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[김해창 교수의 에너지전환 이야기] <44>석유시대, 언제까지 갈 수 있을까?

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  •  |  입력 : 2018-05-21 09:41:03
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최근 국제유가 계속 오르고 있어 국내 산업계가 긴장하고 있다는 뉴스가 속속 나오고 있다. 5월 17일 북해산 브렌트유가 장중 한 때 배럴당 80.5달러까지 상승하며 80달러 선을 넘어섰다. 브렌트유가 80달러 선을 넘은 것은 지난 2014년 11월 이후 약 3년 6개월 만이라고 한다.

이러한 국제유가 상승은 미국의 이란 제재 강화와 맞물려 조만간 100달러 돌파 전망과 함께 블롬버그통신(2018.4.30)은 국제 원유시장의 헤지펀드 거물인 피에르 앙듀랑이 국제유가가 몇 년 안에 배럴당 300달러 돌파를 예상한다는 소식을 전했다.

국제유가 기준물인 브렌트유 선물가격은 2008년 역대 최고인 배럴당 150달러에 가까웠으며 2013년에는 110달러를 넘었다가 급락세로 돌아서 2016년 초 20달러대까지 추락했다가 최근 70달러대를 유지하고 있다. 국제유가 상승은 국내 정유·석유화학업계는 물론 항공업계나 전자·자동차업계 등 모든 산업에 중장기적으로 큰 영향을 준다.

석유는 탄화수소를 주성분으로 하거나 이밖에 소량의 유황이나 산소 또는 질소 등 다양한 물질을 포함한 액상의 기름으로 광물자원의 일종이다. 지하의 유전으로부터 채굴한 뒤 가스, 수분, 이물질 등을 제거한 정제 전의 것을 특히 원유라고 한다. 영어로 ‘Petroleum’이라고 하는데 이는 라틴어 Petra(암석)와 Oleum(기름)에서 나왔다.

석유는 신고생대부터 신생대(약 1억2000만~5000만 년 전)에 걸쳐 동식물, 프랑크톤 등의 사체가 해저에 퇴적해 장기간에 걸친 지압과 지역에 의해 분해된 결과 생성됐다는 ‘유기성인설(有機成因說)’ 또는 ‘생물성인설(生物成因說)’이 학설의 주류이다. 물론 다른 설도 있다.

   
기계로 채굴하는 유정(油井)의 출현은 석유 생산의 획기적 전환을 낳았다. 에드윈 드레이크(드레이크 대령)가 1859년 8월에 미국 펜실베이니아주 타이터스빌 근처의 오일크릭에서 채굴을 시작한 것이 세계 최초라고 한다. 1863년 존.D.록펠러가 오하이오주 클리블랜드에서 석유정제업에 나서 1870년 스탠더드석유를 설립했다. 스탠더드석유는 사업통합을 거듭해 1884년에는 미국 전체 석유정제능력의 77%, 석유판매 점유율 80~85 %에 이르렀다. 이에 너무 거대해진 스탠더드석유에 대한 여론의 반발이 일어나 1890년에 제정된 ‘셔먼 반(反)독점법’에 따라 스탠더드석유는 34개의 회사로 해체·분할됐는데 현재의 엑손모빌, 셰브론 등의 7대 메이저 회사가 그 후신이다.

제2차 세계대전 후 석유는 화학섬유나 플라스틱 등 모든 공업제품의 소재로 적극 이용되게 되고, 발전소 연료로도 이용됐다. 전후 중동에 새로운 대규모 유전이 잇따라 발견돼 오늘날까지 세계 최대의 석유수출지역이 되고 있다. 석유의 대량생산을 통해 저렴한 석유는 에너지원의 주력이 되고, 에너지혁명이라는 에너지원의 변화가 생겼다. 그러나 1970년대에 자원민족주의가 강화되면서 석유를 국유화하는 나라가 잇따랐고 1973년부터 1974년 제4차 중동전쟁에서 아랍석유수출국기구(OPEC)가 이스라엘 지지국에 대한 석유수출을 줄이는 움직임을 보여, 오일쇼크와 세계적인 불황을 가져왔다.

