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비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구

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Academic year: 2021

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(1)KEI Working Paper 2013-05. 비전통가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구 Basic Research for Preparing EIA Guidelines of Unconventional Gas Development. 조한나.

(2) 연구진. 연구책임자 조한나 (한국환경정책․평가연구원 전문연구원). ⓒ 2013 한국환경정책 ․ 평가연구원 발행인. 이병욱. 발행처. 한국환경정책 ․ 평가연구원 서울특별시 은평구 진흥로 215 (우편번호) 122-706 전화 02)380-7777 팩스 02)380-7799 http://www.kei.re.kr. 인쇄. 2013년 09월 25일. 발행. 2013년 09월 30일. 출판등록 제17-254호 ISBN. 978-89-8464-735-0 93530.

(3) 서언 최근 비전통 가스에 대한 관심이 높아지고 있습니다.기존 전통 가스와 비슷하거나 더 많은 수준의 막대한 매장량을 가진 것으로 추정되는 비전통 가스가 기술의 진보와 상용화로 생산량이 증가하면서 가스의 황금시대를 여는 주요 에너지원으로 부상하고 있기 때문입니다. 우리나라는 에너지 공기업을 중심으로 비전통 가스 개발 참여를 확대하고 있습니다. 앞으로 비전통 가스 개발은 더욱 활발히 전개될 것으로 전망되므로,국내 기업들이 활용할 수 있는 비전통 가스 환경영향평가 가이드라인 마련이 필요할 것입니다. 이러한 시점에서 본 연구는 에너지원으로 급부상하는 비전통 가스의 개발 동향 및 환경 영향과 개발이 활발히 진행되고 있는 해외의 비전통 가스 환경영향평가,환경규제, 환경가이드라인들을 파악해 보았습니다.이 연구가 국내 기업들의 해외 비전통 가스 개발 참여 시 기초 자료로 이용되고,주변 아시아 국가들의 체계적인 비전통 가스 개발 계획 수립 시 도움이 되며,향후 국가적 차원에서 친환경적인 에너지 자원 확보 사업의 밑거름이 되길 기대해 봅니다. 본 연구의 결과가 나오기까지 연구를 맡아 수행한 조한나 전문연구원의 노고에 감사 를 표합니다.. 2 0 13 년9 월. 한국환경정책 ․ 평가연구원 원장 이병욱.

(4) 국문 요약 최근 에너지원으로 급부상 하고 있는 비전통 가스에 전 세계의 관심이 집중되고 있다.비전통 가스 생산은 더욱 활발히 전개될 것으로 전망되며,국내 기업들도 투자에 박차를 가하고 있다.전 세계적으로 환경 규제가 강화되고 있는 추세에서 국내 기업들은 비전통 가스 개발 투자와 참여 시 비전통 가스 개발의 환경 영향을 파악하고,저감 방안을 마련하여 적정하게 운영 및 관리 할 수 있는 환경영향평가 가이드라인이 필요할 것이다.따라서 에너지원으로 급부상하는 비전통 가스의 개발 동향 및 환경 영향을 조사하고,현재 활발히 진행되고 있는 해외의 비전통 가스 개발 관련 환경 규제와 환경 영향평가,환경가이드라인 사례를 파악하였다. 사례 연구 결과,현재 비전통 가스 개발은 활발히 진행되고 있지만 비전통 가스에 대한 환경 규정은 개발이 가장 활발히 진행되고 있는 미국에도 없는 실정이었다.현재 비전통 가스 개발로 인한 환경 및 건강에 미칠 수 있는 위험성을 인식하여 이에 대한 연구가 진행되고 있다.또한,위험성을 줄일 수 있는 가이드라인이 제시되어 이를 바탕 으로 관련 규제가 마련되고 있다. 미국의 경우 비전통 가스 사업은「에너지정책법」에 따라 거의 대부분 환경 규제 및 환경영향평가 대상 사업에서 제외되어 있다.유럽 또한 비전통 가스 개발과 관련된 규정의 결함들을 지적하고 탐사와 개발 활동에 대한 환경 규정의 뼈대를 세우기 위해 관련 연구를 수행하여 이를 바탕으로 법적인 규제를 마련하고 있다.그러므로 현재 마련되고 있는 비전통 가스에 대한 해외 환경 규제와 환경영향평가 및 가이드라인에 대한 지속적인 연구로 국내 기업이 활용할 수 있는 환경영향평가 가이드라인을 마련해 야 할 것이다. 현재 가스개발 투자국으로서 주목해야 할 중요한 상황은 미국의 정책 변화와 CBM 개발국으로서 인도네시아의 급부상이다.투자가 가장 활발히 진행되고 있는 미국에서.

(5) 유가스전 개발을 환경 규제 예외 조항으로 정했던 「에너지정책법」개정이 전망되는 등 환경 규제가 강화되고 있다.그러므로 현재 국내 기관 및 기업이 미국 자원 개발 사업에 참여할 시에는 강화되고 있는 미국의 규제 현황을 철저히 파악하여야 한다. 환경 영향에 대한 문제를 분석하고 환경오염 사고 최소화 및 관리에 대해 적극적인 방안을 마련하여 이를 통해 환경을 보호하고,투자 위험성을 줄여야 할 것이다. 인도네시아의 경우 CBM 개발국으로서 급부상하고 있으나,개발에 따른 구체적인 환경영향평가 및 절차에 대한 세부적인 기준,항목 등에 관해서는 아직 기틀이 마련되지 않았다.그러므로 우리나라가 선도적 입장에서 환경영향평가에 대한 구체적인 절차, 세부적인 기준,항목 등의 기틀을 마련하는 데 협력해야 할 것이다.또한 국내 기업이 비전통 가스 개발 사업에 직접 참여할 때,환경오염 및 환경 영향에 대한 관리 및 대책마 련을 구체적으로 계획하고 철저히 수행해야 할 것이다. 더불어 국내 자원 개발 사업의 환경 영향에 대한 검토가 필요하다.과거에는 비전통 가스뿐만 아니라 자원 개발에 대한 환경 영향의 인식은 저조하였다.하지만 자원은 자연 그 자체로 자원 개발 시 환경에 미치는 영향이 클 수밖에 없다.우리나라의 경우 비전통 가스의 양은 한정적인 것으로 알려져 있어 비전통 가스 개발에 대한 영향은 미비 할 것으로 판단된다.하지만 개발 가능한 다른 자원 개발 사업에 대해서는 현재의 환경 규제나 환경영향평가에 대해 면밀히 검토하여 발생할 수 있는 환경 영향에 대해 좀 더 구체적인 대응방안이 필요할 것으로 사료된다.. 주제어 :비전통 가스,환경 규제,환경가이드라인,환경영향평가.

(6) 차 례 제1장 서 론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 1. 연구의 배경 및 필요성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 2. 연구의 목적 및 내용 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2. 제2장 비전통 가스 개발 개요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 1. 비전통 가스 개요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 2. 국내 기업의 비전통 가스 개발 동향 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13. 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17 1. 셰일가스 및 타이트가스 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17 2. 탄층 메탄가스(CBM) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·24 3. 가스하이드레이트 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·27. 제4장 비전통 가스 관련 환경 규제 및 가이드라인 사례 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31 1. 미국의 환경 규제 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·31 2. 캐나다의 환경 규제 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33 3. IEA 권고사항 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·36 4. US DOE 천연가스 산업 환경 권고안 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·39 5. EC 위험성 관리 방안 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·40 6. 시사점 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·44. 제5장 결 론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·49.

