서 론
국외 폐석탄광산 사후 활용 사례의 기술적 성과 및 한계
갱내수 지열 및 지하 열에너지 저장의 상용화와 실증
심부 지하공간을 활용한 에너지 저장의 기술적 한계
강원지역 폐석탄광산의 사후 활용 제약 요인
GIS-AHP 모델 기반 공간분석의 한계와 평가 지표 재설정
채탄법 차이에 따른 불규칙 갱도의 구조적 취약성
산성광산배수와 갱내수의 지화학적 부식 메커니즘
잔류 메탄가스(CH4) 및 자연발화 위험성
2025년 강원특별자치도 폐광지역 경제진흥 정책과 신산업 클러스터 구축
석탄 경석 규제 전면 완화와 순환경제 진입
폐광지역 경제진흥사업
폐석탄광산 다목적 활용 방안의 한계 극복과 현실적 대안
밀폐형 갱내수 지열 시스템의 적용
스마트마이닝 및 로보틱스 실증 테스트베드
이산화탄소 광물탄산화(Mineral Carbonation) 기반 지중 저장
규제 완화 기반 석탄 경석의 고부가가치 세라믹 신소재화
결 론
서 론
대한민국 산업화와 고도 경제성장을 뒷받침해 온 석탄광업은 채굴 심도 증가에 따른 생산비 상승과 채산성 악화, 에너지 소비구조의 변화, 그리고 전 세계적인 탄소중립(Net-Zero) 정책의 확산으로 인해 쇠퇴기에 접어들었다(MOTIE, 2026). 1980년대 후반 정점에 달했던 국내 석탄산업은 1989년 ｢석탄산업합리화 정책｣ 시행 이후 구조조정이 본격화되면서 전국적으로 다수의 탄광이 폐광되었다. 폐광지역의 경제적 충격을 완화하고 지역경제의 자립 기반을 마련하기 위해 1995년 ｢폐광지역 개발 지원에 관한 특별법｣(이하 폐특법)이 제정되었으며, 이후 정선군과 태백시를 중심으로 카지노 및 대규모 휴양·관광산업 등 대체산업 육성이 추진되었다(Kangwon Land, 2018).
그러나 관광 및 서비스산업 중심의 지역 전환은 단기적인 세수 확보와 지역경제 활성화에 기여하였음에도 불구하고, 기존 광업을 대체할 지속가능한 산업기반과 양질의 일자리를 창출하는 데에는 명확한 한계를 나타내었다(Lee et al., 2025). 특히 기존 광업 종사자가 축적한 기술과 경험을 새로운 산업으로 연계하기 어려운 산업구조로 인해 폐광지역의 장기적인 경제 회생을 견인하는 데 구조적인 제약이 존재하였다. 석탄산업의 쇠퇴 속에서 2024년 6월 국내 최대 규모의 태백 장성광업소가 88년간의 운영을 종료하였으며, 2025년에는 삼척 도계광업소도 최종적으로 폐광되었다(KOCOAL, 2026). 이에 따라 대한석탄공사가 운영해 온 국내 공영 탄광의 생산체계는 사실상 종료되었으며, 주요 폐광지역은 새로운 사회·경제적 전환 단계에 진입하게 되었다(MOEF, 2026). 국내 석탄산업의 쇠퇴 추세와 가동 탄광 수의 변화 과정은 Fig. 1에 나타내었다.
Fig. 1.
Trends in annual coal production and the number of operating coal mines in Korea (MOTIE, 2026).
국가 산업 전환점에서 폐광산을 단순한 복구·관리 대상이나 관광자원으로 활용하는 기존의 방식에서 벗어나, 광산이 보유한 유휴자원과 기반시설을 새로운 산업적 자산으로 전환하기 위한 기술적 접근이 요구된다. 최근에는 폐광산의 지하공간, 갱내수, 폐석 및 기존 갱도 인프라 등을 신에너지 생산과 에너지 저장, 자원순환을 위한 기반시설로 활용하려는 융복합적 접근이 국제적으로 확산되고 있다(Saigustia and Robak, 2021). 장기간의 채굴 과정에서 형성된 지하공간과 갱내수는 기존 광산 운영단계에서는 관리 대상이었으나, 에너지 전환의 관점에서는 지열, 에너지 저장 및 탄소 저장을 위한 새로운 부존자원으로 활용될 가능성이 높다.
그러나 이런 융복합 활용사례를 강원지역 폐석탄광산에 적용하기 위해서는 장기간의 채굴로 형성된 복잡한 갱도 및 공동 구조, 지질·지형적 특성, 갱내수의 수질 등 현장 고유의 제약조건을 우선적으로 규명할 필요가 있다. 폐광산이 내포한 잠재적 위해요인과 기술적 제약조건에 대한 정량적·공학적 평가가 선행되지 않을 경우, 새로운 에너지 및 자원순환 기술의 적용성과 장기적인 운영 안정성을 확보하기 어렵기 때문이다(Gangwon State, 2024).
