셰일가스의 역사와 미래, 단점

어린시절 머지않아 석유가 석유가 고갈된다는 이야기를 들어 보신 적 있으실 겁니다. 그리고 새로운 에너지원을 찾아야 한다는 주장이 전 세계적으로 지배적이었죠. 그런데 지금은 완전히 반대로 지금부터 200년 이상 사용할 만한 석유자원이 있다고 합니다. 이런 상황이 만들어지게 된 것은 셰일가스 때문입니다.

 

셰일가스는 0.005mm 이하의 입자가 작은 진흙이 뭉쳐서 형성된 셰일층에서 움직이지 못하고 갇혀있던 천연가스를 의미합니다. 셰일가스는 아주 오래전부터 존재했지만, 단단한 셰일층 아래에 갇혀 있는 탓에 추출할 수가 없었습니다. 아무 의미가 없었던 셰일가스는 추출기술이 발전하면서 점점더 현실화 되었고, 이제는 국제 정세까지 좌우하는 지경에 이르렀습니다.

 

이번 포스트에서는 셰을가스의 역사에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

셰일가스

대부분의 언론에서 언급되는 셰일가스는 셰일오일괴 치밀오일과 같은 경질유를 포함한 넓은 의미로 사용되는 경우가 많습니다. 그러나 엄밀히 말해서 셰일가스는 셰일층에서 생산되는 천연가스이고, 셰일오일은 셰일층에서 생산되는 오일, 치밀오일은 치밀한 사암층이나 탄산염층에서 생성되는 오일을 의미합니다.

 

오늘의 주제는 이 중에서도 셰일가스 입니다.

 

셰일가스의 형성과정을 알기 위해 석유자원의 형성과정을 먼저 알아보겠습니다. 석유자원의 기원에는 유기기원설, 무기기원설, 자연발생설 등 다양한 가설들이 있습니다. 간단히 설명하면 아주 오래전, 유기물질인지 무기물질인지 확실치 않으나 석유자원의 원료가 되는 것들이 퇴적층에 쌓인 후 열과 압력을 받아서 석유나 천연가스로 바뀌게 되었다는 이야기 입니다.

 

이렇게 석유가 형성되는 근원이 되는 암석을 근원암이라고 부릅니다. 그리고 그렇게 만들어진 석유자원은 위로 이동하면서 저류암이라 부르는 틈이 많은 암석층에 스며들게 됩니다. 그 주변으로 덮개암이라 부르는 아주 치밀한 암석이 석유와 천연가스층을 덮게 되면 석유자원이 새어나가지 않는 구조가 만들어지고 석유자원이 모여있는 '유전'이 만들어지는 것입니다.

 

이때 가벼운 순서대로 가장 상단에 천연가스, 그다음이 석유, 마지막으로 물이 층을 이루며 자리 잡게 됩니다. 그런데, 이건 비교적 움직임이 자유로운 석유자원일 경우의 이야기입니다. 만약 근원암이 셰일층에 있다면 셰일층 속에서 석유자원으로 변환된 경우 위로 이동하지 못하고 그대로 근원암인 셰일 속에 갇혀버리게 됩니다. 그렇게 셰일층에 갇혀있는 석유와 천연가스를 각각 셰일오일, 셰일가스라 부릅니다. 지금까지 추정되는 셰일가스는 지구 상에 매장된 전체 천연가스 매장량의 5분의 4 정도로 추정됩니다. 

셰일가스의 역사

최초의 셰일가스는 1821년 발견됩니다. 미국 뉴욕 프레도니아에 윌리엄 하트란 사람이 개울 표면에서 기포가 나오는 것을 발견하고 땅을 파기 시작했습니다. 그가 첫 번째로 파 내려간 곳은 셰일층이었습니다. 8.2m가량 파 내려갔을 때 아주 적은 양의 천연가스가 발견되는데, 이것이 최초로 발견된 셰일가스로 기록됩니다.

 

이후 미국 여기저기서 발견되기는 했지만, 앞서 말 한 것 처럼 추출 기술의 부족으로 인해 개발되지 못하고 있었습니다. 셰일가스는 앞서 설명한 것과 같이 셰일암석 속에 갇혀있습니다. 셰일암석 속에 몇 미크론에 불과한 아주 작은 틈 속에 가스가 갇혀 있었기 때문에 이 가스를 추출하는 것은 예전 기술로는 불가능 했던 것이죠.

 

그러던 1998년, 미국의 채굴업자 조지 미첼이 수압파쇄라는 방법을 개발하게 됩니다. 모래알갱이와 화학첨가물을 섞은 물을 시추관을 통해 셰일층에 강하게 분사하는 기술인데, 강한 압력으로 쏜 물이 셰일암석을 금이 가게 하고 물 속에 있던 모래는 그 틈을 메우고 화학첨가물이 셰일가스와 물을 분해하면서 셰일암석 속에 갇혀있던 셰일가스가 시추관을 통해 흘러나오는 것을 담아내는 방법입니다.

