기고

셰일가스, 수송연료·발전시장 바꾼다||||■LNG선박 등 수송 분야의 천연가스 확대 국내 에너지 소비에 있어 수송용 분야가 차지하는 비중은 약 20%이며 이 중에서 액체 연료(가솔린, 디젤, 벙커유 등)가 차지하는 비율은 약 95%에 달한다. 그러나 최근 환경규제 강화와 고유가로 인한 경제성 변화에 따라 수송용 연료에 있어 많은 변화가 일어나고 있으며, 그 변화는 앞으로도 지속적으로 강화될 것으로 예상된다.최근 북유럽을 중심으로 선박의 추진동력으로 청정연료를 사용하고자 하는 관심이 높아지고 있다. 이는 미국과 IMO (International Maritime Organization, 국제해사기구)에서 해양오염과 대기오염 방지를 위한 대처방안을 강구하면서 이러한 관심이 더욱 증가하고 있으며, 국제 배출가스 규제로 이어지고 있는 실정이다. 국내에서는 IMO의 기준을 준용하여 '해양환경관리법및 선박에서의 오염방지에 관한 규칙 등의 법령에서 NOx 및 SOx를 규제하고 있다. 현재 주로 선박용으로 사용되는 연료로서는 HFO, MDO 그리고 가솔린이 있으며 선박 추진기관의 연료로 사용되는 벙커유종이 전체의 80% 이상을 차지하고 있다. 그러나 벙커유는 IMO의 SOx, NOx 배출기준을 만족시키지 못하고 있으며, 이에 IMO와 해운업계는 이를 해결하기 위한 다양한 해결책을 강구중에 있다. 그 해결책 중에 유력한 방법이 기존 선박유를 LNG로 대체하는 것이다.이러한 추세에 발맞추어 우리나라에서도 최근 2012년 5월에 한국가스공사를 포함한 조선사, 에너지사, 해운사 등 15개 회원사로 ‘LNG 벙커링 협의체’를 발족하였고 LNG 추진선박과 LNG 벙커링(연료 공급) 기술개발 및 표준화, 제도개선, 가격정책 수립 등의 업무를 추진할 예정이다.국내 부산신항 및 인천항 등을 대상으로 물동량에 연계한 선박용 LNG의 최대 수요량은 연간 약 400만톤 이상이 되는것으로 알려져 있다. 이는 도시가스 환산으로 약 50억m3의 물량으로 이는 2011년 한해 우리나라 산업체에서 사용한 도시가스 물량과 맞먹는 수준이다. 국외의 경우는 노르웨이를 중심으로 하여 우리나라보다 앞서 LNG 추진 선박이 건조되어 오고 있다. 2000년 이후 2011년까지 26척의 LNG 추진선박이 건조되었으며, 향후 2년(2012, 2013)간 26척의 LNG 추진선박이 건조 또는 설계 중에 있어 그 증가율은 2020년까지 평균 48%에 다다를 전망이다.||■해외 중소형 가스전을 이용한 DME 생산 및 보급선박용 LNG 이외에 수송용 연료로서 DME도 천연가스를 기반으로 하여 기존 디젤/LPG 대체를 할 수 있는 유망 에너지원으로 부각되고 있다. DME(Di-Methyl Ether, CH3OCH3)는 석탄, 천연가스, 바이오 매스로부터 얻을 수 있는 화합물로서 예전엔 고가의 산소결합 화합물 등의 중요한 화학제품을 제조하는데 중간체로 사용되어 왔으나 높은세탄가와 낮은 인화점으로 환경오염 물질을 많이 배출하는 디젤 연료의 대체 에너지로써, 또한 저장과 수송이 용이하여 수급조절이 편리하다는 장점뿐만 아니라 인체에 무해하고 환경 파괴에 영향을 주지 않는 기체이므로 미래 대체 청정연료로 평가 받고 있다. 게다가 DME의 관련 기술이 진보되고 정부의 정책이 뒤따를 경우 DME가 타 에너지에 비해 경제성까지 우위에 놓일 수 있고, LNG 액화 플랜트보다 투자비가 적기 때문에 LNG 개발 경제성이 낮은 중소규모 가스전 개발이 가능함으로써 사업 타당성 또한 매우 높은 것으로 알려져 있다.DME의 활용분야로서 가장 기대되는 분야는 자동차 연료로서의 디젤 대체이다. 디젤엔진연료의 특징은 낮은 자기발화 온도인데 DME는 디젤용경유와 거의 같은 온도에서 발화한다. DME는 그 임계압력(53.7 bar) 이상에서 엔진에 주입되며, 높은 증기압으로 주입과 동시에 기화된다. DME는 점화온도가 낮은 이외에도 특히 세탄가(55 이상)가 높다. 더욱이 DME는산소함유율이 높고 탄소-탄소결합이 없기 때문에 디젤엔진에서 문제가 되는 매연가스를 발생하지않는 특징을 가지고 있어 디젤엔진을 대체할 충분한 잠재력이 있는 것으로 판단된다. 이와 더불어 LPG와 비슷한 물성을 지니고 있어 기존의 LPG 인프라 개조 없이도 LPG와의 혼합연료로서도 이용가능하며, 천연가스보다 발열량이 높고 열효율이 비슷하며 고출력이므로 발전용 연료로서도 적용 가능한 것으로 알려져 있다.