이 논문에서는 강원지역 폐석탄광산의 활용 과정에서 고려해야 할 주요 지질공학적 및 지화학적 제약 요인을 검토하고, 이를 극복하기 위한 기술적 대응방안을 고찰하고자 한다. 또한 폐광산에 잔존하는 지하공간, 갱내수 및 광산 부산물 등의 유휴자원을 신에너지 및 자원순환 인프라로 전환하기 위한 적용 가능성을 검토함으로써, 향후 강원지역 폐석탄광산의 안전하고 지속가능한 산업적 활용을 위한 기술적 방향성을 제시하는 것을 목적으로 한다.
국외 폐석탄광산 사후 활용 사례의 기술적 성과 및 한계
국제적으로는 폐석탄광산이 보유한 지하공간, 갱내수 및 기존 갱도 인프라의 특성을 고려한 다양한 사후 활용 방안이 검토되고 있다(Lee et al., 2025). 그러나 개별 기술의 적용 가능성과 사업성은 활용 방식뿐만 아니라 대상 광산의 지질 조건, 갱도 구조 및 장기적인 지반 안정성 등에 크게 좌우된다. 국외 사례에서 확인된 기술적 성과와 한계는 향후 강원지역 폐석탄광지역에 적합한 사후 활용 모델을 선정하는 데 중요한 참고자료가 될 수 있다. 주요 국외 폐석탄광산 활용 프로젝트의 적용 현황과 기술적 특징은 Table 1에 요약하였다.
Table 1.
Overview of international post-mining utilization projects and their major technical challenges
갱내수 지열 및 지하 열에너지 저장의 상용화와 실증
폐석탄광산의 지하공간을 직접 구조적으로 개조하지 않고 침수된 갱내수가 보유한 열에너지를 활용하는 갱내수 지열(MWG, Mine Water Geothermal) 시스템은 유럽을 중심으로 실증 및 상용화가 이루어지고 있다(Sweeney et al., 2025). 대표적으로 영국 북동부 게이츠헤드(Gateshead)에서는 폐석탄광산의 갱내수를 대용량 열펌프와 연계한 약 6 MW 규모의 지역 열공급 시스템이 구축되었다(Banks et al., 2022). 해당 시스템은 복수의 열 추출·주입 지점에서 발생할 수 있는 열간섭(Thermal interference)을 최소화하기 위하여 천부 대수층(HMAS, High Main Aquifer System)과 심부 대수층(DMAS, Deep Mined Aquifer System)을 연계하여 운영하고 있다(Banks et al., 2022). 또한 이 지역에서는 약 0.06 ℃/m의 비교적 높은 지열구배가 관측되었으며, 운영 조건에 따라 높은 계절성능계수(SPF, Seasonal Performance Factor)가 보고되는 등 갱내수의 열원 활용 가능성이 확인되고 있다(Todd et al., 2026). 영국의 지질조사국(BGS, British Geological Survey)과 석탄관리청(Coal Authority)은 ‘게이츠헤드 리빙랩(Gateshead living lab)’을 운영하면서 갱내수위, 온도, 전기전도도 등의 변화를 지속적으로 모니터링하여 시스템의 장기적인 열적·수리지질학적 거동을 평가하고 있다(Gonzalez Quiros et al., 2026). 이러한 기술적 운영 성과는 환경적·사회경제적 측면에서도 정량적인 편익으로 나타나고 있다. 영국 석탄관리청에 따르면, 게이츠헤드 갱내수 지열 시스템은 350가구의 공공주택과 교육·문화·업무시설 등에 열을 공급하고 있으며, 40년의 운영기간 동안 약 72,000 tCO2(연평균 약 1,800 tCO2)의 온실가스 배출을 저감할 것으로 추산된다. 또한 시스템 이용자의 난방 및 온수 비용이 기존 가스보일러보다 낮은 수준으로 보고되어, 갱내수 지열 활용이 온실가스 감축과 함께 에너지 비용 절감 및 지역 열공급 측면의 편익을 제공할 수 있음을 보여준다.
