[스크랩] 차세대 화석 에너지원 ‘불타는 얼음’

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차세대 화석 에너지원 ‘불타는 얼음’

메탄하이드레이트 개발 위한 움직임 활발

지난 달 25일은 독도의 날이었다. 독도는 역사적으로나 지리적으로 우리에게 대단히 중요한 존재지만, 경제적 가치 또한 상당하다. 최근 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있는 메탄하이드레이트(methane hydrate)가 독도 인근 해저에 대량으로 묻혀있다는 사실이 조사결과 밝혀졌기 때문이다.

 

독도는 역사적으로나 지리적으로 우리에게 대단히 중요한 존재지만,

경제적 가치 또한 상당하다 ⓒ 연합뉴스

메탄하이드레이트란 러시아의 시베리아 같은 툰드라 지대나 해저 퇴적물 또는 퇴적암 층에 광범위하게 분포돼 있는 고체 에너지를 말한다. 온도가 매우 낮고, 압력이 높은 고압상태에서 살얼음과 비슷한 버석거리는 형태로 존재하기 때문에 일명 ‘불타는 얼음’으로도 불린다.

메탄하이드레이트는 물 분자 내에 메탄 분자가 끌려 들어가 있는 모양의 분자 구조를 이루고 있다. 또한 다른 화석연료들과는 달리 연소시킬 때 이산화탄소 발생량이 거의 발생하지 않기 때문에, 지구 온난화 현상을 막는데도 일조를 할 수 있는 에너지원이다.

차세대 에너지원으로 각광받는 메탄하이드레이트

전 세계가 에너지 고갈 위기를 맞이하여 다양한 대체 에너지원을 개발하고 있지만, 그 중에서도 가장 관심이 모아지고 있는 자원이 바로 메탄하이드레이트다. 석유처럼 특정한 지역에만 몰려 있는 것이 아니라, 거의 세계 전 지역에 고르게 분포하고 있어 더 그렇다.

따라서 전 세계 매장량도 엄청나다. 석탄과 석유, 천연가스 등 현존하는 모든 탄소자원을 합한 양의 2배 정도가 될 것으로 예상하고 있다. 현재 전 세계에 매장된 메탄하이드레이트의 양은 약 10조 톤에 이를 것으로 추정하고 있는데, 이는 향후 200~500년 간 인간이 사용할 수 있는 양이다.

우리나라의 경우도 여기에 포함되어 있다. 한국가스공사(KOGAS)와 지질자원연구원(KIGAM)이 발표한 자료에 따르면 지난 2000년대 초에 동해 전 해역에 걸쳐 탐사를 벌인 결과 약 6억 톤 가량의 메탄하이드레이트가 매장된 것으로 조사되었다. 이는 우리나라 국민이 30여 년 간을  사용할 수 있는 엄청난 양이다.

 

물 분자 내에 메탄 분자가 끌려 들어가 있는 모양의 분자 구조를 이루고 있는 메탄하이드레이트 ⓒ KOGAS

메탄하이드레이트의 존재가 알려진 것은 지난 1930년대 후반이다. 하지만 당시로서는 원유와 천연가스 수요가 지금처럼 많지 않았고, 이를 개발한 만한 기술도 축적돼 있지 않았기 때문에 그 후 50여 년간 제대로 된 관심을 받지 못했다.

그러나 1980년대 접어들어 미국과 일본이 메탄하이드레이트 개발에 본격적으로 뛰어 들면서 전 세계의 주목을 끌게 되었다. 미국은 1980년대 초 이미 심해저에서 메탄하이드레이트 실물을 채취하는데 성공했고, 일본 역시 1989년에 근해에서 실물을 채취하는데 성공하면서 본격적인 개발경쟁이 시작되었다.

아직 상용화 단계에 접어들지도 못했기 때문에 시기상조라 할 수도 있지만, 과학자들은 메탄하이드레이트 개발 문제에 있어 몇 가지 해결해야 할 점을 지적하고 있다. 시추를 하다가 해저 지반의 지형과 지층이 붕괴될 가능성, 그리고 가스 방출에 의한 지구온난화 가속화 등이 발생할 수도 있다는 것이다.