(7) 참고문헌. · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·50. 부록 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·52. Abstract · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·54.

(8) 표 차례 <표 2-1> 천연가스 매장량 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 <표 2-2> 국내의 비전통 가스 개발 현황 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 <표 3-1> 천연가스와 석유 개발 시 필요한 수자원의 양 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·22 <표 3-2> 비전통 가스 개발 시 환경 영향 정도(개별 부지) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29 <표 3-3> 비전통 가스 개발 시 환경 영향 정도(누적 영향) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·30 <표 4-1> 수압 파쇄 개발 시 관리 방안 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·42 <표 4-1> 수압 파쇄 개발 시 관리 방안(계속) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·43.

(9) 그림 차례 <그림 2-1> 천연가스 지질학적 모식도 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 <그림 2-2> 천연가스 형성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 <그림 2-3> 천연자원 모식도 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 <그림 2-4> 비전통 가스 매장 지역 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 <그림 2-5> 지역에 따른 천연가스 매장량 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 <그림 3-1> 셰일가스 개발 시 발생할 수 있는 오염 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·18 <그림 3-2> 미국 텍사스 시추정의 분포 예시 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·19 <그림 3-3> 시추정의 디자인 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·21 <그림 3-4> 탄층 메탄가스 개발 시 발생할 수 있는 오염 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·25.

(10) 제1장 서 론. 제1장 서 론 1. 연구의 배경 및 필요성 최근 비전통 가스 생산에 전 세계의 관심이 집중되고 있다.비전통 가스는 근원암에서 생성된 후 저류층으로 이동하지 못하고 생성된 지층에 그대로 머물 러 있는 천연가스다.기존의 생산 방식과 다른 방법을 통해 생산되는 에너지 자원으로 기존 전통 자원에 비해 지역적으로 고르게 분포되어 있다.매장량은 전통 자원과 비슷하거나 더 많은 것으로 알려져 있다.비전통 가스를 채굴함에 있어 과거에는 고도의 기술과 많은 비용으로 개발과 생산이 어려웠으나 최근에 는 기술의 발전과 개발의 경제성 확보로 생산이 급증하고 있다. 비전통 가스의 생산 증가는 청정 연료 사용의 확대로 연결된다.천연가스는 액화 과정에서 분진,황,질소 등이 제거되고 연소 시에 이산화탄소 등의 오염물 질이 거의 발생하지 않아 화석 연료 가운데 가정 청정한 연료로 평가 받고 있다. 온실가스 감축이라는 전 세계적인 환경 정책의 압박은 석탄 및 석유의 사용 비중을 점차 축소시킬 것이며,더불어 점차적으로 화석연료에 과중되고 있는 환경세의 영향은 천연가스 경쟁력을 향상시켜 청정 연료로 평가 받는 천연가스 1 ) 사용 확대를 부추길 것이다.. I EA의 “ Go l de nRul eCa s e ” 에 따르면 비전통 가스 생산 비중은 2 0 1 0 년1 4 %. 에서 2 0 3 5 년3 2 %로 급증할 것이며,셰일가스와 CBM이 향후 비전통 가스 생산 증가를 주도할 것으로 전망하고 있다2). 비전통 가스 투자와 생산이 가장 활발한 곳은 미국,캐나다 등 북미 지역이며. 1)환경부( 20 12 )참조. 2)I EA( 20 12 a)참조.. 1.

(11) 2. 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 중국 또한 풍부한 매장량을 바탕으로 비전통 가스 투자를 주도하는 대표적인 국가가 될 것으로 기대하고 있다. 비전통 에너지 개발 확대에 따라 문제도 제기되는데,가장 심각한 문제는 환경에 미치는 영향이다.미국을 비롯한 유럽의 각국 정부에서 환경에 대한 논의가 활발히 이루어지고 있으며 대책 마련을 위해 힘쓰고 있다.특히 프랑스의 경우 대수층 오염에 대한 우려로 수압파쇄법을 금지하였고,영국의 경우 수압파 쇄법으로 발생된 지진으로 인해 가스 탐사를 중단시키는 등 환경문제는 비전통 에너지 개발에 있어 중요한 고려 사항이다. 한국은 2 0 0 8 년부터 에너지 공기업을 중심으로 해외 자원 개발을 추진하였고, 최근에는 비전통 가스 개발에 참여하고 있다.한국가스공사와 한국석유공사는 캐나다 및 미국 광구 지분을 인수하여 개발에 참여하고 있으며 그 외 국내 에너 지 대기업,자원 개발 투자사 등은 해외 비전통 가스 탐사 및 채굴,지분 투자 등을 확대중이다.하지만 현재 국내 기업들은 북미 지역의 비전통 가스 개발에 참여할 경우 계약 시 환경 영향에 대한 자세한 정보 부재로 환경 영향에 의한 투자 위험성( 환경오염에 의한 정화 비용의 발생,환경오염 위해성으로 인한 피 해 비용) 을 함께 포함하여 일방적인 계약을 체결하고 있는 실정이다.. 2. 연구의 목적 및 내용 앞으로 비전통 가스 개발은 더욱 활발히 전개될 것으로 전망되므로,국내 공기업 및 관련 기관들의 투자와 참여도 점차 확대될 것이다.전 세계적으로 환경 규제가 강화되고 있는 추세에서 국내 기업들은 개발 투자와 참여 시 개발에 대한 환경오염의 위해성을 인지하고 대처해 나가야 한다.즉 비전통 가스 개발의 환경 영향을 파악하고,환경 영향의 위험성을 줄이기 위한 평가 방안과 저감.

(12) 제1장 서 론. 방안을 마련하여 적정하게 운영 및 관리할 수 있는 환경영향평가 가이드라인이 필요할 것이다. 비전통 가스 개발은 북미 등 해외에서 활발히 시행되고 있는 사업으로 해외사 례를 파악하는 것이 중요하다.따라서 본 연구는 향후 국내 기업이 활용할 수 있는 비전통 가스 환경영향평가 가이드라인 마련을 위해 사례 분석을 통한 현황 파악을 목적으로 하였다.본 연구의 주요 내용은 에너지원으로 급부상하는 비전 통 가스의 개발 동향 및 환경 영향을 조사하고,현재 활발히 진행되고 있는 해외의 비전통 가스 개발 관련 환경 규제,환경영향평가,환경가이드라인 사례를 파악하였다.. 3.

(13) 4. 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 제2장 비전통 가스 개발 개요 제2 장에서는 비전통 가스에 대해 조사하고,비전통 가스의 개발 동향 및 국내 기업들의 비전통 가스 개발 현황을 파악하였다.. 1. 비전통 가스 개요 자원은 크게 경제적 기준과 지질학적 기준으로 전통 자원과 비전통 자원으로 구분된다.<그림 2 -1 >과 같이 전통 자원은 배사 구조에 집중된 형태로 매장되 어 있어 비교적 개발이 용이하고 개발 비용이 낮으나,비전통 자원은 넓은 지역 에 분포되어 있고 유동성이 떨어져 채굴을 위해 높은 수준의 기술이 필요하다.. 자료: http://www.nt.gov.au Northen Territory Government.. <그림 2-1> 천연가스 지질학적 모식도.