폐석탄광산 갱도를 열에너지 저장 및 이송 매체로 활용하려는 연구도 진행되고 있다. 독일 보홈(Bochum)의 루르대학교 인근 폐석탄광산에서는 Fraunhofer IEG를 중심으로 고온 폐광산 열에너지 저장(HT-MTES, High-Temperature Mine Thermal Energy Storage) 기술이 실증적으로 검토되었다(Hahn et al., 2022). 해당 시스템은 과거 석탄 채굴로 형성된 약 27,400 m3의 갱도 체적을 열저장 공간으로 활용한다. 여름철에는 데이터센터와 지역난방망에서 발생하는 약 30℃의 잉여열과 태양열을 지하 120 m 심도 갱도에 저장하고, 겨울철에는 저장된 열을 회수하여 열펌프로 90℃ 이상까지 승온한 후 난방에 활용한다(Hahn et al., 2021). Fraunhofer IEG는 해당 폐광 공동의 잔존 체적과 50 K의 온도차를 기준으로 약 165 MWh/yr의 열에너지 저장 잠재량을 산정하였으며, 이는 연구시설의 연간 열수요에 상응하는 규모로 평가하였다. 스코틀랜드 에든버러(Edinburgh) 남동부에서 추진 중인 Galleries to Calories(G2C) 프로젝트는 침수된 폐석탄광산 갱도를 열에너지 저장·이송 네트워크로 활용하는 ‘Geobattery’ 개념을 실증하고 있다(Atkinson et al., 2024). 이 시스템은 대형 컴퓨팅 시설에서 발생하는 잉여열을 갱내수에 저장한 후, 서로 연결된 폐광 갱도를 통해 이동시켜 열펌프를 이용한 지역 냉난방에 활용하는 방식이다.
심부 지하공간을 활용한 에너지 저장의 기술적 한계
심부 지하공간을 에너지 저장 인프라로 직접 개량하려는 시도들은 지질공학적 한계와 경제성 문제에 직면하여 정식 상용화에 어려움을 겪고 있다(Colas et al., 2023). 대표적인 사례는 독일 프로스퍼-하니엘(Prosper-Haniel) 폐석탄광산을 약 200 MW급 지하 양수발전소로 전환하려던 계획이다(Colas et al., 2023). 이 광산은 심도 600~1,200 m에 달하는 26 km 길이의 수평 갱도를 하부 저수지로 활용하여 최대 60만 m3의 물을 저장하고 1,700 MWh의 에너지를 생산할 계획이었으나(Alvarado Montero et al., 2016), 막대한 초기 자본 리스크와 공동의 장기적 구조 안정성을 담보할 수 없다는 비관적 전망이 제기됨에 따라 2018년 전면 철회되었다(Colas et al., 2023; Chung, 2024).
폐석탄광산을 이용한 압축공기에너지 저장(CAES, Compressed Air Energy Storage) 역시 높은 에너지 저장 밀도를 확보할 수 있다는 장점이 있으나, 반복적인 고압 운전으로 인한 암반 안정성과 기밀성 확보가 핵심적인 기술적 병목요인으로 작용한다(Guo et al., 2025). 압축공기의 반복적인 주입과 배출은 지하공간 내부에 지속적인 압력 변동을 발생시키며, 이 과정에서 주변 암반과 기존 불연속면에 반복하중(Fatigue load)이 작용한다(Guo et al., 2025; Song, 2019). 장기간의 고압 운전을 위해서는 저장공간을 구성하는 암반이 충분한 기밀성과 역학적 강도를 확보해야 한다. 그러나 채굴에 따른 응력 재분배와 균열이 발달한 일반적인 폐석탄광산의 퇴적암 지반은 이러한 조건을 안정적으로 충족하는 데 제약이 있으므로, 대상 광산별 정밀한 지질공학적 평가와 보강기술이 필수적이다(Ni et al., 2024; de la Flor et al., 2023).
수직갱을 활용한 중력에너지 저장(GES, Gravity Energy Storage) 기술도 폴란드와 중국을 중심으로 폐석탄광산의 새로운 활용방안으로 검토되고 있다(Li et al., 2024; Saigustia and Robak, 2021). 이 기술은 기존 수직갱의 심도와 고도차를 활용함으로써 대규모 지상 저수지나 추가적인 지하 굴착을 최소화할 수 있다는 장점을 지닌다. 그러나 수백 톤 규모의 중량물을 장기간 반복적으로 승강시켜야 하므로 권양설비와 수갱 구조의 안정성, 기계적 피로, 운전 효율 및 출력 제어가 핵심적인 공학적 과제로 남아 있다.
강원지역 폐석탄광산의 사후 활용 제약 요인
해외의 상반된 사후 활용 결과는 강원지역 폐석탄광산의 활용 모델 설정에 중대한 기준점을 제시한다. 강원지역의 석탄광산은 해외의 평탄한 지층을 가진 광산들과 확연히 구분되는 지형적, 지질학적 특수성을 지니고 있으므로, 국외의 표면적인 성공 모델을 맹목적으로 대입하는 것은 근본적인 한계가 존재한다.
