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지하자원
지하자원(地下資源, underground resources)은 땅 속에 묻혀 있는 채취 가능하고 쓸모 있는 자원으로서 금속광물, 비금속광물, 에너지 자원 등이 있다. 광물자원(鑛物資源)이라고도 한다. 넓은 뜻으로는 토양·지하수·온천 등도 포함되지만, 좁은 뜻으로는 철·구리·납·아연·우라늄 등의 금속 광물, 석회석·고령토·형석 등의 비금속광물, 석탄·석유·천연가스 등의 에너지 자원 등이 포함된다.
지각 내에는 이러한 유용광물들이 일반적으로 희박하게 미량 포함되어 있으나, 특정한 장소에는 특정한 유용광물이 어떤 형태를 이루어 배태되어 있는데 이를 광상(鑛床)이라고 한다.
목차
개요
지하자원은 현재와 미래에 어떤 유용물질이 경제적으로 채굴될 수 있도록 농집되어 있는 부분을 말한다. 경제적으로 채굴되어 사용하는 대상이 대부분 광물 자체에 있기 때문에 지하자원을 광물자원이라고도 한다. 여기에서의 광물은 어떤 특정 광물만을 뜻하는 것이 아니라 광물의 집합체인 암석까지도 포함한 뜻으로 사용되고 있다. 하지만 넓은 의미에서 지하자원은 지열(地熱)·지하수 등의 자원까지 포함하는 개념이다.
광물자원은 다양한 기준을 통하여 분류할 수 있으나 한국지질자원연구원의 『자원총람』에서는 그 사용 용도에 따라 에너지자원·철강산업원료자원·기초금속자원·화학공업원료자원·전자공업원료자원·내화재자원·귀금속자원·연마재자원 등 아홉 가지 항목으로 분류하고 있다. 따라서 지하자원은 아홉 가지 종류의 광물자원과 지열·지하수자원을 포함하여 모두 열 가지 항목으로 분류할 수 있다.
일반적으로 지하자원으로서의 가치 여부는 현재 경제적으로 이용될 수 있는가 하는 문제가 있으나, 장기적으로 볼 때에는 현재 가행대상(稼行對象)주 01)이 되지 않는 광상(鑛床)일지라도 장래에 유용물질을 경제적으로 채굴·처리하는 기술이 얼마나 발전할 수 있겠는가에 기초를 두어 다루어지게 된다. 따라서 자원은 새로운 지질학적 지식, 과학 및 기술의 진보, 정치와 경제의 변천에 따라 그때마다 재평가되어야 한다.
내용
에너지자원
에너지자원은 인류의 생활과 경제활동을 위해 필요한 에너지를 제공해 줄 수 있는 자원을 의미한다. 크게 석유·천연가스·석탄 등 전통 화석연료자원과 오일셰일(Oil Shale)·역청사(Tar Sand) 등 비전통 화석연료자원, 그리고 우라늄·토륨 등 핵연료자원으로 분류된다.
화석연료자원은 산업혁명 이후 현대 사회에 가장 중요한 에너지원이며, 태고의 생물이 지각층에 매장되고 연료로 변환되어 사용되는 천연자원을 총칭한다. 이는 유기화합물로써 탄소(C), 수소(H), 산소(O) 등으로 이루어져 있는 탄수화물이다. 채굴 기술의 정도와 부존 형태에 따라 전통 화석연료자원과 비전통 화석연료자원으로 분류된다.
전통 화석연료자원인 석유, 천연가스, 석탄 등은 모두 난방용 연료, 생활용 연료 등으로 사용된다. 발전연료로써는 천연가스와 석탄이, 수송용 연료로써는 석유와 천연가스가 주로 사용된다.
자원의 종류에 따라 주사용처가 다르지만 구성 원소가 유사하기에 석탄액화기술(CTL, Coal To Liquid), 가스액화기술(Gas To Liquid), 석탄가스화기술(IGCC, Integrated Gasification Combine Cycle) 등을 통해 서로 형태를 바꾸어 사용하는 기술이 개발·이용되고 있다. 또 화석연료자원은 에너지를 얻기 위한 연료로 사용되지만, 석유화학공업·섬유산업 등에 공업원료로도 사용되고 있다.
한국은 동해에 천연가스층을 보유하고 있는 세계 95번째 산유국이며, 태백산맥 지역에 석탄광이 매장되어 있다. 하지만, 동해-1가스전의 천연가스 생산량은 국내 수요에 비교했을 때 미미한 양이다.
