▲ 셰일가스의 생산이 증가하면서 가스차의 활용도도 커질 것으로 전망된다. 사진은 셰일유전에서 가스를 시추하고 있는 모습.

셰일혁명 성공적으로 진행될 때 가스연료가 자동차시장 주도

에너지구조가 석유에서 셰일가스로 전환
셰일유전에 자본 쏠려…150년 전 서부 금광시대의 현대판

 

셰일혁명의 시작

미국의 주요 언론에서는 셰일혁명(Shale Revolution)이 시작되었다고 한다. 혁명이란 기존의 질서나 세상이 깨어지고 새로운 시대가 시작되는 것이라고 한다면, 셰일혁명은 지금까지의 석유에 의존하던 에너지 시대가 셰일가스라는 새로운 에너지시대로 넘어간다는 것을 이야기하는 것이다.

석유는 1920년대부터 생산량이 서서히 증가하기 시작하여 현재는 연간 약 300억배럴 정도를 생산하고 있어 실질적인 석유 역사는 약 100년 정도 지났다. 아직도 1.6조 배럴 정도의 매장량이 남아 있어 향후  50년 정도는 석유시대가 계속될 것이라고 한다.

천연가스는 현재 60년 사용할 수 있는 190조m³의 매장량이 확인되어 있으며, 셰일가스가 채굴되기 시작하면서 200년은 사용할 수 있는 640조m³의 매장량이 파악되었고, 일부 전문가들은 500년 동안 사용할 수 있는 매장량까지도 있을 것으로 추정하고 있다.

이것은 매장량이 고갈되고 있는 150년의 석유시대가 끝나고 200년 이상을 사용할 수 있는 천연가스시대가 올 것이라는 것을 의미하는 것이다.

셰일은 지하 2000∼4000미터 깊이에 있는 암석층으로, 토사와 점토가 압축되어 형성된 곧은결의 바위의 얇은층들로 이루어져 있으며 쉽게 균열되고 부러지기 쉽다. 셰일층은 수십미터에서 200미터의 두께를 가지고 있는 천연가스(wet and dry gas)와 오일, 콘덴세이트 성분들이 함유되어 있다.

 

다양한 기술개발 덕분

셰일가스나 셰일오일을 추출하기 위해서는 시추관 앞에 설치되어 있는 드릴로 2000∼4000미터를 수직으로 뚫고 내려가서 셰일층을 만나면 구불구불하게 수평으로 펼쳐져 있는 셰일층 내부를 1500미터까지 시추관이 뚫고(수평시추) 들어간다. 시추관 중간 중간에 설치되어 있는 분사구멍을 통하여 물과 모래, 약품 등이 섞인 액체를 500기압 이상의 엄청난 압력으로 내품어 셰일층을 파괴해서(수압파쇄) 그 속의 천연가스와 오일을 추출해 낸다.

이와 같은 첨단기술인 수평시추와 수압파쇄 공법에 대한 기술 혁신을 미국에서 이루어 냄으로서 현재는 미국에서만 셰일가스 생산이 활발하다. 최근에는 셰일층의 위치와 연료 함유량을 더욱 정확하게 파악할 수 있는 ‘3D 모델링’ 기술이 개발돼 셰일가스 생산비용을 크게 줄이고 생산량을 대폭 늘릴 수 있게 되어 중동산 원유와의 경쟁력이 빠르게 향상되고 있다.

국내에서의 셰일가스에 대한 인식은 미국의 셰일가스와 셰일오일 생산으로 인하여 중동의 원유와 경쟁해 현재의 석유가격을 낮추는 결정적인 원인이 되고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 미국에서는 셰일혁명으로 불리면서 상상 이상으로 미국의 산업과 경제 전반에 지대한 영향과 변화를 주도하고 있다.

▲ 셰일가스 시추현장 전경

경제적 파급효과 상상이상

미국의 오바마 대통령이 지난 2012년 1월 신년연설에서 “우리는 향후 100년간 사용할 수 있는 에너지가 있으며, 셰일개발로 향후 10년간 60만개의 일자리를 창출할 수 있다”고 발표했다. 2015년 연두교서에서는 “실업률이 금융위기 이전보다도 낮아 졌으며, 지난 30년을 통해서 해외석유시장에서 가장 자유스러워졌다”고 했다.  

우리나라의 원유 수입량의 4배 수준인 1억 배럴/일 수준의 원유를 해외에서 수입하던 미국이 셰일가스와 셰일오일의 생산으로 인하여 이제는 에너지 수출국으로 탈바꿈하게 됐다. 값싸고 청정한 셰일가스로 인하여 많은 공장들이 석유에서 천연가스로 에너지를 전환하여 경쟁력을 높이고 있으며, 해외에 진출해 있던 공장들도 다시 미국 본토로 돌아옴으로서 미국 제조업이 살아나고 경제에 활력을 불어 넣고 있으며, 일자리 창출에도 크게 기여하고 있다.

셰일가스 열풍으로 미국 전역에서 셰일유전으로 사람들과 대형 중장비와  차량들이 몰려들고 있으며 불과 3∼4년 사이에 새로운 도시들이 탄생하고 있어 이는 마치 150년 전 서부 금광시대의 현대판을 보는 듯하다. 

