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석탄액화연료

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목차

1. 개요

석탄 액화 연료는 석탄을 액체 연료로 변환하는 기술로, 1913년 독일에서 처음 개발되었다. 제2차 세계 대전 중 독일은 석탄 액화 기술을 활용하여 군용 연료를 자급했으나, 전쟁 후 생산이 금지되었다. 이후 남아프리카공화국이 아파르트헤이트로 인한 경제 제재를 극복하기 위해 상업적으로 성공했으며, 2000년대 이후 고유가와 기후 변화 문제로 인해 중국을 중심으로 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 석탄 액화는 직접 액화(DCL)와 간접 액화(ICL) 방식으로 나뉘며, 경제성 및 환경 문제, 특히 온실 가스 배출이 과제이다. 대한민국은 석탄 매장량이 부족하지만, 에너지 안보를 위해 석탄 액화 기술 개발을 추진하고 있다.

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석탄액화연료
개요
유형화학 공정
목적석탄을 액체 탄화수소로 변환
상세 정보
주요 방법직접 액화 (Direct Coal Liquefaction, DCL)
간접 액화 (Indirect Coal Liquefaction, ICL)
직접 액화 (DCL)석탄에 용매를 첨가하여 고온 고압 하에서 수소화 반응을 통해 액체 연료를 생산하는 방식
대표적인 공정:
Exxon Donor Solvent process (EDS)
파일럿 플랜트
간접 액화 (ICL)석탄을 가스화하여 합성 가스(일산화탄소와 수소의 혼합물)를 만들고, 이를 촉매를 사용하여 액체 연료로 전환하는 방식
대표적인 공정:
Fischer-Tropsch 공정 (FT)
피셔-트롭슈 공정 (FT)합성 가스를 액체 탄화수소로 전환하는 화학 반응
촉매: 철, 코발트 등
석탄 가스화석탄을 고온에서 산소 및/또는 수증기와 반응시켜 합성 가스를 생산하는 공정
다양한 가스화 기술 존재:
고정층 가스화
유동층 가스화
현수층 가스화
촉매석탄 액화 반응의 효율성을 높이는 데 사용
다양한 촉매 사용:
철 촉매
몰리브덴 촉매
니켈 촉매
역사1920년대 독일에서 시작
제2차 세계 대전 중 독일에서 대규모로 사용
남아프리카 공화국 SASOL사에서 대규모 상업 플랜트 운영
장단점장점: 석탄 자원을 활용하여 액체 연료 생산 가능, 에너지 안보 강화
단점: 높은 초기 투자 비용, 환경 오염 문제 (특히 이산화탄소 배출), 기술적 복잡성
환경 문제석탄 액화 과정에서 이산화탄소 배출량이 많음
탄소 포집 및 저장 (CCS) 기술이 필요
응용수송 연료 (가솔린, 디젤)
화학 제품 원료
연구 개발석탄 액화 효율성 향상
환경 영향 감소
새로운 촉매 개발
관련 기술석탄 가스화
합성 가스
피셔-트롭슈 공정
수소화 반응
참고 문헌Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Coal Liquefaction"

2. 역사

석탄 액화 기술은 1920년대 독일 과학자들에 의해 처음 개발되어 군사적 목적으로 사용되었다.[2] 1950년 남아프리카공화국은 국영기업 사솔(Sasol)을 설립하고 공장을 준공했으며,[5] 1955년에는 처음으로 석탄액화연료를 생산했다.

1970년대 사솔은 대규모 석탄액화연료 생산 공장을 준공했다. 남아공은 석유가 나지 않아 독일에서 관련 기술을 도입해 개량했다.[6] 2005년 기준으로 사솔은 석탄으로 액체연료를 만들어 상업화에 성공한 세계 유일의 회사이며, 하루 15만 배럴 이상의 액화연료를 생산하여 남아공의 버스, 트럭, 택시 연료로 사용하고 있다. 2010년 기준으로 사솔은 세계 최고의 석탄액화기술 보유 회사이다.

1991년 11월 11일 에너지관리공단 부설 대체에너지개발센터소장 최기연 박사는 석유 대체에너지로서 석탄의 중요성과 기술개발 필요성을 강조했다.

제2차 세계 대전 기간 동안 나치 독일과 대일본 제국은 석탄은 자급할 수 있었지만, 석유는 자급할 수 없었다. 일본은 석탄 액화 기술 개발을 시도했으나, 기술 부족 및 자원 제약으로 인해 큰 성과를 거두지 못했다.