우리나라에서는 이미 2000년 이후 DME 엔진 및 차량, DME 열병합발전시스템, LPG-DME 혼합연료 실증연구 등이 이루어져 왔으며, 2008년 10톤/일 규모의 DME 생산플랜트를 국산화하는데 성공하였다. 또한 2011년에는 30만톤/년 상용급 DME 플랜트를 위한 기본설계를 완료하고 중동 및 아프리카의 중소형 가스전를 대상으로 사업타당성 조사 및 사업 투자를 계획중인 것으로 알려져 있다. 향후 이 사업이 성공한다면 천연가스를 기반으로 한 수송용 디젤 대체 시장이 신규 생성될 것으로 예상된다.||환경규제 강화 유력한 대안수소연료車·DME 확대 기반||■NGV용 CNG 공급 확대수송용 연료로서 시장 확대가 기대되는 또 하나의 분야가 NGV(Natural Gas Vehicle, 천연가스 차량)이다. NGV의 연료로서는 CNG(Compressed Natural Gas, 압축 천연가스)가 사용되고 있으며, 국내에는 주로 시내버스와 관용 청소차량에 사용되고 있다. NGV는 세계적으로 2003년 약 3.2백만대에서 2011년 1,400만대 수준으로 급속하게 증가하고 있으며, 주로 아시아 지역과 라틴 아메리카를 중심으로 증가하고 있다. 매일 약 4,400대의 NGV가 신규로 등록되고 있으며 7개소의 충전소가 건설되고 있는 상황이다.국내의 경우 전국 2010년 말 현재 전국 164개소의 CNG 충전소가 운영되고 있으며, 2만6,996대의 NGV 시내버스와 897대의 관용 청소차량이 운행되고 있다. 연간 사용량은 약 11억 m3에 달한다.그러나 최근 자동차 업계와 정유업계 주도로 디젤 자동차 산업을 부흥시키려는 노력의 일환으로 클린디젤을 보급 확대하려는 경향이 있다. 과거 연료로서 디젤을 사용하던 버스가 CNG로 전환되고 환경과 경제성의 논리로 일부 자가용, 택시 등의 분야로 확대되는 추세에 대응하기 위한 것으로 풀이된다. 그러나 얼마전 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)가 디젤엔진 배출가스를 종전 2A 등급 발암성 물질에서 담배, 석면 등과 동급의 1등급 발암물질로 상향 조정함에 따라 연소후배가스를 처리하는 클린 디젤보다는 애초에 연료에서 발암물질이 발생하지 않는 NGV가 최적 대안이라는 시각이 우세해질 것으로 예상된다. 실제로 NGV의 보급 확대는 대기오염저감에 크게 기여한 것으로 분석되었는데 2003년 총 PM 배출량 중 42%를 차지하고 있던 도로이동 오염원의 비중이 2009년에는 13%로 크게 감소되었다. 이에 따라 서울시의 경우 2002년 대기중 미세먼지의 농도는 65μg/m3에서 2010년에는 47μg/m3으로 개선되었다. 이러한 NGV의 환경개선효과와 고유가의 지속으로 인한 상대적인 경제성 우위(동일열량 기준, 디젤의 약 50~60% 수준)로 인해 CNG는 기존의 시내버스나 관용 청소차량 뿐만 아니라 택시나 자가용 등으로 그 적용범위가 확대될 수 있는 가능성이 있을 것으로 기대된다.||■수소에너지 시대로의 가교, HCNG 차량 보급 및 충전소 구축HCNG는 기존의 CNG 버스에 수소를 20~30%정도 혼합하는 것을 말하는데, 이는 2014년을 전후하여 발효될 EURO-6 배출 기준을 충족시키기 위한 방법이다. 즉, 천연가스와 수소의 특성이 복합적으로 나타나 천연가스에 비해 연소속도가 빨라지고 가연한계를 크게 확장 할 수 있으며 연소온도가 낮아짐으로써 질소산화물의 발생을 근본적으로 저감시킬 수 있다. 또한 엔진효율도 증가하는 것으로 연구되고 있다. 우리나라에서는 현재 2011~2016년까지 한국가스공사 주관으로 ‘HCNG 자동차 및 충전시스템 개발, 시범운영 연구’를 수행하고 있다. 기본적으로 기존의 164개 CNG 충전소를 활용하여 수소 생산 및 혼합장치를 추가 설치하여 HCNG 충전소를 구축할 계획으로 알려져 있으며, HCNG용 자동차 개발 성과가 도출되는 2014년을 전후하여 실증운영 단계에 진입할 것으로 예상된다. 향후 이 연구과제가 성공하여 HCNG 차량과 충전소 인프라 구축으로 연결된다면 중장기적으로 수소연료전지자동차의 보급과 인프라 구축에 대해서도 가교 역할을 할 수 있을 것으로 예상되며 궁극적으로 수소에너지시대로의 진입을 앞당기는 촉매가 될 것으로 기대된다.