 

이후 더 많은 양의 셰일가스를 채굴하기 위해서 셰일층을 따라 수평시추를 하여 수압파쇄 공법을 할 수 있는 접촉면을 늘려갔습니다. 그렇게 수평시추 기술도 점차 발전하면서 셰일가스 생산량도 폭발적으로 증가하기 시작했습니다. 머지않아 석유자원이 고갈될 것만 같았던 상황에서 200년은 거뜬히 쓰고도 남을 정도로 석유자원을 채굴하게 한 에너지 기술혁명, 그것이 바로 셰일혁명입니다.

전세계의 셰일가스

그리고 미국에서 시작된 셰일혁명은 전 세계 에너지 판도를 변화시키고 있습니다. 2015년 12월, 미국은 40년 동안 유지해온 원유 수출 금지를 해제하게 됩니다. 이는 세계 최대 석유수입국이었던 미국이 석유수출국으로 입장을 바꿨다는 것을 의미하여 더이상 석유 때문에 아랍 지역의 산유국들의 눈치를 보지 않아도 된다는 것을 의미합니다.

 

실제로 미국은 셰일가스 생산량이 급격히 증가해가고 있고 2021년부터는 석유 수출량이 석유 수입량보다 많아져 순 석유수출국이 되었습니다. 머지않아 미국은 자체적으로 원유 생산량을 조절하여 세계 에너지 시장의 안정을 취할 능력을 갖춘 산유국, 즉, 스윙 프로듀서의 역할까지 할 수 있을 것이란 전망도 나오고 있습니다.

 

그렇다면 셰일가스는 미국에만 존재하는 것일까요? 사실 그렇지 않습니다. 셰일 가스는 전 세계에 풍부하게 존재하고 있습니다. 그런데도 불구하고 미국만 셰일가스로 인해 혜택을 보는 것은 역시 미국의 기술 때문일까요? 사실 그렇지도 않다고 합니다. 중국이나 유럽등 기술 선진국은 충분한 자본과 시간이 주어지면 셰일가스를 시출할수 있는 기술을 개발할 수 있다고 합니다.

 

그런데 미국과 이런 나라들이 다른것은 바로 토지 아래에 매장된 광물에 대한 권리, 즉 광물권 개념입니다. 특히 중국과 같이 사유재산을 인정하지 않는 나라들은 땅 속에 존재하는 광물들은 모두 국가, 즉 정부의 소유입니다. 그렇기 때문에 시민들과 지방정부가 채굴에 비협조적으로 나오게 됩니다. 반면 미국은 일반인들도 토지와 광물의 사유재산권까지 인정하기 때문에 석유 대박을 꿈꾸는 민간인들이 적극적으로 시추에 뛰어들게 됩니다.

 

그럼에도 불구하고 중국에 매장된 셰일가스는 무시할 수 없습니다. 중국의 쓰촨 성에서는 중국 내 셰일가스의 3분의 1을 보유한 어마어마한 대규모 셰일가스전이 발견됐고 중국의 국영 석유 기업 시노펙은 적극적으로 셰일가스 채굴을 진행했습니다. 셰일가스와 별도로 셰일오일도 생산율도 높아지고 있어서 미국 투자은행 모건스탠리는 "중국 셰일오일의 상업적 생산 가능성을 확인했다"고 평가하기도 했습니다.

 

그런데 2019년, 쓰촨 성 룽쎈 지역에서 잇따른 지진이 발생하며 인명피해로 이어졌고 일각에서는 셰일가스 채굴이 원인일 가능성을 제기했습니다. 결국 쓰촨 성의 셰일가스 채굴은 중단된 상태라고 합니다.

 

미국이 유례없는 경제 호황을 누리도록 만들고 에너지 패권국으로 등극하게 해준 셰일혁명. 특히 셰일가스는 석유와 비교했을 때, 탄소배출량이 적어서 청정에너지로 평가받고 있습니다.

셰일가스의 단점

그러나 셰일가스에 대한 우려의 목소리도 점점 커져 가고 있습니다. 셰일가스를 연소할 때의 탄소배출량은 적지만, 탄소보다 지구온난화에 더 치명적인 메탄가스가 셰일가스에 함유되어 있기 때문에 송유관이 누출되는 사고가 일어나면 상당한 대기오염을 일으킬 것이라는 겁니다. 또한 수압파쇄 공법으로 인해 지진을 유발하거나 지표수와 지하수를 오염시킬 수도 있다는 부분이 우려되고 있습니다.

 

이런 문제의식은 주로 환경단체를 통해 제기되었고 환경단체의 눈치를 볼 수 밖에 없는 정부가 셰일가스 시추에 적극적이지 못한 이유가 되기도 합니다.

 

이런 논란이 계속되는 가운데에서도 미국과 중국은 계속해서 셰일가스 개발을 진행하고 있고 유럽 역시 에너지 안보 확보를 위해 적극적으로 셰일가스 개발을 시작하고 있습니다. 

 

셰일가스는 아주 오랫동안 우리와 함께해 왔지만 인류의 기술이 충분히 성장하기 전 까지는 직접 사용할 수 없었습니다. 이제는 셰일혁명이라는 단어를 만들어 낼 정도로 우리의 삶에 큰 영향을 끼치고 있는데요. 셰일가스가 인류의 미래에 어떤 영향을 끼치게 될지 귀추가 주목되는 시점입니다.