2000년대 초, 원유 가격 상승과 석유 피크[32] 이후 석유의 본격적인 고갈 및 가격 상승이 우려되어, 경제적 경쟁력이 있는 석유 대체 연료 생산 방법 중 하나로 석탄 액화가 주목받았다.

2004년 중국은 석탄 액화 연료를 자동차 연료 등으로 사용하는 사업에 향후 10년간 1000억달러를 투자할 계획이라고 발표했다. 로열더치셸 등과 관련 공장 설립에 대한 연구를 진행하기로 했으며, 중국 최대 석탄 생산업체인 선화그룹 임원은 이미 네이멍구 지역에 공장을 건설 중이라고 말했다. 중국의 석탄 보유량은 전 세계의 12%를 차지한다. 2006년 중국은 사솔의 기술 지원을 받아 네이멍구에 관련 공장을 건설하고 있으며 수년 내 최대 27개 공장을 지을 계획이다.

2008년 SK에너지는 청정 석탄 에너지 기술을 저탄소 녹색성장 추진의 전략 분야로 선정하고 개발 부서를 신설했다. 2010년 SK에너지가 대전 유성구의 기술원에 제품 생산 전 단계인 석탄 가스화 공정 파일럿 플랜트(시험 설비)를 연내에 준공하고, 본격 가동할 예정이다. 사솔과 그린콜 관련 상호 협력에도 합의했다.

2010년 기준으로 북한은 최대 비료공장인 흥남비료공장에 중국의 석탄 액화 연료를 도입해 건설 중이다. 북한에는 석유가 생산되지 않지만, 석탄이 풍부하다.

2010년 4월 중국 베이징에서 세계 석탄 액화 회의가 개최되었다.

2. 1. 초기 역사 (독일)

프리드리히 베르기우스는 1913년에 베르기우스 공정(직접 액화)을 발명했다.[7] 제1차 세계 대전 이후 이 기술을 기반으로 한 여러 공장이 독일에서 건설되었다.[13]

1920년대에는 독일의 과학자 프란츠 피셔와 한스 트롭쉬가 피셔-트롭쉬 공정(간접 액화)을 개발했다.[3]

제2차 세계 대전 동안 독일은 IG 파르벤 및 루르케미와 같은 회사들을 통해 석탄에서 파생된 합성 연료를 산업적으로 생산하기 시작했다. 전쟁 말까지 수소화 반응을 이용한 12개의 DCL(직접 액화) 공장과 피셔-트롭쉬 합성을 이용한 9개의 ICL(간접 액화) 공장이 건설되었다. 이 공장들은 1940년대 독일 항공 연료의 92%와 석유 공급량의 50% 이상을 제공했다.[2] DCL과 ICL 공장은 경쟁하기보다는 효과적으로 서로 보완했는데, 석탄 수소화 반응은 항공 및 모터를 위한 고품질 가솔린을 생산하는 반면, FT 합성은 주로 고품질 경유, 윤활유 및 왁스를 소량의 저품질 모터 가솔린과 함께 생산했기 때문이다. 또한, 독일의 많은 지역에서 유일하게 사용 가능한 석탄인 갈탄은 FT 합성에 비해 수소화 반응에 더 적합했기 때문에 DCL 공장이 더 발전했다. 전쟁 후 독일은 1945년 포츠담 회담에서 금지되어 합성 연료 생산을 포기해야 했다.[4]

나치 독일은 베르기우스 공법과 피셔-트롭쉬 공법을 통해 가솔린 및 경유 유사 연료를 합성하여 상당한 양의 군용 연료를 자급할 수 있었다. 1943년, 미국군의 타이달 웨이브 작전으로 루마니아 왕국의 플로이에슈티 유전을 잃은 후에는 인조 석유가 독일 석유 공급의 80%를 담당했지만,[33] 영국군과 미국군의 폭격으로 석탄 액화 공장이 파괴되었고, 루르 탄전과 실레지아 탄전이 연합국에 점령되면서 전쟁 말기에는 석유 공급이 붕괴되었다.

2. 2. 일본의 석탄 액화 시도와 한계

일본은 제2차 세계 대전 중 석탄 액화 기술 개발을 추진했지만, 여러 문제로 인해 상용화에 실패했다.

