천연가스의 일종인 셰일가스(Shale gas)가 새로운 에너지원으로 부상하고 있다.

과거 기술적·경제적인 이유로 존재감이 없었던 셰일가스가 수평정시추기술과 수압파쇄법으로 에너지 시장의 신데렐라로 떠오르고 있다. 셰일가스는 진흙이 굳어진 암석층에 함유된 메탄가스로 혈암가스라고도 한다.

셰일가스의 원시 매장량은 전통가스의 확인 매장량과 엇비슷하며 전세계에 고루 분포돼 있다.

글로벌 에너지 업체들은 셰일가스 관련 기술과 자산을 보유한 중소 업체의 인수나 제휴를 추진하고 있으며 전세계에 걸쳐 앞 다퉈 개발권을 따내기 위해 노력하고 있다.

윤여중 LG경제연구원 애널리스트는 ´셰일가스 혁명이 천연가스 가격 안정화 이룬다´는 보고서를 통해 “셰일가스 개발 확대를 통해 천연가스 가격의 안정화, 자원의 무기화 방지, 천연가스 활용에 대한 재평가가 일어날 것”이라고 전망했다.

시추시 오염 가능성 해결이 난제
2000년대 들어 시추 기술의 혁신 덕분에 셰일가스 개발은 미국 전역으로 번지고 있다. 이 기술은 수평정시추기술(Horizontal/Directional Well Drilling)과 수압파쇄기법(Hydraulic Fracturing Treatment)을 동시 적용하는 것이다.

이 두 가지 기술이 연계되면서 수평시추정이 급격히 확대됐고, 셰일가스 생산량도 폭발적으로 증가했다. 이에 따라 과거 12% 정도였던 회수율이 최근 10여년간 50%까지 상승했으며, 채굴 비용도 큰 폭으로 개선되고 있다.

물론, 기술 혁신이 이뤄졌지만 환경오염 가능성에 대한 문제는 아직까지도 해결해야할 난제다.

수압파쇄기법을 통해 분사하는 유체는 대부분 물과 모래로 이뤄져 있지만, 약 0.5% 정도의 화학물질도 혼합시킨다. 이 유체를 주입·회수 처리하는 과정에서 화학물질이 지하수가 흐르는 대수층이나 식수원으로 사용하는 지표수에 유입될 경우가 문제인 것이다.

또한, 지하에서 시추 파이프에 문제가 발생할 경우에는 지표수와 지하수 모두에 영향을 미칠 가능성도 있다. 이러한 우려로 업계 리더 중 하나인 Chesapeake는 미국의 뉴욕주에서의 개발 계획을 취소했고, Shell은 스웨덴에서 셰일가스를 탐사할 당시에 사회적 저항에 부딪히기도 했다.

그러나 업계에서는 가스 저장층이 지하수가 흐르는 대수층보다 깊게 위치한 경우가 대부분이고 서로 다른 특성을 지닌 지층으로 유체가 흘러 들어가기는 어렵다는 점을 들어 식수원 오염 가능성은 매우 적은 편이라고 강조하고 있다.

또한, 이러한 가능성을 낮추기 위해 다중으로 구성된 시추 파이프를 사용하고 있다고 주장하고 있다.

다음으로 제기되는 이슈는 수자원 부족 문제다.

셰일가스 개발을 위해 혈암층을 파쇄하기 위해서는 대량의 물이 필요하다. 셰일가스 개발에 성공한 셰일가스전에서 시추와 수압파쇄에 필요한 물은 미국 바넷지구의 경우 약 1천만 리터, 마셀러스(Marcellus)지구의 경우 약 1천900만 리터에 달하는 것으로 업계는 보고 있다. 수자원이 풍부한 지역이 아니라면 분명 분쟁이 일어날 여지가 있는 문제다.

셰일가스가 천연가스 시장에 미치는 영향
그렇다면 셰일가스는 천연가스 시장에 어떤 영향을 미치게 될까. 첫째, 셰일가스의 공급 증가는 천연가스 가격을 하향 안정화 시킬 것이다. 이미 카타르의 LNG 프로젝트로 수급 안정이 예상되는 상황에서 셰일가스의 등장은 천연가스의 공급 과잉으로 이어져 가격의 하방 압력을 가중시키고 있다.

