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[김해창 교수의 에너지전환 이야기] <45>천연가스 자원의 문제점과 과제를 말한다

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  •  |  입력 : 2018-05-28 10:04:31
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최근 북미정상회담의 개최 성공에 마음졸이는 우리 국민들이 갖는 종전과 남북 평화체제 정착에 대한 기대와 염원은 말로 표현하기 어렵다.

그 중 하나가 그동안 북한과의 단절로 인한 ‘섬나라’에서 벗어나 유라시아철도를 통한 아시아 유럽대륙과의 연결은 우리들의 물류와 여행 패턴을 획기적으로 바꿀 것으로 기대된다. 에너지부분에 있어서도 특히 파이프라인을 통한 러시아산 천연가스의 도입이라는 새로운 에너지상생의 길을 열게 될 것이다.

   
경남 김해시 액화천연가스(LNG)·극저온 기계기술 시험인증센터. 연합뉴스
문재인 정부가 지난 4월 발표한 ‘제13차 장기 천연가스 수급계획(2018∼2031년)’에 따르면 발전용 수요는 올해 1652만 t에서 2031년 1709만 t으로 증가할 전망이다. 이에 관련 업계에서는 2027년부터 파이프라인이 전제가 되면 러시아로부터 900만 t의 천연가스를 공급받을 수 있다는 분석이 나오고 있다. 세계 3위 LNG 수입국인 우리나라는 그 동안 중동, 동남아, 호주 등에 의존해왔는데 남북평화체제가 구축되면 세계 2위 가스매장량 보유국 러시아로부터 천연가스 수입이 가능해지는 것이다. 이러한 발상은 1992년부터 논의됐지만 그동안 실질적으로 추진되지 못했다.

천연가스(natural gas)는 광의로는 지하에 존재하는 가스 또는 지하에서 지표로 분출하는 가스 일반을 말하는데 마그마를 원료로 하는 화산가스와 화석연료가스뿐만 아니라 질소나 산소, 탄산가스, 수증기, 황화수소가스, 아황산가스, 황산산화물가스 등의 불연성가스도 포함된다. 천연가스는 메탄·에탄·프로판·부탄·펜탄과 같은 탄소화합물과 질소가 포함돼 있어 산출하는 위치에 따라 그 비율이 조금씩 다르다.

천연가스는 휘발성이 높고, 상온에서 빠르게 증발하는 성질이 있다. 주성분인 메탄과 에탄이 공기보다 가볍기 때문에 대기 중으로 확산되기 쉽다. 이 점에서는 상온에서 공기보다 무겁고 낮은 장소에 머물기 쉬운 프로판이나 부탄가스에 비하면 사람이 취급하는 데 위험성은 낮은 편이다. 또한 프로판과 마찬가지로 메탄이나 에탄도 냄새가 없지만, 사람이 가스누출을 쉽게 알아채기 위해 연료용 가스는 의도적으로 역한 성분을 혼합하는 경우가 많다.

상압 하에서 메탄의 비점은 -161.5℃이며, LNG의 비점은 -160℃ 정도가되기에 상압 하에서 액화하려면 극저온이 필요하게 된다. 메탄의 액체에서의 비중은 0.43이며, LNG가 되면 다른 성분의 비율에 따라 0.43~0.48이 된다. 원유의 비중 약 0.85와 비교해도 액체메탄은 매우 가볍기 때문에 운반시에는 중량에 비해 큰 체적을 필요로 한다. 기체인 메탄은 공기보다 약 55%의 비중이며 매우 가볍지만 기체에서도 저온상태에서는 -113℃로 공기와 같은 무게가 되고, 그 이하의 온도에서는 공기보다 무거워진다. 기체인 메탄이 액체가 되면 체적은 약 1/600이 되기 때문에 운반에는 적합하다. 연소에 의한 발열량은 1만3300㎉/㎏로 탄화수소 가운데서는 최대이다. 이것은 5000~7000㎉/㎏인 석탄이나 9250인 석유보다도 크다. 메탄이나 LNG 모두 인체에 독성은 없다.

   
부산천연가스발전본부. 국제신문 DB
천연가스의 종류는 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 액화석유가스(LPG:도시가스), 메탄하이드레이트, 셰일가스, 타르샌즈, 엑스트라중유 등으로 나눌 수 있다.
액화천연가스(LNG)는 기체인 천연가스를 -162℃ 이하로 냉각해 액체로 한 것으로 부피는 기체의 약 1/600 수준으로 수송·저장을 목적으로 액화된다. LNG 액화 초기과정에서는 수화물을 만들어 파이프를 방해하는 탄산가스와 공장을 부식하는 황산산화물 등의 불순물이 제거되기 때문에 LNG는 인체에 무해하다.

압축천연가스(CNG)는 높은 압력으로 압축된 천연가스를 말한다. 연소시켰을 때 발생하는 배기가스가 비교적 좋기 때문에, 자동차 연료로 주목을 받게 됐다. 2002년 한일월드컵을 계기로 국내에서 CNG버스 보급이 확대됐는데 미세먼지 저감을 통한 대기질 개선과 국민 건강보호 등에 나름 기여한 면도 적지 않다.