GIS-AHP 모델 기반 공간분석의 한계와 평가 지표 재설정
폐광산의 다목적 활용을 기획하기 위해서는 대상지의 입지 조건과 자원 잠재력뿐만 아니라 활용 목적에 따른 다양한 평가요인을 종합적으로 고려할 필요가 있다(Ni et al., 2024). 최근에는 지리정보시스템(GIS, Geographic Information System) 기반 공간분석에 다기준 의사결정분석(MCDA, Multi-Criteria Decision Analysis)의 한 기법인 계층분석법(AHP, Analytic Hierarchy Process)을 결합한 GIS-AHP 프레임워크가 폐광산의 활용 적합성 평가에 적용되고 있다(Lee et al., 2025). Lee et al.(2025)은 인구밀도, 경사, 도시화율, 도로 접근성 및 관광지 연계성의 5개 공간지표를 표준화하고 AHP 가중치를 적용하여 폐광산별 복합 적합도 점수(Composite suitability score)를 산정하였다. 국내 폐광산의 평균 복합점수는 38.8점이었으며, 강원지역의 장성광업소와 도계광업소는 각각 41.4점과 35.2점으로 산정되었다. 전국 평균을 기준으로 보면 장성광업소의 복합 적합도 점수가 도계광업소보다 상대적으로 높게 나타났다(Lee et al., 2025).
그러나 GIS-AHP 기반 복합 적합도는 접근성, 지형 및 주변 사회·공간적 조건을 중심으로 평가한 것으로, 폐석탄광산의 갱도 심도와 채굴 이력, 암반 및 불연속면의 안정성, 채굴 공동의 형상, 산성광산배수 및 잔류 가스와 같은 지질공학적·지화학적 제약 요인은 직접적으로 반영하지 않는다. 따라서 강원지역 폐석탄광산의 사후 활용 가능성을 평가할 때에는 기존 GIS-AHP의 공간 적합성 평가 결과만으로 활용 가능성을 판단하기보다, 활용 목적에 따라 지질공학적 안정성과 환경적 위해요인을 추가 평가항목으로 반영할 필요가 있다. 특히 인력의 지하 상주가 요구되는 범용 지하실험실이나 체험형 관광시설보다는, 인력 접근을 제한하면서 폐광산의 공간적·환경적 특성을 활용할 수 있는 무인 로보틱스 및 극한환경 실증 테스트베드의 활용방안을 별도로 검토하는 것이 타당하다(KIGAM, 2023; Lee et al., 2025).
채탄법 차이에 따른 불규칙 갱도의 구조적 취약성
강원지역의 석탄광산은 지형적 제약과 급경사 탄층(Steeply dipping coal seam) 조건으로 인해 해외 대규모 석탄광산에 주로 적용되는 장벽식 채탄법(Longwall mining)을 도입하는 데 한계가 있었다. 국내 대표적인 무연탄 산지인 태백과 삼척 지역은 습곡과 단층이 발달하고 탄층의 경사와 두께가 불규칙하여, 천공 및 발파를 동반한 중소규모 재래식 갱도 채광법에 의존하였다. 그 결과 지하 심부에는 대규모 단일 공동보다 복잡한 갱도망과 국부적인 채굴 공동 및 함몰대(Goaf)가 형성되었다(Song, 2019).
이러한 채굴 구조는 폐광 이후 지하공간 활용 시 중요한 지질공학적 제약으로 작용한다. 채굴 공동 주변에서는 응력 재분배와 기존 지질구조의 영향으로 암반 이완 및 파쇄가 발생할 수 있으며, 결과적으로 낙석·낙반과 국부적 변형의 위험이 증가한다. 따라서 기존 갱도를 확장하거나 새로운 지하공간을 조성할 경우에는 대상 구간의 암반 상태와 불연속면 분포, 채굴 이력 등을 고려한 정밀한 안정성 평가가 요구된다(Chung, 2024).
산성광산배수와 갱내수의 지화학적 부식 메커니즘
석탄층 내에 존재하는 황철석(FeS2)이 유입된 지하수 및 산소와 접촉하면 산화 반응을 통해 황산염(SO42-)과 수소 이온(H+)이 생성되고, 수소 이온의 증가로 pH가 낮아지면서 산성광산배수(AMD, Acid Mine Drainage)가 형성된다(Pujades et al., 2018). 폐석탄광산에서 발생하는 산성광산배수는 낮은 pH와 함께 Fe, Al, SO42- 및 다양한 용존 금속을 높은 농도로 포함할 수 있다(Kim and Chon, 2001; Pujades et al., 2018). 국내 폐석탄광산의 광산배수에서 강한 산성 조건이 관측된 바 있으며, 강원도 폐석탄광산의 폐석장 침출수에서는 평균 pH 3.6이 보고되었다(Park et al., 2024).
부식성 유체가 지하 양수발전용 고속 터빈이나 지역난방을 위한 지열 열교환기의 금속 배관을 통과할 경우, 표면에 심각한 화학적 부식과 산화물 침전으로 인한 스케일링을 단기간 내에 유발한다(Chu et al., 2021; Preene and Younger, 2014; Pujades et al., 2018; Fig. 2). 이는 열전달 계수를 급격히 저하시키고 기계 설비의 마모를 가속하여 전체 시스템의 수명을 단축시킨다. 갱내수를 에너지 매체로 활용하기 위해서는 설비 유입 이전에 소석회로 대표되는 대량의 알칼리제를 투입하여 중금속을 침전시키는 수질 정화 공정이 필수적이며, 프로젝트의 경제적 타당성을 저해하는 주요 요인으로 지적된다(Preene and Younger, 2014).
