세계시장 동향 및 전망
셰일가스의 구성 성분을 보면 주로 메탄으로 구성 되어 있으며 그 비율은 가스정에 따라 다르나 70~90%를 차지하고 있으며 이외에 에탄이 5% 그리 고 콘덴세이트가 5~25%를 차지하고 있다. 이 중 메
탄은 난방연료 및 발전용, 에탄은 석유화학 원료, 콘덴 세이트는 LPG 및 석유화학 원료로 활용이 가능하다.
셰일가스의 구성성분중 화학원료로 활용될 수 있는 대표적인 물질이 에탄인데 이는 에탄 크래커를 통하 여 에틸렌으로 전화될 수 있기 때문이다. 현재 에틸렌
1) 본 기고는 2012년 민관합동 셰일가스 TF 산업분과의 활동을 근거로 작성된 것이며 자료를 제공해 주신 한국석유화학협회에 특별히 감 사드립니다.
5,760 Tcf로 이는 전세계가 60년 동안 사용할 수 있을 만큼 막대한 양이고 전통가스와는 달리 북미, 중국, 유 럽 등 비교적 고르게 분포하고 있다. 현재까지는 막대 한 부존량과 수평시추, 수압파쇄와 같은 개발 기술 및 운송 및 판매를 위한 기반시설을 토대로 미국이 셰일 가스 개발 사업을 이끌고 있지만 향후 북미, 중국 및 유럽지역 등으로 확대될 것이라 전망된다. 셰일 가스 를 비롯한 비전통자원의 경우 탐사 위험은 작은 반면 개발 및 생산 분야에서는 전통자원보다 훨씬 높은 수 준의 첨단기술이 필요하다. 셰일가스 개발 사업 진출 기회 확대 및 수익성 제고를 위하여 반드시 적정 수준 의 개발 및 생산 기술을 확보해야 하며 이를 통하여 중장기적인 경쟁력을 확보하고 다른 비전통자원 개발 을 위한 기술적 토대를 구축해야 한다.
참고문헌
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국내 석유화학산업에 대한 영향 및 대응방안
1)박 은 덕
아주대학교 에너지시스템학과/화학공학과
[email protected]
특·별·기·획(Ⅱ)
은 폴리에틸렌, 에틸렌 글리콜 그리고 PVC등에 사용 되는 대표적인 화학 원료로서 나프타 크래커 혹은 에 탄 크래커를 통하여 제조되고 있다. 따라서 저가 셰일 가스의 등장은 석유화학 시장에서의 공급과잉 확대와 셰일가스 기반의 에탄 크래커 설비확충을 초래할 것 으로 예상된다. 현재 중동·중국의 대규모 신증설에 따라 전세계 에틸렌 공급능력은 150백만톤(’11년)으 로 수요대비 23백만톤 공급초과 상황이다. 특히 중 동·중국의 에틸렌 공급능력은 ’00년 11백만톤에서
’10년 41백만톤으로 급증하였으며 전세계시장에서의 점유율 또한 ’00년 11%에서 ’10년 28%로 증가하였 다. 최근 셰일가스의 생산확대로 인하여 미국은 경쟁 력이 낮은 나프타 설비는 축소하고, 셰일가스(에탄) 설비 확충으로 에틸렌 규모가 ’10년 22백만톤에서
’20년 32백만톤으로 확대될 예정이다.
