셰일가스 개발 동향과 파급효과

최근 수년간 국내외를 막론하고 막대한 매장량과 그 파급효과로 인하여 셰일가스(shale gas)에 대한 관심이 계속되고 있다. 그 동안 셰일층은 탄화수소를 만들어내는 석유 근원암(source rock) 이거나 또는 다공질저류층 트랩(trap) 구조 상부에 위치해서 저류층으로 이동한 탄화수소를 구조내에 가두어 두는 덮개암으로 인식되어 왔다. 그러나 이제는 생산 기술의 발전에 힘입어 석유가스를 생산하는 저류층으로 개발의 대상이 되었다. 즉, 셰일가스는 근원암이며 동시에 저류층암인 대표적인 리소스 플레이(resource play)에 해당되며 대표적인 비전통(unconventional) 가스자원이다.

석유가스와 셰일가스

일반적인 석유가스(주 구성 성분이 탄소와 수소이므로 탄화수소라고도 부름)의 생성과정을 보면, 유기물이 풍부한 셰일층과 같은 근원암에서 만들어진 탄화수소가 투수율 (유체 이동의 용이성을 나타내는 말)과 공극율 (유체 부존 공간의 크기를 나타내는 말)이 큰 다공질 암석층으로 이동하여 석유가스를 축적하게 되는데 이를 저류층이라고 부른다.

반면에 셰일가스는 근원암인 셰일층의 낮은 투수율 때문에 이동을 못하고 셰일층에 남아있는 가스를 말하며 그 동안 전통가스자원에 비해서 생산량이 낮아 경제성이 없어서 석유사들의 관심 밖에 있었다. 하지만 낮은 투수율을 증가시킬 수 있는 수압파쇄기술과 저류층과의 접촉면적을 증대시켜 주는 수평시추기술의 결합으로 경제성을 확보할 수 있게 되어 2000년도 초반부터 석유관련 기반시설이 잘 갖추어진 미국의 텍사스주를 중심으로 셰일가스 개발 붐이 일기 시작했다.

셰일가스의 자원량에 대한 평가는 조사기관별로 많은 차이가 나지만 미국 에너지정보국(EIA) 조사에 따르면 2012년도 기준으로 약 36,000조 입방피트로 알려져 있으며 이중에 약 7,800조 입방피트는 기술적으로 회수가 가능하다고 보고 있다. 이는 2012년도 전세계 가스 확인매장량 6,600조 입방피트보다도 많은 양에 해당된다. 회수가능 자원량을 기준으로 주요 매장국가를 살펴보면 (표1) 미국, 중국, 아르헨티나, 알제리아, 캐나다, 멕시코, 호주, 남아공 등 주요 산유국인 중동 이 외 지역에 부존하고 있다는 특징이 있다.

 활발히 전개되고 있는 셰일가스 개발 붐

셰일가스 개발 붐으로 미국은 향후 100년 이상 사용할 수 있는 가스의 양이 확보 되어 있으며다단계(multi-stage)수압파쇄 기술 및 장공 (longer well) 수평시추 기술의 발달로 인하여 가채 매장량은 더욱 증가할 것으로 전망되며, 2030년경에는 미국 가스 생산량의 50% 이상을 셰일가스가  차지할 것으로 예측하고 있다. 그러나 현재 지속적인 U$4 대의 낮은 가스가격과 상대적으로 U$100 대의 높은 유가로 인하여 메탄가스만 생산되는 건가스(dry gas)전은 경제성 저하로 생산이 중단되고 있으며 액체탄화수소(condensate) 생산이 가능한 습가스(wet gas) 위주로 개발이 이루어지고 있는 상태이다.

에너지 부족 국가인 중국, 일본, 인도 등이 미국과 캐나다, 호주와 같이 안정적인 사업투자환경과 인프라가 갖추어져 있는 지역의 셰일가스 사업에 활발한 투자가 이루어지고 있다. 중국은 미국에 버금가는 많은 양의 셰일가스가 부존하고 있으며 국가적인 차원에서 활발한 탐사/개발활동이 이루어지고 있으며 유망성이 좋은 쓰촨지역을 중심으로 시험생산이 진행중에 있다 (그림 1).   

 중국은 현재 미국에 비해 상대적으로 가스 소비량이 많지 않기 때문에 당장 셰일가스 생산이 기대되지는 않지만 향후 예상되는 에너지 소비구조의 변화로 인하여 많은 양의 가스 수요가 예상되며 이를 셰일가스 개발로 충당할 것으로 보인다. 그러나 중국의 셰일가스 저류층의 특성이 미국과 달리 깊은 심도, 어려운 접근성, 수압파쇄에 필요한 수자원 조달, 인프라 부족으로 미국에 비해 높은 개발/생산 비용이 필요할 것으로 보인다. 호주의 경우에는 최근 들어 셰일가스 개발에 관심을 보이고 있지만 현재 추진중인 석탄층메탄가스 (coal seam gas) 개발 및 FLNG 사업으로 인하여 본격적인 셰일가스 개발은 많이 늦어질 것으로 예상된다.

셰일가스의 경제적 생산이 가능함에 따라 관련 산업에도 많은 영향을 줄 것으로 예상되는데 셰일가스와 같은 비전통자원은 일단 개발이 시작되면 생산량 유지를 위해 개발지역내에 지속적인 시추작업이 요구되고 많은 수의 수평시추정이 필요하기 때문에 철강 수요가 꾸준할 것으로 예상된다. 또 고유가와 저가스가격이 계속 유지되면 셰일가스 생산국에서 수반가스를 활용한 석유화학제품이 원유에 기반한 경질 나프타에서 생산되는 석유화학제품에 비해서 높은 가격 경쟁력이 있을 것으로 보인다. 또한 잉여 가스의 수출을 위한 LNG 공정 설비 및 운반과 관련하여 건설업 및 조선산업에도 긍정적인 영향을 줄 것으로 보인다. 그러나 관련 산업의 파급효과는 세계 각국의 셰일가스 개발 속도및 규모에 따라 크게 달라 질 것으로 보이기 때문에 국가별 셰일가스의 개발추이를 잘 지켜보아야 할 것이다.

셰일가스와 환경문제

셰일가스 개발에 따라 발생되거나 예상되는 환경문제도 심각한 사회 갈등을 야기하고 있다. 셰일가스와 같은 비전통가스 개발은 낮은 투수율을 극복하기 위한 수압파쇄 작업시 사용되는 파쇄용액 주입에 따른 여러 가지 환경문제가 따르게 되는데 (그림 2) 대표적으로 지하수 오염, 지표수 및 토양오염, 유정폭발 (blowout), 수자원의 고갈 문제, 운송 문제 및 공기 오염 등이 있다.

향후 구체적인 환경 방지 프로그램이나 감시 시스템을 요구하게 될 것이며 미국의 일부 주와 유럽과 같이 인구가 밀집된 지역에서는 셰일가스 개발을 위한 수압파쇄작업을 금지하고 있다. 이는 향후 셰일가스의 생산 비용을 증가시키거나 생산량 증가에 부정적인 요소로 작용할 수 있을 것으로 보인다.