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화석연료 고갈시대의 전망과 과제
2008년 7월 1일 (화) 23:51:00 |   지면 발행 ( 2008년 6월호 - 전체 보기 )

이 원고는 일본《電氣評論》誌에서 번역 전재한 것입니다.화석연료 고갈시대의 전망과 과제-‘탈(脫)석유의존증’의 필요성과 제창교토(京都)대학 명예교수_아시다 유즈루(芦田 讓)개요최근 국내외 학회, 매스컴, 미디어 등을 통해 ‘오일 피크(Oil Peak)’라는 말을 자주 접하게 된다. 이것은 세계 석유 생산이 피크에 달해 감퇴로 전환한다는 시나리오다. 석유 발생원인설로 유기설(有機說)을 들던지 무기설(無機說)을 들던지 간에 석유는 화석에너지며, 유한하다는 사실엔 변함이 없다. 유한한 것을 생산, 소비할 때에는 반드시 생산의 피크(Peak : 정점)가 있다. 문제는 그 피크가 언제냐는 것으로, 피크는 궁극가채매장량(窮極可採埋藏量), 가격·재무조건, 인프라, 탐광 투자, 회수율 등에 의해 변한다. 궁극가채매장량에 대해서는 3조 배럴이라는 설(說)과 1.8조 배럴이라는 설이 있다. 또 오일 피크의 시기에 대해선 2004년에 이미 지났다는 설과 2010년 무렵, 2050년 이후, 심지어 280년 남았다는 설까지 있다. 여기서 중요한 것은 피크든 배럴이든 그 한복판에 있을 때는 그것을 인식하지 못하고 그것이 지나서야 피크였다, 배럴이었다고 깨닫는 것이다. 따라서 미래를 예측하여 복수의 대응책, 시나리오를 준비해야 할 필요가 있다. 현 세계의 석유 사정 1. 에너지란?에너지를 생각할 때는 어디에(육상, 해상, 소비지까지의 거리 등), 어떤 형태로(고체인지 액체인지 기체인지), 어느 정도의 밀도인지가 문제가 된다.예를 들어 태양에너지, 해수 속 우라늄, 금 등의 자원은 전체로 보면 대량이지만 밀도는 적다. 따라서 응집에 코스트가 든다. 한편 우라늄광상, 금광상은 지구가 오랜 기간에 걸쳐 응집해 온 그림자로, 광상을 찾아내면 자원으로 이용할 수 있다. 자원과 에너지의 차이는 코스트다. 자원으로 존재하고 있어도 코스트적으로 채산할 수 없으면 에너지로는 이용할 수 없다. 예를 들어 일본에는 석탄이 자원으로는 아직 대량으로 존재하고 있지만, 해외 석탄에 비해 코스트적으로 경쟁이 되지 않기 때문에 에너지로 이용하지 않는다. 자원과 에너지를 준별하는 지표로 EPR(Energy Profit Ratio)이 있다. 이것은 출력 에너지를 얻을 때 어느 정도의 입력 에너지가 필요한가 하는 값이다. 이것이 1이라면 손득이 없고 1 이하부터 손실, 1 이상부터는 이익을 내게 된다. 현재 일본 근해에 부존할 것으로 기대되는 메탄하이드레이트는 EPR적으로 생각하면 자원이긴 해도 에너지로는 이용할 수 없다. 2. 공급량과 생산량연일 고가로 치솟는 석유가치의 원인을 투기 의혹이나 허리케인 피해 등에 의한 일시적인 현상으로 보며 조만간 떨어질 것으로 생각했다. 그리고 미국의 제유능력 부족에 의한 것이라는 구조적인 문제, 또는 석유의 생산능력의 한계에 의한 것이라는 생각까지 여러 가지 의견이 팽배했다. 석유의 공급량에 대해서도 일본 홋카이도 유전의 감퇴가 예측 이상으로 급격하다, 사우디아라비아의 유전에 물이 들어 있다, 석유 발견의 피크는 1967년이었다 등 많은 의견이 팽배했다.한편 수요에 있어서는 BRIC’s 여러 나라들 특히 중국, 인도의 근대화에 의한 급격한 성장으로 인해 앞으로 이것은 더욱 커질 것으로 예측된다.

