[신년특집] 비전통가스자원 개발 붐…에너지시장 재편 촉진
[신년특집] 비전통가스자원 개발 붐…에너지시장 재편 촉진
  • 채제용 기자
  • 승인 2012.01.04 10:10
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가스하이드레이트, CBM, 셰일가스, 치밀가스, 오일샌드 등 다양
성장잠재력 막대…천연가스 거래조건 유연화, LNG가격 약세 전망

 

비전통가스자원 개발 개요도.

고유가, 기술개발로 경제성 상향…미국, 캐나다 주도 상업화 박차

호주․중국․몽골 CBM 개발 초점, 유럽․중국은 셰일가스 관심 고조

[이투뉴스] 석유 및 가스를 중심으로 편성된 에너지시장에 새로운 바람이 불고 있다. 이른바 가스하이드레이트, 석탄층메탄가스, 셰일가스, 치밀가스, 오일샌드 등 비전통가스자원에 대한 세계 각국의 개발 움직임이 분주하다.

그동안 상대적으로 경제성이 떨어져 상업화에 소극적이었으나 2000년대 이후 지속되는 고유가로 경제성이 크게 올라가면서 개발 붐이 일고 있는 것이다. 여기에는 빠른 속도로 발전한 기술도 한몫하고 있다.

에너지시장의 중심축이었던 일반적인 석유가스자원(Conventional Petroleum Resources)과 대비되는 개념의 비전통가스자원(Unconventional Petroleum Resources)은 유체 유동능력이 떨어지는 대량 부존 석유가스자원으로 유형에 따라 상업화 정도가 다양하다.

비전통가스자원은 기존의 수직 시추방식과는 달리 수압파쇄, 다중수평시추 등의 기술을 활용하여 상업적 생산이 가능하다. 다중수평시추는 수직으로 시추한 후 특정 깊이에서 수평으로 원유와 가스가 매장돼 있는 곳까지 뚫고 들어가는 방식이다.

이어 연결된 파이프롤 통해 엄청난 압력을 가한 물, 모래, 화학물질을 분사해 굳어있는 암석을 파쇄하고, 그 안에 들어있는 석유와 가스를 산출하는 방법이 수압파쇄 기술이다.

환경파괴에 대한 우려로 환경단체를 중심으로 한 반발에도 불구 이처럼 경제성과 기술발전이 합쳐지면서 비전통가스자원에 대한 세계 각국의 발빠른 행보는 원유 및 천연가스 매장량 순위에도 큰 영향을 미치고 있다.

오일샌드 등을 앞세운 캐나다는 2000년 원유 매장량 22위에서 지난해 중동 국가를 제치고 남미, 베네수엘라에 이어 3위로 뛰어 올랐다.

천연가스의 경우도 마찬가지로 셰일가스 개발에 주력하고 있는 미국이 러시아를 제치고 세계 최대 천연가스 생산국으로 등극했다.

◇에너지원별 특성과 개발현황
◆석탄층메탄가스(Coal-bed Methane)

 

cbm 개발과정 흐름도

석탄의 근원인 식물이 지하에서 석탄화 과정에서 생성돼 석탄에 흡착되어 있는 가스로 CH4 (메탄)를 95% 이상 함유하고 있다. CBM은 석탄의 미세공극 표면에 흡착돼 존재하며, 채탄 이전에 가스 활용으로 채탄안정성 확보, 청정에너지 이용, 지구온난화 가스방출 억제 등의 1석3조의 효과를 거둘 수 있다.

CBM 생산은 채탄의 안정성을 유지하기 위해 탄광에서 갱내가스를 제거하는 과정에서 시작된다. 개발생산 과정은 탄층 내의 수압을 낮추면 공극 표면에 흡착된 가스가 이탈되고, 이탈된 가스는 미세공, 열극을 통해 확산되며 유체흐름 과정을 거쳐 생산정(井)에 도달하게 된다.

이때 메탄은 물에 대한 용해도가 낮으므로 쉽게 분리할 수 있다. 최근에는 이산화탄소를 주입해 치환하는 ECBM 기술개발이 한창이다.

세계적으로 매장량을 보면 166~692 x 1012㎥ 로 LNG로 환산하면 1300억~5500억톤 규모로 추산된다. 북미 27~125 TCM, 중남미 0.4~0.9 TCM, 유럽 4.6~7.7 TCM, 구소련연방 114~460 TCM, 아프리카 0.8~1.6 TCM, 아시아태평양지역 18~96 TCM 인 것으로 추계된다.