(14) 제2장 비전통 가스 개발 개요. 비전통 자원은 크게 비전통 석유와 비전통 가스로 나눠진다.비전통 석유에는 중질유,초중질유,오일샌드,오일셰일 등이 있으며 세계 석유 생산량 중 비전통 석유의 생산 비중은 1 9 8 0 년0 . 3 %에서 2 0 1 0 년3 %로 증가하였고,향후 2 0 3 5 년에 3 ) 는 약 10 %를 차지할 전망이다.. 비전통 가스는 <그림 2 -2 >와 같이 근원암에서 생성된 후 저류층으로 이동하 지 못하고 생성된 지층에 그대로 머물러 있는 천연가스로 <그림 2 -3 >과 같이 셰일가스( Sha l e Ga s ) , 타이트가스( Ti ght Ga s ) , 탄층 메탄가스( Coal be d Me t hane:CBM) ,가스하이드레이트( GasHydr at e s )등이 있다.세계 가스. 생산량 중 비전통 가스 생산 비중은 1 9 8 0 년0 %에서 2 0 1 0 년1 3 %로 급증하였으 4 ) 며 앞으로 2 03 5 년에는 약 32 %를 차지할 전망이다.. 자료: http://www.capp.ca Canadian Association of Petroleum producers.. <그림 2-2> 천연가스 형성. 3)한국수출입은행( 20 12 )참조. 4)I EA( 20 12 b)참조.. 5.

(15) 6. 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 자료: http://www.capp.ca Canadian Association of Petroleum producers.. <그림 2-3> 천연자원 모식도. 비전통 가스는 <그림 2 -4 >과 같이 기존 전통 자원에 비해 지역적으로 고르게 분포되어 있고,매장량은 <표 2 -1 >과 <그림 2 -5 >와 같이 풍부한 것으로 알려 져 있다.. 자료: http://www.energygolobal.com Wood Mackenzie.. <그림 2-4> 비전통 가스 매장 지역.

(16) 제2장 비전통 가스 개발 개요. <표 2-1> 천연가스 매장량 (단위: tcm). 자료: IEA(2012b).. 자료: IEA(2012b).. <그림 2-5> 지역에 따른 천연가스 매장량. 7.

(17) 8. 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 가. 셰일가스5) 셰일가스는 세밀한 진흙이 수평 퇴적한 매우 단단한 암석층에 존재하는 천연 가스로 최근 채굴 기술의 발전으로 북미를 중심으로 생산이 급증했다. 1 9 0 0 년대 중반부터 셰일가스 개발이 시작되었으나 기존의 수직시추 방법으. 로는 셰일가스 포집이 어렵고 상업적 경제성이 낮아 생산량이 많지 않았다. 2 00 0 년대 중반 이후 수평정 시추와 수압파쇄법과 같은 혁신적인 기술 개발로. 인해 회수율이 과거 1 0% 수준에서 4 0 %까지 증가함에 따라 북미를 중심으로 셰일가스 개발과 생산이 크게 증가하고 있다. 셰일가스 가채 매장량은 6 , 6 2 2 조 입방피트인데 이는 전통 가스 확인 매장량 유사한 수준으로 앞으로 59 년간 사용가능한 양으로 평가된다. 미국 EI A가 발표한 ‘ Annua lEne r gyOut l o o k2 0 1 2 ’ 에 따르면 미국의 천연스 생산량은 2 0 1 0 년약2 1 t c f 이며,이중 셰일가스 비중은 2 3 %인 5 t c f 였으나,2 0 3 5 6 ) 년에는 1 3. 6 t c f 로 생산비중이 49 %에 이를 것으로 전망된다.. 나. 타이트가스7)8) 타이트가스는 근원암에서 생성된 가스가 치밀한 사암 또는 탄산염암으로 1 차 이동을 했으나 공극률이 매우 낮고,투수율이 낮아 2 차 이동을 못한 채 근원암에 근접하여 광범위하게 분포한 천연가스다. 치밀한 사암 저류층은 전통 석유나 가스 저류층처럼 고립된 층으로 나타나거 나,저류층이 셰일가스층인 이암층과 서로 어긋나게 겹쳐지며 나타난다.퇴적층. 5)주현수,조한나( 2 01 2)참조. 6)EI A( 20 12 )참조. 7)한국수출입은행( 20 12 )참조. 8)I EA( 20 12 b)참조..

(18) 제2장 비전통 가스 개발 개요. 이 충분한 깊이에 도달하면 셰일층에 함유된 유기물의 열분해 작용에 의해 많은 양의 가스를 방출하는데 이때 이암층은 셰일가스층을 형성하고,사암층으로 이동한 가스는 낮은 공극률로 인해 이동하지 못하고 그대로 저류되어 타이트가 스층을 이룬다. 타이트가스는 빠르게 침강하는 분지에 퇴적물이 약 1 km 깊이에서 쌓여 속성 과정이 일어나는 동안 점토광물의 시멘트 물질이 공극을 채워 공극률이 10 % 이하로 낮아져서 형성되거나 또는 저류층이 약 5 km 깊이 이상의 심부에 매몰되 면서 높은 압력에 의해 공극이 줄어들어 형성된다. 광범위한 지역에 넓게 분포하는 특징이 있는 타이트가스 생산을 위해서 수직 정 시추와 수압파쇄법이 이용된다.타이트가스층은 다수의 셰일층과 함께 여러 저류층으로 구성되어 있어 수직정 시추를 이용하여 한 번의 시추로 최대한 많은 저류층을 통과할 수 있도록 계획하고 있으며,타이트 가스층의 측방 연장성이 좋은 경우 수평정 시추를 하기도 한다.저류층 공극이 치밀하여 유체 투과도가 낮기 때문에 저류된 가스가 이동하여 지표로 생산될 수 있도록 수직정 시추 이후 수압파쇄법을 이용하여 지층에 인공적인 균열을 가하여 회수율을 높이기 도 한다.수압파쇄법 도입 이후 타이트가스 생산의 경제성이 비약적으로 향상되 어 생산량이 급증했다. 타이트가스는 비전통 가스 중 생산이 가장 활발하여 20 1 0년 전체 비전통 가스 공급량 중 약 5 0 % 차지하고 있다.세계적으로 매장량이 풍부하나,미국에 서의 개발 생산이 가장 활발하다.미국의 타이트가스 원시 매장량은 1, 2 0 0조 입방피트로 2 00 9 년 미국 내 총 천연가스 생산량 중 타이트가스 생산 비중은 2 8%에 이른다.. 미국 외에 캐나다,호주,아르헨티나,베네수엘라,이집트,알제리,중국 등에도 부존량이 많은 것으로 알려졌다.. 9.

