북, 비누 원료 조달 위해 수산화나트륨 제조 신공법 개발

최근 노동신문에 따르면 북한 자강도의 희천기름공장은 수산화나트륨(가성소다) 제조법을 새로 개발하여 비누 생산의 원료 확보 문제를 해결한 것으로 보인다.

 

수산화나트륨이 지방이나 기름(유지)과 화학반응, 즉 비누화 반응을 하여 생성된 지방산 나트륨이 바로 비누다. 그런데 희천기름공장에서 자체적으로 원료기지를 든든히 꾸려야 한다는 방침에 따라 비누의 원료인 기름은 수유나무림, 분지나무림을 조성하여 비누생산에 필요한 수십 톤의 기름을 얻고 있다고 한다(노동신문 2012.10.24.).

 

하지만 수산화나트륨을 제대로 공급받지 못하여 비누 생산에 지장을 받고 있었다. 그래서 희천기름공장이 수산화나트륨 공급 문제를 해소하기 위해 개발한 기술은 용융법이다. 이전에 있었던 전기화학적 방법과 전혀 다른 공장인데, 원료인 소금(염화나트륨), 탄산소다(탄산나트륨), 산화철을 일정한 배합비로 하여 1,000도 이상인 로의 온도를 필요한다. 노동신문은 "전혀 다른 가성소다(수산화나트륨) 생산공정을 확립하였다"면서 비누생산에 필요한 가성소다를 충분히 확보할 수 있게 되었다는 것이다.

 

지금까지 알려져 있는 수산화나트륨 제조법으로는 염화나트륨 전해법과 탄산나트륨 가성화법이 있다. 염화나트륨 전해법(전해소다법)은 염화나트륨을 물에 녹인 수용액(소금물)을 전기분해해서 수산화나트륨을 비롯하여 염소기체, 수소기체를 얻을 수 있는 방법이다.

 

염화나트륨 전해법에는 격막법, 수은법, 이온교환막법이 있는데, 최근에는 이온교환막법을 많이 이용하고 있다고 한다.

 

이온교환막법은 양이온교환막을 이용해 양이온실과 음이온실을 격리하고 양극(+)에서 염소가스, 음극(-)에서 수소 및 수산화나트륨을 얻는 방법이다. 양이온교환막이란 양이온은 통과시키는데, 음이온은 통과시키지 않는 막이다. 소금물이 전기분해되어 생성된 나트륨이온(Na+)은 양이온교환막을 통해 음극 쪽으로 이송되어 수산화이온(OH-)과 결합해 수산화나트륨이 만들어지게 되는데, 이 방법을 이용해 순도 높은 수산화나트륨을 얻을 수 있다.

 

탄산나트륨의 가성화법은 전해소다법이 발달되기 이전에 사용된 방법이다. 이 방법은 탄산나트륨을 만드는 것이 필요한데, 암모니아법 또는 솔베이법을 이용해 탄산나트륨을 만든다.

먼저 소금물과 암모니아의 혼합물에 이산화탄소를 불어 넣으면 염화암모늄과 탄산수소나트륨이 만들어지게 되는데, 여기에서 나오는 탄산수소나트륨을 정제하면 탄산나트륨을 얻을 수 있다.

 

가성화법은 습식법과 건식법으로 나뉜다. 습식법은 석회법이라고도 하는데, 탄산나트륨 수용액에 과포화상태의 수산화칼슘 용액을 섞으면 탄산칼슘과 수산화나트륨의 혼합물이 만들어진다. 이 혼합물에서 탄산칼슘을 분리해서 남은 액체에는 수산화나트륨이 약 10% 정도 포함되어 있는데, 이 액체를 증발시켜 약 50%로 농축하여 수산화나트륨을 얻는 방법을 습식법이라고 한다. 건식법은 산화철법이라고도 하는데, 탄산나트륨에 산화철을 반응시켜 철산나트륨을 만들고 이렇게 만들어진 철산나트륨에 물을 가하면 수산화나트륨과 산화철이 나오게 된다.

 

북한이 수산화나트륨 용융법의 과정을 구체적으로 설명하지는 않았지만 수산화나트륨 생성과정에서 염소가스가 나온다는 점에서 전해법과 공통점이 있는 반면, 산화철을 원료로 사용한다는 부분에서는 가성화법과 공통점이 있어 앞서 언급한 기존의 수산화나트륨 제조법과는 차이를 보인다. 그리고 로의 온도를 1,000도로 해야 한다고 한 부분 역시 전해법과 가성화법과는 구분되는 것으로 북한이 개발한 용융법만의 특이한 공정이라고 할 수 있다.

 

북한에서 수산화나트륨을 생산하는 대표적인 공장은 2.8비날론연합기업소인데, 지난 2005년 조선신보 보도에 따르면 2.8비날론연합기업소는 20대의 전해조를 비롯한 설비를 꾸려 놓고 연간 3만 톤의 생산능력을 갖추었다고 한다.(통일부 북한정보포털에 따르면 10만 톤의 생산능력을 가지고 있다고 한다.)

 

이온화격막법으로 수산화나트륨 1톤을 생산하기 위한 이론적인 에너지 소모량은 600~700 kWh 라고 밝혔다(광주과학기술원 환경공학과 문승현 교수). 결국 3만 톤을 생산하려면 2100kWh 이상의 전력이 소모된다는 것을 의미하는데, 전력사정이 여유롭지 못한 북한의 사정을 감안하면 전해법에 의한 수산화나트륨 생산이 부담으로 작용했을 가능성이 높다.

 

따라서 북한이 전해법과 가성화법과는 다른 용융법을 개발한 것은 전해법이 전기를 많이 소모한다는 단점이 있고, 가성화법은 염소를 회수하기 어렵다는 단점이 있어 이를 동시에 극복하기 위한 것으로 보인다.

 

자료출처 : 노동신문, 2016.6.29.

  • 이동훈
  • NK투데이 기자