세계 석탄생산국 4위를 차지하는 호주의 CBM 개발현황을 살펴보면 석탄 매장량은 1조7000억톤으로 CBM 매장량은 LNG환산 2억3000만톤 상당으로 추정된다. CBM 생산량을 보면 2008년에 연간 293만톤으로 하루 7542톤 규모다. 글래드스톤, 퀸스랜드 커티스 LNG등의 프로젝트에서 연간 880만톤 규모의 액화천연가스 플랜트 건설이 계획되어 있다.

호주 동부지역의 가스시장 규모는 연간 1200만톤 규모로 CBM 공급물량이 호주 동부지역 가스 수요의 25%를 차지하고 있다.

한국의 CBM 해외진출을 보면 가스공사가 CBM을 이용한 몽골 그린에너지 프로젝트와 호주 블루 에너지 및 GLNG 투자 프로젝트 등을 추진 중이다.

CBM을 이용한 몽골 그린에너지 프로젝트의 경우 한-몽 공동개발을 통한 상호 우호적 협력 분위기 조성 및 국가 자원개발 전초기지의 역할로 CBM 개발기술 국산화를 통해 경제성 극대화를 도모하고, 이를 통해 해외자원개발의 새로운 사업모델을 제시한다는 방침이다.

몽골 CBM 사업화 방안은 몽골의 1500억톤으로 추정되는 풍부한 석탄자원에서 생산된 CBM을 활용해 신대체에너지 사업을 추진하는 것으로 부산물인 분출수를 정제, 부족한 수자원을 충당하는 신기술 개발 보급 사업화가 주요 목표다.

또한 호주 블루 에너지 및 GLNG 투자 프로젝트는 안정적 자산확보를 통해 증가하고 있는 LNG수요에 대처하고, 향후 잠재력이 높은 CBM 기술개발 확보 및 해외시장개발을 주도한다는데 주목적을 두고 있다.

현재 호주 동부지역은 다수의 CBM LNG 프로젝트가 추진 중에 있으며, CBM 프로젝트 및 기업간 M&A가 활성화되고 있다.

블루 에너지사업의 경우 호주 현지법인을 통해 1500만 호주달러를 투입해 지분 10%를 인수하고, 이사 및 직원파견을 통해 경영참여 및 관련기술을 습득하게 된다. 이와 함께 GLNG프로젝트는 호주 현지법인을 통해 6700억원을 들여 지분 15%를 인수해 2015년부터 20년간 연 350만톤의 LNG를 도입하게 된다.

이같은 투자 프로젝트를 통해 기대되는 효과는 적지 않다. 우선 안정적 자산확보로 증가하고 있는 LNG수요에 대처한다는 것이다. 즉 원시매장량(OGIP: 21~24 Tcf)이 상당한 것으로 추정된다는 점에서 향후 가스공사 주도의 LNG 프로젝트 추진 잠재력이 매우 높다는 판단이다.

또한 향후 성장잠재력이 높은 CBM 기술개발 확보 및 해외시장개발 주도를 기대할 수 있으며, 호주지역 에너지산업 진출을 위한 네트워크 구축도 도모할 수 있다.

한마디로 CBM 산업은 발전 잠재력이 크고 개발가능성이 크다는 평가다. 부존량이 풍부한 미국이 시장을 주도하고 있으며 상업화에 성공했다. 최근 캐나다, 호주, 중국, 몽골 등 석탄자원 부국의 경우 CBM에 대한 관심이 크게 늘어나면서 정부차원에서의 개발에 적극적이다.

특히 쿄토의정서 발효 이후 온실가스 배출규제와 배출권 거래시행이 공식적으로 이뤄지면서 석탄 보유국들은 국제 온실가스 배출규제에 대처하고 에너지자원 확보개념으로 CBM 개발에 초점을 맞추고 있다.

◆셰일가스(Shale Gas)

 

셰일가스 개발과정 흐름도

셰일가스는 셰일층 내 유기물에 흡착된 가스로 통상 250~8000피트 사이의 심도에 존재한다. 생산성이 양호한 셰일층의 두께는 300~600피트다. 셰일층 내 수압파쇄 등의 인공 자극법에 의해 가스의 유동경로를 만들어 흡착된 가스를 탈착하는 방식으로 개발된다.