(19) 10 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 다. 탄층 메탄가스9)10) 탄층 메탄가스( Coa l be dMe t ha ne ) 는 CBM으로 불려지며,석탄이 지열을 받 아 가스화된 것으로 석탄층 표면에 생성 및 흡착되어 있는 가스이다. 석탄층 내에서 미생물과 압력,온도의 열적 작용에 의해 석탄 표면에서 생성된 CBM에서 석탄층은 근원암인 동시에 저류암의 역할을 하고 있다. CBM 성분은 메탄 가스가 9 5 % 이상을 차지하며 그 외에 에탄,이산화탄소,. 질소,수분 등으로 구성된다.메탄가스 양은 석탄층 탄화 정도,매몰 심도와 밀접한 관계를 가진다.탄화가 많이 되고 심도가 깊을수록 메탄가스 포화도는 높아지고 메탄가스 양은 많아진다. CBM은 이미 상업화가 검증된 비전통가스로서 전통 가스전보다 지질학적. 평가가 용이하고,개발 기간이 짧으며,소규모 생산 시설로 생산이 가능하여 수익성이 높은 편이다.지질학적 평가가 비교적 단순한 편으로 석탄층 내 메탄가 스 부존 여부와 석탄의 질이 평가되어 매장량이 추정된다.석탄층은 심도가 낮은 1 km 내외의 천부지층에 존재해,복잡한 생산 공정 없이 바로 개발과 생산 이 용이하여 생산 및 운영비가 적게 든다. CBM 생산을 위해서는 가스정을 설치하고 가스정을 통해 탄층 내 압력을. 제어해야 한다.생산 초기에는 석탄층 내에 존재하던 다량의 물이 먼저 배출되 고,그 후 석탄층에 가해지는 압력이 낮아지면서 석탄층 표면에 흡착되어 있던 메탄가스가 탈착되고,탈착된 메탄가스는 석탄층 내 틈으로 모여 압력이 낮은 생산정 방향으로 이동하여 지상으로 생산된다. 석탄층은 이산화탄소를 흡착하는 성질이 있어 이산화탄소 지중 저장이 가능. 9)한국수출입은행( 20 12 )참조. 10)I EA( 2 01 2b)참조..

(20) 제2장 비전통 가스 개발 개요 11. 하며,이러한 특성으로 인해 최근 CBM에 대한 관심이 더욱 집중되고 있다. 세계적으로 약 6 0 여 개 국가에 석탄층이 분포하며 미국,호주,중국을 중심으 로 CBM 개발과 생산을 활발하게 진행 중이다.EI A( U. S.Ene r gyI nf o r ma t i o n Admi ni s t r a t i on) 에 의하면 세계 CBM 매장량은 4 , 00 0 조∼7 , 00 0 조 입방피트 ( LNG 환산 시 8 0 0억∼1, 4 0 0억 톤) 로 추정된다.. 미국은 1 9 8 0 년대 말 최초로 CBM의 상업적 생산을 시작하였다.2 0 0 9 년에는 미국 천연가스 생산량의 8%를 CMB이 차지했다. 호주는 주요 CBM 생산국이며,동부 지역의 경우 천연가스 수요의 2 4 %를 CBM이 충당한다.Conoc oPi l l i ps ,She l l ,Pe t r onas등 메이저 기업들은 호주 CBM 개발투자에 적극적으로 나서고 있는데,약 2 0 억 달러가 넘는 대형 프로젝. 트들을 준비 중이다. 중국은 1 99 6 년 자국 CBM 생산을 총괄하는 책임 공사를 설립하고,20 0 0 년 외국 기업과의 기술 합작을 통해 소규모 상업 생산을 진행하고 있다.중국 석탄 매장량은 4 조 톤,CBM 매장량은 1 , 0 59 조∼1 , 2 36 조 입방피트로 추정한다. 우리나라 석탄 매장량은 약 1 5 억 톤으로 추정되며 기술적으로 생산 가능한 CBM은 최대 1 조3 , 0 0 0 억 입방피트로 추정되나,아직까지 석탄층 개발 연구는. 미흡한 실정이다.. 라. 가스하이드레이트11) 가스하이드레이트는 물 분자와 가스 분자가 고압,저온 상태에서 결합하여 형성된 얼음 모양의 고체 결정 에너지원으로 전 세계에 고루 분포한다. 전 세계 추정 매장량은 약 1 0 조 톤으로 전망되며,어떤 연구에서는 통상적인. 11)한국수출입은행( 20 12 )참조..

(21) 12 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 석유,석탄,천연가스 등 기타 모든 자원을 합한 양의 두 배 정도가 존재한다고도 제시하였다. 가스하이드레이트는 주로 극지방과 심해저 퇴적층에서 발견되며,물 분자 내부에 메탄가스 등으로 구성된 기체가 포집된 상태로 존재한다.가스하이드레 이트는 형성 과정에 따라 생물 기원과 열 기원으로 구분되는데 생물 기원은 주로 심해저 퇴적층에서 박테리아 분해 작용에 의해 생성된 가스가 물과 반응하 여 가스하이드레이트로 전환되는 것으로 대부분 메탄가스로 구성된다.열 기원 은 주로 영구동토 지역의 고온 고압 심부에서 세립질 근원암에 포함된 유기물, 석탄 및 석유가 오랜 동안 열분해 작용을 받으면서 생성된 것으로 메탄을 포함한 에탄,프로판,부탄 등의 탄화수소 화합물을 포함하기도 한다. 상온에서도 불이 붙어 ʻ불타는 얼음ʼ이라는 별명을 가지고 있으며 연소 시 이산화탄소 배출량이 기존 가스 연료의 3 0% 수준 밖에 되지 않는다. 1 9 6 0 ∼1 9 7 0 년대 영구동토 지역 가스전과 대륙 연변부 심해 시추 결과 최초로. 발견된 이후 일본 해역,미국 동부 해저,캐나다 밴쿠버 해저,뉴질랜드 심해저 등에서 부존이 확인되었다. 미국 내 매장량은 자국 연간 소비량의 1 , 4 0 0 배에 이르는 막대한 양으로 추정 되고 있으며,미국은 Che vr on을 중심으로 컨소시엄을 구성하여 20 0 1년부터 개발 작업을 진행하여 2 0 15 년 상업적 생산을 목표로 사업을 추진 중이다. 캐나다도 자국 내 연간 소비량의 수백 배 이상의 가스하이드레이트 부존을 확인하였다.일본은 1 9 8 9 년 홋카이도 부근에서 부존을 확인한 결과 앞으로 1 0 0 년 이상 사용가능한 양으로 추정했다.일본은 2 0 1 8 년 상업 생산을 목표로 MH2 1 프로그램을 준비 중이며,캐나다 프로젝트에 참여하여 다양한 시추 조사를 통한 분석 수행하는 등 개발을 위한 기반 조성에 주력하고 있다. 우리나라는 지식경제부 주관으로 자원 개발 공기업 등이 참여하여 동해 지역.