Fig. 2.
Iron oxide scaling and mineral precipitation in the metallic piping of a mine-water geothermal system (Chu et al., 2021).
잔류 메탄가스(CH4) 및 자연발화 위험성
석탄광산은 채굴이 완전히 종료된 이후에도 암반 균열과 붕락대의 미세 공극을 통해 석탄층 내부에 흡착되어 있던 잔류 메탄가스가 지속적으로 유출되는 현상을 겪는다(Karacan et al., 2011). 공기 중 메탄가스 농도가 폭발 한계인 5~15% 범위에 도달할 경우, 작업자의 미세한 정전기 스파크나 기계장비의 열원만으로도 대형 가스 폭발로 직결될 수 있다(Bennett, 2016). 갱내와 지상에 적치된 석탄 부산물은 산소와 결합하여 열을 축적하는 자연발화(Spontaneous combustion) 현상을 일으킬 수 있으며, 이는 가스 폭발의 점화원으로 작용하거나 주변 지반의 열적 열화(Thermal degradation)를 초래하여 사면 붕괴를 유발할 위험이 있다(Nguyen, 2025).
결과적으로 밀폐된 지하 갱도를 개량하여 데이터센터나 에너지 저장 인프라를 구축할 경우, 설계 단계부터 막대한 초기 자본이 수반되는 고도화된 방폭 설비와 자동화 환기 제어 시스템이 필수적으로 요구된다(Ni et al., 2024). 이는 인프라 구축의 경제성을 심각하게 훼손하며, 상업 목적의 유인 시설로 전환하는 것을 제약하는 결정적 요인으로 작용한다(Lee et al., 2025). 반면 역설적으로, 극한의 위해 환경과 광산 안전 관리를 위한 필수 요구 조건(방폭, 능동형 환기 등)은 인력이 철저히 배제된 첨단 무인화 기술을 실증하기 위한 최적의 조건으로 기능할 수 있다.
2025년 강원특별자치도 폐광지역 경제진흥 정책과 신산업 클러스터 구축
강원특별자치도 폐광지역에 대한 정부 및 지자체의 정책 프레임워크는 2024년 장성광업소와 2025년 도계광업소의 최종 폐광 확정을 기점으로 급격한 전환기를 맞이하고 있다(KOCOAL, 2026). 과거의 정책이 지반 침하를 방지하고 산성광산배수를 처리하는 유지보수 및 사후관리 중심의 예산 집행에 치중되었다면, 현재는 광산 주변 일대의 방대한 지상 유휴 부지와 수십 년간 적치되어 온 광산 부산물을 새로운 부가가치 창출의 핵심 자산으로 재정의하고 있다(MOEF, 2026).
석탄 경석 규제 전면 완화와 순환경제 진입
2024년 6월 행정안전부와 환경부, 강원특별자치도, 태백시 주도로 체결된 ‘석탄 경석 규제개선 업무협약’이 대표적 사례이다(ME, 2026). 석탄 경석은 채굴 과정에서 섞여 나오는 암석으로 그동안 산림보호법 및 폐기물관리법의 규제를 받아 강원지역 일대에 약 2억 톤 규모로 장기간 방치되며 환경적 부담을 가중하던 법정 폐기물이었다(ME, 2026).
제12차 지방규제혁신위원회의 의결과 부처 간 협약을 통해, 환경부의 친환경적 관리 체계하에서 석탄 경석을 폐기물에서 제외하고 친환경 신소재 및 건축 자재로 전면 재활용할 수 있는 법적·제도적 기반이 구축되었다(ME, 2026). 행정안전부와 강원테크노파크의 경제성 분석에 따르면, 규제 개선을 통해 원료 및 골재 부산물 판매로 1,545억 원, 제한되었던 개발행위 재개로 1,838억 원 등 총 3,383억 원 규모의 실질적인 경제적 편익이 창출될 것으로 추산된다(Gangwon State, 2024).
폐광지역 경제진흥사업
태백과 삼척 폐광지역 경제진흥사업은 2023년 12월 예비타당성조사 대상사업으로 선정된 이후, 사업계획조정과 KDI의 타당성 검토를 거쳐 2025년 8월 최종적으로 예비타당성조사를 통과하였다. 최종 사업규모는 태백 3,540억 원과 삼척 3,603억 원으로 총 7,143억 원이며, 이 자금으로 장성과 도계광업소 주변의 지상 유휴 부지를 활용한 신산업 클러스터 조성을 추진하고 있다(MOEF, 2026).