셰일산업으로 인하여 향후 25년 동안 9백조원($930B)의 세입이 증가하고, 2010년까지 60만명의 일자리가 생겼는가 하면 2020년까지는 170만명의 일자리도 늘어 날 것으로 맥킨지에서 전망하고 있다.

셰일층은 비교적 전 세계에 골고루 분포되어 있으며, 미국에서는 남부의 텍사스주와, 중북부의 노스다코다주, 동부의 펜실베니아주에 주요 산지가 분포되어 있다. 미국 최대의 셰일오일 매장지로 추정되는 노스다코타 주 바켄 지역에서는 최근 몇 년 동안 연간 2000여 개의 유전이 새로 발굴되었으며 미국 전역에는 약 2만개의 유전이 설치되어 있다. 

주요 셰일가스 산지들의 셰일층의 면적은 크게는 25천㎢ 규모부터 3천㎢ 넓이로 수십 곳에 분포되어 있으며, 우리나라 남한의 전체 면적이 99.7천㎢ 임을 감안하면 얼마나 큰 규모인지를 상상할 수가 있을 것이다. 

 

셰일가스와 자동차시장

최근에 석유가격의 하락으로 인하여 미국의 셰일업계들이 도산을 하고 있지만 이는 자금력이 부족한 중소 업계들이며, 석유가격이 회복되면 바로 생산 할 수 있는 5천개의 셰일 유전들이 대기하고 있어 미국의 셰일가스 산업은 지속적으로 성장할 것이라고 한다.

셰일 매장량이 가장 많은 중국과 러시아도 10년 이내에는 셰일가스와 셰일오일 생산이 가능할 것으로 예상되며, 따라서 셰일가스가 전 세계적으로 생산되기 시작하면 석유보다 청정하면서도 200년 이상을 사용할 수 있는 천연가스 시대가 수십년 이내에 시작할 수도 있다는 것을 예상해 볼 수 있다.

셰일가스 시대가 본격화 되면 자동차 연료도 휘발유나 경유에서 천연가스연료로 바뀔 것은 분명하다. 셰일가스에는 LPG도 상당히 많이 포함되어 있기 때문에 LPG를 연료로 사용하는 자동차의 증가도 예상할 수 있다.

천연가스 연료는 가스 상태로 운송하는 것은 효율성과 경제성이 크게 떨어지기 때문에 액체 상태로 운송하게 된다. 현재는 주로 섭씨 영하 162°로 냉각시킨 LNG로 운반하고 있지만, 향후는 가스유전에서 DME와 GTL(Gas-To-Liquid: 가스액체화연료)로 변환시킨 액체연료로 운송하는 방법이 사용될 가능성이 매우 높아 보인다. 특히 자동차용 연료 사용을 위해서는 기존의 휘발유와 경유 충전인프라를 사용하는 것이 바람직하기 때문에 액체연료에 대한 관심이 높다. 

DME 연료는 청정성면에서는 아주 우수하며 매연과 입자상물질 배출이 거의 없어 매연후처리장치를 사용하지 않거나 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 LPG처럼  용기 내에 약간의 압력을 가해 주어야 액화가 되며, 체적당 에너지밀도가 경유에 비해 절반 수준이기 때문에 연료 분사계를 개선하여야 하고 연료탱크 용량도 키워야 한다. 

반면 GTL연료는 청정성 면에서는 DME에 비해서는 다소 떨어지지만 상압에서도 액체이며, 체적당 에너지 밀도도 경유와 거의 비슷하여 기존의 경유엔진 연료분사계를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.

DME나 GTL연료는 경유연료를 대체하는 특성을 가지고 있으며, DME와 GTL 중 어느 연료가 보편화 될지는 연료 가격과 각 연료에 따르는 차량 가격에 의해서 결정될 것이다.

LNG는 휘발유자동차를 대체하게 될 것이며, 천연가스자동차 기술은 이미 상용화 되어 있기 때문에 LNG와 CNG공급 충전소 구축이 천연가스자동차 보급의 핵심과제가 될 것이다.

천연가스를 수소로 개질하여 수소자동차 시대를 앞당기려는 시도도 예상해 볼 수 있다. 지금도 전기자동차나 신재생바이오연료 시대를 기다리며 많은 기술개발과 투자가 이루어지고 있으며, 이는 대기오염 개선과 지구온난화문제 해결을 위한 대책으로 추진되고 있지만 향후 석유자원의 고갈에 따르는 새로운 에너지의 대안을 준비하는 의미도 매우 크다고 볼 수 있다.

셰일혁명이 성공적으로 진행되어 새로운 가스시대가 200년 이상 지속된다면 신재생연료에 대한 투자가 줄어들거나 지연되는 정책의 변화도  예상할 수 있으며 가스연료가 자동차 시장을 주도하는 시대가 올 것이다.

따라서 자동차 산업에서도 셰일혁명에 대해서 보다 넓고 긴 안목으로 분석하고 준비해서 새로운 연료의 변화에 대비한 인프라 대책과, 자동차기술의 올바른 방향을 준비하여야 할 것이다.

▲ SK이노베이션 미국 석유개발 광구
저작권자 | 가스신문 무단전재 및 재배포 금지 구독신청