(22) 제2장 비전통 가스 개발 개요 13. 탐사를 실시한 결과 2 0 0 7 년1 1 월 동해 심해 지역에서 최대 1 3 0 m 두께의 초대형 가스하이드레이트 지층을 확인하였다.동해 지역에 약 6 억 톤 이상의 가스하이 드레이트가 부존하는 것으로 추정되며 이는 약 3 0 년간 국내에서 소비가능한 양으로 예상한다.. 2. 국내 기업의 비전통 가스 개발 동향 미국 에너지부 산하 국가석유협의회( NPC) 는 비전통 가스의 원시 매장량을 2 0 1 1 년 세계 천연가스 확인매장량( 6 , 6 7 5 Tc f ) 의약5 배( 3 2 , 5 6 0 Tc f ) 로 전망하고,. 국제에너지기구( I EA) 는2 0 3 5 년에 비전통 가스가 전체 가스생산량( 4 , 2 4 4 Mt o e ) 12) 의 24 %( 1 , 01 8 Mt oe ) 를 차지할 것으로 전망하고 있다.. 우리나라 비전통 자원 부존량은 CBM과 가스하이드레이트 일부를 제외하고 는 전무하여 비전통 자원 개발을 위해서는 해외 진출이 불가피한 상황이다. 비전통 석유 개발과 관련해서는 한국석유공사가 2 0 0 6 년7 월 우리나라 최초로 캐나다 오일샌드 사업에 참여하여 미국 Ne wmo nt 가 보유한 캐나다 알버타 주 소재의 2 . 5 억 배럴 상당의 Bl a c kGo l d오일샌드 광구 지분을 1 0 0 % 인수하였다. 한국석유공사가 운영권자로,생산 방식은 지하 회수 방식 중 SAGD 방법이 사용되었다.2 0 1 1 년3 월에는 미국의 셰일가스 자산 지분을 인수하였는데,셰일 오일과 셰일가스가 있는 미국 Ea gl eFo r d사업은 미국 독립계 기업 Ana da r ko 가 운영하며 석유공사는 지분 23 . 7%를 참여하였다13). 한국가스공사는 해외 셰일가스 전 지분 인수와 더불어 최근 셰일가스를 LNG 로 도입하는 장기 계약을 체결하여 중동 및 동남아에 편중된 천연가스 장기. 12)기획재정부 보도자료( 2 01 2)참조. 13)한국수출입은행( 20 12 )참조..

(23) 14 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. LNG도입선을 다변화하는 데 노력중이다.한국가스공사는 단일 기업으로는 세. 계제1 의 LNG 구매자로서의 위치를 활용하여 메이저 기업과 공동으로 셰일가 스전 개발 및 액화 사업에 참여한다.캐나다 Hor nRi ve r ,J a c kPi ne ,Noe l 셰일가스 광구 지분 5 0 %와 Co r do va셰일가스 광구 지분 1 0 %를 확보하고 액화 플랜트 사업을 추진하고 있다.20 1 2년 초에 체결한 미국의 Sa bi nPas sLNG 프로젝트 장기 계약은 배럴당 1 0 0달러 수준의 고유가가 유지되는 한 기존의 유가 연동 계약 물량 대비 낮은 가격으로 LNG 도입이 가능할 전망이다.향후 셰일가스를 비롯한 비전통 가스 생산이 본격화되어 바이어 마켓이 형성되면 한국가스공사가 도입 계약 조건 협상에 있어 더욱 유리한 위치를 차지할 것으로 기대된다.또한 호주 Sa nt o s 가 운영하는 CBM 기반의 Gl a ds t o neLNG 프로젝 트 지분 1 5 %를 매입하여 가스 전 개발 및 액화 사업에 참여하는 한편 2 0 1 5 년부 터 연간 3 5 0 만톤의 LNG를 2 0 년간 도입하는 장기 계약을 체결하였다.한국가스 공사와 몽골 정부는 20 1 0년 몽골 CBM 공동 연구 및 탐사 계약을 체결하여 CBM 개발 기술 국산화를 통해 경제성 극대화를 도모하고,이를 해외 자원. 개발 신사업 모델로 제시할 예정이다.몽골 날라이( Nal ai t h)탄광 지역에서 CBM 탐사 시추 및 시험 생산을 실시하고,생산된 가스는 DME( Di me t hyl Et he r )또는 CNG 형태로 전환하여 시범 보급을 추진할 예정이다14) .. 민간 종합상사 등은 비전통 가스 사업에 관심은 있으나 현재 미국의 낮은 천연가스 가격,초기 단계 시장의 불확실성 등으로 투자 결정에 신중을 기하며 투자에 박차를 가하고 있다.<표 2 -2 >는 2 0 1 2 년 말 기준,국내 기업들의 비전통 가스 개발 사업에 참여하고 있는 현황을 나타낸다.. 14)백문석( 20 11 )참조.

(24) 제2장 비전통 가스 개발 개요 15. <표 2-2> 국내의 비전통 가스 개발 현황 광구명. 국내. 비고. 미국 Eagle ford. 석유공사 23.7%. 93.50천B/D 생산 비전통(셰일가스). 미국 EP Energy. 석유공사 14.99% . 173.88천B/D 생산 비전통(셰일가스, CBM). 미국 Grant. 한국LPG 20%. 0.04천B/D 생산 비전통(셰일오일&가스). 미국 Marcellus. 더커글로벌프론티어 사모해외자원개발 특별자산투자회사 1호 50%. 7.97천B/D 생산 2비전통(셰일가스). 미국 Triana. 더커글로벌프론티어 사모해외자원개발 특별자산투자회사 1호 14.67%. 0.60천B/D 생산 비전통(셰일가스). 칠레 Geopark S.A. 캐나다 코르도바 (CGR) 캐나다 혼리버 키위가나 . 칠레 TdF 3개. 미국 텍사스 Barnett Shale. LG상사 20% . 8.65천B/D 생산 비전통(셰일오일). 가스공사 5% . 시추 7공 예정 시추 및 컴플리션 최적화를 위한 Engineering Study 수행 비전통(셰일가스). 가스공사 50%. LG상사 14% . AMKO Resources International LLC 8.438% . 자료: 해외자원개발협회. 내부자료.. Block A 압축기지(Phase 2A) 가동 Pad#3(5공) 시추 예정 Pad#4 인허가 및 사이트 건설 비전통(셰일가스) Flamenco:3D물리탐사325㎢및 시추 4공 Campanario : 3D 물리탐사 477㎢ Isla Norte : 3D 물리탐사 453㎢비전통(셰일오일) 2.17천B/D 생산 셰일가스.

(25) 16 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 최근엔 주변 아시아 국가 중 인도네시아에 관심을 주목된다.인도네시아의 경우 4 5 0Tc f 의 CBM 매장량을 보유한 것으로 추정되어,북미,호주,중국에 이어 차세대 CBM 개발국으로 급부상하고 있다.CBM의 매장량은 풍부하나 Co a lSe a m의 두께가 얇고 지층적 특성으로 개발이 어려운 중국보다 인도네시. 아가 아시아 제일의 CBM 개발국으로 부각될 것으로 예상한다.인도네시아는 2 01 0 년에 본격적인 개발 준비에 착수하여 2 0 15 년부터 50 0MMSCFD 이상. 생산할 것으로 계획 중이다.국내 공기업인 한국가스공사는 R&D 사업으로 인 도네시아 CBM 사업에 참여 발판을 만들고 다른 국내 자원 개발 기관 및 기업들 도 인도네시아 CBM 사업 진출에 대하여 관심을 높이고 있다..