석유 성분의 대부분은 탄화수소이며, 다양한 탄화수소의 혼합물 그리고 황산화합물, 질산화합물, 금속류가 포함되어있다. 공업적으로 유용한 석유제품을 만들기 위해서는 분별 증류에 의해 성분을 분리하는데 정제해 천연가스, 나프타(휘발유, 등유), 경유, 중유, 윤활유, 아스팔트 등의 제품으로 얻을 수 있다.

   
첫째, 천연가스는 비점이 30℃ 정도로 상온보다 끓는점이 낮기 때문에 가스로 분리한다. 주요 구성 성분은 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등이다. CH4(메탄 methane)은 비점이 -107℃, C4H10(부탄, butane)은 비점이 -18℃이다.

둘째, 나프타는 비점이 30~200℃의 탄화수소로 원유, 휘발유라고도 불린다. 주성분은 탄소수 5~12의 알칸이다. 탄소수 5~7의 나프타는 경질 나프타라고 하는데 투명하고 증발하기 쉽고, 용매 및 드라이클리닝용제 또는 기타 속건성(速乾性) 제품에 사용된다. 탄소수가 6~12의 나프타는 중질나프타라고 하는데 수소화정제, 접촉개질 등을 거쳐 배합조정된 휘발유로 정제된다. 벤젠이나 화이트가솔린은 나프타로 만든 석유제품이다.

셋째, 등유·경유는 탄소수 10~15 범위의 탄화수소에서 케로신(kerosene)이 만들어져 제트연료로 사용된다. 끓는점 150~280℃, 탄소수 10~15, 밀도 0.79~0.83의 것이다. 휘발유의 원료인 나프타보다 무겁고, 경유보다는 가볍다. 탄소수 10~20의 범위에서 디젤연료(경유)와 등유가 정제된다.

넷째, 중유는 비점 320℃ 이상의 증류로 선박엔진 등에 사용된다. 이들 석유제품은 상온에서 액체이다.

다섯째, 잔유는 상압증류로 증류할 수 없는 것으로 감압증류(진공 증류)를 한다. 윤활유 및 반고체의 유지(바셀린을 포함)는 탄소수 16~20의 범위이다. 탄소수 20 이상의 쇄상탄화수소는 고체이며, 파라핀왁스를 시작으로, 타르, 아스팔트의 순이다.

석유는 현대 생활에서 없어선 안 될 유용한 자원이다. 아직도 전 세계는 ‘석유시대’에서 벗어나지 못하고 있다. 그러면 이 석유시대는 언제까지 지속할 수 있을 것인가? 세계의 원유매장량 중 원유확인매장량이란 지질학적 기술적으로 검증된 원유매장량 가운데 현재의 기술·경제성으로 채굴가능한 것을 말한다.

BP 통계자료에 의하면 현재 전 세계 49개국에서 총 1조7066억7000만 배럴의 석유매장량이 확인되고 있다. 이를 나라별 원유확인매장량 순위를 보면 1위는 베네주엘라로 3008억7800만 배럴, 2위가 사우디아라비아로 2665억5500만 배럴, 3위가 캐나다로 1715억1200만 배럴 순이다. 이를 정리하면 <표 1>과 같다.
   
그런데 과연 석유자원은 언제 고갈될 것인가? 석유가 고갈될 것이라는 주장이 끊이지 않지만 석유매장량은 기술발전에 힘입어 매년 늘어나고 있다는 것이다. 1914년 미국의 광산국도 10년 내 미국의 석유 매장량이 바닥날 것이라고 예측했지만 10년이 지난 뒤 석유는 고갈되지 않았다. 1939년 미국 내무부는 앞으로 13년간 사용할 석유만 남았다고 말을 바꿨다. 미국 내무부는 20년이 지난 뒤에 또 13년치밖에 남지 않았다고 반복했다.

1970년에 미국 지미 카터 대통령은 “다음 10년이 끝나갈 때쯤 우리는 전 세계의 확인된 석유 매장량을 모두 소비할 가능성이 있다”고 우려하기도 했다. 1970년대 초 인류의 미래를 연구하는 기관인 로마클럽은 ‘성장의 한계’라는 보고서를 통해 2000년대 초 석유 고갈을 예언하기도 했다.

