퇴적암층에 갇힌 ‘투명황금’의 비밀

 

 

[셰일가스 혁명]②

안지영 기자 | 이재은 기자 | 2014/03/31

 

 

셰일가스(shale gas)는 진흙이 쌓여 형성된 수평의 퇴적암(셰일)층에 존재하는 천연가스를 말한다. 일반적인 천연가스보다 더 깊은 지하 2~4km에 위치하며 암석층의 미세한 틈에 갇혀 있다. 셰일가스를 추출하면 액화 과정을 통해 액화천연가스(LNG)를 얻을 수 있고 석유화학의 원료인 에탄, 액화석유가스(LPG) 제조에 쓰이는 콘덴세이트(프로판·부탄) 등을 얻을 수 있다.

 

미국 에너지정보청(BA)에 따르면 현재 개발 가능한 셰일가스 매장량은 7299Tcf다. 1Tcf는 1조(兆) 세제곱 피트(trillion cubic feet)로 LNG로 환산하면 약 2400만톤이다.

 

 

/조선일보DB

전 세계에서 매장량이 가장 많은 곳은 중국으로, 1115 Tcf가 매장돼 있다. 중국에 이어 생산량이 많은 곳은 아르헨티나(802Tcf), 알제리(707Tcf), 미국(665Tcf), 캐나다(573Tcf) 등이다. 현재 미국·캐나다 등에서 개발이 활발하게 이뤄지고 있으며 미국 전역에는 약 800구의 가스정이 있다.

 

바위틈에 갇힌 셰일가스를 캐는 과정은 일반 천연가스를 추출하는 방식보다 복잡하다. 일반적인 천연가스는 지하 500m 내외에서 가스전 상태로 고여있기 때문에 수직 시추 방식으로 뽑아내면 됐다.

 

반면 지하 2~4km 깊이 바위 틈에 존재하는 셰일가스를 캐기 위해서는 수직, 수평시추, 수압파쇄 등 다양한 기법이 필요하다.

 

 

물과 모래, 화학 첨가물이 섞인 액체를 이용해 셰일가스를 채취하는 수압파쇄 기법./Questerre Energy 유투브 영상 캡처.

먼저 셰일층에 도달하기 위해서는 셰일 암석층이 위치한 곳까지 2~4km를 수직으로 도달(수직 시추)한 후, 방향을 꺾어 1.5km가량 수평으로 뻗어야(수평 시추) 한다.

 

다음으로 물과 모래, 화학 첨가물이 섞인 액체를 고압으로 내뿜어 셰일층에 균열을 일으켜 가스를 채취하는 수압파쇄 기법이 사용된다. 이 방식은 1998년 그리스계 미국인 채굴업자 조지 미첼이 개발했다.

 

셰일가스는 전통적인 가스전과는 다른 암반층에서 채취되기 때문에 비전통 천연가스로 분류된다. 수압파쇄에 필요한 화학 물질이 환경을 해칠 수 있고 지하 깊은 곳에서 추출이 이뤄지면서 지진을 유발할 수 있다는 문제도 있다.

 

일반적인 천연가스는 지하 500m 내외에서 가스전 상태로 고여있기 때문에 수직 시추 방식으로 뽑아내면 되지만 지하 2~4km 깊이 바위 틈에 존재하는 셰일가스를 캐기 위해서는 수직, 수평시추, 수압파쇄 등 다양한 기법이 필요하다. /미 에너지정보청

1929년 대공황 이후 최대라는 2008년 글로벌 금융위기에서 미국 경제를 회생시키고 있다는 평가를 받고 있는 셰일가스는 사실 미국에서는 19세기부터 추출되기 시작했다. 1821년 뉴욕주 프레도니아에서 처음 추출된 셰일가스는 1970년 이전까지는 켄터키주의 가스전을 중심으로 소량 생산됐다. 기술이 발달하지 않아 폭약을 셰일가스 광구에 던져 넣는 방식으로 가스를 추출했다.

 

셰일가스 관련 기술은 미국이 오일쇼크로 1970년대 에너지 수출을 금지하면서 개발됐다. 에너지가 부족한 상황에서 천연가스 생산량이 줄자 미국 정부가 대체 에너지 관련 투자를 늘린 것이다. 이때 추진한 ‘동부가스셰일 프로젝트’(1976~1992)를 통해 다양한 셰일가스 추출방법이 개발됐고 셰일가스 광구탐사도 이뤄졌다. 미 정부는 1980년 발표한 에너지법을 통해 셰일가스를 비롯한 비전통 가스 산업에 세제 혜택을 제공하기도 했다.