(26) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 17. 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 자원 그 자체가 자연이기 때문에 비전통 가스 개발에는 잠재적으로 환경문제 가 발생한다.비전통 가스는 전통가스 퇴적층보다 더욱 분산되고 매우 타이트하 고 낮은 투과성을 가진 암석에 산재되어 추출하기 힘들다.상업적인 개발을 위해서 전통 가스보다 훨씬 많은 부피를 차지함으로,시추나 개발 지역이 더욱 방대해지고,수압 파쇄로 요구되는 물은 환경오염의 중요한 고려 사항이 되고 있다.또한 비전통 가스 개발에서 메탄 방출과 잠재적인 온실가스,VOCs 의 대기 방출은 온실가스와 지역의 대기질에 영향을 미칠 것으로 예상되는 등 여러 면에서 더 넓은 환경발자국( Envi r onme nt alf oot pr i nt ) 을 남기게 된다. 비전통 가스 개발에 따른 매체별 환경 영향에 대해서는 “ 셰일가스 국내 도입 에 따른 에너지· 환경 정책 수립을 위한 기초연구( KEI ,2 0 1 2 ) ” 에 자세히 정리되 어 있다.제3 장에서는 셰일가스 및 타이트가스,탄층 메탄가스에 대한 공정별 환경영향에 대한 사항을 WEO 스페셜 보고서( I EA,2 0 1 2 ) 의 내용을 번역하여 정리하였다.가스하이드레이트의 경우 현재 환경 영향에 대한 연구보다는 개발 기술 분야에 초점이 맞춰 연구들이 수행되고 있어 환경 부문에 대해서는 간략히 소개만 하였다.. 1. 셰일가스 및 타이트가스15) 세일가스 층은 전통 가스 저류층에 비해 미세입자로 만들어진 층으로 낮은 투과성을 가지고 있어 가스가 저류암 밖으로 쉽게 나올 수 없고,낮은 공극률을. 15)I EA( 2 01 2b)번역하여 요약함..

(27) 18 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 가지고 있어 상대적으로 가스가 저장될 공간이 적다.총 부피의 1 0 % 미만으로 가스가 저장될 수 있다.또한 가스가 연결되지 않은 공간에 갇혀 있어 상대적으 로 회수율이 낮다.낮은 공극률과 낮은 회수율로 지표 면적 1 ㎢ 당 회수 가능한 탄화수소 양이 전통 가스 양보다 적다.따라서 수압 파쇄,수평적 시추 등 특별한 기술이 요구된다. <그림 3 -1>은 셰일가스 개발 시 발생할 수 있는 오염에 대한 전체적인 모식도를 나타낸다.. 자료: IEA(2012b).. <그림 3-1> 셰일가스 개발 시 발생할 수 있는 오염 타이트가스 층은 전통 가스 저류층과 근원은 비슷하나,가스가 흘러들어간 저류암이 근원암에서 분리되어 낮은 투과도를 가진 것이다.결과적으로 타이트 가스 층 또한 일반적인 가스의 흐름을 위해서는 특별한 기술이 요구되며,반면 셰일가스 층보다는 회수율이 높고,표면적 당 좀 더 많은 탄화수소가 회수된다..

(28) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 19. 가. 시추정의 건설 비전통 가스의 개발을 위해서는 더욱 많은 시추정이 필요하다.전통 가스 부지에서는 1 0 ㎢당약1 개 시추정 이하가 필요한데 비해 비전통 가스 부지에서 는1 ㎢당1 개 이상의 시추정이 필요하다.<그림 3 -2 >는 텍사스 존슨 카운티 지역인 바넷 셰일지구를 위성으로 찍은 사진이다.약 2 0 ㎢에 3 7 개의 시추정이 있음을 알 수 있다.. 자료: IEA(2012b).. <그림 3-2> 미국 텍사스 시추정의 분포 예시 새로운 지역에 시추를 위해서는 1 0 0∼2 0 0대의 트럭이 장비를 날라야 하고, 시추정이 완료되고 운영되면서도 계속해서 지급품을 운송하기 위한 트럭들이 필요하다. 각 시추정 부지는 표면적인 지질학적 측면뿐만 아니라 주민들과의 근접성,.

(29) 20 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 기반시설의 유무,지역적 생태,수자원의 공급,기후 또는 야생 동식물을 고려한 계절적인 면들을 고려해야 한다. 시추가 시작되면,일반적으로 장비들은 2 4 시간 가동되고,디젤 발전기로부터 소음과 매연이 발생한다.밤에는 불빛이 필요하며,정기적인 트럭의 운송이 필요 하다.이러한 시추 작업은 시추정 깊이와 저류층의 종류에 따라서 며칠에서 몇 달 정도 소요된다.저류층을 통과하는 시추정에는 진흙과 같은 시추 유체가 시추정을 순환하면서 시추정의 압력을 조정하고 드릴 작업에 의해 발생되는 파편들을 제거한다.윤활유가 되는 시추 유체는 물 또는 기름에 화학 첨가제의 밀도와 다양성을 증가시킬 수 있는 고체 입자들을 포함한다.이 시추 유체는 이동형 저장고에 보관되거나 불투수성 물질로 처리된 오픈된 구덩이에 보관된 다.시추 유체 유출이 되지 않도록 잘 관리하고 모니터링해야 한다.한 개의 시추정에는 몇 백 톤의 시추 유체가 한 번에 사용되며 사용될 때마다 안전을 위해 재활용하거나 처리해야 한다.드릴 작업으로 인해 시추 유체로부터 회수되 는 암석 파편은 시추 깊이에 따라 다르겠지만 약 1 0 0∼50 0 톤 정도이다. 시추정이 뚫리면 마지막으로 <그림 3 -3 >과 같이 암석과 시추공 사이에 시멘 트 케이싱을 만든다.시추정의 철 및 시멘트 조합의 케이싱은 필수적인 장벽으로 높은 압력의 가스와 유체가 다른 암석이나 대수층에 흘러 나가지 않도록 방지한 다.이러한 장벽은 수압 파쇄의 중압을 견디도록 디자인 된다.시멘트의 조합은 펌핑되는 동안의 유체의 특성에 따라 강도와 유연성이 다르게 내구력 있게 디자 인 된다.케이싱의 세팅시간도 중요하다.시멘트는 세팅되는 데 시간이 많이 소요되며,시간에 따라 강도가 떨어질 수 있기 때문이다..

(30) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 21. 자료: IEA(2012b).. <그림 3-3> 시추정의 디자인. 나. 시추정의 운영 시추공안의 압력이 낮으므로 압력의 차이로 인해 탄화수소가 암석으로부터 시추공 안으로 흐른다.셰일가스와 타이트가스는 유체의 속도가 매우 낮아 탄화 수소의 흐름 속도가 직접적으로 시추공으로부터의 흐름이 된다.이러한 유체의 낮은 흐름은 경제성에서 효율이 떨어지게 되는 이유이다. 이러한 효욜성을 높이기 위해 수압 파쇄 기법이 19 4 0년대에 개발되었다. 저류층의 투과성이 너무 낮을 때 사용되는 수압 파쇄는 상업적인 생산 속도를 유지할 수 있다.비전통 자원은 수압파쇄 기법이 많이 사용되므로 전통 자원에 비해 <표 3-1 >과 같이 더 많은 수자원이 소모된다..