[표 1] 석유 발견량의 역사와 현재 소비량

<표 1>에 1945~1960, 1970~1990, 1990~1999년의 기간 내 연평균 발견량과 1990~1999년 동안의 소비량을 나타냈다. 이 표를 보면 1990~1999년에 걸쳐 매년 발견량의 4배나 되는 양을 소비하고 있음을 알 수 있다. <그림 1>은 1930년부터 현재까지 석유의 발견량과 생산량을 나타낸 것이다. 그림에 의하면 석유 발견의 피크는 1967년이며, 1980년에는 생산량이 이미 그 발견량을 넘어섰음을 알 수 있다.

[그림 1] 석유의 발견량과 생산량의 격차3. 석유의 발생원인설석유·천연가스의 발생원인에 대해서 알아보자. 여기에는 무기설과 유기설이 있다. ⒧ 무기설이것은 석유·천연가스가 지하 심부에서 탄소와 수소에서 합성됐다거나 지구창생 때부터 존재하고 있었는데 그 후 긴 시간에 걸쳐 이동·집적한 것이라는 설이다.⑵ 유기설유기설에도 여러 가지가 있지만 현재 케로젠(Kerogen)설이 유력하다. 이것은 동식물의 유기 퇴적물이 지하에서 다양한 작용에 의해 알칼리용액에서 불용성 케로젠이라는 고분자 화합물로 변하고, 이 케로젠이 환원 환경 하에서 열작용에 의해 탄화수소로 변성된 것을 말한다. 무기설과 유기설 사이에는 긴 논쟁이 이어져 왔지만, 최근에는 석유광상이 거의 퇴적암 속에 있다는 것, 석유 속에는 생물에 의해서만 합성되는 화합물이 포함되어 있다는 것, 석유가 동식물 속에만 함유되어 있는 콜레스테롤에 의한 광학적 활성을 가지고 있다는 것 등이 유기설의 정설이 되고 있다. 발생원인설로 무기설이든 유기설이든 그것이 유전·가스전이라고 하는 형태에서 응집하려면 이동·집적해야만 한다. 따라서 탐광(探鑛)이라는 입장에서 보면, 설사 무기설에 의한 추정 매장량이 크다 한들 유전으로서 생산되는 가채매장량이 클 것이라고는 생각하기 어렵다. 천연가스는 석유가 더욱 숙성된 것으로, 석유의 가채연수 41년에 비해 천연가스는 56년으로 더 많아 보이지만 사실 기본적으로는 동질한 양이다. 유기설의 입장에서 볼 때 유전·가스전이 형성되기 위해선 다음과 같은 조건이 필요하다.● 근원암 : 이암(泥岩)● 저유암 : 사암, 석회암, 응회암● 트랩 : 배사, 단층, 층위봉새(層位封塞)● 씰 : 모암● 숙성되기 위한 열량● 근원암에서 저유암으로 이동하기 위한 힘석유와 천연가스의 차이점은 석유가 더 숙성된 것이 천연가스라는 점이다. 또 오일샌드(타르샌드)는 트랩이나 씰 없이 지표 가까이에 이동해 온 휘발성의 성분이 증발한 것이며, 오일 셰일(Oil Shale)은 이동하지 않고 근원암 쪽에 머물러 있는 것을 말한다. 따라서 오일샌드를 개발하려면 300℃의 스팀을 2년 정도 넣어 유동성을 줘야 한다. 그리고 오일 셰일은 지하 심부에 있는 경우에는 개발 기술의 확립과 진흙과 기름을 분리하기 위한 코스트가 든다. 그러므로 개발 조건이 좋은 일부의 오일샌드를 제외하고는 현재 상업적으로 가동할 수 있는 단계는 아니다. 4. 가채연수(Reservoir/Production : R/P)가채연수는 현재의 확인 가채매장량을 그 해 생산량으로 나눈 값이다. 확인 가채매장량은 이미 발견되어 파낼 수 있는 양이다. 저유층의 면적×유층의 두께×공극률×(1-수분포화율)×회수율로 계산된다.

