촉망받는 미래 에너지원 셰일 가스, 좋기만 할까?

촉망받는 미래 에너지원 셰일 가스, 좋기만 할까?

대학생신재생에너지기자단 18기 김민규

 

에너지 흐름의 판도를 바꾼 셰일가스

아주 긴 시간동안 모래와 진흙이 땅에 쌓이면 단단하게 굳은 탄화수소가 퇴적암 속에 매장되는데, 이렇게 매장된 가스를 셰일가스라고 부른다. 난방과 발전용으로 쓰이는 메탄 70~90%, 석유화학 원료인 에탄 5%, LPG 제조에 쓰이는쓰이는 콘덴세이트 5~25% 등으로 구성되어 있다.

[자료 1. 매장된 셰일가스]

출처 : ohmynews

셰일가스의 큰 장점은 유전이나 가스전에서 채굴하는 기존 가스와 성분이 동일해 기존에 사용하던 방식대로 난방용 연료나 석유화학 원료로 사용할 수 있다는 것이다. 그러면서도 석유, 석탄보다는 온실가스를 적게 배출하는 친환경적인 자원이라는 점에서 촉망받고 있다. 미국에서 대규모의 셰일 유전이 발견되면서, 석유를 대체할 수 있는 에너지원이라는 기대감도 커지고 있다.

보통 천연가스는 생성된 뒤 지표면으로 이동해 한 군데에 고여 있지만 셰일가스는 가스가 투과하지 못하는 암석층에 막혀 이동하지 못한 채 셰일층에 갇혀 있다. 따라서 기존에 우리가 알던 천연가스보다 깊은 곳에 그리고 넓은 지역에 걸쳐 연속적인 형태로 분포되어 있다. 추출하기 어려운 분포 특성 때문에, 여태까지는 기존 천연가스 추출 방식으로는 기술의 한계가 있어 개발에 제약이 많았다. 이미 1800년대에 셰일가스의 존재가 밝혀졌지만 채굴이 이루어지지 못한 이유도 이 때문이다. 하지만 1998년 미국인 채굴업자 조지 미첼이 '수압파쇄 공법'을 통해 상용화에 성공하면서 셰일가스가 상용화되기 시작하였다.

셰일가스 어떻게 채굴하나?

수압파쇄 공법이란 모래와 화학 첨가물이 섞인 물을 500~1,000 기압의 높은 압력으로 셰일층에 뿜어 암층에 균열을 만든 뒤 천연가스를 뽑아내는 방식이다. 따라서 많은 물이 채굴 과정에서 필요하다. 이렇게 수압파쇄가 끝나고 나면 작은 입자로 된 프로판트를 집어넣어서 이 균열들을 유지시켜 지속적으로 셰일가스를 뽑아낼 수 있도록 한다.

다른 방식으로는 수평시추법이 있는데, 지표에서부터 가스와 석유가 있는 지하 3,000m의 깊이까지 수직으로 관을 삽입한 후 시추관이 셰일층에 도달하면 진입 각도를 꺾어 가스층에서 가스를 채굴하는 기술이다.

[자료 2. 셰일가스 채굴방식인 수압파쇄법과 수평시추법]

출처 : 한국에너지공단

하지만 오랫동안 인류의 숙원사업이었던 셰일가스 채굴을 가능하게 해 준 수압파쇄법은 친환경적인 셰일가스의 장점을 무색하게 만들 만큼의 단점을 가지고 있다고 평가를 받고 있기도 하다.

문제 1: 환경파괴

수압파쇄법은 비전통적 에너지원을 생산하기 위해 개발된 방법으로 그 과정에서 반드시 암석을 파쇄하기 위한 용액이 사용되어야 한다. 이렇게 각종 약품을 섞은 대량의 물이 지하수에 스며들어 토양을 오염시킨다. 개발업체들은 셰일층이 지하수층보다 수 km나 밑에 있기 때문에 안전하다고 강조하지만 암석의 깨진 틈을 타고 메탄가스와 화학물질이 올라와 지하수에 섞일 수 있다는 경고가 개발 초기부터 있었다.

