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석유
석유(石油, petroleum)는 땅속에서 천연으로 생성되는 화석연료 중 하나로 액체 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 기름이다. 21세기 인류가 활용하는 가장 핵심적인 천연자원 중 하나로 꼽힌다. 석유의 주요 산출 지역은 미국, 중국, 러시아, 중동, 북유럽 북해 연안 등이 있다.
목차
개요
석유는 천연으로 산출되는 가연성 기름 상 물질로, 다수의 액상 탄화수소의 혼합물인데, 미량 내지 소량의 황 화합물, 산소 화합물, 질소 화합물, 금속 화합물 등을 포함하는 경우가 많다. 또한 용해하거나 혹은 관련해서 산출되는 가스상 탄화수소나 고체상 탄화수소 유사 물질 등도 포함하여 일컫는다. 원유, 광유라는 말은 종종 석유의 별칭으로 사용되지만, 원유는 석유 원유, 원석 유의 의미를 가지며 공업상에서는 석유보다도 일반적으로 사용되는 경우가 있고, 광유는 동식물성 기름에 대한 광물성 기름의 뜻으로 혈암유, 석탄계유 등도 포함해 넓은 의미로 사용되어야 한다.[1]
역사
석유는 메소포타미아, 터키 등에서 기원전부터 사용되었다는 기록이 남아 있고, 구약성서에도 석유에 대한 기록이 있다. 석유가 인류 문명사에서 중요성을 갖게 된 것은 19세기 후반으로 석유 수요는 처음에는 주로 등화용이었으나, 경제발전과 기술이 진보됨에 따라 용도가 다양해지고 중요성도 커졌다. 1879년 미국의 발명가 토머스 에디슨이 발명한 백열전등의 출현은 등화용으로서의 석유를 밀어냈고 그 무렵부터 각종 내연기관, 특히 석유를 연료로 하는 내연기관이 잇달아 발명되어 석유 소비의 증가를 가져왔다. 1885년 독일의 기술자 고틀리프 다임러와 카를 벤츠가 발명한 자동차 내연기관은 19세기 말 이후 자동차공업 발전의 기초가 되었으며, 도로 교통에 소비되는 석유량도 많아지게 되었다. 석유가 선박용 연료로 사용된 것은 제1차 세계대전 때였는데, 특히 1893년 독일인 디젤이 발명한 디젤기관은 해상교통에 혁명적인 변화를 가져왔다. 그리고 제1차, 제2차 세계대전 사이에 소형, 고속 디젤기관이 두드러지게 진보되어 자동차, 기관차, 트랙터 등 육상기관의 디젤화가 진행되었고 항공기에 석유가 사용된 것은 1903년 미국 라이트 형제가 시험비행에 성공하면서 비롯되었으며, 제1차, 제2차 세계대전은 항공기나 옥테인값 높은 휘발유 제조기술이 획기적으로 진보하는 원인이 되었다. 더불어 석유가 보일러용 연료로서 석탄보다 여러 면에서 우수하다는 것이 1904년 미국에 의해 보고되어 석탄에서 중유로의 전환이 활발히 진행되었다. 특히, 제2차 세계대전 후에는 에너지의 수요증대, 석탄이나 수력전기의 공급한계 등으로 석탄에 의존하던 서양의 나라도 석유를 공업용 연료로 대량 사용하게 되었다. 그리고 가정 난방용·취사용으로서도 제2차 세계대전 전부터 일부에서 사용되었으나 대전 후부터는 세계적으로 널리 사용되었다. 이리하여 에너지원으로서 석유 수요는 석유에 천연가스를 포함하면 주요 에너지 수요구성 중에서 차지하는 비중은 50％ 이상이며 윤활유는 기계가 고속화, 정밀복잡화됨에 따라 점점 고급 윤활유가 필요하게 되었다.[2]
특징
사용 용도