에틸렌 제조원가를 비교해 보면 미국의 에탄기반 에틸렌 제조원가는 500~600$/톤인데 반해 한국의 나프타기반 에틸렌 제조원가는 1000~1100$/톤에 이르고 있다. 따라서 전세계적으로 에탄기반 에틸렌 제조 비율이 32%인데 반해 ’20년에는 36%까지 높아 질 것으로 예상하고 있으며 미국의 경우 현재 63%에 서 ’20년에 71%까지 에탄 크래커의 비율이 높아질 것으로 예상하고 있다. 셰일가스의 공급 증가는 석유
화학 원료비용 이외에 운전비용의 하락을 초래하여, 북미 석유화학 경쟁력 상승을 유도하고 있는데 에너 지 비용 절감에 따른 발전단가 및 전기료 인하로 에너 지 다소비 업종인 석유화학 분야의 유틸리티 비용이 감소하는 효과를 보이고 있다. 예를 들면 북미의 ’12 년 EDC(PVC 제조 중간원료) 제조비용은 ’00년대비 21% 가량 하락한 것으로 조사되고 있으며 북미 EDC 제조용 전기료 단가는 3.7센트/㎾h로서 서유럽 및 브 라질대비 45~50% 수준에 불과하다. 따라서 과거대 비 높은 마진 확보를 통한 지속적인 경쟁력 유지 및 신규 대형 투자가 가능해진 것이다. 2012 석유화학 컨 퍼런스(NPRA, 3월 28 개최)에서는 향후 에탄가격 경쟁력 확보에 따른 북미 업체의 Cash Margin이 2010년이후에는 3배 증가할 것이라고 예측하였다.
한편 북미지역에 한정되었던 셰일가스 혁명은 전세 계로 확산조짐을 보이고 있으며, 중국은 막대한 셰일 가스와 석탄자원을 바탕으로 석유화학 경쟁력 강화를 추진중이다. 중국은 2004년 셰일가스에 대한 조사를 시작한 후 2009년 미국-중국 셰일가스 자원개발지원 협력을 체결하였으며 2020년 전체 가스의 10% 이상 을 셰일가스로 충당할 목표를 수립하였다. 중국정부 는“셰일가스 탐색개발 12.5 규획”과“석탄화학공업 12.5규획”을 셰일가스와 합성천연가스의 개발에 주력
그림 1. 최근 10년간 에틸렌 생산능력 추이 (단위 : 백만톤).
할 것으로 표명하였으며 셰일가스 12·5규획은 미래 중국에너지 구조 변화와 셰일가스의 본격적인 산업화 개발을 위해 ▲셰일가스 자원 발전 가능성 조사·평 가 ▲19개 중점 셰일가스 탐사 개발구 건설 ▲연평균 목표생산량 65억㎥ ▲셰일가스 탐사 및 개발 핵심기 술 강화를 추진하는 내용으로 구성되어 있다.
셰일가스(에탄) 설비확충은 에틸렌계의 가격경쟁을 확대하는 한편, 프로필렌·부타디엔 등 비에틸렌계열 의 공급부족을 초래하여 수급불안을 가중할 것으로 예 상된다. 크래커 원료별 기초석유화학 제품의 생산수율 을 살펴보면 나프타의 경우 에틸렌 (31%), 프로필렌 (16%), 부타디엔 (10%), BTX (14%), 기타 (29%) 이고 에탄의 경우 에틸렌 (85,%), 프로필렌 (1%), 부 타디엔 (2%), BTX (2%), 기타 (10%)이다.
북미는 풍부한 매장량과 상대적으로 낮은 생산 비 용 및 투자를 강점으로 저가 원료 공급이 가능함에 따 라, Shell 등 석유메이저의 시장 진입을 통해 생산 확 대는 물론이고, 부가가치 향상에 초점을 두고 있다. 셰 일가스 생산비용은 MMBTU당 6달러 이하로 원유환 산시 배럴당 약 35달러에 해당되며 현 국제유가의 1/3 수준이다. 에틸렌 제조원가 환산시 셰일가스는 600$/톤으로 중동의 에탄(200$/톤)보다는 높지만 아시아와 유럽의 나프타(1,000~1,200$/톤)에 비해 서는 충분한 가격경쟁력을 확보할 전망이다.