[그림 2] 세계 유전의 잔존 확인 가채매장량과 가채연수<그림 2>에는 확인가채량, 생산량 및 가채연수의 변화를 나타냈다. 2005년 석유의 R/P는 41년이었다. <그림 2>를 보면 40년 전에도 R/P는 40년이었으며, 2005년에도 40년이라는 것을 생각해 보면 40년 후에도 40년이지 않을까 생각된다. 그러나 40년 전과 비교해 현재는 탐광기술이 고도로 발전하여 지구상 거의 모든 지역과 사막, 정글, 툰드라대, 북해 등의 해상 정황이 어려운 해역, 대수심 해역을 조사하고 있는 것을 생각하면 이 이론에는 무리가 있다. <그림 3>과 같이, 발견할 만한 대유전은 다 발견했다고 해도 과언이 아니다.

[그림 3] 세계의 주요 유전의 발견 연차와 매장량여기서 폭 10㎞, 길이 10㎞, 층 두께 10m로 그다지 크지 않은 석유 저유층의 자산가치를 계산해 보자. 계산 조건은 유가 $60/배럴, 일본의 엔가(円價) 120엔/달러, 공극률 30%, 수분포화율 20%라고 한다. 이 때 원시매장량은 10,000m×10,000m×10m×0.3×(1-0.2) = 2.4×108㎥ = 1.5×109×배럴 = 900억 달러(10조 8천만 엔)가 된다. 이 금액은 일본 대기업의 연간 매상고에 해당한다. 가채매장량은 원시매장량에 회수율을 곱한 것이다. 자분(自噴)으로 얻은 회수율은 10~20%, EOR(Enhancement of Recovery)에서도 40~60%이다. 여기서 주의해야 할 것은 가채매장량은 정책, 경제적인 상황에 의해 의도적으로 변화한다는 것이다. 매장량은 석유회사에 있어서는 회사 경영상황에 관한 가장 중요한 정보로, OPEC 나라에 있어서 생산량이 매장량에 의해 할당된다. 따라서 석유 저유층의 면적, 층 두께, 공극률, 수분 포화율의 재점검에 따라 매장량이 크게 변화되는 것으로 짐작된다. 그 일례로 <그림 4>와 같이, 새로운 유전의 발견이 없었음에도 불구하고 1987년에는 각국의 매장량이 크게 증가했다.

[그림 4] 가채매장량의 변화5. 미래의 수급 예측석유 생산의 미래 예측에 있어서는 Hubbert, Compbell 등이 이른바 ‘오일피크’로 칭하여 논의했다.

[그림 5] 로지스틱 곡선(누계생산량)과 연간 생산량
[그림 6] 자원 피라미드 모델<그림 5>와 같이, 이것은 한계가 있는 자원을 생산할 때 궁극매장량(누적생산량)은 매년 생산량을 누적한 것이고 반대로 매년 생산량은 누적생산량을 미분한 것이므로 반드시 피크가 있다는 것이다. 피크의 위치는 물론 궁극 매장량의 양에 의해 변한다. 궁극 매장량은 <그림 6>의 자원 피라미드 모델과 같이, 가격·재무 조건, 파이프라인 등의 인프라, 탐광 투자, 회수율에 의해 변동된다. <그림 7>은 지금까지의 궁극 추정매장량의 추이를 나타낸 것이다. 이에 의하면 2000년 기준 가장 비관적인 Compbell이 1.8조 배럴, 가장 낙관적인 아메리카 지질 조사소에서 3조 배럴로 예측했음을 알 수 있다. 그러나 어느 쪽이건 간에 유한하다는 사실은 변하지는 않는다.