셰일가스·중소형 가스전 개발, 판도변화 이끌다||||1986년 인도네시아로부터 천연가스를 처음 수입한 이래 우리나라에 도시가스가 공급되기 시작한지 어언 25년이 지났다. 그동안 도시가스는 비약적인 발전을 이루며 우리생활 곳곳에 생활에너지로서 자리매김하였다. 도시가스란 천연가스를 배관을 통해 각 수요가(가정, 상가, 빌딩, 산업체 등)에 공급하는 하는 사업이다. 즉, 발전용을 제외한 우리생활 전 분야에 배관을 통해 공급되는 천연가스가 도시가스인 것이다.2011년 말 현재 전국에 핏줄처럼 촘촘하게 깔려있는 총 길이 25만km의 배관(공급자 배관 및 사용자 배관 합계)을 통해 도시가스는 마치 우리 몸의 혈액과도 같이 우리 생활의 필수 에너지로서 1,510만 수요가(가정용 1,443만 가구 등)에 약 230억㎥이 24시간 공급되고 있다.우리생활에 도시가스로서 공급되고 있는 천연가스는 메탄이 주성분(약 90%)으로 이뤄져 있으며 그밖에 에탄, 프로판, 부탄 그리고 소량의 질소 등의 성분으로 구성돼 있다.우리나라의 경우 천연가스를 주로 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스)의 형태로 카타르, 인도네시아, 오만 등의 나라에서 2011년 기준으로 약 3,357만톤을 수입했으며 이 중 54%인 1,826만톤이 도시가스용으로 공급되고 있다. ||■셰일가스 상업화 개발최근 천연가스 분야에서 주목할만한 두개의 이슈가 대두되고 있다. 하나는 비전통가스로서 그동안 경제성이 부족하여 상업화에 어려움이 있었던 셰일가스이며, 다른 하나는 기술발전에 따라 경제성이 확보되고 있는 중소형 가스전의 개발이다.셰일가스란 진흙이 싸여 만들어진 퇴적암층인 셰일층에 존재하는 천연가스로서 일반적으로 전통가스는 셰일층에서 생성된 후 암석의 가스 투과도에 따라 오랜 세월동안 지표면 방향으로 이동하는데 반해 셰일가스는 셰일층 위에 불투과 암석층이 있어 이동하지 못하고 셰일층에 잔류하는 가스를 말한다. 유전이나 가스전에 농축돼 있는 전통가스와는 달리 셰일가스는 암석의 미세한 틈새에 넓게 산포되어 있다. 즉 셰일층은 세밀한 진흙이 수평으로 퇴적된후 탈수돼 굳은암석으로 공극률과 투수율이 매우 낮고 퇴적면을 따라 얇고 균열되기 쉬운 성질을 가져 기존의 전통가스를 시추하는 방식인 수직시추로는 경제성 있게 천연가스를 포집하기 어려운 구조다.그러나 최근 수평정 시추기술(Horizontal/Directional Well Drilling)과 수압파쇄기법(Hydraulic Fracturing Treatment)을 동시에 적용하는 혁신적인 기술혁신으로 인해 상업적인 셰일가스의 채굴이 가능하게 됐다. 셰일가스의 상업화 채굴에 가장 앞서 있는 미국의 경우 이미 전통가스의 채굴단가(46달러/천㎥)보다 낮은 31달러/천㎥까지 하락했고, 이를 기반으로 2020년에는 세계 4위의 가스 수출국으로 전환될 전망이다.또한 러시아로부터 천연가스의 30%를 수입하고 있는 유럽은 러시아에 대한 의존도 심화에 따른 리스크를 해소하기 위해 셰일가스 개발에 관심을 두기 시작하였으며, 셰일가스의 원시 매장량이 약 45조㎡에 이르는 것으로 알려진 중국은 쉘(Shell), BP, 엑슨모빌(ExxonMobil)과 같은 거대 에너지기업들과 셰일가스 개발을 추진하고 있어 EIA(Energy Information Administration, 미 에너지정보관리국)는 2035년경이면 중국내 천연가스 생산량의 62%가 셰일가스가 차지할 것으로 예측했다.