당시 일본 정부는 "국산 인조 석유보다 가상 적국인 미국에 석유를 의존하는 것이 더 저렴하다"고 생각하여, 독일보다 10년 이상 인조 석유 공장 건설 착수가 늦어져 자급 체제가 미비했다.[33]

개전 3년 전, "3년 안에 석유 자급률을 1%에서 100%로 끌어올린다"는 계획을 세웠지만, 1940년의 프랑스령 인도차이나 침공으로 인해 미국으로부터 고철 수입이 금지되면서 제철 능력이 대폭 저하되었다. 생산되는 철강의 대부분이 야마토급 전함과 쇼카쿠급 항공모함의 건조에 사용되었기 때문에 인조 석유 공장 건설에 충분한 강재가 배급되지 않아 충분한 수의 공장을 짓지 못하고 종전을 맞이했다.

나치 독일로부터 설계도를 도입했음에도 불구하고 평로 제철법을 사용함으로써 양질의 강재를 얻지 못했고, 공작 기계의 가공 정밀도가 나치 독일보다 낮았던 것 등이 원인이 되어, 공장에서 수소 누출, 용제 누출로 인한 화재 사고가 잇따랐다. 홋카이도 인조 석유, 남만주 철도 및 한반도에서 일부 플랜트가 가동되었지만, 인조 석유 생산량은 계획의 10분의 1에 그쳤다.

1970년대와 1980년대에 일본 기업들은 NEDOL 공정을 개발했다. 이 공정에서 석탄은 재활용 용매와 합성 철 기반 촉매와 혼합되며, 예열 후 수소(H2)가 첨가된다. 반응은 150-200 bar의 압력에서 430°C에서 465°C 사이의 온도에서 튜브형 반응기에서 진행된다. 생산된 오일은 품질이 낮아 집중적인 정제(업그레이드)가 필요했다.[14]

결과적으로 일본은 독일로부터의 기술 도입 지연, 낮은 기술 수준, 자원 부족 등의 문제에 직면했다.

2. 3. 남아프리카공화국의 상업적 성공

1950년 남아프리카공화국은 국영기업으로 사솔(Sasol)을 설립하고 공장을 준공했다.[5] 1955년 사솔은 처음으로 석탄액화연료를 생산했다. 1970년대 남아프리카공화국의 사솔(Sasol)사는 대규모 석탄액화연료 생산 공장을 준공했다. 남아공은 석유가 나지 않아, 독일에서 석탄액화연료 기술을 도입해 개량했다.[6]

남아프리카 공화국은 아파르트헤이트로 인한 경제 제재로 석유 수입이 어려워지자, 에너지 안보를 위해 석탄 액화 기술을 적극적으로 개발했다. 사솔은 피셔-트롭쉬 공정을 기반으로 석탄 액화 연료를 생산하여, 국내 연료 수요의 약 30%를 충당했다.

2005년 기준으로 사솔은 석탄으로 액체연료를 만들어 상업화에 성공한 세계에서 유일한 회사이며, 하루 15만 배럴 이상의 액화연료를 생산한다. 남아공의 버스, 트럭, 택시에 연료로 사용되고 있다. 2010년 기준으로 사솔은 세계 최고의 석탄액화기술 보유 회사이다.

1990년대 남아프리카공화국의 민주화 이후, 사솔은 국제 시장 경쟁력을 강화하기 위해 석유화학 사업에 집중하고, 천연 가스를 원유로 전환하는 가스 액화 기술(GTL)에도 주력하고 있다.

2. 4. 현대의 재조명

2000년대 이후, 원유 가격 상승과 석유 피크에 대한 우려가 커지면서 석탄 액화 기술이 다시 주목받기 시작했다.[32] 특히 기후변화 문제의 심각성이 대두되면서, 석탄 액화는 석유 의존도를 줄이기 위한 대안 중 하나로 고려되고 있다.

중국은 풍부한 석탄 매장량과 급증하는 에너지 수요를 바탕으로 석탄 액화 기술 개발 및 플랜트 건설에 적극적으로 투자하고 있다. 2004년에는 석탄 액화 연료를 자동차 연료 등으로 사용하는 사업에 향후 10년간 1000억달러를 투자할 계획이라고 발표했다.[35] 로열더치셸 등과 협력하여 석탄 액화 공장 설립 연구를 진행했으며, 2006년에는 남아프리카공화국의 사솔의 기술 지원을 받아 네이멍구에 공장을 건설하기 시작했다.[36]

SK에너지는 2008년 청정 석탄 에너지 기술을 저탄소 녹색성장 추진의 전략 분야로 선정하고 개발 부서를 신설했다. 2010년에는 대전 기술원에 석탄 가스화 공정 파일럿 플랜트(시험 설비)를 준공하고, 사솔과 협력하기로 합의했다.