셰일가스의 특징은 미세입자로 구성된 진흙이 퇴적된 후 열성숙 작용을 받아 근원암이 된 경우로 생성된 가스가 이동되지 않은 경우에는 저류암이 되기도 한다.

또한 퇴적면을 따라 얇고 균열되기 쉬운 특성 때문에 수직시추를 통해서는 경제적인 생산량을 얻기 어렵고, 대부분 수압파쇄 수평정을 통해 생산하게 된다. 셰일가스전은 생산량이 낮지만 생산감퇴가 천천히 발생되며 일단 생산이 안정화된 이후에는 30~40년의 긴 생산기간을 갖는 것이 특징이다.

기술개발이 시장의 판도를 바꾸는 대표적인 사례가 바로 셰일가스산업이다.

수평정 시추와 수압파쇄기법이 동시에 적용되는 기술로, 이른바 수평수압파쇄기법이 개발되면서 시장에 큰 영향을 미치고 있다.

길이가 1~2㎞인 수평정 시추공 당 4~15개 지점에서 수압파쇄를 수행하는 이 기술개발로 회수율이 12%에서 50%로 크게 상향됐다. 가스가격을 5달러로 가정할 경우 IRR이 30% 이상으로 향후 가스가격의 상승정도에 따라 수익성이 크게 개선될 수 있는 여지가 높다.

세계통계 ‘NPC 2007’에 따르면 셰일가스 매장량은 북미 3842 Tcf, 남미 2117 Tcf, 유럽 549 Tcf, 구소련 627 Tcf, 중동아프리카 2822 Tcf, 중국 3528 Tcf, 아시아 2627 Tcf 등 모두 1만6112 Tcf에 달한다.

한국가스공사의 경우 캐나다 EnCana 인수를 통해 키위간, 잭파인, 노엘 광구의 지분 50% 이상을 인수, 향후 5년간 11억달러를 투자해 2018년부터 BC LNG 터미널을 통해 가스를 들여올 예정이다.

미국 내 전체 천연가스 매장량의 3분의 1 정도인 175조㎥가 셰일가스로 추정되며, 미국 천연가스 생산량의 9.5%를 셰일가스가 담당하고 있다. 2035년에는 전체 생산량의 24%를 점유할 것으로 전망된다.

시추, 생산설비 및 파이프라인 등의 인프라가 잘 발달된 북미지역과 달리 유럽이나 중국 등과 같이 인프라가 상대적으로 빈약한 지역에서는 단기간에 셰일가스 생산량을 크게 증진시킬 수는 없을 것으로 전망된다.

하지만 글로벌 에너지 기업의 적극적인 참여로 문제 해결 여지가 높아 셰일가스의 비용구조에 영향을 미칠 것으로 예측된다.

◆가스하이드레이트

 

가스하이드레이트 분자구조

가스하이드레이트는 외견상 드라이아이스와 유사해 일명 ‘불타는 얼음’이라 불린다.

0℃ 26기압, 10℃ 76기압 등의 저온·고압하에서 주성분인 물분자 사이에 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 저분자 탄화수소 및 N2, CO2 등의 가스가 포획돼 얼음형태의 고체상 격자구조로 형성된 결합체이다.

가스의 주성분이 메탄 90% 이상인 경우 메탄하이드레이트로 불리우며, 수백미터 이상의 심해저에 퇴적층이 존재한다. 온도 압력조건 변화에 따라 가스화 되거나 분출된다.

세계적으로 LNG 환산톤 기준으로 약 10조톤이 매장된 것으로 추정된다. 이는 세계 에너지 수요를 최소 350년 최대 3500년간 공급할 수 있는 규모다.

한국의 경우 산업자원부와 한국가스공사가 공동출연사업으로 2000년부터 2004년까지 동해지역에 대한 기초물리탐사를 진행했으며, 한국석유공사는 2001년부터 2004년까지 자체 탐사사업을 벌였다.

물리탐사 및 시추 결과 동해안 심해 가스하이드레이트 부존을 확인했으며, 국내 30년분의 소비량인 약 8억톤 이상의 부존량이 매장된 것으로 추정된다.

