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석유에너지
석유에너지는 세계 3대 에너지 자원 중 하나인 석유가 가지고 있는 에너지를 말한다. 재생불가능에너지에 속한다. 석유에너지는 자동차·항공기 등의 연료나 가정용 난로, 또는 공업용 보일러 등의 연료로 쓰인다.
석유, 석탄은 자연계에서 생성되는데 최소 수 백만년에서 수 억년 가량 오랜 세월이 필요하므로 사용후 쉽사리 재생되지 않는다. 재생불가능에너지는 산업혁명 이후 산업화의 급속한 진전으로 석탄과 같은 화석연료가 공장을 가동하기 위해 사용되기 시작하였고, 20세기 초반 석유정제기술이 도입∙발전되면서 석유가 점차 주요 에너지원으로 사용되기 시작하였다.
석유는 다양한 용도와 유용성으로 인해 현대사회에 있어서 가장 중요한 기초 에너지로 자리 잡고 있다. 현재 우리나라의 1차 에너지공급에서 석유가 차지하는 비중은 38.4%(2018년 기준)로 주종 에너지로의 위치를 차지하고 있다는 점에 석유의 중요성을 충분히 알 수 있다.
석유에너지의 용도[편집]
가솔린기관과 가솔린[편집]
석유의 최대용도는 가솔린엔진용의 연료이다. 가솔린엔진은 연료를 흡입압축·착화폭발·배기의 사이클을 반복하여 화학에너지를 기계적 에너지로 바꾼다. 가솔린엔진용 연료로서는 적당한 휘발성이 있어야 한다. 예컨대 자동차용 가솔린이라면 70°C 이하에서는 10%, 120°C에서는 50%, 180°C에서는 90%, 210°C 이하에서는 연료의 97%가 기화하는 것이라야 한다. 한편, 실린더 안에서의 연료－공기 혼합가스의 압축률이 높을수록 엔진의 열효율은 높으며, 단위 마력당 연료의 소비량은 적다. 그러나 연료가스를 너무 심하게 압축하면 이상 폭발을 일으키기 쉬우므로 과열이나 연료가 조기 발화할 위험이 따른다. 이를 노킹(knocking)이라고 하는데, 가솔린엔진 연료로서는 노킹을 일으키기 어려운 성질, 즉 안티녹성(antiknock 性)이 충분해야 한다. 이 안티녹성을 나타내는 척도가 '옥탄가'이다. 탄화수소로서 안티녹성이 우수한 것은 이소옥탄이며, 나쁜 것은 n－헵탄(normal－heptane)이기 때문에 이 둘을 섞어서 표준 연료로 한다. 옥탄가는 시료의 연료와 같은 정도의 노킹을 일으키는 표준연료 중의 이소옥탄의 체적 백분율로 표시한다. 안티녹성은 방향족 화합물·불포화 화합물·나프텐계 탄화수소·파라핀계 탄화수소 순으로 낮아지며, 같은 계의 탄화수소에서는 직쇄형(直鎖形)보다도 가지가 많은 쪽이 높다. 원유를 분류해서 만든 가솔린의 옥탄가는 20∼75이며, 이것으로는 압축비를 4：1 이상으로 만들 수가 없다. 이보다도 높은 옥탄가의 가솔린을 만들기 위해서는 석유의 열분해·접촉분해·이성화 등에 의하여 분지가 많은 것을 만들어서 석유의 질을 개량해야 한다. 이렇게 하여 개질(改質)된 것을 '분해가솔린'이라고 부른다. 그리고 또 4에틸납(4 ethyl lead)을 조금 첨가함으로써 옥탄가를 높일 수도 있다. 이 경우, 사에틸납이 연소해서 생성된 산화납이 실린더를 막는 것을 예방하기 위해 디브롬에탄·디클로로에탄 등을 첨가하여, 휘발성의 브롬화납(臭化鉛)·염화납으로 만들어서 배기한다. 이런 것을 안티녹제(antiknock 劑)라고 한다.