국내에 매장되어 있는 석탄은 대부분이 고생대(古生代) 말 평안계(平安系), 일명 평안누층군(平安累層群)과 중생대(中生代) 중엽의 대동계(大同系) 지층에 부존되어 있는 무연탄으로써 연소시 열량이 낮아 연료로 사용하기에 부적합하다. 따라서 한국은 석유, 천연가스, 유연탄 등 에너지 수요의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이다.
비전통 화석연료자원 중 오일셰일은 중생대 퇴적암층인 전라남도 해남군 화원반도 우항리 셰일층 내에 반고체상의 유질물(油質物)이 포함되어 있는 것이 발견되어 여러 가지 방법으로 검토되었으나, 경제성이 없는 것으로 판단되었다.
핵연료자원은 핵융합 또는 핵분열 반응을 일으켜 원자핵 속에 보유되고 있는 에너지를 방출할 수 있는 물질을 의미한다. 주로 원자력 발전의 연료로써 사용된다. 핵융합에는 중수소(D), 삼중수소(T), 리튬(Li) 등이 사용되는데, 중수소 및 삼중수소는 바다에서 다량 구할 수 있으나, 아직까지 기술상의 문제로 인하여 연구단계에 머물러 있다. 핵분열에는 주로 233, 235-우라늄(U), 239-플루토늄(Pu)을 사용하며, 238-우라늄(U)과 232-토륨(Th)을 변환시켜서 만든 것이다.
우라늄은 광석을 제련하여 우라늄 정광(U3O8) 형태로 사용된다. 국내에는 충청도 일대에서 매장이 확인되었으나, 평균 품위가 0.03% 이하인 저품위 광석으로 경제성이 없어 현재 정광 수요량 전량을 해외에서 수입하고 있는 실정이다. 토륨은 주로 사광상에서 산출되는 모나자이트(Monazite) 내에 포함되어 있는데 아직까지 기술상의 문제 때문에 핵연료로 사용되지 못하고 있다.
한꾸은 모자나이트가 부존되어 있는 국가 중 하나이다. 모자나이트광상에는 하상사광상(河床砂鑛床), 태안의 해빈사광상(海濱砂鑛床)과 해저퇴적광상 등이 있다. 하상사광상은 한강·금강·영산강·섬진강의 본류와 지류에 발달되어 있고, 해빈사광상은 동해안의 고성지구와 서해안 중부지역에 발달한다. 해저퇴적광상은 조사가 충분히 이루어지지 않았으나 자원면에서 매우 중요한 것으로 전망되고 있다. 국내 산출 모나자이트에는 토리아의 함량이 약 4∼6%이다.
철강산업원료자원
철강산업원료자원은 철강과 관련되어 합금철원료로 많이 사용되는 자원으로써 철·망간·몰리브덴·텅스텐·니켈·코발트·크롬·니오비움(콜롬비움)·베릴륨·바나듐·창연 등을 들 수 있다. 철은 인류 문명의 발전에 지대한 공헌을 한 원소로 대부분 기기의 재료로써 사용된다.
철은 적철광(Hematite), 자철광(Magnetite), 갈철광(Limonite) 등의 광석에서 채취할 수 있으며 한국의 철광석은 강원도와 충청북도에 주로 매장되어 있다. 망간은 주로 철강재의 첨자 원료로써 사용되며 연망간석(Pyrolusite), 경망간석(Psilomelane) 등의 광석에서 채취된다.
몰리브덴과 텅스텐은 합금이나 특수강의 재료로써 많이 사용되며, 두 광물자원이 같은 광상에서 산출되는 경우도 많이 존재한다. 그 밖의 니켈·코발트 등의 광물자원 역시 합금이나 고강도 자재의 중요 재료로써 사용되고 있지만, 일제강점기 말에 군수산업의 원료자원으로 개발하여 일부 생산하였거나 탐사되었을 뿐이다.
국내 철강산업은 2000년대 이후 중국의 철강 수요 급증에 따른 영향으로 활황이 유지되고 있으며, 포스코 외에 현대제철 등 제철 및 철강, 합금철 제조사들의 설비투자 증가로 관련 연료자원의 수요 및 수입 규모 또한 꾸준한 증가세가 이어지고 있다.
기초금속자원
기초금속자원에는 동·납·아연·주석 등이 있다. 이들은 합금기술과 더불어 청동기문화 시대라는 인류 문명 발달의 새로운 장을 열게 해 주었다. 동은 전성과 연성이 우수하고 전기전도도가 좋을 뿐만 아니라, 다른 금속과 쉽게 합금을 만들 수 있으므로 전선·일반 구조물의 재료·기계부품 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
적동광(Cuprite), 휘동광(Chalcocite), 반동광(Bornite) 등의 광석에서 채취된다. 2010년 기준으로 한국에 동광석이 매장되어 있기는 하지만 금광 개발의 부산물로 간헐적으로 생산될 뿐 주광종으로 개발하는 광산은 없고, 수요의 대부분을 수입에 의존하고 있다.