미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 세계 석유매장량은 1980년 6433억 배럴에서 1990년 1조 배럴, 2012년 1조5000억 배럴을 넘어 2014년엔 1조6556억 배럴, 2015년에는 1조6627억 배럴이다. 30여 년 동안 매장량이 2.5배로 불어난 것이다. 이는 세계가 55.4년간 쓸 수 있는 양이다. 세계가 하루 약 9000만 배럴, 연간 300억 배럴을 퍼 쓰는 데도 매장량은 되레 늘고 있다는 것이다.

   
석유확인매장량이 늘어나는 이유는 바로 ‘기술의 진보’를 든다. 기술의 진보로 인해 석유탐사가 쉬워졌고, 생산기술이 발전했다. 같은 크기의 원전에서 더 많은 원유를 뽑아낼 수 있을 뿐만 아니라 예전 같으면 쓸모없었을 원유도 버리지 않고 재활용할 수 있게 됐다. 게다가 시추와 탐사기술이 발전하면서 셰일가스와 같은 비(非)전통 석유도 발굴되고 있다.

비전통 석유란 유전채굴이 아닌 신기술로 사용 가능해진 석유자원(셰일오일, 오일샌드, 가스액화연료, 초중질유 등)을 가리킨다. 전통 석유매장량이 최대 2조4000억 배럴이지만 비전통 석유는 7~9조 배럴에 달할 것이라고 석유 전문가들은 말하고 있다. 이 때문에 세계에너지협의회(WEC)나 석유 전문가들은 석유생산 정점을 2060년께로 보고 있다. 현재 소비 수준이면 100년 이상 더 쓸 수 있을 것으로 보는 것이다(한국경제신문, 2017.7.17).

석유의 매장량이나 가채량에 대해서 아직도 명확하지 않다. 석유의 매장량에 대한 미래예측은 그 때의 경제활동 상태에 좌우되며 결코 단순한 자연과학적인 근거에 따라 이루어지고 있지 않기 때문이다. 20세기 말에서 가채량의 증가 이유는 확실히 유가상승과 기술의 향상에 있다고 볼 수 있다.

가채년수(R/P)는 한 해에 매장이 확인되는 석유 중 그 당시의 기술로 채산이 맞는 비용으로 채굴 가능한 매장량(R)을 그 해의 실제 생산량(P)로 나눈 값이다. 이 값의 의미를 잘못 해석해 “석유는 앞으로 몇 년 뒤에 없어지게 된다”고 하는 것은 오류가 있다는 것이다.

   
BP 통계에 따르면 1970년 당시 가채년수는 약 35년이었지만 2005년에 석유가 고갈됐다는 사실이 없다. 이를 정확하게 표현하자면 1970년 시점에서 “유가 1배럴 2달러에서 채굴할 수 있는 석유는 35년 뒤에 고갈한다”고 말해야 하며, 실제로 1배럴 2달러에 채굴 할 수 있는 석유는 2005년에는 고갈된 것이라 할 수 있다. 유가는 2007년 이후 1배럴 100달러 전후로 올랐다.

가채년수는 유가가 올라가면 성장하는 특성이 있다. 그것은 원유가격이 변하면 채굴가능한 매장량이 변하기 때문이다. 또한 매장량은 각국의 자기신고이며, 정치적 이유를 들어 정확한 집계를 내기 어려운 면도 있다. 여기에는 공급을 가능하게 적게 해 원유가격을 올리려고 하는 산유국의 의도도 있는 것이 아닐까 하는 의견도 있다.

석유자원은 인류에게 혁명을 가져온 에너지원임은 틀림없다. 그러나 이와 함께 석유는 연소할 때 충분한 산소 공급이 이뤄지지 않으면 불완전 연소를 하기에 필연적으로 석탄과 마찬가지로 대기오염물질을 배출한다. 이산화탄소 배출로 인한 지구온난화문제 또한 안고 있어 석탄과 함께 대체에너지의 개발이 큰 과제로 남아있다. 과연 인류는 석유시대 이후에 살아남을 수 있을 것인가? 대안에너지를 찾아야 할 시간이 그리 많이 남지 않았다. 김해창 경성대 환경공학과 교수

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