디젤기관 연료[편집]
선박이나 또는 대형 자동차에 쓰이는 디젤기관은 공기를 고온·고압으로 압축하고 여기에 연료를 분사하여 자연발화적으로 연소하는 것으므로, 발화성이 나쁜 연료는 사용하지 못한다. 연료의 발화성이 나쁘면 분사에서 착화까지 시간이 오래 걸리며 분사된 연료가 그대로 괴었다가 한꺼번에 착화해서 압력이 별안간 상승하는 폐단이 생긴다. 이는 디젤노킹이라는 이상폭발의 원인이 된다. 그리고 디젤기관 연료로서는 분사 펌프의 분사가 원활하게 작동하고, 분사 구멍으로부터 안개 모양으로 기름이 고르게 분사되기 알맞은 점도가 필요하며, 착화성과 인화성이 동시에 우수한 경유·중유가 주로 쓰인다. 이러한 성능의 정도는 세탄가(cetane rate)로 나타낸다. 세탄가는 안티녹성이 큰 n－세탄과 안티녹성이 작은 α－메틸나프탈린의 혼합연료를 표준연료로 하여, 옥탄가와 마찬가지로 그 체적비를 백분율로 표시한 것이다.
제트 연료[편집]
제트엔진은 연소가스의 운동 에너지를 압축기의 회전력으로 바꾸고, 다시 그 일부를 고속으로 분사시켜서 이를 추진력으로 한다. 그러므로 제트 연료로서는 연료 탱크로부터 연소실에 보내기가 쉽고, 연소가 안정되어야 한다. 일반적으로는 주로 가솔린 유분과 등유 유분을 정제해서 사용한다. 제트엔진은 공기와 연료의 비율이 100：55∼120인데, 가속·감속할 때에는 20∼600으로 크게 변동한다. 그러므로 화염의 안정성이 낮으며 불꽃을 튀기는 현상이 일어나기 쉽다. 일반적으로 등유는 가솔린보다도 공기에 대한 연료비가 큰 동안에는 안정성이 좋으나 그 비율이 작은 때에는 안개 모양으로 잘 분사하지 않는 성질이 있다. 그러므로 적당한 유분을 혼합한 것이 사용된다. 한편, 마하 2 이상의 초음속 제트항공기는 연료 탱크도 고온으로 되며, 마하 2에서는 120°C, 마하 3에서는 200°C 이상으로 뜨거워진다. 그러므로 연료도 열안정성이 좋고 증기압이 낮아야 하며, 비등점도 200°C 이상이어야 사용할 수가 있다. 그리고 이러한 제트엔진은 특히 파이프 등의 기관의 산화가 심해서 첨가제 등에도 특별한 주의를 해야 한다.
석유의 특성[편집]
원유는 물보다 가벼운 독특한 냄새를 풍기는 암녹색 또는 흑갈색의 끈적끈적한 액체로 여러 가지 탄화수소 화합물을 주성분으로 하고 있다. 주성분이 탄화수소라는 점에서 천연가스와 함께 탄화수소연료라고 부르기도 한다. 또한 생성에 따른 분류로써 석탄과 함께 화석연료(Fossil Fuel)에 포함된다.
탄화수소 분자는 종류가 매우 많고 가공에 의해 용도에 맞게 거의 무한대로 분자 구성의 변화가 가능하다. 간단한 CH₄(메탄을 나타내는 탄소원자 하나와 수소원자 4개로 구성된 것)에서부터 수백 개의 원자를 갖고 있는 다양한 화합물을 만들 수 있다. 즉 분자 등의 원자 수와 위치를 바꾸기만 해도 어느 화합물을 다른 화합물로, 또는 수천 가지의 새로운 화합물로 변화시킬 수 있다. 이러한 무궁무진한 유용성으로 인해 화학공업의 원료로 광범위하게 사용될 수 있는 것이다.
또한 여러 가지 탄화수소의 혼합물로 되어 있기 때문에 단일물질과는 달리 일정한 비등점이 없고, 일정한 증류범위를 갖고 있다. 따라서 원유를 정제하는 가장 단순한 공정은 원유 중의 경질성분과 중질성분을 나누어 취득하는 증류의 작업이다. 이 밖에 석유는 전기 전도율이 매우 낮아서 다른 불순물을 함유하지 않는 등 절연성이 높다.
석유는 열량이 높고 불순물이 적어 완전 연소되어 내연기관의 연료로 쓰일 뿐 아니라, 취사용, 등화용, 각종 보일러의 열원으로써 광범위한 용도를 갖고 있다. 또한 액체이기 때문에 개발에서 사용에 이르기까지 취급이 간편하다. 석유는 유정에서 채굴•생산되어 지상에 설치되어 있는 파이프 라인을 거쳐 목적 장소에 도달하게 되고, 정유공장에서 정제과정을 거쳐 여러 가지 석유제품으로 생산된다. 석유는 개발에서 제품에 이르기까지 연속 조작 및 자동 제어가 쉬우며, 정제 및 수송비도 비교적 안정적이다. 또 석유제품은 원유에서 연쇄적으로 생산되는 연산품이기 때문에 특정 석유제품만을 생산하는 것은 불가능하다.