한국에서 납과 아연은 보통 같은 광상에서 산출된다. 납은 무기화학약품 제조·방사능 차단제 등으로 사용되며, 아연은 합금 재료 등으로 사용된다. 방연석(Galena)·백연석(Cerussite) 등은 납의 주요 광석이며, 섬아연광(Zincblende)·이극석(Hemimorphite) 등은 아연의 주요 광석이다.
한국의 납·아연광은 주로 강원도와 경상북도에 부존한다. 주석은 합금과 도금의 재료로 주로 사용되는 광물자원이며, 석석(Cassiterite)·스태나이트(Stannite) 등에서 채취된다. 국내 매장량은 극히 미미하고, 제련시설도 없기 때문에 주로 괴 또는 금속제품의 형태로 수입하고 있는 실정이다.
경금속자원
경금속자원은 알루미늄·마그네슘·티타늄 등이 있는데 모두 가볍다는 공통점을 지닌다. 이들은 주로 항공산업 또는 자동차 산업에서 높은 수요를 보이고 있다. 알루미늄은 알루미나 등이 합금 주재료로 사용되며 보크사이트(Bauxite)라는 광석에서 채취된다.
보크사이트는 국내에 부존하지 않기에 국내 수요를 수입에 의존하고 있다. 일제강점기 말에 평양 근교의 무연탄광에서 산출된 알루미나셰일, 전라남도 해남군에 있는 명반석광(明礬石鑛)에서 채굴된 명반석을 원료로 하여 알루미늄을 제련·생산하기도 하였다.
마그네슘은 경금속 합금으로서 항공기 재료와 차량부품, 그리고 내화재로 주로 이용되는 광물자원이다. 이는 주로 마그네사이트(Magnesite)라는 광석을 원료로 제련하여 추출하는데, 국내에 매장량이 존재하지 않아 수입에 의존하고 있다.
북한에는 함경남도에 마그네사이트가 매장되어 있다. 티타늄은 대부분 산화 형태로 사용되고 있으며 항공기 제작, 건축, 화학 산업, 자동차 산업 등의 소재로써 이용된다. 주로 티탄철석(Ilmenite) 광석에서 생산되는데, 국내에는 티탄철광 생산이 없기 때문에 수입에 의존하고 있다.
화학공업원료자원
인광석·유황·형석·석회석·석고·보론(Boron)·리튬(Lithium) 등은 화학공업의 원료로써 많이 사용되는 광물자원이다. 국내의 경우 석회석, 장석 등을 제외하고 전량을 수입에 의존하고 있다. 인회석은 주로 인산질 비료 생산 원료로 사용되며 유황은 화학공업의 중요 시약인 황산을 제조하는 데에 주로 사용된다.
한국은 과거 유황 수요의 전량을 해외 수입에 의존하였으나, 정유사 등에서 환경 문제로 탈황시설 설치가 의무화되면서 발생하는 황을 국내에서 사용하고 있다. 형석은 불소가스 제조나 제련 용제용으로 사용되고 있다.
석회석은 시멘트 제조의 주원료 및 제철용제 등으로 사용되며 국내에도 많은 양이 부존되어 있다. 석고는 시멘트의 원료와 석고보드의 원료로써 사용되며 천연산뿐만 아니라 부산물로도 다량 생산되고 있다. 석탄발전소에서 석회석을 투입해 탈황 작용을 시켜 부산물로 석고를 회수하기도 한다.
보론은 붕산 제조 원료이며 요업 및 유리 제조 등 다양한 분야에 사용되고 있는데, 한국에는 생산이 전무하여 수입에 의존하고 있다. 리튬은 2차전지의 원료로써 각광받는 광물자원인데 한국에서는 전량을 수입에 의존하고 있다.
전자공업원료자원
비소·운모·수은·셀레늄(Selenium)·규사·희토류·광물 등이 전자공업원료자원 분류에 속하는 광물자원이다. 이들은 각종 소자, 전지, 다이오드, 반도체를 비롯한 다양한 용도로 사용되며 사용물량은 많지 않지만 활용 범위는 확대되고 있다.
비소는 유비철광(Arsenopyrite) 등의 광석에서 채취되며 동이나 연 광체에 포함되어 있다. 고순도의 비소는 Ga-As 화합물 반도체용으로 사용된다. 운모는 절연성이 높기 때문에 전자제품의 절연체 및 화장품, 내화피복, 농자재용 등으로 사용된다. 수은은 환경문제로 인하여 사용에 제약이 많지만, 염소 제조 또는 아말감법을 통한 금 회수 공법에 사용되고 있다.