(31) 22 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. <표 3-1> 천연가스와 석유 개발 시 필요한 수자원의 양 (단위: ㎥/teraJ). Production. Natural Gas. Oil. Refining. Conventional Gas. 0.001-0.01. Conventional gas with fracture stimulation. 0.005-0.05. Tight Gas. 0.1-1. Shale Gas. 2-100. Conventional Oil. 0.01-50. 5-15. Conventional oil with fracture stimulation. 0.05-50. 5-15. Light tight oil. 5-100. 5-15. 자료: IEA(2012b).. 수압 파쇄는 수압 유체( 펌핑유체) 를 포함한다.이것은 암석으로 몇 ㎜를 파쇄 하거나 균열을 생기게 한다.이러한 균열은 시추공을 10 m에서 몇 백 m 까지 연장할 수 있게 한다.압력이 없어지면 이러한 균열은 다시 닫히고 더 이상 탄화수소의 생산은 중단 된다. 균열을 유지하기 위해 작은 입자 즉 모래와 세라믹 구슬 등을 계속 주입해야 한다.균열의 연속은 간격을 두는데 매 1 0 0 m 간격으로 수평의 시추정이 위치한 다.이러한 멀티 스테이지( mul t i -s t a ge )파쇄 기술은 중요한 기술로 자리 매김 하고 있다.기본적인 싱글 스테이지( s i ngl e -s t a ge )파쇄는 몇 백 ㎥의 프로판트 와 여러 화학물질이 섞인 물이 필요하지만,셰일가스 정과 같이 멀티 스테이지는 1 0 개에서 2 0 개 스테이지로 나눠져 있어 1 0 ∼2 0 배의 물이 더 필요하다.따라서. 총 사용되는 물의 부피는 몇 만에서 2 0 만 배의 물과 1 0 0 0 ∼4 0 0 0 톤의 프로판트 가 필요하다. 수압 파쇄가 완료되면 주입된 유체의 일부는 다시 환류되고 일부는 암석에.

(32) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 23. 갇혀 잔류한다.환류 기간은 싱글 스테이지일 경우 며칠이 걸리고 멀티 스테이지 일 경우 몇 주가 소요된다.환류의 양은 점차 감소하는 반면 탄화수소는 점차 증가된다.이 기간 동안을 “ Gr e e nCompl e t i on”또는 “ Re duc e dEmi s s i on Compl e t i on”이라고 한다.. 탄화수소는 파쇄 유체로부터 분리되어 생산되고 유체는 재활용하거나 처리 된다.초기의 환류 단계 동안의 포집되고 거래되는 가스는 부대시설( 분리하는 등의 공정을 위한) 이 필요하다.부대시설로 옮겨질 때,대기로 가스가 방출되기 도 한다.대부분 메탄이고 VOCs 가 일부 포함된다.가스들은 방출되거나 타기도 하는데,이때의 메탄 방출이 셰일가스나 타이트가스가 전통 가스보다 온실가스 를 더 많이 배출하는 이유가 된다.. 다. 가스 생산 시추정이 부대시설에 연결되고 가스의 생산이 시작된다.생산 동안 시추정은 탄화수소와 폐기물을 생산한다.생산 과정은 전 과정 중에 가장 길다.전통적인 시추정에서는 적어도 3 0 년 이상 가스를 생산한다.비전통적인 개발에서는 생산 주기가 비슷할 것으로 예상하나 셰일가스는 전통적으로 초기 생산이 많고 그 후 급격히 감소한다.생산량은 전통적으로 첫 해에 5 0 ∼7 5 % 감소하고,대부분 회수되는 가스는 몇 년 안에 대부분 추출된다.. 라. 시추정의 처리 생산이 다 완료된 후에 시추정은 안전하게 처리 되어야 한다.부대시설은 잘 해체되고 부지는 원래 상태로 복원되거나 새롭게 생산적으로 활용되어야 한다.대수층으로의 장기적인 누출 방지는 아주 중요하다.생산이 중단된 후 처리가 시작되기 때문에 운영 회사는 경제성과 경제성을 유지할 수 있는 기술적.

(33) 24 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 가능성,안전하게 완벽하게 처리하는 것에 대해 정확히 하고 그에 따른 규율들을 지켜서 시추정을 안전하게 처리해야 한다.. 2. 탄층 메탄가스(CBM)16) CBM은 석탄층에 있는 자연적 메탄가스이다.메탄의 일부는 흡착으로 인해. 암석에 저장되어 있고,일부는 석탄층 안 공극 표면에 필름처럼 형성되어 있다. 석탄층은 물과 가스를 포함하고 있는데,석탄층에는 상당량의 메탄과 이산화탄 소가 저장되어 석탄광 작업 시 안전에 위협이 되기도 한다. CBM을 추출하는 방식과 환경의 영향 문제에 대해선 앞에서 언급한 세일가. 스 및 타이트가스와 비교하여 공통점과 차이점이 있다. 주된 공통점은 낮은 투과성을 가지고 있다는 것이다.따라서 추출에 있어서 기술적 경제적 실현 가능성은 중요한 요소가 된다.사실상 CBM의 투과성은 균열에 따라 달라지는데 이러한 균열은 자연적으로 발생하고 이 사이로 메탄이 이동한다.같은 석탄층이라도 지역에 따라 메탄의 농도는 아주 다양하게 나타나 는데,두꺼운 지역의 다양성은 잠재적인 생산 속도에 영향을 주는 중요한 요소가 된다.땅위에 CBM 생산은 조경 및 지역의 환경 단절을 초래할 수 있는데 이는 드릴패드,도로,건설 장비들이 들어서기 때문이다.셰일가스와 타이트가스처럼 CBM도 전통적인 석유나 가스 생산보다 더 많은 시추정을 필요로 한다.결과적. 으로 운송 수단에 의한 소음과,압축기로 인한 소음,대기오염 및 지역 생태 시스템의 손상 등이 전통적인 가스 생산보다 더 큰 문제가 된다. 차이점은 셰일가스나 타이트가스는 깊은 곳에 위치해 있는 반면 CBM은 깊 이가 얇은 곳에 위치해 있다.탄층에는 물이 있어서 시추정 설치 후 가스의. 16)I EA( 2 01 2b)번역하여 요약함.

(34) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 25. 흐름을 위해서는 물을 제거해 주어야 한다.또한 CBM은 매우 적은 양의 유체 탄화수소를 포함하고 있는 반면 셰일가스의 경우 많은 자연가스 유체들이 셰일 가스와 함께 생산된다.이러한 차이는 개발 프로젝트의 생산성에 중요한 고려 조건이 된다. CBM을 추출하는 기술은 초기 북미 지역을 시작으로 2 5 년 동안 진행되었다. 9 0 년대 중반부터는 호주에서도 실시되었다.CBM은 수평,수직 시추정으로부. 터 생산되는데,일반적으로 석탄층이 두꺼울수록 시추정의 깊이는 더욱 깊어진 다.전통적 방식으로는 시추정의 깊이가 8 0 0 ∼1 2 0 0 m이지만 CBM은 지표면에 서약1 0 0 m 깊이에 있다.따라서 수직정이 수평정보다 더욱 경제적이다.<그림 3 -4 >는 CBM 생산 공정과 환경 영향에 대한 전체적인 모식도를 나타낸다.. 자료: IEA(2012b).. <그림 3-4 > 탄층 메탄가스 개발 시 발생할수 있는 오염.