둘째, 셰일가스의 부상은 에너지 자원의 무기화를 부분적으로 약화시킬 것이다. 주요 에너지 수요국 내에서 자체적인 셰일가스 공급이 가능해지기 때문이다. 마지막으로, 전반적인 가격 및 수급 안정으로 각국 정부에서 천연가스 활용에 대한 재평가가 일어날 수도 있다. 석탄과 비교해 천연가스의 연소 가스는 이산화탄소가 절반 수준이며 수은이나 유황화합물과 같은 유해화학물질이 없다.

천연가스는 석탄을 없애고 풍력과 태양에너지로 가는 저탄소 경제를 보완하는 중간 연료로까지 간주되기도 한다. 셰일가스 개발을 통한 안정적인 천연가스 공급이 현실화된다면, 선진국을 중심으로 석탄 발전소를 대체할 가능성이 높아진다. 더구나 가스 발전소는 석탄발전소보다 더 저렴하게 구축할 수 있는 것으로 알려져 있다.

셰일가스를 와일드 카드로 활용하려는 유럽
현재 유럽은 중소규모 독립에너지기업이 주도하고 있는 미국과는 달리 글로벌 에너지 업체를 중심으로 셰일가스 개발에 착수하기 시작했다. 그러나 실제 상업 생산까지는 일정 시간이 걸릴 것이다. 단기적으로 폴란드 등 동유럽에서 비교적 빠른 기간 내에 활성화될 것이며, 중장기적으로 환경 이슈가 어느 정도 해결 가능해지고 관련 인프라가 확충될 때 유럽 전역으로 확산될 수 있을 것이다. 유럽 내 셰일가스 원시 매장량은 16조㎥다.

중국은 천연가스 수입에 대비하기 위해 LNG 터미널을 건설하고, 국영에너지회사인 CNPC를 통해 중앙아시아를 거쳐 카스피해 동쪽에 있는 투르크메니스탄에 이르는 천연가스 송유관을 건설했다. 이런 상황에서 셰일가스의 등장은 중국에 깜짝 선물을 안긴 것이나 다름없다. 중국의 천연가스 확인 매장량은 2.5조㎥이지만, 중국의 셰일가스 원시 매장량은 45조㎥에 이르는 것으로 나타난다.

중국은 작년 11월 버락 오바마 미국 대통령 방문 시 발표한 ‘미-중 친환경 에너지 협력 방안(U.S.-China Clean Energy Announcements)’에 미국의 중국 내 셰일가스 개발 지원(Shale Gas Resource Initiative)을 포함시켰다.

현재 유럽계인 쉘은 CNPC와 함께 올해 11월부터 스촨(Sichuan)성의 셰일가스를 개발하기로 합의했으며, 미국 업체인 엑손모빌과 Chesapeake 등도 비교적 쉽게 중국 내 셰일가스 개발에 동참할 수 있을 것으로 판단된다.

중국 정부는 CNPC, 시노펙 등 국영에너지기업들이 올해 자국 내에서 300억㎥의 셰일가스를 생산하도록 목표를 부여했다. 이는 중국의 2008년 천연가스 소비량의 37%에 달하고, 수입량 44억㎥를 압도하는 수준이다. IEA는 2030년 중국 에너지 수요의 5.2%를 천연가스가 충족시킬 것으로 전망했으며, EIA는 2035년에는 중국에서 생산될 천연가스의 62%가 셰일가스일 것으로 예측하고 있다.

이렇듯 셰일가스가 조명을 받는 것은 비용을 획기적으로 낮추게 한 기술 혁신 덕이다. 이 배경에는 국가 차원의 지속적인 지원이 있었다. 미국 정부와 에너지국, 국립에너지기술연구원 등은 셰일가스 개발 업체에 대해 세금혜택과 자본 지원, 기술 전수 등을 지원했다. 일개 시추 기술이 현재 전세계적인 영향을 미치는 나비효과를 일으키고 있는 것이다.

우리 정부도 미국 정부처럼 미래에 큰 영향을 미칠 수 있는 시장과 기술에 대한 모니터링을 지속하고 국가차원의 기술 경쟁력 확보를 고민해야 할 것이다.

[전문은 EBN화학정보 245호 참조]

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