셰일가스

셰일가스(Shale gas)(란 퇴적암이 형성하는 지층에 포함되어 있는 천연가스나 석유를 말한다.

개요

시추기술의 발달과 천연가스의 가격 상승으로 2000년대 들어서 셰일가스가 새로운 에너지원으로 급부상하였다. 셰일가스는 퇴적암층인 셰일층에 존재하는 천연가스로 조성은 기존의 천연가스와는 동일하다. 미국에너지정보기관에 따르면 셰일가스의 매장량은 6.622tcf로 2010년에 측정한 전통 천연가스 매장량과 비슷한 수준으로 향후 60년간 사용할 수 있는 양으로 추정하고 있다. 국제에너지기구는 셰일가스가 본격적으로 개발될 경우 세계 에너지원에서 천연가스가 차지할 경우에는 2030년에 석탄을 제치고 석유에 이어 2위가 될 것으로 전망하고 있다. 미국을 중심으로 물과 모래, 화학약품을 섞은 혼합액을 고압으로 분사하는 수압파쇄법과 수평정시추등이 사용되고 있고 미국은 셰일가스 개발 확대에 따라 천연가스 순 수입량이 점차 줄어들어 2022년부터는 천연가스 수출국으로 전환될 것으로 보인다. 중동 및 러시아 중심의 국제 가스 공급구조에 큰 변화가 일어날 것으로 보인다. 실제로 북미 지역의 2010년 셰일가스 생산량은 2000년에 비해 15.3배나 확대되었고 미국은 2009년 이후 러시아를 제치고 천연가스 1위 생산국에 등극하였다. co2배출량은 석탄대비 55%, 석유대비 70%에 불과하므로, 셰일가스와 천연가스의 사용이 기후변화 대응을 위한 하나의 대안으로 제시되고 있다.

개념

천연가스는 일반적으로 전통가스와 비전통가스로 구분되는데, 셰일가스는 비전통가스 중 한 종류로 셰일층 즉,진흙이 쌓여 만들어진 퇴적암층 내에 존재하는 천연가스를 지칭하는 말이다.메탄(70%~90%)과 에탄(5%), 콘덴세이트(5%~25%) 등으로 구성된다. 천연가스는 셰일층에서 생성된 후 가스가 오랜 세월 동안 지표면 방향으로 이동해 한 군데에 고여있기 때문에 비교적 쉽게 개발할 수 있지만, 셰일가스는 전통가스와 달리 가스가 새어 나올 수 없는 암반층에 갇혀 있어 개발이 어렵다.즉, 셰일가스와 천연가스는 같은 천연가스이지만 셰일가스는 단단한 셰일층에 넓게 퍼져있어 전통적인 방법으로는 채굴이 어렵다. 이러한 특징 때문에 셰일가스는 1980년대에 발견되었으나, 수평시추 등의 채굴기술이 개발되지 않아 생산이 불가능하였다. 2000년대부터 미국의 석유공급업체 ‘Mitchell Energy & Development’ 등이 개발을 위해 노력한 결과 미국 내 생산이 가능하게 되었고, 이후 각국에서도 탐사를 본격적으로 시작하게 되었다.

매장량

유럽	폴란드	187
	프랑스	180
	노르웨이	83
북아메리카	미국	862
	멕시코	681
	캐나다	388
아시아	중국	1,275
	호주	396
	인도	63
아프리카	남아공	485
	리비아	290
	알제리	231
남아메리카	아르헨	774
	브라질	226
	칠레	64
남아메리카	아르헨	774
	브라질	226
	칠레	64
기타	-	437
합계		6,622(tcf)

채굴 방법

세일가스는 그 존재가 지난 1800년대에 처음 확인되었다. 그러나 많은 매장량에도 불구하고 이전에 셰일가스 개발이 이루어지지 않은 것은 셰일가스 개발의 비경제성 때문이다. 즉 셰일가스가 지하 깊이 매장되어 있어, 이를 개발하는데 드는 비용이 크고 추출하는 과정의 어려움으로 인해 개발이 이루어지지 않았다. 하지만 최근에는 수평시추법 (horizontaldrilling)과 수압파쇄법(hydraulic fracturing) 등 기술적 혁신으로 활발한 셰일가스 개발과생산이 진행되면서 전세계적으로 각광을 받고 있다.