이처럼 여러 국가와 기업들이 석탄 액화 기술 개발에 힘쓰고 있지만, 석탄 액화는 여전히 해결해야 할 과제가 남아있다. 석탄을 대량으로 소비하는 것에 비해 인조 석유 생산량이 적고, 이산화 탄소가 대량으로 발생한다는 점은 극복해야 할 난관이다.

3. 제조 방법

석탄 액화는 크게 직접 액화와 간접 액화 방식으로 나뉜다.[7]


  • 직접 액화(DCL, Direct Coal Liquefaction): 석탄을 분쇄하여 용제와 혼합하고 고온·고압 하에서 수소와 직접 반응시키는 방식이다. 프리드리히 베르기우스가 1913년 갈탄을 합성유로 전환하는 방법을 발명했다.[34] 수소 공여체 용매를 사용하여 석탄의 유기 구조를 파괴함으로써 중간 단계를 거치지 않고 액화한다. 고온, 고압에서 진행되며, 액체 탄화수소는 일반적으로 석탄보다 수소-탄소 몰 비율이 높기 때문에 수소화 또는 탄소 제거 공정을 거친다.[9]
  • 간접 액화(ICL, Indirect Coal Liquefaction): 석탄을 가스화하여 일산화 탄소와 수소의 혼합물인 합성 가스를 생성하고, 피셔-트롭쉬 공정을 통해 합성 가스를 액체 탄화수소로 변환한다.[8] 프란츠 피셔와 한스 트롭쉬가 1920년대 카이저 빌헬름 연구소에서 개발하였다.[3]


제2차 세계 대전 동안 독일은 석탄 액화 기술을 활용하여 IG 파르벤 및 루르케미와 같은 회사들이 합성 연료를 산업적으로 생산했다. 전쟁 말까지 수소화 반응을 이용한 12개의 DCL 공장과 피셔-트롭쉬 합성을 이용한 9개의 ICL 공장이 건설되어 독일 항공 연료의 92%와 석유 공급량의 50% 이상을 CTL이 제공했다.[2]

남아프리카 공화국은 1950년대에 자체 CTL 기술을 개발했다. 남아프리카 석탄, 석유 및 가스 공사(Sasol)는 1950년에 설립되어 외국의 석유 의존도를 줄이는 데 성공적인 방법을 제공했다.[5]

CTL 기술은 제2차 세계 대전 이후 꾸준히 개선되어 다양한 유형의 석탄을 처리할 수 있는 다양한 시스템이 개발되었다. 그러나 석탄에서 액체 연료를 생산하는 데 기반한 기업은 거의 없으며, 대부분 ICL 기술을 기반으로 한다.

미국 군은 대체 연료 사용을 장려하는 활발한 프로그램을 운영하고 있으며,[26] 석탄 액화 연료 생산은 경제적 및 안보적 이점을 가질 수 있다. 그러나 높은 탄소 발자국으로 인해, 석탄 액화 연료는 경쟁력 있는 수준으로 수명 주기 온실 가스(GHG) 배출량을 줄이는 데 상당한 어려움에 직면해 있다.

탄소 포집 및 저장 (CCS) 기술, 석탄 액화를 위한 석탄/바이오매스/천연 가스 혼합 원료, 재생 에너지로부터의 수소, 피셔-트롭쉬 공정의 강화 등 공정 개선이 필요하다.

2014년부터 미국 에너지부와 국방부는 군사 규격 액체 연료, 특히 제트 연료를 생산하기 위한 석탄 액화 분야의 새로운 연구 개발을 지원하기 위해 협력해 왔다.[27]

좁은 의미로는, 여러 방법으로 "화학적"으로 석탄을 분해하여 석유와 유사한 탄화수소유를 제조하는 것을 가리킨다. 한편, 넓은 의미로는 "물리적"으로 석탄을 미분화하여 물이나 석유와 섞어 유체화하는 것도 석탄 액화에 포함하는 경우도 있다.