원유를 정제하는 과정에서 에너지를 생산하는 목적으로 쓰이는 탄화수소 '연료'와 기계의 마찰을 줄이기 위해 사용하는 윤활유를 제외한 석유화학제품은 탄소가 주성분인 유기화합물이다. 탄소가 사슬처럼 이어져서 만들어진 메탄, 에탄, 프로판과 메탄올과 같은 '지방족' 화합물도 있고, 6각형의 고리 모양을 이루고 있는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 페놀, 아닐린과 같은 '방향족' 화합물도 있다. 모두가 먼 옛날 식물에서 애써 만들었던 물질이거나 그런 물질이 분해되는 과정에서 만들어진 것들이다. 정유공장에서 생산되는 그런 물질의 종류는 300여 종이 넘을 정도로 다양하다. 석유 성분이 의약품이나 화장품으로 변신할 수 있는 이유가 여기에 있다. 우리 인류는 19세기 말부터 그런 유기화합물을 인공적으로 변환시켜 우리에게 필요한 새로운 물질을 만들어내는 화학합성기술을 개발했다. 자연의 생태계가 만들어낸 천연물질을 이용할 수밖에 없었던 우리 인류는 석유를 원료로 하여 독자적인 생존의 방식을 찾아낸 것이다.
석유 매장량[편집]
석유의 매장량이란 유층 내에 집적되어 있는 석유를 지표로 끌어 올렸을 때 1기압 15℃ 표준상태에서의 석유의 용적을 말한다. 석유의 매장량은 원시매장량과 가채매장량으로 대별(大別)된다. 원시매장량이란 유층 내에 있는 석유의 총량을 말하며, 가채매장량이란 유층 내의 석유 중 지상으로 끌어올릴 수 있는 생산 가능한 석유의 총량을 의미한다. 원시매장량에 대한 가채매장량의 비율을 회수율이라고 한다. 회수율은 기술이 발달하고, 유가가 올라갈수록 높아진다. 매장량의 개념 중 일반적으로 가장 많이 쓰이는 것이 확인매장량(Proved Reserve)이다. 확인매장량은 이미 발견된 유정의 매장량 중 현재의 기술과 비용으로 생산이 가능하다고 판단되는 추정물량을 말한다. 여기서 말하는 추정물량은 모두 가채량이며, 지하에 남아 있는 석유는 포함되지 않는다. 이상을 정리하면, 유층의 용적과 석유의 포화율에 의해 원시매장량이 추정되고, 회수율을 곱하여 가채매장량을 구한다. 여기에 경제적으로 생산되지 않는 부분을 빼면 확인매장량이 구해지는 것이다. 이 밖에 궁극가채매장량은 기(旣)발견매장량(확인매장량과 지금까지의 누적생산량의 합계)과 장래에 발견 가능성이 있는 미(未)발견매장량을 합한 개념이다.
석유 매장량에서 최대 관심사는 "현재와 같은 규모로 생산할 경우 앞으로 몇 년이나 더 쓸 수 있을까"이다. 앞으로 생산 가능한 기간을 가채년수라고 한다. 이것은 확인 매장량을 그 해의 연간 생산량(Production)으로 나눈 숫자이다. 그러나 가채년수가 40년이라고 해서 석유가 40년 후 고갈될 것이라고 속단할 수는 없다. 확인매장량이라는 것은 현재의 기술로 경제적으로 회수할 수 있는 양을 말하기 때문이다. 즉 현재의 기술로 경제적으로 회수할 수 있는 양은 궁극가채매장량의 3분의 1 정도이기 때문에 앞으로 개발기술이 계속적으로 진보되어 나머지 3분의 2를 회수할 경우, 새 유전이 전혀 발견되지 않는다 해도 가채년수는 3배로 늘어난다는 계산이 성립된다. 실제로 1950년대부터 현재까지 석유소비량은 상당히 늘어났음에도 불구하고 석유의 가채년수는 지금까지 40년을 유지하고 있다. 이 때문에 석유고갈에 대한 우려는 실체가 없는 기우에 지나지 않는다고 평가 받기도 한다.
그렇다고 해서 석유매장량에 대한 낙관은 금물이다. 석유는 기본적으로 재생이 불가능한 화석연료이며, 석유위기는 고갈시점에 오는 것이 아니라 생산이 정점에 달하여 수요증가를 충족시킬 수 없을 때에 비롯되기 때문이다.