증류 기타 각종의 제유법에 의해 분별, 가공, 정제하고 각종의 석유 제품을 제조해서 각각의 용도로 쓰인다. 석유의 사용은 처음 등화용이 많았으나, 19세기 말에 내연 기관이 발명되기에 이르러 그 연료 및 윤활유로서의 사용이 활발하게 되고, 석탄 대신에 선박, 발전소, 가정 등의 연로로도 많이 사용하게 되었을 뿐만 아니라 화학적 용도에 쓰이는 것도 증가하고, 석유 화학 공업이라고 불리는 새로운 화학 공업 형태가 출원됐다.[3] 더불어 석유는 가정과 산업에서 취사, 난방에 편리한 연료로 사용되어 소비에너지 중 차지하는 비중이 약 20％인데, 이 중 특히 등유, 경유가 각각 20％, BC유, LPG가 각각 30％ 정도로 LNG의 보급과 연료의 고급화 현상으로 앞으로 큰 수요증가를 보이지는 않겠으나 LPG는 수요급증이 예상된다. 석유를 원료로 하는 내연기관은 수송능력을 증대시킴으로써 인적 및 물적 교류를 활발하게 하였다. 우리나라는 1980년대에 들어와 승용차의 보급이 급증하여 전반적인 에너지의 석유 의존도 감소 현상과는 달리 휘발유, 경유 등 수송용 석유의 수요가 큰 증가를 하고 있다. 에너지로서의 구실 못지않게 중요한 석유의 구실은 석유화학공업에서 탄화수소원이 되는 것인데, 석유를 이용하여 다양한 합성물질을 만들 수 있고 저렴한 일상용품을 대량공급시키는 데 편리하다. 이렇듯이 석유를 이용하여 만들어지는 용품과 용구들은 이를 사용하는 기술의 발달과 더불어 생활의 윤택함을 제공하게 되어 자연물과는 다른 경험을 인간에게 줌으로써 인간의 의식영역을 넓혀주고 있다.[4]
생성 원인
석유가 생성되는 원인에 대하여는 여러 가지 이론이 있으나 최근에 받아들여지는 이론에 의하면, 석유는 지질시대에 양적으로 많았던 바다생물을 근원 물질로 하며, 이 생물유기체가 산소의 공급이 적은 곳에 많이 집적되면서 산화되지 않고 잘 보존되었을 때 생성된다고 한다. 석유가 생성되었다 하더라도 이후 보존이 잘 되고 석유가 이동, 집적됨으로써 경제성 있는 석유광상이 되려면 적당한 지질구조를 갖추어야 한다. 즉, 석유가 포함되는 지층은 석유의 유입이 수월하도록 다공질이면서 침투성이 좋아야 하는 한편, 배사구조를 이루는 함유층의 상하부가 불투수성 암층으로 되어 석유가 집적된 후 다른 곳으로 빠져나가지 않게 되어 있어야 한다. 일반적으로 함유층 상부의 불투수성 암층을 덮개암이라 하며, 배사구조를 이루는 함유층 내에서는 석유 밑에 물이 있어 덮개암과 더불어 석유의 누출을 방지하게 된다. 석유를 탐사할 때는 석유 자체를 찾는 것이 아니라, 먼저 이처럼 석유가 집적되기에 좋은 지질구조를 찾은 뒤에 석유부존 후보지에 시굴정을 뚫어 석유의 존재 여부를 확인하게 된다.[4] 더불어 석유의 무기설에서는 이산화탄소, 물 및 알칼리 금속이 고온, 고압하에서 작용하거나 탄화금속과 물이 작용해서 생성되는 메탄, 아세틸렌 등이 중합해서 탄화수소유가 되거나, 무기산과 탄화금속의 작용에 의해, 혹은 지구가 형성될 때 화산 가스와 석회암의 작용에 의해 생긴 탄화수소가 지각 속에 흡장되어 이럭저럭 지표 가까이 침출된 것이라고 설명된다. 이것에 대해 유기설에서는 고대에 번식했던 동식물이 남긴 유기질이 부패, 분해를 받아 지방, 지방산, 왁스 등을 주로 하는 것으로 변질해서 이것이 지층 속에서 지압, 지열, 세균, 촉매 등의 작용을 받으면서 오랜 세월 동안에 탄화수소유로 변한 것이라고 설명되고 있다. 두 가지 설 모두 다량의 석유가 어떻게 하여 지층 속을 이동했는지를 볼 수 있는 유전을 형성할 수 있었는가를 충분히 설명할 수 없지만, 유기설 쪽이 한층 근거가 있어 유력시되고 있다.[3]