Eastman Chemical은 에탄 경쟁력이 확보되면서 NCC를 재가동시켰으며, LyondellBasell도 기존 설비 의 에탄 사용량을 늘리는 설비 개조 작업을 진행중이 다. 최근 Citi Group에서 예측한 자료에 의하면 에탄 생산량은 현재 약 80만 배럴/일 생산에서 2014년 상 반기가 되면 20만 배럴/일 늘어난 1백만 배럴/일로 될 것으로 예상하고 있으며 이 경우 대략 3백만톤의 에틸렌을 추가 생산할 수 있으며 이는 현재 미국 에틸 렌 생산 규모 2천 3백만 톤의 약 13%에 해당된다.
2018년까지 총 1,254만톤 규모의 에틸렌 설비투자 계 획이 발표되었으며 이는 세계 4위인 우리나라 설비규 모(828만톤)의 1.5배 규모이다. 신증설 설비 대부분은
중국 등 아시아시장 수출을 목적으로 추진중이며 셰 일가스를 다양한 제품의 원재료로 활용하기 위해 기 술을 개발 중으로 정부와 연구기관에서는 석유화학산 업으로의 응용 비중 확대가 요구되고 있다. 향후 북미 지역의 에틸렌 잉여물량은 남미·유럽에 우선 공급되 고 일부가 아시아 역내로 유입 예상된다. 미국의 에탄 설비 확충에도 불구하고 글로벌 수요증가에 따라 세 계 생산에서 북미의 비중은 현재의 약 20%대 수준에 그칠 전망이다.
국내 화학 산업에 대한 영향
북미발 셰일가스 개발영향은 국내 화학산업에 다양 한 방법으로 영향을 줄 것으로 예상된다. 먼저 궁극적 으로 에틸렌계 범용제품의 가격경쟁력이 약화될 것으 로 예상되며 이로 인하여 국내 관련 화학산업의 채산 성 악화가 우려된다. 이는 에틸렌 제조비용을 비교해 보면 알 수 있는데 중동의 에탄 크래커의 경우 에틸렌 제조비가 200 $/톤 정도이고 셰일가스를 이용한 미국 의 경우가 600$/톤 정도이며 나프타를 원료로 하는 경우는 제조비가 1,000$/톤에 이르고 있다. 따라서 원 가경쟁력을 보유한 에탄기반의 에틸렌계 범용제품의 공급확대로 주요 수출시장에서의 가격경쟁력 열세가 우려된다. 특히 2015년부터 중국도 셰일가스 기반 설 비확대가 가시화될 전망이어서 중국내 경쟁이 치열해 지는 등 수익성 악화요인으로 작용할 전망이다.
반면에 우리 석유화학 수출의 48%를 차지하는 중 국시장에서 장기적으로는 미국 제품과의 경쟁이 치열 해질 것으로 예상되나 단기간의 급격한 시장 변동은 없을 것으로 예상된다. 주요 근거로는 에틸렌계 주요 제품인 PE와 PVC의 경우 대부분의 미국제품은 유 럽과 남미로 수출되고 있다. ’10년과 ’11년 기준으로 미국산 PE의 수출금액 기준으로 중국은 전체 수출액 의 9.8%와 7.4%를 점유하고 있으며 ’10년과 ’11년 기준으로 미국산 PVC의 수출금액 기준으로 중국은 전체 수출액의 10.6%와 9.6%를 점유하고 있다. 더구 나 중국시장의 지속적인 성장으로 국내 PE제품의 중
특·별·기·획(Ⅱ)
국시장내 시장 점유율은 감소하였으나 수출물량은 지 속적으로 증가하고 있다. 중동 가스 크래커의 설비 증 설로 인하여 중동산 PE물량이 지속적으로 중국에 수 입되고 있으나 중국자체 수요가 이를 흡수하고 있다.
미국의 석유의존도 감소에 따른 석유정제설비 감축 은 나프타, M-X(Mixed Xylene) 등 원료들의 해외도 입 차질이 우려된다. M-X의 경우 정유사에서 석유정 제과정에서 생산되며 그중 P-X(Para Xylene)의 경 우 TPA(Terephthalic Acid)로 전환되어 화학섬유원 료로 활용되고 있다. 차량용 셰일가스 확대는 미국내 석유소비 감소, 정제설비의 수익성 악화 등으로 이어 져 미국·유럽의 석유정제설비 감축 확산이 우려된다.