 

오랜 지원 끝에 2005년 텍사스주 바넷 셰일 광구에서 셰일가스 대량생산 기술이 성공을 거두면서 본격적인 셰일가스 시대가 개막됐다. 생산이 늘자 조지 부시 미국 전 대통령은 임기가 끝나갈 무렵인 2008년 민간업체에 8093㎢에 달하는 콜로라도, 유타, 와이오밍주 셰일가스 광구의 개발을 허용했다.

 

올 들어 2월 현재 이글포드, 바켄 등 미국 내 주요 셰일가스 광구에서는 하루 평균 322만배럴의 셰일 오일이 생산되고 있다. 셰일가스는 2000년 미국 천연가스 생산량의 1%에 불과했지만 2010년 20%를 넘어섰다. 미 에너지정보청(EIA)은 2035년에는 미국 내 천연가스 공급량의 46%를 셰일가스가 차지할 것으로 전망하고 있다.

 

한편 EIA는 북미 타이트 오일(셰일 오일), 오일샌드 등의 비전통 석유의 공급이 늘면서 올해 서부텍사스산원유(WTI)의 평균 가격이 지난해보다 배럴당 4.58달러 낮은 93.33달러, 2015년에는 89.58달러로 감소할 것으로 전망했다.

 

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[Shale Gas]
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수평시추법(Horizontal drilling)2)과 수압파쇄법(Hydrau- lic fracturing)3)이라는 두 기술 의 결합이 개발되면서 세일가스 발달

* 셰일가스 의 생산비용을 2009년 100만 BTU(British Ther- mal Unit)당 10달러에서 2012년 최소 3달러 수준 까지 하락

* 셰일가스 매장량은 천연가스 매장량의 40%인 총 6,622tcf(trillion cubic feet)로 전 세계가100년 사용기능 중국과 미국에 각각 1,275tcf와 862tcf로 가장 많은 양이 매장

* 가스가격은 셰일가스의 생산으 로 공급이 확대되면서 BOE(Barrels of Oil Equiva- lent per day)당 25달러 수준을 유지

*이산화탄소 배출. 가스는 석유와 석탄의 각각 70%와 50% 수준 으로 발생

* 개발의 최대 걸림돌은 환경적 문제이다. 수압 파쇄법의 경우 셰일층에 균열을 만들기 위해 고 압상태의 물, 세라믹, 산성 화학물질을 분사하 고 있다. 따라서 기존의 시추방법으로 천연가스 를 채굴할 때에는 0.001~0.01m3/TJ의 물이 사용 되는 반면에 셰일가스의 생산에는 최대 1,000배 이상인 2~100m3/TJ의 용수가 필요하다. 텍사스 지역의 경우 시추에 사용된 용수의 25%를 다시 회수하여 사용하고 용수 재활용률을 높이기 위해 R&D투자를 늘리고 있다

* 더욱이 물과 같이 사용되는 0.5%의 화학첨가 물도 문제이다. 가스 채굴 시 지층에 균열을 만들 기 위해 사용된 화학물질이 지하수면으로 흘러들 어가서 지하수를 오염시킬 위험도 높다

* 2020년까지 1만 개의 새로운 광구시추를 바탕으로 중국은 향후 자국 내 에서 생산된 가스로 2013년 기준 전체 가스 소비 량의 37%를 충당하고, 에너지 소비에 대한 천연 가스의 비중도 2008년 2.7%에서 2020년 5.2%까 지 점차 확대하려고 한다.
유럽도 2015년까지 유럽소비의 6%를 셰일가스 로 공급하고 2020년까지 2015년 수준의 4배 이상 의 증산을 목표로 개발에 착수

* Golden Rules for a Golden Age of Gas’ 는 세계 가스시장의 경우 제 2위의 가스수입국인 미국이 수출국으로 전환하면서 세계 가스시장은 공급과잉으로 인해 판매자(seller) 중심에서 구매 자(buyer) 중심의 시장으로 재편될 것으로 전망 하였다.

* 값싼 셰일가스의 대량생 산과 공급으로 2035년까지 가스수요는 50% 이상 상승하고 세계 에너지 소비의 구성에서 25%이상 을 담당할 것으로 전망하였다