정류 방법
상압 증류
상압증류는 대기압하에서의 증류로 석유 정유에서는 원유를 상압하에서 증류하여 나프타, 등유, 경유 등을 유출하고 잔류 등과 분리한다.[5] 유전으로부터 운반되어 온 원유는 일단 원유 탱크에 저장되고 증류탑으로 옮겨져서 분류된다. 먼저 열교환기를 통해서 원유를 예열한 다음, 증류탑으로 보내어, 가장 증발하기 쉬운 가솔린의 일부를 증발시켜서 분리한다. 여기에서 남은 원유는 다시 펌프로서 가열실로 옮겨지고, 철관 수십 개를 직렬로 연결한 속을 급속도로 흐르는 동안에 균일하게 가열된다. 이렇게 가열된 원유는 정류탑으로 보내지며 정류탑은 수십 단의 선반으로 구분되어 있으며, 그 아래쪽으로부터 가열된 원유가 기화해서 상승하게 된다. 여기에서 비점의 차이에 따라 탑의 상부에서는 가솔린, 중단에서는 등유, 경유, 하단에서는 중유를 증류한다. 분류된 부분은 열교환기를 통해서 원유에 열을 주어 예열하는 역할을 하면서 자체는 냉각된다. 정류탑에는 여러 가지 형이 있으며, 정유공업에서 가장 많이 쓰이는 것은 밧부르탑 방식이다. 이것은 증류조 위에 설치된 정류탑 내부에 여러 선반이 있고, 그 선반에는 작은 구멍이 많이 뚫려서 증기는 이 구멍을 통하여 상승한다. 그리고 탑의 정상부에는 냉각관이 있어 일부 증기는 여기에서 응축되어 탑을 흘러내린다. 응축액은 각 단에 일류 관을 따라 넘쳐흐르게 되어 있다. 이처럼 각 선반에서 아래로부터 올라가는 고온의 증기와 응축액이 접촉해서, 응축액 중의 비등점이 낮은 부분은 다시 기화하여 위쪽의 선반으로 향하고, 증기 중의 비등점이 높은 성분은 여기에서 액화하여 탑의 하부로 내려간다. 이렇게 몇 번을 반복하여 탑 위쪽에서는 저 비등점 유분이, 탑 하부에서는 고 비등점 유분이 채집되는 것이다.[6]
감압증류
감압증류는 낮은 압력에서는 물질의 끓는점이 내려가는 현상을 이용하여 시행하는 분리법으로 상압에서 끓는점까지 가열하면 분해할 우려가 있는 물질을 증류할 때 사용한다. 실험실의 분리, 정제 과정이나 유지공업에서 지방산의 분리, 정제 등에 사용된다.[7] 감압증류 과정 중 원유의 탄화수소는 300도∼350도 정도로 가열하면 열분해를 일으킨다. 그러므로 300도 미만에 증류되지 않는 중유분 등은 탑 내의 압력을 낮추어 10mmHg 정도로 내리면 150도 정도의 비교적 낮은 온도로써 증류할 수가 있고, 이때에는 탄화수소의 열분해가 일어나지 않는다.[6]
석유 매장량
석유 매장량(Oil Reserves)은 유층 내에 집적되어 있는 석유를 지표로 끌어올렸을 때 1기압 섭씨 15도 표준상태에서 계량될 석유의 용적으로서, 유층 내에 존재하고 있는 석유의 총량을 나타내는 원시 매장량 상태에서 층 내의 석유 중 지상으로 끌어올릴 수 있는 석유의 양을 나타내는 가채매장량으로 나뉘며, 원시 매장량에 대한 가채매장량의 비율을 회수율이라고 부른다. 가채매장량에서 경제적인 고려로 생산되지 않은 매장량을 제외하면 확인매장량이 된다. 확인매장량을 연간 생산량으로 나눈 연수를 가채연수라고 부르는데 가채연수는 회수기술의 발달이 이루어지면 확대될 수도 있다. 궁극매장량이란 지각, 퇴적분지 또는 어느 지역 전체에 존재하는 전체 탄화수소 매장량을 일컫는다. 