셀레늄은 주로 귀금속 함량이 많은 동을 전기 정련할 때 추출되며 태양전지, 복사기용 드럼 피복재, 안료 제조, 유기화합물 제조 등 다양한 분야에 사용된다. 동 제련의 부산물이기 때문에 셀레늄 생산은 동 제련소 가동에 큰 영향을 받는다. 한국에서는 주로 화학용으로 사용되고 있다.
규사는 규석 등과 함께 실리콘 금속의 원료로써 유리공업, 주물용을 비롯하여 전자산업 및 화학공업에 다양하게 사용되고 있다. 희토류 광물은 원자번호 57에서 71사이에 들어 있는 화학적 성질이 비슷한 15개 원소와 이트륨(Yttrium)을 통칭하는 용어로써 합금용, 요업용, 전자부품 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 국내에는 희토류 광물을 포함하고 있는 모나자이트(Monazite)가 부존되어 있다.
내화재자원
점토·규조토·석면·흑연·납석·활석 등은 요업 분야 중에서도 특히 내화재용으로 흔히 사용되며 중화학공업과 밀접한 관련을 맺고 있다. 그러나 이들 비금속자원은 산업광물로 불릴 만큼 다양한 용도에서 상호 대체관계를 가지고 사용되고 있다. 불석·규조토 등은 여과재로 수요가 증가되고 있으며, 석면 대체품으로 규회석이 사용되기도 한다.
고령토(Kaolin)·벤토나이트(Bentonite) 등의 점토류는 내화물 제조용으로 많이 사용되며, 다른 광물자원으로 대체가 가능하나 가격 면에서 우위를 가지고 있다. 특히 고령토는 한국에도 많은 양이 부존되어 있으며 도자기공업, 내화물공업, 화학공업 및 원자력의 방사선 폐수처리용 등 각종 산업의 공업용 소재로 활용되고 있다.
규조토는 내화재용과 여과재로 사용되며 포항 등지에 저품위 광산이 있다. 석면은 우수한 내열성과 산에 강하다는 것으로 인해 많이 사용되어 왔지만, 폐암을 유발한다는 판정에 따라 점차 수요가 감소하고 있다.
흑연은 전기의 양도체이며, 내고온성의 특성을 가지고 있어 다양한 산업의 재료로써 활용되고 있다. 흑연은 부존 형태와 구조에 따라 인상흑연광상(鱗狀黑鉛鑛床)과 토상흑연광상(土狀黑鉛鑛床)으로 나눌 수 있다. 인상흑연광상은 주로 경기도 및 충청남도에, 토상흑연광상은 주로 충청북도와 경상북도에 부존한다.
납석은 내화재료와 유리섬유용으로 사용되며 소량이 살충제 제조 등에 이용된다. 충청북도에서 시멘트의 부원료로 사용되어 왔다. 활석은 매우 부드럽고 전기에 절연성을 가지고 있으며, 내화성도 강하기 때문에 다방면에 걸쳐 충전재로 사용되고 있다. 한국에 매장되어 있지만 중국산 저가 활석의 등장으로 인해 극소량만 생산되고 있으며 대부분 수입에 의존하고 있다.
귀금속자원
귀금속자원은 금·은·백금과 같이 귀금속의 재료로써 사용되는 광물자원을 의미한다. 이들은 고대로부터 장식용 및 화폐로 사용되어 왔으며, 현재도 안전자산으로써 활발한 거래가 이루어지고 있다. 간혹 공업용으로 사용되기도 하지만 제품 당 사용 원단위가 개선되면서 공업용 수요는 크게 증가하지 않았다.
금은 대부분이 자연 금 상태로 산출된다. 국내산 금은 대부분 비철금속광의 부산물이나 기타 폐가전제품 등에서 회수된 것이다. 순수 금 광산에서는 소규모의 사금광에서 소량씩 생산하고 있을 뿐이다.
은은 자연 은 상태로 산출되거나 휘은석(輝銀石, Ag₂S) 등에서 채취된다. 한국에서는 전라남도 해남에 은산광산이 가행되고 있지만, 대부분 국내산 은은 주로 연광석을 제련하며 회수되는 부산물적인 성격의 것이다. 생산량의 대부분은 수출되고 있다.