실예로 ’12.6월, 영국 최대 정제설비인 Petroplus의 Coryton Refinery는 수익악화로 폐쇄하였다.
국내 화학산업의 기회요소
셰일가스를 이용한 에탄 크래커의 경우 나프타 크래 커에 비하여 에틸렌 이외의 제품 수율이 낮으므로 납 사를 기반으로 한 국내 석유화학산업의 경우 비에틸렌 계열 제품의 수익성이 확대될 것으로 기대된다. 또한 나프타 및 저가 대체원료의 수급여건이 개선되어 국내 석유화학의 산업환경이 개선될 것으로 기대된다. 프로 필렌, 부타디엔 등 비에틸렌계 제품의 공급부족에 따 른 가격상승으로 국내 설비들의 반사이익이 기대된다.
한국은 100% 나프타 크래커로서 에틸렌 이외 다양한 제품의 생산구조를 구축하고 있다. 미국의 나프타 소 비감소, 유럽·일본 나프타설비 감축 등은 국내업체의 나프타 수입환경이 개선될 수 있다. 유럽·일본은 주
로 ’50~’60년대 설치된 소규모의 나프타 설비들로 노 후화되고 규모의 경쟁력 저하로 에탄 크래커에 대비한 경쟁력상실로 설비축소가 불가피하다.
셰일가스에 부생되는 콘덴세이트, LPG 등의 공급 확대(가격인하)로 나프타대체 저가원료의 활용여건 이 개선될 것으로 기대된다. 에틸렌 제조원가를 원료 별로 비교해 보면 프로판/부탄은 800~850$/톤이고 국내나프타는 1000~1100$/톤이므로 원료 다변화시 에 가격 경쟁력이 높아질 것으로 기대된다. 현재 셰일 가스의 생산 확대로 부산물인 LPG 생산도 증가 추세 에 있으나, ’14년 이전 미국산 LPG 도입가능성은 낮 은 편이다. 현재 미국은 2개 회사(Enterprise, Targa) 만이 LPG 수출인프라를 보유하고 있으며, 양사의 수 출계약이 ’14년분까지 모두 완료되었으며 최근 중동 수출가격(CP)의 급격한 인상으로 미국의 LPG 수출 계약도 조기에 마감된 상황이다.
국내 화학 산업의 대응방안 및 제언
기존의 국내 화학 산업 생산체계에서 셰일가스의 도입·활용은 생산설비의 전면개체(에탄 크래커 신 설), 원료저장탱크 및 항만인프라 구축, 전용운송선 확보 등이 필요함에 따라 현실적으로 어려움이 있다.
따라서 다른 방향으로 북미산 에탄 크래커기반 화학 제품과 경쟁하기 위한 노력이 요구된다.
먼저 에탄기반의 에틸렌 범용제품과 차별화된 석유 화학제품 생산구조로 전환을 촉진해야 할 것이다. 즉, 비에틸렌계열제품의 생산수율을 제고하고 고부가 에 틸렌제품의 생산확대를 통하여 기능성 특화제품 및 전환 생산공정 기술을 개발해야 할 것이다. 이를 통하 여 고부가가치화 비중을 ’11년에 약 50~60%에서
’15년에 70~80%로 높여야 할 것이다. 이와 관련된 기술로는 고부가 폴리올레핀 제조기술, 셰일가스 원 료 및 액체연료화 공정기술 등 셰일가스 활용 원천기 술, 에틸렌으로부터 고부가 올레핀 및 방향족 제조기 술 등을 들 수 있다. LG·호남·삼성은 650억원 공동 투자로 프로필렌 전용공장을 건설하여 ’08년 8월부터 표 1. 미국산 PE와 PVC 수출금액기준 중국의 점유비율
추이
연도 PE PVC
2007 8.7% 4.8%
2008 9.3% 4.5%
2009 20.0% 11.5%
2010 9.8% 10.6%
2011 7.4% 9.6%
가동하고 있다.