예상매장량은 예상되는 매장량으로 매장량 중에서 가장 신빙성이 낮은 추정치라 할 수 있다.[8] 즉 확인된 탄화수소 집적 구조에서 개발사업에 의해 특정 시점의 상업적 회수가 가능할 것으로 기대되는 석유 자원량으로 시추에 의해 발견되고 기술적으로 회수가 가능하며 시장 환경 및 사업 측면에서 상업적이며 사업 개시 시점에 생산되지 않고 저류층에 잔존해야 한다. 석유 매장량은 4가지의 조건을 모두 만족한 석유의 양이다. 또한 석유 매장량은 확실성에 따라 확인 매장량, 추정 매장량, 가능 매장량으로 분류된다.[9]
- 확인 매장량 : 지질학적 및 공학적 자료의 평가 결과, 현재의 경제적 조건, 운영 방법, 국가의 법체계 하에서 상업적으로 회수 가능성이 합리적으로 확실시되는 평가량이다. 확인 매장량으로 간주하는 저류층 영역은 시추 때문에 윤곽이 파악되고 유체경계면들에 의해 정의될 수 없는 영역이다. 유체경계면 자료가 없을 때는 기타 명확한 지질학적, 공학적 또는 생산 이력 자료가 제시되지 못할 경우, 시추를 통해 파악된 최저탄화수소 확인 점에 의해 확인매장량 영역이 제한된다. 명확한 자료로는 유체압력구배 분석치, 탄성파 지시자 등이 포함된다. 탄성파 자료만으로는 유체 간 경계를 파악할 수 없고, 확률론적 방법을 사용할 경우, 실제 회수량이 평가량과 같거나 더 높을 확률이 낮아도 90% 이상이다.[9] 확인 매장량은 1975년부터 1986년까지 약 7,000억 배럴을 유지하고 있는데, 1986년의 확인매장량을 지역별로 살펴보면 중동지역이 56.8％를 차지하고 있어 석유의 지역적 편재를 알 수 있다.[4]
- 추정 매장량 : 지질학적 및 공학적 자료의 평가 결과, 회수 가능성이 확인 매장량보다는 낮으나, 가능 매장량보다는 높은 추가 평가량이다. 추정 매장량 영역은 확인된 저류층의 인접 지역이지만, 가용정보의 확실성이 떨어지고 저류층의 연속성을 인정할 만한 신뢰 기준에 미치지 못하는 영역이다. 실제 남은 회수량이 확인 매장량과 추정 매장량의 합인 2P보다 높을 확률과 작은 확률이 서로 같다. 확률론적 방법으로는, 실제 회수량이 2P보다 크거나 같을 확률이 50% 이상이다.[9] 또한 세계 석유 부존량의 추정값은 대략 2조 배럴이며, 미발견 자원량은 1조 배럴 내외로서 약 40％가 해양에 있다고 본다.[4]
- 가능 매장량 : 지질학적 및 공학적 자료의 평가 결과, 회수 가능성이 추정 매장량보다 낮은 추가 평가량이다. 가능 매장량 영역은 추정 매장량 영역의 인접 지역이지만 가용정보의 불확실성이 크다. 통상적으로 프로젝트에 의해 상업적 생산이 가능한 면적과 두께의 경계를 파악할 수 없다. 총회수량이 매장량의 최대 평가량인 확인 매장량, 추정 매장량, 가능 매장량의 합인 3P보다 높을 확률이 낮고 확률론적 방법으로는 실제 회수량이 3P보다 크거나 같을 확률이 10% 이상이다.[9]
국가별 생산량
세계의 연간 석유생산량은 1986년 당시 약 195억 배럴이며, 생산량이 큰 국가 순으로 보면 러시아·미국, 사우디아라비아, 멕시코, 영국, 중국, 이란의 순서이다. 이 중 중동, 아프리카지역은 세계 전체 생산량의 약 5분의 1을 점유할 뿐 아니라, 자체 소비량이 적어 수출능력이 크고 석유생산의 잠재력도 대단히 높아서 중요한 석유 공급처의 위치를 차지한다.[4]