||셰일가스 상업화, 자원무기화·수급불안 ↓중소형 가스전 개발 열쇠, ‘LNG-FPSO’ ||특히 셰일가스가 크게 부각되고 있는 이유는 방대한 매장량과 매장 분포 때문이다. IEA(International Energy Agency, 국제에너지기구)에 따르면, 2008년 말 현재 셰일가스의 원시 매장량은 전통가스의 궁극 가채 매장량 471조㎥에 육박하는 456조㎥로 조사됐다. 물론 전통가스보다 떨어지는 채굴과정에서의 실제 회수율을 감안한다면 실제 가채량은 떨어질 수밖에 없겠지만, 향후 광범위한 지질조사와 매장량 발굴이 이루어진다면 기존의 전통가스를 능가하는 파급효과를 기대할 수 있을 것으로 평가되고 있다. 이러한 방대한 매장량과 함께 눈여겨 볼 점은 기존의 전통가스는 중동/아프리가, 동유럽/러시아 등에 집중적으로 분포(약 67%)하고 있는 반면 셰일가스는 중동/아프리카(18%)가 뿐 아니라 아시아(38%), 북미(24%), 남미(13%) 등에 골고루 분포하고 있는 점이다. 즉, 석유를 비롯한 기존의 에너지원이 국제정세에 따라 수급 현황이 크게 변하는 불안한 에너지원이었다면 셰일가스는 국제정세에 비교적 자유로운 안정된 수급이 가능한 에너지원 이라는 점이다. 향후 셰일가스의 상업화는 기존 천연가스 가격의 하향 안정화, 기후변화에 대응할 수 있는 단중기적으로 현실적인 에너지원으로서의 천연가스 가치 재평가, 에너지원의 무기화 현상 약화 등 에너지시장에서의 큰 변화를 이끌어 낼 것으로 예상된다. ||■대형 가스전 고갈, 중소형 가스전 개발 ‘부상’셰일가스와 더불어 천연가스 분야에서 크게 부각되고 있는 이슈는 중소형 가스전의 상업화 개발이다. IEA는 최근 지속되고 있는 고유가, 후쿠시마 원전 사고에 따른 각국의 원전정책 변화 그리고 새롭게 가치를 재평가 받으며 채굴기술 혁신이 이루어지고 있는 셰일가스를 포함한 비전통가스의 부각 등의 요인을 감안하여 기존의 ‘WEO-2010 New Policies’ 시나리오를 수정했다. 이에 따르면 기존 시나리오에 비해 천연가스의 역할이 크게 부각되는 형태로 수정되었는데 세계 에너지 수요 중 천연가스의 비중은 2010년 21%에서 2035년 25.3%로 증가할 전망이며, 이러한 천연가스의 생산은 2010년 3.3TCM(Trillion Cubic Meters)에서 2035년 5.1TCM으로 연평균 1.6% 증가할 전망으로 예측했다. 그러나 이렇게 지속적으로 늘어나는 천연가스 생산 요구량에 비해 현재의 생산 설비를 이용한 가스 생산량, 경제성 있는 대형 육상 가스전은 이미 한계에 다다르고 있어 향후 추가적인 새로운 가스전의 개발이 필수적인 상황이다.현재 전세계 가스전의 분포현황을 보면 매장량이 적은 가스전의 개수가 상대적으로 매장량이 많은 이미 상업화 된 대형 가스전의 개수보다 월등이 많다. 최근까지 대형 가스전은 거의 개발이 완료되었기에 앞으로 새로운 가스전이 개발된다면 중형 규모에서 개발될 것으로 예상되고 있다. 또한 새롭게 개발될 중형 가스전은 상대적으로 해상 가스전의 비율이 높아 향후 이에 적합한 LNG-FPSO(부유식 액화천연가스 생산·저장·하역 설비) 기술 개발이 적극 추진되고 있다.