3. 1. 직접 액화 (DCL)

석탄을 분쇄하여 용제와 혼합하고 고온·고압 하에서 수소와 직접 반응시켜 액체 연료를 생산하는 방법을 직접 액화(Direct Coal Liquefaction, DCL)라고 한다. 프리드리히 베르기우스가 1913년 갈탄을 합성유로 전환하는 방법을 발명하면서 개발되었다.[34][7]

직접 액화 공정에서는 수소 공여체 용매를 사용하여 석탄의 유기 구조를 파괴함으로써 중간 단계를 거치지 않고 석탄을 액체로 직접 변환한다. 이 공정은 종종 고압 및 고온에서 수행되며, 액체 탄화수소는 일반적으로 석탄보다 수소-탄소 몰 비율이 높기 때문에 수소화 또는 탄소 제거 공정을 거친다.[9]

대표적인 직접 액화 기술로는 베르기우스법(IG법)과 NEDOL법 등이 있다.[33]

3. 2. 간접 액화 (ICL)

석탄을 가스화하여 합성 가스(일산화 탄소와 수소의 혼합물)를 생성한 후, 이를 촉매 반응을 통해 액체 연료로 전환한다. 피셔-트롭쉬법, 메탄올 합성법 등이 대표적인 간접 액화 기술이다.[8]

간접 석탄 액화(ICL) 공정은 두 단계로 진행된다. 첫 번째 단계에서는 석탄이 합성 가스(CO와 H2 가스의 정제된 혼합물)로 변환된다. 두 번째 단계에서는 세 가지 주요 공정 중 하나를 사용하여 합성 가스를 경질 탄화수소로 변환한다. 피셔-트롭쉬 합성, 메탄올을 합성하여 가솔린 또는 석유화학 제품으로 전환, 그리고 메탄화가 그것이다. 피셔-트롭쉬 공정은 ICL 공정 중 가장 오래된 공정이다.[2]

메탄올 합성 공정에서는 합성 가스를 메탄올로 전환하고, 이를 다시 제올라이트 촉매를 사용하여 알케인으로 중합한다. 이 공정은 MTG("Methanol To Gasoline", 메탄올을 가솔린으로)라는 이름으로 1970년대 초 모빌(Mobil)에서 개발되었으며, 중국 산시성 진청 탄광 그룹(Jincheng Anthracite Mining Group)(JAMG)에서 시범 공장을 통해 테스트하고 있다. 이러한 메탄올 합성을 바탕으로 중국은 올레핀, MEG, DME 및 방향족 화합물과 같은 생산물을 갖는 [http://worldctx.com/documentation/coal-to-chemicals/ 석탄-화학] 산업을 발전시켰다.[18]

메탄화 반응은 합성 가스를 대체 천연 가스(SNG)로 변환한다. 노스 다코타주 뷰라에 있는 Great Plains Gasification Plant는 SNG를 하루 약 45.306999999999995억L3 생산하는 석탄-SNG 시설이며, 1984년부터 운영되어 왔다. 여러 [http://worldctx.com/documentation/coal-to-sng/ 석탄-SNG] 공장이 중국, 대한민국, 인도에서 운영 중이거나 계획 중이다.

가스화의 또 다른 응용 분야에서는 합성 가스에서 추출한 수소가 질소와 반응하여 암모니아를 생성한다. 암모니아는 이산화 탄소와 반응하여 요소를 생성한다.[19]

간접 석탄 액화 공정을 기반으로 하는 상업 공장들의 위 사례뿐만 아니라, 계획 단계 및 건설 중인 것을 포함하여 여기에 나열되지 않은 다른 많은 공장들은 가스화 기술 위원회(Gasification Technologies Council)의 세계 가스화 데이터베이스에 표로 정리되어 있다.[20]