[그림 7] 궁극 추정 가채매장량석유가 없어져도 천연가스를 사용하면 된다는 의견이 있다. 천연가스의 가채연수는 65년이라고 알려져 있지만, 아메리카 지질 조사소는 그 가채연수를 130년으로 보고 있다. 그러나 석유 대신 천연가스를 사용하고 그 생산량이 연간 5%씩 증가하면 현재 가채연수가 130년이라고 해도 40년 밖에 남지 않았다. 여기서 석유의 수급예측을 보도록 하자.<그림 8>은 International Energy Agency(IEA)의 자료다. 이에 의하면 기존 유전의 양은 2004년경부터 감퇴된다. 신규 생산정의 굴삭에 의한 기존 유전의 증산(增産), 회수율 향상에 의한 증산, 오일샌드, 오일 셰일 등 비재래형 유전의 개발을 추가해도 수요를 보충하려면 신규 유전을 발견해야만 한다.

[그림 8] 국제 에너지 기관(IEA)에 의한 세계의 석유 수급 예측
[그림 9] 석유와 천연가스의 수요 증가(Exxon-Mobil)<그림 9>는 대기업 석유회사 Exxon Mobile의 자료다. 이에 의하면 2004년을 피크로 하여 점점 생산량이 감퇴하는데, 탐광투자에 의한 증산을 더해도 매년 4~6% 생산이 감소함을 알 수 있다. 따라서 급격하게 증가하는 수요를 보충하기 위해서는 새로운 에너지를 조달해야만 한다.

[그림 10] 재래·비재래 자원과 원유가격의 관계한편 일본 경산성(經産省)의 2030년 에너지 수급 예측을 <그림 10>으로 나타냈다. 여기에 의하면 유가가 상승하면 지금까지 생산할 수 없었던 오일샌드 및 오일 셰일 개발이 가능해져, 2030년에도 충분하게 공급할 수 있을 것으로 보고 있다. 또 일본 석유연맹의 석유·천연가스 자원의 공급량에 관한 견해를 <그림 11>로 나타냈다. 이에 의하면 석유는 아직 280년 정도 쓸 수 있는 양이 남아 있는 것으로 보고 있다. 그러나 오리노코 중유 및 오일샌드는 생산하는 데 코스트가 들기 때문에 일부 조건이 좋은 곳만 개발한다. 따라서 자원량은 있지만 에너지로의 이용은 얼마간 예정되어 있지 않는 실정이다.미국의 부시대통령은 2006년의 일반 교과에서 ‘탈(脫)석유의존증’을 선언하고 에탄올 연료의 개발에 착수할 것이라고 했다. 오일피크가 2004년인지 2030년 이후인지에 따라 리스크의 정도가 전혀 달라진다. 따라서 미래를 예측하여 SWOT해석(Strong, Weak, Opportunity, Threat)하고 리스크 매니지먼트를 행하며 복수(複數)의 시나리오를 준비해둬야 한다. 지금 우리들이 준비하면 지속형 사회로의 이행은 원활하고 효과적으로 이루어질 수 있지만, 에너지 정책의 변경이 강제되기까지 방치해 두면 그 이행에는 경제적인 많은 비용이 필요할 뿐 아니라 파멸적이 될 것이다. 마무리현재 사회는 전력, 공업화학, 농업, 어업, 운수 등의 산업 모든 분야에서 석유에 의존한다. 즉, 석유의존증이다. 이와 같이 우리 생활에 없어서는 안 될 석유는 화석에너지로서 유한한 자원이다. 따라서 석유에 의존하고 있는 각 분야에서는 탈석유의 대책을 준비해둬야 한다.

<Energy News>

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