셰일가스(shale gas)는 셰일(혈암)층에서 채취되는 천연가스로 기존의 가스전이 아닌 곳에서 생산되기 때문에, 비재래형 천연가스자원으로 불린다. 미국에서는 1990년대부터 새로운 천연가스자원으로서 중요시되고 있다. 또한 캐나다, 유럽, 아시아, 호주의 잠재적인 셰일가스자원도 주목을 받고 있기에 2020년까지 북미의 천연가스 생산량의 절반은 셰일가스가 될 것으로 예상하는 연구자도 있다. 2009년 미국 오바마 대통령은 셰일가스 개발이 온실가스 배출량을 줄일 수 있다는 견해를 보이기도 했으나 그 뒤 셰일가스의 온실가스 배출량이 기존의 천연가스와 석유보다 커진다는 지적도 나와 학회에서 논란이 됐다.

메탄하이드레이트(methan hydrate)는 물의 결정 가운데 메탄이 포접돼 있는 화합물로 46개의 물분자가 8개의 메탄분자를 둘러싸고 있다. 메탄하이드레이트는 세계의 대륙붕 심층부나 극지의 영구동토지대(툰드라층)에 대량 존재하는 것으로 알려져 있다.

그러면 현재 천연가스의 자원량과 소비량은 어느 정도일까? 전 세계 천연가스의 지역별 확인가채매장량은 BP통계에 따르면 2006년말 현재 약 181조4600 ㎥라고 알려져 있으며 가채연수는 약 53년으로 보고 있다. 나라별로는 옛소련이 가장 많고, 이란, 카타르 등이 그 뒤를 잇고 있다. 향후 채광이 활발해지면 확인가채매장량의 증가가 기대되고 있다. 2006년 전 세계 천연가스의 생산량은 모두 2조8700 ㎥였다. 이 중 러시아가 6120억 ㎥으로 1위, 미국이 5240억 ㎥으로 2위를 차지하고 있다. 그리고 전 세계 천연가스의 무역량은 7480억 ㎥인데 이중 파이프라인을 통한 것이 5370억 ㎥이고, 유조선을 통한 것이 2,110억 ㎥이다.

   
부산시 천연가스 버스 첫 도입 당시 모습. 국제신문 DB
셰일가스의 경우 2013년 6월에 미국 에너지부가 발표한 자료에 따르면 전 세계 셰일가스의 매장량은 조사 41개국 중 최다가 중국으로 매장량은 1115조 ㎥이고, 2위가 아르헨티나, 3위가 알제리, 미국은 4위로 밝혀졌다. 그러나 보스턴 컨설팅그룹의 2013년 7월 조사에 따르면 2012년 말 현재 미국과 캐나다에서 굴착된 셰일가스 생산을 위한 가스정이 약 11만 개인데 반해, 북미 이외의 가스정은 200개 이하여서 셰일가스와 셰일오일 생산량의 99.9 %가 북미에 집중돼 있는 것으로 알려졌다.

한편 메탄하이드레이트의 자원량은 아직 확정되지 않았으나 연구자에 따라 다양한 추산이 있지만 육지에 10조~60조 ㎥, 해역에는 2000조~4000조 ㎥ 이상 존재할 것으로 보고 있다. 이는 천연가스 자원량 430조 ㎥의 10배에 이르는 엄청난 양이다.

그러나 자원으로서의 천연가스는 다음과 같은 문제점과 과제를 갖고 있다. 천연가스는 연소할 때 이산화탄소 배출량이 칼로리당 석유보다는 적지만 주성분인 메탄의 지구온난화지수가 ‘21’로 크기에 배출억제가 필요한 것으로 권고받고 있다.

메탄하이드레이트의 경우 일반적으로 퇴적층이 분산돼 있는 경우가 많아 채굴하는데 기술적 어려움이 있고, 아직도 채굴비용 등의 경제성의 문제가 있다. 특히 지구온난화와 함께 북극 툰트라지대의 지온(地溫)이 상승하면 메탄하이드레이트의 분해가 일어나 메탄이 대기중으로 확산되는 것이 증가하게 되는데 학자에 따라서는 연간 10억~150억 t이 늘어나 지구온난화를 촉진하는 악순환을 낳을 우려가 있다고 지적하고 있다.

천연가스는 가스누출 및 폭발사고 위험성이 있다. 만일 많은 양의 LNG를 노출하는 사고가 일어나면 액화때문에 -162℃ 이하의 초저온상태에서 -113℃ 이상으로 예열하기까지는 공기보다 무겁고, 극저온의 가스가 지상에 체류한다. LNG탱크가 만들어진 초기인 1944년 10월 20일, 미국 오하이오주 클리블랜드에서 발생한 LNG누출사고에서는 방액제(防液堤)를 준비하기 않았기 때문에 대량의 LNG가 시중에 퍼져, 하수구 안에서 폭발·연소하는 등 사망자가 128명이나 발생했다. 이 대형사고를 교훈으로 현재는 LNG탱크 주위를 방액제로 둘러싸 누설사고 피해 확산방지 조치를 취하고 있다. 김해창 경성대 환경공학과 교수


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