셰일오일(가스), 메탄가스 그리고 지구온난화

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1. 미국, 셰일오일(셰일가스)덕에 1등산유국이 되다.

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​ (셰일가스 채굴과정)
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미국의 석유 생산은 셰일혁명 덕분에 크게 늘었다. 올해 미국의 하루 평균 원유 생산량 1200만배럴 가운데, 셰일오일이 800만배럴로 3분의 2를 차지한다. 이에 수십년간 석유 수출을 금지했던 미국은 2018년 세계 최대 산유국 지위에 오​른 뒤​​​ 이를 해제했다. 미국의 원유 생산량은 앞으로도 계속​ 늘어 2025년에는 사우디아라비아와 러시아의 생산량을 합한 ​​정도에 이를 것으로 전망된다​.
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미국이 석유를 순수출하게 되면서, 중동 의존도가 줄어들게 됐다. 9월 미국의 원유수입량은 2018년에 견줘 12% 감소했는데, 중동지역으로부터 수입 감소율은 40%에 이르렀다. 이는 미국의 외교정책에 커다란 변화를 가져올 것으로 예상되는 부분이다. 에너지 시장에서도 미국의 존재감이 커지면서 원유가격은 하락 압력을 받고 있다.

미국은 내년에는 연간 기준으로도 순수출국이 될 것으로 보인다. 미 에너지정보국은 올해는 연간 52만배럴가량 수입이 더 많았지만, 내년에는 75만배럴을 순수출할 것으로 내다보고 있다.

미국은 에너지의 40%를 석유에 의존한다. 원유 수입 초과 정도가 심했던 2005년 하반기에는 하루 1330만 배럴의 원유를 순수입했다.

셰일오일과 셰일가스를 퇴적암의 일종인 셰일층에 갇혀 있는 가스나 원유를 고압의 물과 화학물질 화합물로 빼내는 과정에서 지구 온난화에 미치는 영향이 이산화탄소보다 큰 메탄가스가 대량으로 방출된다. 한편, 석유 가격이 배럴당 40~50달러를 밑돌면, 채산성이 맞지 않는다. 따라서 기후변화가 미치는 압력에서 셰일오일은 더더욱 자유로울 수 없는 셈이다.​
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(상기기사의 출처: 한겨레
미, 셰일오일 덕에 '1등 산유국'..셰일오일 탓 발목 잡힐수도, 2019.12.08.)

​​​2. 환경에 미치는 영향이 크다

셰일가스 개발에 있어 발생될 수 있는 오염은 매체별로 다를 수 있는데 <그림 11>과같이 대기오염,수질오염,화학물질 발생 등으로 구분할 수 있다.​

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가. 토지 훼손 문제

셰일가스는 상대적으로 면적당 채굴량이 적은 만큼 회수율을 높이기 위해 많은 시추 공이 필요하고,시추공뿐만 아니라 그 외에 필요한 장비,압축기,하수처리 장소를 설치, 화학물질,프로판트,물 등을 실어 나르는 트럭이 다닐 수 있는 도로 등 그 외에 인프라를 구축하기 위한 토지사용이 필수적이다.
셰일가스 개발에 있어서 밀도있는 시추정을 필요로 하며,미국에서 시추정의 밀도는 주의 법률을 따르게 되어 있다.미국의 전통적인 시추정은 1개의 시추정당 1.8km² 의 면적 이 소요되는 것으로 알려져 있다.
시추공을 위해서는 트럭 운송을 위한 도로가 필요하고,하수나 시추에서 회수 되는 물을 저장하기 위한 장소가 필요하므로 시추정을 위한 부수적인 토지를 포함한다면 2배 정도의 면적이 필요한 것으로 산정 되고 있다.
유럽에서도 시추정의 면적은 관련법과 규정에 따라 허가 되어지고 있으며,시추정당 최소의 면적을 사용하도록 하고 있다.
넓은 지역에 걸쳐 분포하는 셰일가스를 한 지역에 집중 매장된 전통가스와 같은 채굴 방식을 사용하는 경우,과도하게 토지를 사용하게 됨은 부인할 수 없으나,수직시추가 아닌 수평정시추기술을 활용하기 시작하면서 많은 부분이 해결될 것으로 전망되고 있다. 더구나 최근에는 하나의 시추 지점에서 다수의 시추 파이프를 동시에 시추함으로써 토지 훼손을 줄이면서도 더 많은 셰일가스를 채굴하는 곳도 생기기 시작하였다.