2024년 폐광된 장성광업소 부지 일대에는 차세대 친환경 연료인 청정메탄올 생산기지가 조성될 예정이다. 정부는 2030년까지 연간 500,000 톤의 청정메탄올 생산 목표를 수립하였으며(PCCCR, 2026), 장성광업소 부지에는 연간 22,000 톤 규모의 청정메탄올 제조시설을 구축하는 경제진흥 개발사업이 추진 중이다(MOEF, 2026). 해당 사업은 2025년 8월 예비타당성조사를 통과하였으며, 2026~2029년을 사업기간으로 청정메탄올 제조시설과 핵심광물산업단지, 철암역·선탄장 일원의 청정메탄올·광물 물류시설 등을 조성할 계획이다(MOEF, 2026).
2025년 폐광된 도계광업소 일대 약 124,609 m2 부지에는 중입자가속기(Heavy Ion Accelerator)를 기반으로 한 대규모 첨단 의료산업 클러스터가 조성될 예정이다(MOEF, 2026). 2030년 준공을 목표로 중입자가속기 암치료센터를 비롯하여 교육·연구개발(R&D)센터, 복합의료관리센터(All Care Center) 및 헬스케어 레지던스로 구성되며, 삼척시는 이 사업을 통해 기존 석탄산업 중심의 지역 산업구조를 보건·의료·휴양 분야로 다변화할 목표를 설정하였다(MOEF, 2026).
폐석탄광산 다목적 활용 방안의 한계 극복과 현실적 대안
지반 불안정성, 산성광산배수에 의한 부식 및 잔류 메탄 등의 제약 요인을 고려하여 신규 지상 인프라와 연계할 수 있는 네 가지 활용방안을 제안한다. Table 2는 주요 제약 요인과 활용방안을 요약하였다.
Table 2.
Key engineering constraints and proposed multi-purpose utilization strategies for abandoned coal mines in Gangwon State
밀폐형 갱내수 지열 시스템의 적용
국내에서도 폐광산 갱내수의 지열에너지 활용 가능성이 지속적으로 검토되어 왔으며, 대규모 폐석탄광산의 갱내수는 유용한 열에너지 자원으로 활용될 잠재력이 있는 것으로 평가되었다(Cheong et al., 2011). 장성 및 도계광업소 역시 심부 갱도와 지속적인 갱내수 배출 이력을 보유하고 있어 갱내수의 열에너지 활용 가능성을 검토할 필요가 있다. 그러나 폐석탄광산의 갱내수는 철을 비롯한 용존 금속 및 황산염 등을 함유할 수 있어, 갱내수를 직접 취수하여 열교환계로 순환시키는 개방형(Open-loop) 시스템은 배관 및 열교환기의 부식, 광물 침전과 스케일링에 따른 유지관리 문제가 발생할 수 있다. 이에 대한 대안으로 밀폐형(Closed-loop) 시스템을 고려할 수 있다. 폐석탄광산에서 밀폐형 시스템은 갱내수를 지상 열교환계로 직접 순환시키지 않고 별도의 열매체를 이용하므로, 지상 배관 및 열교환기에서의 부식·스케일링과 수처리 부담을 줄일 수 있다(Liu et al., 2021; Fig. 3). 다만 실제 열성능은 갱도 구조, 열교환 면적, 수온 및 주변 유동 조건에 크게 좌우되므로, 광산의 공간 구조를 고려한 동적 모델링과 장기 모니터링이 필요하다(Sweeney et al., 2025). 게이츠헤드 등 국외 운영사례에서 확인된 열공급 규모와 온실가스 감축량 및 에너지 비용 절감 효과는 향후 장성 및 도계광업소의 정량적 편익을 평가하기 위한 참고 지표로 활용할 수 있다. 국내 적용 시에는 이러한 열성능 평가 결과와 함께 수요처의 열부하, 열펌프 성능, 국내 에너지 가격 및 배출계수 등을 종합적으로 고려하여 연간 유효열 생산량, 온실가스 감축량 및 에너지 비용 절감 효과를 산정할 필요가 있다.
Fig. 3.
Schematic comparison of closed- and open-loop mine-water geothermal systems in flooded abandoned mines (Liu et al., 2021).
스마트마이닝 및 로보틱스 실증 테스트베드
폐석탄광산 심부는 잔류 가스 폭발 및 붕락 위험으로 인해 인명 사고 리스크가 상존하는 극한 환경이다. 지질공학적·환경적 제약을 역이용하여, 차세대 스마트마이닝 기술과 재난 구조 로봇을 위한 자율주행 테스트베드로 적극 활용하는 것이 현실적인 대안으로 평가된다(Lee et al., 2025). 복잡하게 얽힌 불규칙한 갱도에 LiDAR 기반의 지하공동 3D 디지털 매핑 기술, 인공지능(AI) 기반 실시간 지압 거동 및 소성 변형 모니터링 시스템, 그리고 사물인터넷(IoT) 무선 통신 노드를 갱도 곳곳에 배치함으로써 무인 R&D 전초기지를 확보할 수 있다(KIGAM, 2023). 국내에서도 한국지질자원연구원 주도로 중소규모 광산의 스마트마이닝 도입을 위한 IoT 기술 적용 연구가 활발히 보고되고 있으며(Kim et al., 2025), 신기술을 실증하기 위한 파일럿 플랜트 구축의 필요성이 지속적으로 제기되고 있다(KIGAM, 2023). 이를 통해 인명 피해 위험을 줄이면서도 도심지 지하 복합재난 상황에 즉각 투입할 수 있는 극한 안전 관리 기술을 축적할 수 있다.