국가별 석유 생산량[10] 순위 국가 석유 생산량(ddl/일) 1위 미국 15,043,000 2위 사우디아라비아 12,000,000 3위 러시아 10,800,000 4위 이라크 4,451,516 5위 이란 3,990,956 6위 중국 3,980,650 7위 캐나다 3,662,694 8위 아랍 에미레이트 3,106,077 9위 쿠웨이트 2,923,825 10위 브라질 2,515,459
국내 현황
석유산업은 석유개발을 담당하는 상류 부문과 이의 수송, 정제, 판매를 담당하는 하류 부문으로 분류될 수 있는데, 우리나라에서는 아직 상류 부문보다는 하류 부문의 석유산업이 주를 이룬다. 상류 부문은 석유산업 중에서도 이익률이 높은 것으로 알려져 있으나, 아직도 우리나라는 이 분야의 기술을 담당할 수 있는 능력이 미숙하여 해외 석유개발 시 단순 지분 참여에 그치고 있고, 국내 대륙붕탐사에서도 외국회사에 많이 의존하고 있는 형편이다. 이에 대학과 한국동력자원연구소를 중심으로 석유탐사 및 개발기술의 자립화를 위하여 부단한 노력을 하고 있으며 1990년대까지 대한석유개발공사, 대한석유공사 등의 석유개발 관련 부서에서는 검층 자료 및 탄성파 단면해석 등 경제성 평가에 직접 관련된 기술의 배양과 전문인력 양성을 위해 노력해왔으며, 1999년 대한석유개발공사가 한국석유공사로 변경된 이후 국내/외 대륙붕 탐사 및 개발이 활발해지는 한편 외국 정유사 인수에도 적극적인 성과를 얻고 있다. 국내에서 실시하고 있는 석유탐사는 주로 대륙붕 지역에 대한 것들이나 과거에는 내륙지역에 대하여도 실시하였다. 내륙지역에서의 석유탐사 대상 지역은 신생대 제3기 퇴적암 분포지인 포항 분지와 중생대 퇴적암의 분포지인 전라남도 해남의 화원반도와 경상남도, 경상북도 일원이다. 포항 분지에 대하여는 국립지질조사소에서 1964∼1967년 사이에 자력 탐사, 중력탐사, 탄성파탐사에 의한 지하 지질구조를 규명하였으며, 광주가 개인적으로 4개 공 시험시추를 하였으며 1976년에는 미국회사가 12개 공시 추를 실시하였다. 이들로부터 소량의 천연가스와 원유가 발견되었으나 경제성이 없는 것으로 판단되어 이후 포항내륙 지역에 대한 석유탐사는 실패한 채 종결을 보았다. 전라남도 화원반도 우항리 셰일층 내에 서반 고체상 유질물이 함유되어 있음이 과거부터 알려져 왔다. 이에 대한 분석 결과 질은 나쁘지 않으나 분포상태에 따른 부존량으로 미루어볼 때 경제성이 없다고 판단되었다. 경상남도, 경상북도 지역에 대하여도 석유탐사가 1977년부터 5개년 계획으로 자원개발연구소에서 실시됐으나, 유기물의 함량이 적고 탄화수소화도가 매우 낮아 석유생성의 가능성이 희박한 것으로 보고 있다. 우리나라에서 실시하고 있는 석유개발사업은 국내 대륙붕탐사와 해외유전 개발 중으로 968년 국내에서 실시된 해외 물리탐사 결과로 서해, 남해를 포함한 한반도 연안 대륙붕에는 두꺼운 제3기 퇴적층이 광범위하게 분포되어 있음이 개략적으로 밝혀졌다. 이후 이들 해역을 7개 광구로 나누었는데, 제7광구와 그 주변을 한일 공동개발구역으로 정하여 이 지역을 9개의 소광구로 세분하였다. 1972년부터 1986년까지 외국 석유회사들과 함께 14개공의 탐사 시추를 실시하였으나 경제성 있는 석유 또는 천연가스를 발견하지는 못하였다.[4]
논란
석유 고갈