나. 대기 오염 문제

트럭과 장비 운송으로 인한 미세먼지SO2,NOx,NMVOC,Co등의 오염과,하수처리 중 화학물질의 증발로 인한 오염,가스정의 누출에 의한 오염 등의 우려가 있다.
미국 코넬대학교 연구팀은 수압파쇄공법에 의한 셰일가스 추출과정에서 많은 양의 메탄이 대기로 방출된다는 논문을 발표하였다.셰일가스 생산과정에서 3.6∼7.9% 메탄 이 가스정 운영 기간에 누출되는데,이러한 메탄 방출량은 전통적 가스개발에서 방출되 는 양보다 최소한 30%∼20% 이상 많은 수치이다.
천연가스와 석유를 생산하는 나라 21개 국가 중 5개국이 환경오염에 시달리고 있는 데,21개국 전체 191ton배출되었고,209년 여름에는 하루 최고 165ton의 화학물질이 5개국에서 배출되었다.
미국 달라스 포트워스 지역은 바넷지구의 셰일의 가스 추출로 인해 심각하게 대기가
오염되었고,미국 텍사스에서는 가스 압축과 생산에서 벤젠과 크실렌과 같은 방향족 화합물이 발생되어 대기가 오염되었다고 보고되었다.
2010년 6월 페실베니아 클리어필드 타운에서 3만 5,0galon의 하수와 가스가 분출되 어 16시간 정도 대기로 방출되었으며,같은 달 웨스트버지니아 마쉘타운에서는 가스의 분출로 7명의사상자가병원으로실려갔으며,2010년4월아틀라스에서는수압파쇄를 위한 유체 저장 탱크에서 불이 발생하여,높이 3m,넓이 15m가 되는 화염이 치솟은 바 있다.
TCEQ(TheTexasCommisiononEnvironmentalQuality)는 시추장비나 저장탱크 에서 누출될 수 있는 탄화수소와 벤젠에 대한 모티터링 프로그램을 마련하기도 하였다.

다. 수자원 고갈 문제

세일가스 개발에서는 셰일을 수압 파쇄하기 위해 드릴의 헤드를 유연하게 하고,열을 식히며,드릴을 깨끗하게 하기 위해서 대량의 물을 소모하게 된다.또한 셰일가스는 전통 가스에 비해 보다 많은 가스정을 굴착할 필요가 있기 때문에 필연적으로 물 소비량이 많아질 수밖에 없다.
한 시추정당 필요 되어지는 물의 양은 약 15milionliter로 알려지고 있는데 정확한 물의 양을 계산하기 위해 40개의 시추정에 소요된 물의 양을 통계적으로 계산하였을 때 평균 파쇄를 위해 약 25∼30m³/m,최근 들어 화학물질의 첨가를 통한 파쇄를 위해 약 42m³/m가 소모된다고 한다.바넷지구의 셰일에서 요구되어지는 물의 양이 연구되었 는데,2010년까지 약 12∼24M.m³,2020년까지 계발된다면 6∼24M.m³ 더 요구될 것이라 추정되고 있다.
미국 바넷지구의 경우 약 17,0∼23,0m³,말셀러스지구의 경우 약 15,0∼45,0m³에 달하는 것으로 업계는 밝히고 있다.이러한 특징은 결과적으로 셰일 층을 보유한 국가 또는 지역에 있어 물 수급상황과 셰일가스 개발 간의 Trade-Of관계 를 형성하여 셰일가스 개발 가능성에 제약이 될 수밖에 없으며,수자원이 부족한 지역이 라면 분쟁의 소지가 있을 것으로 예상되고 있다.