이산화탄소 광물탄산화(Mineral Carbonation) 기반 지중 저장
최근 탄소 포집·활용·저장(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술의 일환으로 폐광산을 이산화탄소 저장소로 활용하려는 연구가 활발히 논의되고 있다(Lee et al., 2026). 폐석탄광산에서는 잔존 또는 미채굴 석탄층이 CO2를 흡착할 수 있다는 특성을 이용한 지중 저장 방식이 검토되고 있다. 석탄은 CH4보다 CO2에 대한 흡착 친화도가 높기 때문에, CO2를 석탄층에 주입하여 기존에 흡착된 CH4를 치환·회수하는 동시에 CO2를 저장하는 CO2-ECBM(Carbon Dioxide-Enhanced Coalbed Methane) 기술이 폐석탄광의 새로운 활용방안으로 제안되고 있다(Ge et al., 2020). 국내에서도 화순탄광의 석탄시료를 대상으로 CO2 흡착 특성과 저장 잠재량을 평가한 결과, 일정 심도 이하의 미채굴 석탄층을 활용한 CO2 저장 가능성이 제시된 바 있다(Han et al., 2023).
미채굴 또는 잔존 석탄층의 흡착 저장 가능성을 활용하는 것으로 채굴로 형성된 폐갱도나 공동에 CO2를 직접 저장하는 방식과는 구분하여야 한다. 폐석탄광산에는 불규칙한 갱도와 채굴 공동, 파쇄대, 붕락대 및 기존 수갱 등이 존재하여 잠재적인 가스 이동경로로 작용할 수 있으며, 폐광 이후에도 석탄층과 채굴적에서 잔류 메탄이 지속적으로 방출될 수 있다(Karacan et al., 2011). 따라서 강원지역 폐석탄광산에 CO2를 가스 상태로 고압 주입하는 방식을 적용하기 위해서는 CO2와 CH4의 거동뿐만 아니라 저장층의 밀폐성, 기존 갱도와 균열을 통한 누출 가능성 및 주입압에 따른 지반 안정성에 대한 정밀 평가가 선행되어야 한다.
이러한 제약을 고려할 때, 강원지역 폐석탄광산에서는 CO2를 자유 가스 상태로 저장하는 방식과 함께 이산화탄소를 안정한 고체 형태로 고정하는 광물탄산화 기술을 대안으로 검토할 수 있다. 광물탄산화는 이산화탄소를 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 성분을 함유한 알칼리성 고형물과 반응시켜 안정한 탄산염 광물 형태로 고정하는 기술이다(Seifritz, 1990). 최근에는 석탄 비산재(Fly ash), 석탄 경석 등 석탄계 고형폐기물을 채움재로 활용하고, 이산화탄소를 슬러리에 반응시켜 CO2 광물화 채움재(CMBM, CO2 mineralized backfill material)를 제조한 후 채굴 공동에 충진하는 방법이 제안되고 있다(Xu et al., 2025).
Xu et al.(2025)는 석탄 경석을 골재로 사용하고 비산재와 시멘트 등의 결합재를 혼합하여 제조한 슬러리에 이산화탄소를 반응시킴으로써 CMBM을 제조하였다. 이 과정에서 비산재 등에 포함된 CaO와 같은 알칼리성 성분이 이산화탄소와 반응하여 CaCO3 등의 탄산염 광물을 형성함으로써, 이산화탄소가 상대적으로 안정한 고체 형태로 고정된다. 제조된 CMBM은 파이프라인을 통해 채굴이 완료된 공동에 충진되며, 채움재가 상부 지층을 지지함으로써 균열 발달을 억제하는 기능을 함께 수행할 수 있다(Fig. 4).
Fig. 4.
Conceptual diagram of CO2 mineralization and underground backfilling using CO2-mineralized backfill materials (modified from Xu et al., 2025).
광물탄산화 뒤채움 기술은 기존에는 채굴과 충전을 연계한 탄광 운영 과정에서 주로 검토되어 왔으나, 향후 강원지역 폐석탄광산의 잔존 공동 및 채굴적에 적용할 경우 CO2의 광물학적 고정과 광산 공동의 충진·안정화를 결합한 사후 활용 기술로 확장할 가능성이 있다.