[자료 3. 수압파쇄법을 반대하는 환경운동가들]

출처 :  지앤이타임즈

실제로 미국의 많은 환경단체들은 캘리포니아주에 수압파쇄 공법의 사용을 중지해 줄 것을 꾸준히 요청해 오고 있다. 이들은 수압파쇄 공법으로 인해 지하수가 오염될 가능성이 있기 때문에 정부의 관련 규정이 나오기 전까지 사용을 중지해 줄 것을 요청했다. 이처럼 환경단체들의 요구로 이미 많은 지자체가 수압파쇄 공법 사용을 중지했다. 미국뿐 아니라 유럽, 호주 등 세계 곳곳에서 셰일가스와 같은 비전통자원 개발에 필수적인 수압파쇄와 수평시추 공법의 사용을 반대하는 움직임이 확산되고 있다.

수자원 낭비도 심각한 문제이다. 셰일가스 유정 하나를 팔 때 물 1400만L가 들어가고 이는 인구 5만 명인 도시에서 하루 동안 쓰는 양이다. 석유 개발에 비해 1000배나 많은 물이 들어간다. 세계에서 셰일가스 매장량이 가장 많은 중국이 개발을 못하고 있는 이유도 물 때문이다.

문제 2: 지진 유발

수압파쇄법은 지진을 유발한다는 주장도 있다. 미국 지질연구소(USGS)는 미국과학진흥협회(AAAS) 세미나에서 수압파쇄에 따른 소규모 지진이 대형 지진으로 연결될 수 있다고 경고했다. 전문가들은 수압파쇄 때문에 지하의 압력이 높아지면서 단층이 반복적으로 하강해 지진으로 이어질 수도 있다고 보고 있다.

현재에도 미국 오클라호마나 캔자스 주 남부에서 수압파쇄의 결과로 추정되는 소규모 지진이 빈발하고 있고, 특히 지질연구소가 관측을 시작한 오클라호마 지역에서는 사람이 감지할 만한 지진이 200차례 가까이 발생했다.

[자료 4. 수압파쇄법을 반대하는 영국의 시위자들]

출처 :  한국일보

실제로 영국 정부는 총선 직전, 지진 유발 위험성을 과학적으로 부정할 수 없다는 이유로 수압파쇄 공법을 전면 금지하는 조치를 내리기도 하였다.

화학첨가물은 적게, 지질조사는 더 많이!

기존의 한정적이고 환경오염을 유발하는 화석에너지를 대체할 수 있는 셰일가스는 분명 미래에 유용하게 사용될 자원임에 틀림이 없다. 하지만 셰일가스를 채굴하는 가장 대표적인 수압파쇄공법의 과정에서 조금 더 친환경적인 화합물을 사용하고, 지진의 위험을 줄이기 위해 셰일가스 추출 업체가 지층을 더 자세히 조사해 수압파쇄 공법 적용 가능 지역을 선별할 수 있도록 더욱 많은 노력이 필요해 보인다.

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참고문헌

[에너지 흐름의 판도를 바꾼 셰일가스]

박선주, "친환경 '셰일가스' 에너지 문제의 새 돌파구 될까?", OhmyNews, 2013.03.07, http://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0001841533 

[셰일가스 어떻게 채굴하나?]

 "[신재생에너지] 에너지 혁명, 셰일가스(Shale gas)", 한국에너지공단블로그, 2018.03.21, http://blog.energy.or.kr/?p=15192

[문제 1: 환경파괴]

윤병효, ""수압파쇄 안돼" 셰일가스 개발 제동", 지앤이타임즈, 2012.10.22, http://www.gnetimes.co.kr/news/articleView.html?idxno=20641 

정선미, "獨, 7년간 셰일가스 채굴 금지…'지하수 오염 방지'", 동아일보, 2014.07.05, https://www.chosun.com/site/data/html_dir/2014/07/05/2014070500446.html

"셰일가스, 물과의 전쟁", 동아사이언스, 2015.07.31, http://dongascience.donga.com/special.php?idx=858

[문제 2: 지진유발]

김정우, "영국 총선의 새로운 쟁점 떠오른 ‘수압파쇄 셰일가스 추출’", 한국일보, 2019.11.03, https://m.hankookilbo.com/News/Read/201911031725090632

장현구, "미국 셰일가스 수압파쇄법, 대규모 지진 유발 가능성", 연합뉴스, 2015.02.16, https://www.yna.co.kr/view/AKR20150216003900123