지금의 기술 수준에서 생산량을 지금만큼 유지한다고 가정했을 때 앞으로 석유를 캐낼 수 있는 시간을 가채연수 또는 예상 소비 기간 이라고 부른다. 1950년대에 과학자들은 ‘20년 뒤엔 석유가 고갈될 것이다"라고 주장했지만, 브리티시 페트롤리엄(BP)가 매년 발표하는 보고서에 따르면 2015년 가채연수는 49년으로 1950년대에 20년에 불과했던 가채연수가 매년 달라지기 때문에 증가한 것을 확인할 수 있다. 확인되지 않은 유전이 추가로 확인되는 예도 있고, 유전의 존재는 알고 있었지만, 기술이 부족해서 캐내지 못했던 것을 캐낼 수 있게 되기도 하기 때문이다. 계산 방식에 따라 다르지만, 현재 확인된 석유의 양은 앞으로 40~50년간 사용할 수 있는 정도이며 1980년대에는 가채연수가 30년 정도에 불과하다고 예측했지만, 확인 매장량이 늘고 있기 때문에 2000년대 이후엔 40년 이상으로 늘어났다. 브리티시 페트롤리엄의 2015년 보고서에서 전 세계 석유 확인 매장량은 1조 7,000억 배럴로 우리나라가 하루에 245만 배럴가량의 석유를 쓴다고 하니 우리나라만 사용한다면 1900년 넘게 쓸 수 있는 양이다. 1956년 미국의 석유 생산량을 추산하기 위해 피크 오일이란 개념을 만든 미국 지질학자 킹 허버트가 허버트의 곡선이라고도 불리는 이 그래프를 통해 석유를 계속 캐내 쓰면 전체 매장량의 절반을 소비한 시점 이후 생산량이 급격하게 줄어들 수밖에 없다는 이론으로 실제 1970년대 미국의 석유 생산량을 정확하게 계산했다. 더불어 캐나다에 많은 오일샌드 역시 물과 섞어 기름만 분리하는 방식으로 전통적인 석유에 비해 캐내는 기술이 복잡하고 돈이 많이 들지만, 기존 석유보다 훨씬 많은 양이 묻혀 있는 것을 확인했다. 기존 석유의 확인 매장량이 1조7000억 배럴보다 석유 업계에선 비전통 석유 매장량이 8조~9조 배럴이나 될 것으로 기대하고 있다.[11]
각주
- ↑ 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 3.0 3.1 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈상압 증류〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 6.0 6.1 〈석유〉, 《위키백과》
- ↑ 〈감압증류〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈석유 매장량〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 오일드림, 〈석유 매장량의 확인과 분류〉, 《네이버 블로그》, 2020-11-17
- ↑ Apple, 〈국가별 석유 생산량〉, 《네이버 블로그》, 2020-02-17
- ↑ 이동현 기자, 〈석유 50년 뒤엔 고갈되나요?〉, 《중앙일보》, 2016-10-04
참고자료
- 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석유 매장량〉, 《네이버 지식백과》
- 오일드림, 〈석유 매장량의 확인과 분류〉, 《네이버 블로그》, 2020-11-17
- 〈상압 증류〉, 《네이버 지식백과》
- 〈석유〉, 《위키백과》
- 〈감압증류〉, 《네이버 지식백과》
- Apple, 〈국가별 석유 생산량〉, 《네이버 블로그》, 2020-02-17
- 이동현 기자, 〈석유 50년 뒤엔 고갈되나요?〉, 《중앙일보》, 2016-10-04
같이 보기