기존 석유기반의 나프타 이외에 콘덴세이트, LPG 등의 사용 확대로 원가경쟁력을 제고할 수 있다. 향후 파나마 운하 개통(’14년말)으로 운송기간이 단축되 고, 중동 물량과의 가격차이가 지속 유지되는 경우 도 입 가능성이 증대될 것이며 비록 단기간에 미국산 LPG를 도입할 가능성은 높지 않으나 미국산 LPG를 레버리지로 중동가격을 인하할 여지가 있다고 판단된 다. 향후 미국산 천연가스 도입 혹은 국내기업의 셰일 가스 개발 참여시 LNG-LPG 패키지 구매를 검토할 수 있을 것이다.
규모의 경쟁력을 확보하기 위하여 국내 기업들이 기 초원료를 공동구매하거나 생산설비를 공동투자하는 등 기업간의 전략적 제휴가 강화되어야 할 것이다. LG·
호남·E1은 LPG 원료 활용확대를 위한 4만톤규모 LPG탱크를 공동건설하여 ’12년에 완료할 예정이다.
기초원료 확보 및 해외시장 선점 등을 위한 원료기
반의 현지거점을 구축할 필요가 있다. 원료기반의 에 탄 크래커를 인수하거나 직접투자를 하는 방안을 고 려해 볼 수 있으며 석유화학공정 패키지화를 통한 해 외가스전 개발사업 진출 등도 계획할 수 있다. 우즈벡 수르길 프로젝트 자원개발은 가스공사가 참여하고 에 탄크래커·폴리머 생산은 호남석유화학이 담당하고 건설은 국내 엔지니어링회사가 참여하며 기타 자본투 자 등 형태로 진출한 사례가 있다.
향후 북미 등 해외 셰일가스 개발동향을 지속적으 로 모니터링하면서 정보공유를 확대해야 한다. 국내 석유화학기업들은 기업경쟁력 확보를 위해 셰일가스 기반의 해외진출에 적극적으로 관심을 갖고 있으나 개별투자에 대한 부담이 있고 해외정보가 부족한 어 려움이 있으므로 국내 유관기업간 해외투자 및 공동 진출을 위한 파트너쉽을 구축할 필요가 있다. 즉, 에너 지공기업, 건설·플랜트업계 및 석유화학기업 등의 긴밀한 협력체계가 요청된다.
개요
석유 자원 고갈에 대한 우려와 배럴당 100 달러 이 상의 고유가 상황의 정착은 비전통 유·가스 자원의 개발에 대한 관심을 고조시켜 왔다. 그 결과 최근 북 미 대륙에서 수압파쇄기법과 수평정 시추기술의 혁신 으로 셰일가스의 개발 붐이 일어나면서 가스는 상대 적으로 풍부한 화석연료 자원이 되었다. 32개국 셰일 가스 확인 매장량은 187.4조 m3로 전통가스와 비슷한 수준으로 전세계가 59년 사용 가능한 양이고 잠재 매 장량은 전 세계가 200년 사용할 수 있는 물량이라 한
다. 가스의 주성분인 메탄은 물리적인 특성상 액상의 석유자원과는 달리 수송과 저장의 문제를 안고 있어 산지가 시장과 멀리 떨어져 있는 경우 그 이용이 제한 되어진다. 이렇게 이용이 제한되어 가치가 낮은 가스 는 물리적인 액화(LNG) 또는 화학적인 전환에 의해 부가가치를 높일 수 있다. 화학적인 전환방법의 현재 로서 가장 현실적인 방법은 합성가스(CO/H2)를 경 유하는 간접전환경로라 할 수 있다. 간접전환경로에 는 합성가스의 제조를 위해서는 리포밍(reforming) 공정, 합성가스로부터 올레핀 또는 액상의 탄화수소
천연 가스의 간접 전환기술 동향
전기원
