거 같은데 석탄을 석유로 만드는 것이 가능한가요?

Answer 1

안녕하세요, 삐딱한파리23님. 이중철 전문가입니다.

우선 석탄을 석유로 만드는 것은 과학적으로 완전히 가능하며, 실제로 역사적으로나 현재 일부 국가에서 상업적으로 사용하고 있는 검증된 기술이랍니다. 이 기술을 '석탄 액화 기술'이라고 부르는데요, 고등학교 화학 시간에 배우는 탄소 화합물의 원리를 알면 쉽게 이해할 수 있습니다. 질문하신 내용대로 왜 북한은 이 기술에 집착하고 우리나라는 하지 않는지, 그 이유와 과학적 원리를 핵심 위주로 정리해 답변 드리겠습니다.

1. 석탄을 석유로 만드는 과학적 원리

석탄과 석유는 모두 탄소와 수소로 이루어진 화합물입니다. 차이점은 탄소와 수소의 비율인데요, 석탄은 탄소에 비해 수소가 많이 부족해서 고체 상태로 존재하고, 석유는 수소가 풍부해서 액체 상태로 존재합니다.

따라서, 석탄을 석유로 바꾸는 핵심은 석탄에 수소를 강제로 주입하는 것입니다. 여기에는 크게 두 가지 방법이 있습니다.

1) 간접 액화 기술(Fischer-Tropsch 공정):

석탄을 먼저 1000도 이상의 높은 온도에서 산소, 수증기와 반응시켜 일산화탄소와 수소로 이루어진 합성가스로 만듭니다. 이 가스를 특수한 촉매를 사용해 다시 반응시키면 석유와 똑같은 액체 연료가 유도됩니다. 현재 상업적으로 가장 신뢰받는 방식입니다.

2) 직접 액화 기술:

석탄 고분자를 높은 압력과 온도를 가해 직접 녹인 후, 촉매를 투입하고 수소 가스를 직접 결합시켜 액체로 만드는 방식입니다.

2. 왜 다른 나라들은 적극적으로 하지 않을까요?

기술이 더 발달한 대한민국이나 미국, 유럽 등의 국가들이 이 기술을 쓰지 않는 이유는 기술이 없어서가 아니라 경제성과 환경적 이유 때문입니다.

1) 엄청난 비용(경제성 부족):

석탄을 석유로 바꾸는 공장은 일반 정유공장보다 건설 비용이 몇 배나 더 많이 듭니다. 전 세계 에너지 시장의 통계적 분석에 따르면, 국제 유가가 배럴당 최소 80달러에서 100달러 이상으로 오랫동안 유지되어야 겨우 수지타산이 맞습니다. 평상시에는 그냥 석유를 수입해 쓰는 것이 훨씬 저렴합니다.

2) 심각한 환경 오염:

석탄을 가스로 바꾸고 다시 액체로 만드는 과정에서 엄청난 양의 에너지가 소비되며, 이 과정에서 발생하는 이산화탄소의 양은 일반 석유를 정제할 때보다 2배 이상 많습니다. 탄소 중립을 외치는 현대 국제 사회에서는 환경 규제 때문에 쉽게 운영하기 어렵습니다.

3. 북한과 일부 국가가 이 프로젝트를 하는 맥락

그렇다면 북한은 왜 이 기술을 개발하고 있을까요? 바로 에너지 안보 때문입니다.

북한은 국제 사회의 제재로 인해 원유 수입이 거의 차단되어 있지만, 땅속에 매장된 석탄(무연탄)은 매우 풍부합니다. 경제성이 떨어지고 환경이 오염되더라도, 군사적 목적이나 국가 생존을 위해 당장 부어 넣을 석유가 절대적으로 필요하기 때문에 효율성을 따지지 않고 석탄 액화 프로젝트에 매달리는 것입니다. 과거 제2차 세계대전 당시 전 세계로부터 석유 수입이 끊겼던 독일이나, 아파르트헤이트(인종차별정책)로 인해 국제 고립을 겪었던 남아프리카공화국이 이 기술을 세계에서 가장 적극적으로 발전시키고 상업화했던 것도 같은 맥락입니다. 현재는 석탄이 매우 풍부하고 석유 수입 의존도를 낮추려는 중국 정도가 대규모 석탄 액화 공장을 가동하고 있습니다.

정리하자면,

석탄에 수소를 더해 석유와 같은 액체 연료로 만드는 석탄 액화 기술은 과학적으로 충분히 가능한 영역입니다. 다만 다른 선진국들이 이를 적극적으로 하지 않는 이유는 수입하는 것보다 비용이 훨씬 많이 들고 이산화탄소 배출량이 막대하기 때문이며, 북한이 이 프로젝트를 고집하는 것은 경제성보다 고립된 상황에서 석유를 자체 조달해야 하는 안보적 필요성이 더 크기 때문입니다.

※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