라. 식수원 및 수질오염 문제

셰일가스의 대량 생산기술로는 수압파쇄기법과 수평정시추기법 및 미소진동 기술 등이 동시에 적용 되고 있는데,수압파쇄기법을 통해 분사하는 유체는 대부분 물과 모래 로 이루어져 있지만,약 0.5% 정도의 화학물질이 혼합되어 있으며,이 유체를 주입하고 회수해 처리하는 과정에서 화학물질이 지하수가 흐르는 대수층이나 식수원으로 사용하는 지표수에 유입될 가능성이 있다.불안정한 시추정의 누출,유체나 하수 파이프 또는 저장탱크에 의한 누수,자연적이든 인위적이든 지질의 구조에 의한 누출로 인해 수질 또는 지하수가 오염될 수 있다.
미국에서는 셰일가스 생산으로 인해 지표 및 지하수 문제 조사 및 연구되어 지고 있는데,208년 콜로라도 가필드 지역에서는 203년 1월부터 208년 3월까지 약 1549건 의 누출이 발생되고,약 20% 건수에서 수질오염 문제가 발생하였다.
지하수에 대한 오염에 대해서도 연구 되었는데 맘크릭필드에 세워진 가스 시추정이 점 차 늘 어 남 에 따 라 지 난 7년 동 안 지 하 수 샘 플 에 서 메 탄 발 생 이 증 가 하 는 것 으 로 나 타 났 으며,펜실베니아 북동쪽과 뉴욕의 윗부분에 위치한 마셀루스와 유티카 셰일의 활발한 가스정 지역에서 지하수에서 메탄 농도가 19.2mg/L로 검출되었고,최고 64mg/L검출되 었다.가스정이 없는 다른 지역에서의 농도는 1.1mg/L로 이와 비교하면 높은 수치임을 알 수 있다.대부분 케이스에서 수질에서 메탄과 클로라이드 오염이 검출되었으며,벤젠 과 다른 파쇄 물질이 누출된 것으로 파악되었다.
역류수에 대한 하수 처리도 중요한 문제가 되고 있다.파쇄물질은 높은 압력으로 지질 구조에 주입되게 되는데,압력이 낮아 졌을 때 파쇄 유체,메탄,다른 화학물질들이 역류하게 되어 회수된다.수압파쇄에 쓰이는 약 20∼50% 정도의 물이 다시 역류수로 회수 되는데 이중 일부분은 처리되어 다시 생산과정으로 재사용하게 된다.

마. 지반약화 및 지진 유발 문제

시추공 설치로 인하여 지반이 약화되거나 지진 유발 가능성이 높아 질 것으로 예상하 고 있다.미국 Arkansas에서는 Fayetevile셰일의 시추 과정으로 인한 지진이 약 10배 증가하였다.FortWorth지역도 208년 겨울부터 18건의 작은 여진이 발생하였고,영국 Blackpol지역도 201년 6월 진도 2.5지진에 이어 201년 4월 진도 1.5지진이 일어났으 며,이에 작업이 중단되고 조사에 들어가기도 하였다.

바. 방사성 물질의 위험 문제

지층의 형성에서 자연스럽게 생성되는 방사선 물질은 매우 낮은 농도로,대부분 셰일 층에는 약 0.016-0.02% 정도의 우라늄을 함유하고 있다.수압파쇄 과정에서 암석에 갇혀있던 방사선 물질인 우라늄,라듐,토륨 등이 표면으로 방출 될 우려가 있으며 또한, 수압 주입으로 인해 이러한 물질들이 다른 암반이나 지하수 등으로 흘러 들어갈 우려가 있다.
뉴욕,오논다 지역에서는 방사선 물질 2Rn이 210여 가정의 지하창고에서 대기 중 발견 되었는데 평균 326Bq/m³ 농도로 이는 EPA 기준 2배가 높은 농도이다.대기 중 10Bq/m³농도일때 폐암이 약 10% 증가할 수 있다는 연구결과도 있다.

사. 화학물질로 인한 위험 문제

파쇄유체는 약 98%물과 모래에 0.5∼2%의 화학물질이 첨가 되는데,화학물질은 독성 과 알레르기성 물질,돌연변이성 물질,발암물질 등을 포함하고 있다.
무역거래상 이러한 화학물질은 대중에게 잘 밝혀지지 않는다.주로 많이 쓰이는 2-butoxyethanol은 화학적 첨가제로 잘 사용되는데 적은 양에도 독성이 크고 반감기는 7∼28일이다.호기성 생분해가 늦어진다면 흡입과 섭취,접촉 등을 통해 인체나 생태계, 동물에 직접적으로 영향을 미치게 된다.
파쇄유체에 쓰이는 화학첨가제 물질은 복잡한 생물 지구 화학 반응에 의하여 새로운 독성 물질을 만들 가능성도 있다.

(출처 : 환경부,
『셰일가스 도입에 따른 환경영 향 및 대응방안 마련연구』용역의 최종보고서 ,2013. 4, 연구기관 : 한국환경정책.평가연구원 원장 이병욱)