국내 시추계획은 내년으로 연기

메탄하이드레이트는 기존의 석유이용 시설을 이용하여 액화천연가스(LNG)를 개발할 수 있다는 장점이 있다. 때문에 인근 해저에 상당한 매장량을 보유하고 있는 일본의 경우는 최근 막대한 비용을 들여 메탄하이드레이트 개발에 나섰다. 그 결과 지난해 3월에 일본은 세계 최초로 메탄하이드레이트의 시험 추출 개발에 성공했다. 메탄하이드레이트 주변의 물을 끌어올려 압력을 낮춤으로써 메탄가스와 물을 분리하는 ‘감압법’을 사용하여 가스를 추출하는 성과를 거두었다. 메탄하이드레이트에서 메탄가스와 물을 분리했을 당시만 하더라도 열도는 흥분에 휩싸였다. 당장에라도 메탄하이드레이트를 통해 돈을 벌 것만 같은 기세였다. 하지만 시추 엿새 만에 작업은 중단되었다. 시추공에 모래가 딸려오면서 배관이 막혀 시추할 수 없는 상황으로 변한 것이다.

당초 이런 상황들을 고려하여 작업에 들어갔지만, 예상보다 훨씬 어려운 과정이 지속되면서 결국 경제성에 발목이 붙잡히게 되었다. 추가 공정을 모두 소화하게 되면 가스 추출비용이 수입가스보다 훨씬 비싸지게 되므로 상용화에 미칠 수 없게 되는 것이다. 이 같은 문제가 일본에만 해당되고 있는 것은 아니다. 우리나라도 최근 메탄하이드레이트 시추 사업이 기술과 경제성 확보 문제로 난항을 겪으면서, 당초 올해 계획했던 독도 부근의 해저에서 시행하려던 첫 시추 작업을 내년 5~6월께로 미룬 것으로 알려졌다.

정부가 시추 작업을 미룬 것은 국내의 시추 기술과 방법, 그리고 시추 지역 등 데이터를 입력하여 시뮬레이션을 실시한 결과가 나쁘게 나왔기 때문이다. 시범적으로 생산할 위치가 일본보다 1000미터(m) 아래인 데다가, 지반도 진흙층이어서 일본의 경우보다 배관이 막힐 확률이 더 높은 것으로 분석되었다.

 

가스 하이드레이트의 매장 형태. 지하의 둥근 모양이 매장되어 있는 곳이다 ⓒ KOGAS

고체를 기체화하는 방법으로는 일본과 같은 감압 방법이 검토되었는데, 여기에도 많은 걸림돌이 있다. 깊은 바다에서 메탄하이드레이트를 끌어 올리는 작업이 결코 만만한 일이 아니라는 것이 전문가들의 공통된 의견이다. 메탄하이드레이트의 특성상 대량으로 모여 있지 않고 해양 퇴적층에 얇은 층으로 넓게 퍼져 있는 경우가 많기 때문이다.

​또한 채굴 과정에서도 잘못하면 기체 상태가 되어 대기 중으로 유출되는데, 그렇게 되면 환경에 미치는 결과가 상당히 심각해질 것으로 예측되었다. 메탄은 이산화탄소보다 20배 이상 더 강력한 온실가스이기 때문이다. 이 밖에도 지반이 약해 시추공이 버틸지의 문제도 제기되었다. 따라서 정부는 현재의 기술 수준으로 상업시추를 시행하려면 투자비용이 급격히 늘어 경제성이 없다고 판단했다고 밝혔다. 다만 내년에도 시범적인 시추사업을 실시한 후 생산최적화를 위한 R&D는 지속한다는 방침이다.

당시 프로젝트 추진을 이끌었던 산업통상자원부의 관계자는 “당장 메탄하이드레이트를 상업적으로 생산하려면 대규모 예산이 필요한 상황”이라고 지적하며 “경제성을 고려해 상업적 생산을 서두르기보다는 내년 시험 시추 이후 연구개발을 더 진행하는 것이 합리적”이라고 말했다.

이처럼 메탄하이드레이드의 상용화까지는 멀고 험난한 길이 놓여 있지만, 미국의 셰일가스 시추 기술개발 발전 사례에서 보듯이 향후 더 값싸게 시추할 수 있는 기술이 개발된다면 이야기는 달라진다. 메탄하이드레이드의 실용화가 생각보다 일찍 올 수 있다는 것이 업계의 생각이다. 두 가지 이유 때문이다. 첫째, 민간 기업이 필사적이다. 어떻게 해서든 이 분야에서 살아남으려면 메탄하이드레이트에 침을 칠해 놓아야 한다고 누구나 생각하고 있다. 그렇게 되면 치열한 경쟁이 되고 경쟁은 기술개발을 촉진한다. 둘째로는 선진 국가들이 본격적으로 개발에 착수하고 있다는 점이다. 에너지 자원 문제가 이 시대의 화두가 된 이상 매장량만 풍부하다면 국가 차원에서 모든 국력을 동원하여 난제를 해결할 것이라는 점이다.
 

김준래 객원기자
저작권자 2014.11.14 ⓒ ScienceTimes
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출처 : 미래창조과학부

글쓴이 : 미래창조과학부 원글보기

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