세계(미국 외) 석탄 액화 연료 프로젝트[20][30]
프로젝트개발사위치유형생산품운영 시작
사솔 신연료 II (서부) & 사솔 신연료 III (동부)사솔(Sasol (Pty) Ltd.)남아프리카 공화국 세쿤다CTL (석탄 액화)160000BPD; 주요 생산품 가솔린 및 경질 올레핀 (알켄)1977(II)/1983(III)
선화 직접 석탄 액화 플랜트선화 그룹(Shenhua Group)중국 내몽골 어얼둬쓰CTL (직접 액화)20000BPD; 주요 생산품 디젤, 액화 석유 가스, 납사2008
이태 CTL 플랜트이태 석탄 오일 제조 유한공사(Yitai Coal Oil Manufacturing Co., Ltd.)중국 어얼둬쓰, 준거얼CTL160000ton 피셔-트롭쉬 액체2009
진청 MTG 플랜트진청 무연탄 광업 유한공사(Jincheng Anthracite Mining Co., Ltd.)중국 진청CTL300000ton MTG 공정으로 생산되는 메탄올2009
사솔 신연료사솔(Sasol (Pty) Ltd.)남아프리카 공화국 세쿤다CTL3960000Nm3/d 합성 가스 생산 능력; 피셔-트롭쉬 액체2011
산시 루안 CTL 플랜트산시 루안 유한공사(Shanxi Lu'an Co. Ltd.)중국 루안CTL160000ton 피셔-트롭쉬 액체2014
ICM 석탄 액화 플랜트몽골 산업 공사 LLC(Industrial Corporation of Mongolia LLC (ICM))몽골 투구르그 누르CTL13200000Nm3/d 합성 가스 생산 능력; 가솔린2015
이태 이리 CTL 플랜트이태 이리 에너지 유한공사(Yitai Yili Energy Co.)중국 이리CTL30000BPD 피셔-트롭쉬 액체2015
이태 어얼둬스 CTL 플랜트 2단계이태(Yitai)중국 어얼둬스, 준거얼-달루CTL46000BPD 피셔-트롭쉬 액체2016
이태 우루무치 CTL 플랜트이태(Yitai)중국 구안취안바오, 우루무치CTL46000BPD 피셔-트롭쉬 액체2016
선화 닝샤 CTL 프로젝트선화 그룹 공사 유한공사(Shenhua Group Corporation Ltd)중국 닝샤, 인촨CTL디젤 및 납사 연간 4MT2016
클린 탄소 산업클린 탄소 산업(Clean Carbon Industries)모잠비크, 테테 주폐석탄 액화65000BPD 연료2020
아르카링가 프로젝트알토나 에너지(Altona Energy)호주 남부CTL30000BPD 1단계, 45000BPD + 840MW 2단계미정


3. 3. 기타 방법

카릭 공정은 저온 탄화 공정으로, 석탄을 공기 없이 680°F에서 1380°F로 가열한다. 이 온도는 일반 콜타르보다 가벼운 탄화수소가 풍부한 콜타르를 생산하는 데 적합하다. 그러나 생성된 액체는 대부분 부산물이며, 주요 제품은 고체 형태의 무연탄 연료인 반코크스(semi-coke)이다.[2]

FMC Corporation에서 개발한 COED 공정은 4단계의 열분해를 통해 온도를 증가시키는 것과 함께 유동층을 사용한다. 열은 생성된 숯의 일부 연소로 생성된 뜨거운 가스에 의해 전달된다. 이 공정의 변형인 COGAS 공정은 숯의 가스화를 추가한다.[11] TOSCO II 오일 셰일 레토르트 공정 및 Lurgi–Ruhrgas 공정과 유사한 TOSCOAL 공정은 셰일 오일 추출에도 사용되며, 뜨거운 재활용 고체를 사용하여 열을 전달한다.[11]

열분해 및 카릭 공정의 액체 수율은 일반적으로 합성 액체 연료 생산에 실용적으로 사용하기에는 너무 낮다고 간주된다.[10] 열분해로 얻은 콜타르와 오일은 황 및 질소 화합물을 제거하는 수소화 정제를 거쳐 자동차 연료로 사용하기 위한 추가적인 처리가 필요하다.[11]

이러한 기술의 경제성은 의문시된다.[12]

다이메틸 에테르는 석탄을 가스화하여 만들 수 있는 연료 중 하나이다.