백금은 귀금속의 재료뿐만 아니라 촉매나 전자공업의 재료로써도 사용된다. 자연 백금 상태로 산출되거나 스페리라이트(Sperrylite) 등의 광석에서 채취할 수 있지만 한국은 지질 조건상 백금의 생산을 기대할 수 없다. 따라서 수요의 전량을 수입에 의존하고 있다.
연마재자원
연마재자원에는 다이아몬드가 대표적이다. 다이아몬드는 높은 굴절률로 인하여 보석으로 주로 사용되지만, 높은 경도를 가지고 있기에 강옥·석류석 등의 광물자원과 함께 공업용 연마재로써 많이 사용된다. 다이아몬드는 탄소의 동소체이기 때문에 물리·화학적 공정을 통해 인공으로 제작할 수 있다.
지열·지하수자원
지열자원은 방사성 물질의 붕괴 혹은 맨틀로 인해 발생한 지각의 특정한 곳에 집적되어 있는 열에너지자원을 의미한다. 화석연료에 비해 단위 에너지 당 이산화탄소 발생이 적은 재생 가능한 에너지자원이다. 지열에너지는 냉난방, 발전 등에 사용될 수 있다.
일반적으로 깊이가 깊어질수록 온도 즉, 지열의 부존량이 높아지지만 한반도의 지질은 화산활동이 적은 비교적 안정된 상태에 있기 때문에 천부는 물론 심부에서도 고온성 지열을 기대하기 어렵다. 따라서 지열발전 등 심부지열에 대한 경제적인 사용은 미미하며, 천부지열을 직접적으로 이용한 지열 냉난방이 주로 사용되고 있다.
상대적으로 경상도 포항지역의 지열 분포가 높기 때문에, 2010년부터 포항에서 지질자원연구원 등을 중심으로 인공적으로 충분한 양의 온도경사를 만들어주는 인공저류층생성기술(EGS, Enhanced Geothermal System)에 대한 연구가 진행되고 있다.
지하수자원은 토양이나 암석의 공극에 머무르는 자연수 중에서 인류가 경제적으로 이용 가능한 물을 의미한다. 지하수자원은 가정용 식수·청소 등에 사용되는 생활용수, 논·밭 등에 공급되는 농업용수, 공장시설에 급수를 하는 공업용수, 유출수를 이용한 하천유지용수 등으로 이용되고 있다. 국내 지형의 특징이 동고서저이기 때문에 하천이 대부분 서향하는 관계로 동부 고지대에서는 지하수의 함양이, 서부 저지대에서는 배출이 이루어진다.
온천은 화산활동, 지열 등으로 인하여 온도가 높아진 지하수를 사용하는 것으로써, 국내는 비화산기원(Non-volcanic Origin)의 온천만이 존재한다. 지금까지 오색(五色)·척산(尺山)·이천(利川)·온양(溫陽)·도고(道高)·덕산(德山)·유성(儒城) 등 많은 온천이 개발되어 왔으며, 이들 온천을 이용한 관광사업도 활기를 띠고 있다.
현황
한국에서 유일한 유전인 동해-1가스전은 한국석유공사의 발표에 따르면 2370억㎥의 천연가스를 가채매장량으로 가지고 있으며, 하루 평균 5천만㎥의 천연가스와 1,000배럴의 원유를 생산하고 있다. 천연가스는 하루 34만 가구, 원유는 하루 자동차 2만 대를 운행할 수 있는 양이다.한국광물자원공사는 매년 「광업법」을 기본으로 하여 우리나라에 부존하는 광물자원의 매장량을 조사하여 『광물자원매장량현황』을 발표하고 있다.
에너지관리공단 신재생에너지센터는 매년 신재생에너지 보급 통계를 통해 신재생에너지에 대한 통계자료를 제공한다. 2012년을 기준으로 지열에너지의 사용량은 6만 5227TOE이며 총 설비용량은 12만 3240RT이다.
지하수자원의 현황은 국가지하수정보센터에서 매년 지하수 조사연보를 통해 발표하고 있다. 우리나라의 연간 지하수 이용량은 2012년을 기준으로 39억㎡/년이며, 총 용수 이용량의 약 11%를 차지하고 있다.
용도별로 살펴보면, 45%가 생활용수로, 50%가 농업용수로, 4%가 공업용수로 사용되고 있다. 연간 강우 등으로 인해 땅속으로 스며드는 지하수 함양량은 약 163억㎦/년이며, 이 중 안정적으로 이용할 수 있는 지하수 개발 가능량은 약 108억㎦/년이다.
동영상
참고자료
- 〈지하자원(地下資源)〉, 《한국민족문화대백과사전》
- 〈지하자원〉, 《위키백과》
- 〈지하자원〉, 《두산백과》
같이 보기