규제 완화 기반 석탄 경석의 고부가가치 세라믹 신소재화
대규모 심부 지하 공간 개발에 수반되는 막대한 안전 관리 비용과 붕괴 리스크를 통제하면서도 가시적인 경제적 수익을 창출할 수 있는 전략은 채굴 부산물인 석탄 경석의 산업적 재활용이다(ME, 2026). 2024년 시행된 환경부와 행정안전부의 폐기물 규제 완화 조치와 맞물려, 강원지역 산야에 방치된 수억 톤의 경석 더미는 대규모 친환경 신소재 자원으로 변모하였다(ME, 2026).
폐기물 규제 해소를 바탕으로, 강원지역 폐광지역에 적치된 석탄 경석을 단순 골재가 아닌 단열재(발포세라믹), 환경 정화 소재(제올라이트), 나아가 우주항공 및 국방 분야의 고부가가치 신소재로 재자원화하는 전략을 본격화하고 있다(Gangwon State, 2024). 강원특별자치도는 2025년 석탄 경석 실태조사 및 기본계획 수립 연구를 추진하였으며, 2026년부터 태백시와 함께 ‘석탄 경석 실증인프라 운영지원사업’을 추진하고 있다. 이를 통해 관련 기업의 연구개발 및 시험생산 장비 지원과 신소재 인증체계 구축 등을 지원할 계획이다. 석탄 경석의 자원화 확대는 지표 적치량을 감소시키고 우수와 경석의 접촉에 따른 침출수 발생 가능성을 완화함으로써 광해 저감에 기여할 수 있다.
결 론
강원특별자치도 남부 폐광지역은 장성광업소와 도계광업소의 폐광으로 석탄산업 중심의 지역경제 구조에서 새로운 산업구조로 전환해야 하는 중요한 시점에 놓여 있다. 국제적으로는 폐석탄광산의 지하공간과 갱내수를 활용한 지열, 열에너지 저장, 양수발전 및 압축공기에너지저장 등 사후 활용 기술이 연구·실증되고 있다. 강원지역 폐석탄광산은 복잡한 지질구조와 불규칙한 갱도 및 채굴 공동, 지반 불안정성, 산성광산배수에 따른 부식과 스케일링, 잔류 메탄 및 자연발화 위험 등이 복합적으로 존재한다. 따라서 국외에서 적용된 기술을 단순히 도입하기보다는 대상 광산의 지질공학적·지화학적 특성과 기술별 요구 조건을 함께 고려하여 적용 가능성을 판단할 필요가 있다.
이 논문에서는 지역적 특성을 바탕으로 인력의 지하 상주 필요성, 갱도 및 공동의 구조적 안정성, 갱내수와 설비 간 직접 접촉 여부, 잔류 메탄 및 자연발화 위험, 기술 성숙도와 초기 투자 부담, 그리고 신규 산업과의 연계 가능성을 종합적으로 고려하여 네 가지 사후 활용방안을 제안하였다. 첫째, 갱내수에 의한 설비 부식과 스케일링을 최소화할 수 있는 밀폐형 갱내수 지열 시스템, 둘째, 붕락 및 가스 위험으로 인력 접근이 제한되는 지하공간을 활용한 스마트마이닝 및 재난대응 로봇 실증 테스트베드, 셋째, CO2를 안정한 탄산염 형태로 고정하면서 채굴 공동의 안정화를 도모하는 CO2 광물화 채움재 기반 뒤채움, 넷째, 지표에 대량 적치된 석탄 경석의 고부가가치 소재화이다. 특히 밀폐형 갱내수 지열 시스템은 향후 태백의 청정메탄올 생산기지와 삼척의 첨단 의료산업 클러스터에서 요구되는 냉난방 및 저온 열수요와 연계할 가능성이 있으며, 나머지 방안은 폐광산의 위해 환경과 광산 부산물을 새로운 실증 및 산업 자원으로 전환할 수 있다는 점에서 의미가 있다.
이 기술들은 즉각적인 대규모 상용화보다는 광산별 현장 조건을 고려한 단계적 검증을 전제로 추진할 필요가 있다. 갱내수 지열은 수위·유량·수온·수질 및 열수요와 경제성에 대한 평가가 필요하며, CO2 광물화 채움재는 공동 형상과 접근성, 운반·주입성, 장기 역학적 안정성 및 환경 안전성에 대한 현장 실증이 요구된다. 석탄 경석의 자원화는 원료 특성, 제품 품질과 환경 안전성, 시장수요 및 경제성을 고려하여 단계적으로 확대하는 것이 바람직하다. 따라서 광산별 현장조사와 특성 평가, 소규모 실증, 기술·경제·환경성 검토, 지역 신산업과의 연계 및 확대 순으로 단계적으로 접근하여 폐석탄광산을 환경복원, 탄소중립 및 첨단산업을 위한 새로운 지역 자산으로 전환하여야 한다.