4. 경제성 및 환경 문제

석탄 액화는 경제성 문제와 환경 문제라는 두 가지 주요 쟁점을 안고 있다.
경제성 문제석탄 액화 기술의 경제성은 국제 유가에 크게 좌우된다. 2006년 월스트리트저널은 액화석탄 기술이 수익성을 확보하려면 유가가 배럴당 30~35달러 이상이어야 한다고 보도했다.[38] 남아프리카공화국의 사솔사는 국제 유가가 배럴당 16~17달러 이상이면 석탄 액화 설비가 충분히 경제성이 있다고 밝혔다.[39] 2000년대 이후 원유 가격 상승과 석유 피크[32] 우려로 석탄 액화는 석유 대체 연료로서 주목받았지만, 유가 변동에 따라 경제성이 좌우되는 경향이 있다.
환경 문제석탄 액화 공정은 가스화, 액화 반응기의 열 및 전력 생산 등으로 인해 상당량의 이산화 탄소(CO2)를 배출한다.[12] 이는 온실 가스 배출로 인위적인 지구 온난화를 유발하며,[12] 탄소 포집 및 저장 기술 없이는 문제가 더욱 심각하다.[21] 수성 가스 변환 반응이나 수증기 메탄 개질에 필요한 많은 양의 물 소비 또한 환경에 부정적이다.[12] 석탄 액화는 많은 양의 석탄을 필요로 하지만, 생산되는 인조 석유는 상대적으로 적고, 이산화탄소 배출량이 많다는 단점이 있다.

4. 1. 경제성

석탄 액화 기술의 경제성은 국제 유가에 크게 좌우된다. 2006년 8월 17일 월스트리트저널은 액화석탄 기술이 수익성을 보장받기 위해서는 유가가 적어도 배럴당 30~35달러 위에 머물러야 한다고 보도했다. 당시 유가가 70달러를 형성하고 있어 경제성이 있다고 지적했다.[38]

남아프리카 공화국의 사솔사는 국제 원유 가격이 배럴당 16~17달러 이상이면 석탄액화 설비가 충분히 경제성이 있다고 밝혔다.[39] 2017년 4월 중동산 두바이유 평균 가격은 배럴당 52.3달러였다.

2000년대 초, 원유 가격 상승과 석유 피크[32] 이후 석유의 고갈 및 가격 상승이 우려되면서, 경제적 경쟁력이 있는 석유 대체 연료 생산 방법 중 하나로 석탄 액화가 주목받았다.

1970년대 두 차례의 오일 쇼크로 1979년 원유 가격이 배럴당 50달러까지 치솟았고, 아파르트헤이트로 인해 경제 제재를 받아 석유 수입이 어려웠던 남아프리카 공화국은 석탄 액화 플랜트를 건설하여 연료를 충당하기도 했다. 하지만 1960년대 중동에서 대규모 유전이 개발되어 원유 가격이 한때 배럴당 2달러 전후로 하락하면서 석탄 액화는 잊혀져 갔다.

석탄 액화는 주로 기술적인 면보다는 비용적인 면이 문제시되어, "석유가 부족하거나 가격이 높을 때만 일시적으로 주목받아 연구·개발되지만, 부족과 가격 상승이 해소되면 잊혀져 연구·개발이 정체되는" 경향이 있었다.

4. 2. 환경 문제

석탄 액화 공정은 가스화 공정과 액화 반응기에 필요한 공정열 및 전력 발생으로 인해 상당한 양의 CO2를 배출한다. 이는 온실 가스를 배출하여 인위적인 지구 온난화에 기여할 수 있으며,[12] 특히 탄소 포집 및 저장 기술을 적용하지 않으면 더욱 그렇다.[21]

수성 가스 변환 반응이나 수증기 메탄 개질 과정에서 많은 양의 물을 사용하는 것 또한 환경에 부정적인 영향을 미친다.[12]

석탄 액화는 액화용 석탄뿐만 아니라 플랜트 가열용 석탄, 수증기 환원을 통해 수소를 제조하기 위한 석탄 등 많은 양의 석탄을 필요로 한다. 하지만 이에 비해 인조 석유는 그다지 많이 제조할 수 없고, 이산화 탄소가 대량으로 발생하는 문제점이 있다.

5. 대한민국 현황 및 전망

대한민국은 2004년 한국석유공사가 동해-1 가스전의 상업생산을 시작하면서 세계 95번째 산유국이 되었지만, 석유 수입 의존도가 높고 석탄 매장량이 제한적이다.[40] 이러한 상황에서 석탄 액화 기술은 에너지 안보를 강화하고 새로운 성장 동력을 확보하는 데 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

남아프리카공화국은 석유는 나지 않지만 석탄 매장량이 풍부하여 석탄 액화 기술을 개발했다. 1950년대부터 석탄 액화 공장을 가동하기 시작해 현재는 하루 15만 배럴의 석탄 액화유를 생산하여 자국 석유 수요의 3분의 1을 충당하고 있다.[41] 2017년 5월 현재 러시아가 일일 , 사우디아라비아가 의 원유를 생산하고 있는 것에 비하면 매우 적은 양이지만, 석유가 한 방울도 없는 나라라는 점을 감안하면 막대한 양을 생산 중이다.