그렇다면 현재 지구상에는 얼마만큼의 석유가 매장돼 있을까? BP(British Petroleum)의 2018년 통계에 의하면, 세계 원유 확인매장량은 2017년 말 기준으로 1조 6,966억 배럴로 추정되었다.
이는 현재와 같은 생산 수준으로 약 50년을 생산해낼 수 있는 양이다. 확인매장량 가운데 48%가 중동지역에 분포되어 있다. 특히 사우디아라비아, 이란, 이라크, 쿠웨이트, UAE 등 빅5 산유국이 모두 중동국가이며, 이들이 전 세계 매장량의 절반 가량인 약 46%를 보유하고 있다. 반면 세계 석유소비의 약 45%를 차지하는 미국, 중국, 인도, 일본, 러시아 등 5개 국가의 매장량은 세계 총 매장량의 약 11%에 불과하다. 석유수출국기구(OPEC)은 여전히 세계 석유매장량의 약 72%를 차지하고 있어 과거에 비해 매장량 점유율이 낮아지긴 하였으나, 여전히 생산량 조절 등을 통하여 국제석유시장에서 큰 영향력을 유지하고 있다.
2000년대 후반에 미국에서 셰일오일의 개발과 생산에 성공하였고 수출 등으로까지 이어지고 있다. 미국에서의 셰일오일 개발은 전세계 셰일오일 매장량을 보유하고 있는 여타 지역국가들의 적극적인 관심을 불러오고 있으나 미국과 캐나다 등 북미지역을 제외하고 아직까지 다른 지역에서는 별다른 진전을 보이지 못하고 있다. 북미지역에서 셰일오일의 대규모 생산으로 2014년 중반경 이후 세계석유시장에서 유가수준은 당시 배럴당 100달러 수준에서 40달러 내외 수준으로까지 크게 떨어졌다.
석유 고갈[편집]
1970년대 오일 쇼크 발생 직후, 유럽 학자들을 중심으로 모인 로마클럽은 40년 후인 2000년대 석유가 고갈될 것이라고 주장했다.
2020년 기준으로, 전세계의 석유는 30~40년 후인 2050년에 고갈될 것으로 예측되고 있다.
2008년 국제유가가 배럴당 140달러(종가기준)를 넘어 치솟고 있는 가운데, 전 세계 석유시장에서 가장 영향력 있는 사우디 국영 석유회사인 아람코에서 석유생산을 이끌었던 임원인 사다드 알 후세이니와 난센 살레리가 상반된 주장을 했다. 후세이니는 세계가 석유 자원 고갈에 직면했다고 주장한다. 반면에, 살레리는 기술과 투자만 따르면 더 많은 석유를 발견할 수 있다고 전망하고 있다. 살레리는 "현재 전 세계에 매장된 14∼15조배럴의 원유 중 단지 1조배럴만 사용했으며 앞으로 40∼50년간 원유 공급에는 아무런 문제가 없다"고 비관론을 일축했다.
서유럽의 지식인들로 구성된 로마클럽은 1972년 '성장의 한계'라는 보고서를 출간했다. 1992년 발간된 개정판에서는 "석유와 천연가스가 각각 2031년과 2050년에 고갈될 것"으로 예측했다. 그러나 오늘날에 석유와 천연가스 가격이 오히려 하락해 관련 업계가 고통을 받고 있다. 이는 1972년 지식인들의 사고범위가 정태적이고 기술 변화의 가능성을 제대로 내다보지 못했기 때문이었다. 당시에도 셰일가스의 존재는 알았으나 상업적 생산기술의 잠재력을 과소평가했고, 당초 예상과는 반대로 탐사기술이 발달하면서 심해유전을 비롯해 확인된 에너지 매장량은 증가했다.
국제에너지기구(IEA)에 따르면 생산된 것을 제외한 원유의 궁극 가채매장량(기존 발견 매장량에 발견 가능성이 있는 미발견 매장량을 합한 매장량)은 약 2.4조 배럴이지만 비전통석유의 매장량은 약 8.5조~9조 배럴로 예상된다. 즉, 비전통석유의 매장량은 석유의 3배 정도여서, 50년 후에 석유가 고갈된다면, 비전통석유는 150년 후에 고갈된다는 것이다. 인류가 연금술을 발전시켜서 인공적으로 금을 생산하는데 성공한 적은 없지만, 인공적으로 다이아몬드와 석유를 만드는 것은 성공했다고 알려져 있다.
참고자료[편집]
- 대한석유협회 공식 홈페이지 - http://petroleum.or.kr/
- 〈석유〉, 《위키백과》
같이 보기[편집]