정부는 2015년 상업생산을 목표로 단계별로 사업을 추진한다는 중장기계획을 수립해놓고 있다.

가스하이드레이트는 약 10조톤이라는 막대한 부존량으로 미래의 주요 에너지자원으로서 잠재력을 보유한 산업이긴 하나 아직 생산기술이 미흡해 상업생산까지는 상당한 기간이 필요하다.

또한 본격적인 개발에 들어갈 경우 온실가스 생산, 대륙사면 붕괴 등 자연재해 우려로 지질재해에 대한 대책 및 친환경적인 개발이 필요하다는 지적이다.

◆치밀가스(Tight Gas)

 

치밀가스 개발과정 흐름도

치밀가스 저류층은 통상 유체투과도가 0.1 md 이하로 주로 가스를 배태하고 있다. 대부분 멀티 레이어드(Multi-layered)시스템으로 층별 두께가 얇아 구간별 수압파쇄를 통해 생산된다.

쇄설성 혹은 탄산염 퇴적환경에서 주로 발견되고 있으며, 세계적으로 미국과 캐나다에서 최근에 개발되고 있는 실정이다. 매장량은 풍부하나 수압파쇄 등의 인공 자극법에 의해서만 개발이 가능하다는 한계를 지니고 있다.

치밀가스 저류층의 특징은 지역적으로 광범위하나 경계가 불명확하고 연속적 형태로 분포되어 있다는 것이다. 또한 근원암에 근접해 나타나며 탄화수소-물 접촉경계가 존재하지 않는다. 낮은 유체투과도로 회수율이 매우 낮으며, 뚜렷한 실(seal)이나 트랩(trap)이 존재하지 않고 비이상적인 압력대가 나타난다.

해외 개발현황을 보면 미국의 경우 부존량이 1200 Tcf 이상으로 생산량이 가장 많다. 총 가스 생산량의 약 24% 이상을 차지하고 있으며, 주요지역은 록키 마운틴이다.

부존량이 1300 Tcf 이상으로 미국보다 더 큰 물량을 갖고 있는 캐나다는 하루 생산량이 85~113mcm 정도다.

◇비전통가스자원 산업전망 및 의의
현재 석탄층 메탄가스, 셰일가스, 치밀가스 등 비전통가스자원 개발 이용은 주로 미국 및 캐나다가 주도하고 있다. 상업화에 성공한 것이라는 판단이다. 최근에는 호주, 중국, 몽골 등이 CBM, 유럽 및 중국은 셰일가스를 중심으로 관심이 고조되면서 천연가스 비용구조에 영향을 줄 정도로 비중이 확대되고 있다.

그만큼 비전통가스자원 산업의 발전잠재력은 매우 크다고 평가된다.

에너지자원의 해외의존도가 높은 한국의 경우 비전통가스자원 개발을 추진하는 것은 경제성 은 물론 에너지 자주개발률에 일조하고 기술개발을 선점할 수 있다는데 상당한 의미를 갖고 있다.

이와 함께 LNG시장 전체적으로 볼 때는 중장기적으로 천연가스의 가격 유연화 등 직접적인 변화가 예상된다.

이는 북미시장의 변화에서도 잘 드러난다. 북미의 경우 대규모 LNG도입을 예측했으나 2008년 이후 예측량이 대폭 감소했다. 자국의 셰일가스 생산량이 증가하면서 LNG 수요증가세가 크게 줄어들었기 때문이다. 장기적으로 LNG가격의 약세가 예상되는 배경이다.

중국시장도 LNG수입이 둔화될 것으로 예상된다. 석탄중심의 에너지소비구조 전환 일환으로 LNG터미날 및 천연가스 송유관 건설 계획이 차질을 빚고 있다.

여기에 CBM 및 셰일가스가 중국 내 천연가스 내수를 충족시켜 그에 따른 LNG 수입둔화가 예측되는 것이다. 중국은 2030년에는 CBM으로 자국 가스생산의 14~18%, 셰일가스로 60%를 담당한다는 계획이다.

국내 LNG도입선 다변화에도 큰 영향을 미칠 전망이다. 호주 CBM 및 캐나다 셰일가스가 본격적으로 도입될 경우 기존 도입선과의 경직적인 거래조건이 한층 유연해질 것으로 예측된다.

채제용 기자 top27@e2news.com

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