(35) 26 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 시추정이 완료되면 석탄층의 물이 추출되고 자연 압력이나 기술적 펌핑으로 탈수화 공정이 진행된다.표면 아래 압력은 탈수로 인해 떨어지고,천연가스는 표면의 물로부터 분리되고 압축되어 수송을 위한 파이프라인으로 주입된다. 셰일가스의 경우와 같이 CBM의 생산 속도는 주로 전통가스보다 현저히 낮 으며 시추정의 전통적인 수명은 5 년∼1 5 년이다.최대 가스 생산은 주로 1 개월∼ 6 개월이다.결과적으로 비교적 많은 수의 수직 시추정이 석탄층에 필요하다.. 어떤 경우 석탄층의 투과도를 높이기 위해 수압 파쇄가 필요할 때가 있는데 이는 일반적으로 심도가 깊을 때 사용된다.CBM 생산은 주로 싱글 스테이지로 이루어지고,환류 유체는 수집되어 처리 탱크로 보낸다. CBM의 경우 생산 단계에서 물 공급이 필요하며,탈수 단계에서 배출되는. 물의 안정적인 처리는 아주 중요하다.배출되어 처리된 물은 주로 고립된 지하 형성물에 다시 주입되거나,배수 시스템에 방류된다.증발을 위한 얕은 웅덩이로 보내지거나 관개용수 및 다른 생산적인 방법으로 이용될 수 있도록 처리된다. 처리 방법은 여러 가지 요소에 따라 달라지는데 가장 중요한 것은 수질이다. 석탄층의 지질학적 구조나 수문학적 조건에 따라 생산되는 물은 나트륨,칼슘, 마그네슘을 많이 함유하고 있어 매우 짜다.따라서 다른 곳에 사용되기 전에 처리되어야 한다.관개 용수에 염분을 함유한 물을 사용하면 식물의 발아와 성장을 방해하며,나트륨이 많이 함유한 물을 사용하면 토양의 물리적 성질이 변하게 되기 때문이다. 물 처리 비용은 추출되는 물의 양과 처리 정도에 따라 달라진다.시추정에서 제거되어야 하는 물의 총량은 다양하다.시추정으로부터 평균 6 5 ㎥의 물이 배출 되는데,2 00 8 년에는 1 80 백만㎥보다 많은 양의 물이 석탄층으로부터 배출되었 다.이 양은 샌프란시스코의 연간 물 사용량과 맞먹는 양이다.배출되는 물은 비싼 비용이 들더라도 수질 기준에 맞도록 처리돼야 한다..

(36) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 27. 지금도 CBM 생산 지역인 북미에서는 다시 깊은 층으로 재 주입하는 것보다 는 가격 경쟁력 있게 관개용수로 쓰기 위해 정화하거나,증발이나 배수시스템으 로 보내는 것이 일반적이다. CBM 생산으로 인한 환경 영향에 대한 경험은 제한적이었으나,최근의 생산. 되는 물의 처리와 사용에 대한 토양,생태계,지표수,지하수에 관련된 영향들에 대한 연구 결과가 발표되었는데,비록 이 연구는 환경에 악영향에 대한 증거는 없지만 환경에 미치는 영향을 주의해야 하며,지역적 영향에 대한 자세한 조사가 이뤄져야 한다고 했다.. 3. 가스하이드레이트17)18) 가스하이드레이트는 천연가스가 저온,고압 하에서 물 분자와 결합되어 형성 된 고체 물질이다.주성분은 천연가스를 구성하는 메탄으로 구성되어 메탄하이 드레이트로 불리기도 한다.저온,고압의 퇴적층에서 생성되는 가스하이드레이 트는 시베리아,알라스카 등 영구동토 지역의 석유,천연가스 저류층 및 수 백 미터 수심 상의 심해 지역 퇴적층인 대륙 사면에 광범위하게 분포해 있는 것으로 알려져 있다. 가스하이드레이트의 지질학적 부존량은 기존 석유,천연가스 매장량과 비교 하여 월등히 많은 약 1 0조 톤에 이르는 것으로 추정되며,국내 동해 지역에도 약6 억 톤 이상의 매장량이 있을 것으로 추정된 바 있다.이렇듯 가스하이드레이 트는 국제적으로 광범위한 분포와 막대한 매장량으로 인해 기존의 석유,가스를 대체할 새로운 에너지원으로 국제적 관심을 받고 있으며,특히 2 0 0 0 년 대 중반 이후 석유 등 화석 연료 가격이 폭등하면서부터 국제적으로 상업적 개발,생산. 17)김대형,이재욱( 20 10 )참조. 18)한국수출입은행( 20 12 )참조..

(37) 28 비전통 가스 개발의 환경영향평가 가이드라인 마련을 위한 기초연구. 및 이용을 위한 다양한 연구들이 이루어진 바 있다. 가스하이드레이트의 이용에 있어 가장 문제가 되는 것은 부존에 대한 정확한 규명과 안정적인 개발 및 생산과 관련된 기술로,조사/ 탐사 기술,개발/ 생산 기술,지질 재해/ 안정성 기술로 나눌 수 있다. 지질 재해/ 안정성 기술 중 환경인자 관측 및 기후환경 영향 평가 기술은 가스 하이드레이트 분포 지역을 중심으로 현재 해저면에서 방출되는 메탄 플럭스 및 관련 환경 인자에 대한 정량적 관측과 기후환경 영향 평가를 위한 기술로, 메탄 플럭스의 정량적 관측을 위한 음향학적,지화학적 측정,메탄대사관련 박테 리아 분석,지층 기록상의 메탄 방출 기록 발굴과 과거 기후환경 변화와의 상관 관계 분석,기후환경 변화 예측을 위한 수치 시뮬레이션 등이 포함된다.. 앞서 비전통 가스 분류에 따른 공정과 관련 환경영향을 간략히 조사해 보았는 데 내용을 종합 정리한 환경 영향 정도를 <표 3 -2>,<표 3 -3>에 나타냈다..

(38) 제3장 비전통 가스 개발 시 환경 영향 29. <표 3-2> 비전통 가스 개발 시 환경 영향 정도(개별 부지) 환경 영향. 시추정 부지. 시추정 건설. 파쇄. 시추정 완정. 생산. 시추정 처리. 전반적 평가. 지하수 오염. -. 낮음. 중간 높음. 높음. 중간 높음. 상황에 따라 다름. 높음. 지표수 오염. 낮음. 중간. 중간 높음. 높음. 낮음. -. 높음. 수자원. -. -. 중간. -. 중간. -. 중간. 대기 오염. 낮음. 중간. 중간. 중간. 중간. 낮음. 중간. 토지. 중간. -. -. -. 중간. 상황에 따라 다름. 중간. 생태계 영향. 상황에 따라 다름. 낮음. 낮음. 낮음. 중간. 상황에 따라 다름. 중간. 소음. 낮음. 중간. 중간. 상황에 따라 다름. 낮음. -. 중간 높음. 경관. 낮음. 낮음. 낮음. -. 낮음. 낮음 중간. 낮음 중간. 지진. -. -. 낮음. 낮음. -. -. 낮음. 교통. 낮음. 낮음. 중간. 낮음. 낮음. -. 중간. 자료: European Commission(2012)..

참조

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