하지만 석탄 액화 기술은 높은 생산 비용, 환경 문제 등의 과제를 해결해야 하며, 특히 이산화탄소 배출 저감을 위한 기술 개발 및 투자가 필요하다.

5. 1. 대한민국 현황

한국석유공사가 동해-1 가스전의 상업생산을 2004년 7월 시작하면서, 대한민국은 세계 95번째 산유국이 되었다. 하루에 천연가스 약 1.1천ton, 초경질원유 1천 배럴을 생산하며, 천연가스는 하루 34만 가구, 초경질원유는 하루 자동차 2만 대를 운행할 수 있는 분량이다. 10년 동안 천연가스 약 330만ton (약 1500억m3), 초경질원유 약 300만 배럴을 공급해 2.2조원의 수입대체효과를 거뒀다.[40]

2007년부터 한국에너지기술연구원이 석탄액화기술을 개발하기 시작했다. 한국에너지기술연구원은 2014년에 연간 100만ton 인조석유 생산시설을 건설할 계획이라고 발표했다.[42] 연간 100만ton은 하루 2만 배럴의 인조석유 생산량을 의미하며, 동해-1 가스전의 하루 1천 배럴 원유 생산량의 20배 규모이다.

5. 2. 세녹스 논란

2002년 세녹스 제조사로 유명한 지오에너지는 남아프리카공화국 사솔(Sasol)사의 석탄액화연료를 수입하여 슈퍼세녹스를 출시한다고 발표했다.[1] 제품명은 솔렉스로 정했다.[1] 석탄액화연료는 대체에너지법에 대체에너지로 규정되어 있어, 회사는 교통세가 면제될 것으로 예상하고 솔렉스를 수입했다.[1] 그러나 한국 정부는 슈퍼세녹스의 통관을 막은 채 교통세법 시행령을 개정하여 휘발유와 동일하게 세금을 부과했다.[1] 지오에너지는 솔렉스를 리터당 1000원에 판매할 계획이었으나, 법 개정으로 인해 휘발유(리터당 1340원)보다 비싸져 가격 경쟁력을 잃게 되었다.[1] 한국 정부가 솔렉스의 수입 통관을 2개월 가량 미루자, 솔렉스 제조사인 사솔사가 속한 남아프리카공화국은 국제 상거래에 어긋나는 무역 장벽이라며 반발했다.[1]

5. 3. 전망

대한민국은 석유 수입 의존도가 높고 석탄 매장량이 제한적이기 때문에, 석탄 액화 기술은 에너지 안보를 강화하고 새로운 성장 동력을 확보하는 데 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. LG경제연구소는 2010년 6월 6일 "석유 시장의 잠재적인 안전판 '비전통 석유'"라는 연구 보고서를 통해, 비전통석유를 이용하면 앞으로 증가하는 세계 석유 수요를 충분히 소화할 수 있다고 주장했다.[40] 2004년 7월 한국석유공사가 동해-1 가스전의 상업 생산을 시작하면서, 대한민국은 세계 95번째 산유국이 되었다.[40]

하지만 석탄 액화 기술은 높은 생산 비용, 환경 문제 등의 과제를 해결해야 하며, 특히 이산화탄소 배출 저감을 위한 기술 개발 및 투자가 필요하다. 남아프리카공화국은 석탄 매장량이 풍부하여 석탄 액화 기술을 개발, 1950년대부터 석탄 액화 공장을 가동하여 현재는 하루 15만 배럴의 석탄 액화유를 생산하여 자국 석유 수요 3분의 1을 충당하고 있다.[41]

한국에서는 석탄 액화 기술이 소외받다가, 2007년부터 한국에너지기술연구원이 석탄 액화 기술을 개발하기 시작했다. 한국에너지기술연구원은 2014년에 연간 100만 톤, 즉 하루 2만 배럴의 인조 석유 생산 시설을 건설할 계획이라고 발표했다.[42] 이는 동해-1 가스전의 하루 1천 배럴 원유 생산량의 20배에 달하는 규모이다.

참조

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[41] 뉴스 '[전문가 기고]국내에서 개발된 석탄액화기술 수출의 의미' 전자신문 2017-01-18
[42] 간행물 '[Cover Story] 신에너지③ 석탄액·가스화' 매경이코노미 2005-07-27


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