수압파쇄법

수압파쇄법은 땅에서 수직으로 3~4천 미터 깊이로 착암하고, 수평으로 1~2 킬로미터 길이의 시추관을 최대 여섯 개를 설치한다. 그리고 한 개 관정당 15,000 m3에서 23,000 m3의 물과 수백만 톤의 모래, 수만 리터의 계면활성제, KCl, Gelling agent, Antiscalant, pH , Breaker, Crosslinker, Friction reduc, 조정제 부식방지제 살균제 산 그리고 등 다양한 종류의 화학물질, 셰일의 틈에서 생성된 가스, 편암이나 점판암의 불침투성 암석 등으로 구성된 혼합물을 고압으로 투입한다. 수압파쇄를 하는 회사마다 서로 다른 종류의 현탁액을 사용하기 때문에 실제로 셰일가스 채굴에 사용되는 화학약품의 종류는 다양하다. 대략 5,000 ft(1,500 m) 이상 지하에 존재하는 셰일 층까지 수직으로 지반을 뚫고, 미리 설계된 방향과 각도로 셰일 층에서 수평방향으로 지반을 뚫는다. 이렇게 셰일층에서 추출한 석유와 메탄가스와 더불어 투입한 액체의 50%가 지표면으로 나온다. 추출한 탄화수소를 분리하고 나면 함께 추출된 물질과 더불어 화학폐수를 방류한다.

수평시추법

수평시추법은 넓은 공간에 분포되어 있는 셰일가스를 채굴하기 위한 방법으로 목표지점에 도달하기 위해 미리 설계된 방향 각도에 따른 경로로 시추하는 기술이다 전통적인 천연가스의 채굴에 사용되는 기존의 수직시추법과 달리 지하 내 지반을 수평으로 시추하여 가스층과의 접촉면 ,을 넓혀 가스를 더욱 많이 회수할 수 있는 장점이 있다 수압파쇄법은 수평시추법으로 만든 시추공 내 로 높은 점성의 모래 현탁액 을 강제 주입하고 충전하여 지하수면 아래의 대수층 틈새로 (fracturing fluid) 확산시킴으로써 관상의 투수대를 생성시키는 기술이다

문제점

셰일가스의 생산과정에서 추출된 물질과 더불어 화학폐수를 방류하는데 여기에는 암반에서 나온 방사성 물질과 발암물질이 함유되어있고, 수압파쇄법과 수평시추법은 화학물질에 의한 지하수 오염을 야기할 수 있다. 또한 한 개 관정당 15,000 m3에서 23,000 m3의 물이 사용되는데 석유 개발에 비해 1000배나 많은 물이 들어간다. 이러한 시추정이 미국에만 3만 개 이상이 있다. 다량의 물 사용으로 인한 수자원 고갈과 발생한 폐수의 불완전한 처리로 인한 수계의 오염 등이 발생할 수 있다. 더 큰 문제는 투입된 물 중에 서 약 15~40%는 다시 폐수의 형태로 회수된다. 이러한 폐수는 현탁액이 포함되어 잇어 화학약품 뿐 아니라 셰일가스와 같이 존재하는 지하수 내의 염분도 같이 포함된다. 서 총 고형분과 . (TDS)독성이 높은 폐수가 한 관정당 최소 2,200 m3에서 9,200 m3이 발생한다. 셰일가스를 채굴과정에서 발생한 폐수는 지역에 따라 편차가 있으나 일반적으로 이상의 , 40,000 mg/L 높은 총용존 고형량을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 실제로 셰일가스 시추 현장 주변에 있는 지하수에서 벤젠같은 발암물질이 발견되기도 했다. 그렇게 되면 셰일가스 채굴로 인근 주민들이 물을 사용하지 못하고 잘못될 경우 화학물질이 섞인 물을 마실수도 있다. 또한 수압파쇄법과 수평치수법의 채굴 방법이 지진을 일으킨다고 한다. 셰일층을 부수고 셰일가스를 지상으로 밀어낼 때 사용된 물은 40%정도는 지상으로 회수가 되지만 나머지 60%의 물은 지하에 버려진다. 그 버려진 물이 어디로 가는지도 정확하게 파악이 되지 않고 있는데, 셰일층에 남아 있거나 그 아래 지반까지 내려가는 것으로 추정하고 있다. 결국 지층사이의 빈 공간에 채굴할때 사용되었던 물이 들어가게 되면 지층 사이의 마찰력이 떨어져서 지층이 어긋나는 현상이 일어난다. 실제로 미국 중․동부에서 2010년부터 2012년까지 3년 동안 규모3 이상의 지진이 300회나 발생했다. 따라서 환경규제가 엄격한 유럽의 국가에서는 셰일가스의 많은 매장량에도 불구하고 개발이 활발하게 진행되고 있지 못하고 있으며 미국의 경우에도 규제의 수준이 계속 높아지고 있다.

나라별

중국

중국에서 셰일가스 개발이 아직까지는 활발하게 진행되고 있지 못한 이유 중

한 가지도 이러한 물 부족 문제 때문인 것으로 알려져 있다