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전통에너지? 비전통에너지?

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Academic year: 2022

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전체 글

(1)

비전통에너지?

고등학교

(2)

교사용

(3)

학습할 내용을 전체적으로 요약 구성하였습니다.

주제 개요 및 제작 의도

주제를 선택하게 된 이유 및 제작 의도를 알려 선생님들에게 참고하도록 하였습니다.

학습목표

주제에 따른 학습 목표를 내용 목표, 과정 목표로 나누어 구성 하였습니다.

STEAM 과목요소

S Science 과학, T Technology 기술, E Engineering 공 학, A Art 예술, M Math 수학 과목 요소들을 정리하여 구성 하였습니다.

STEAM 단계요소

융합인재교육(STEAM) 구성 틀(Frame)에 따른 상황제시 (Co), 창의적 설계(Cd), 감성적 체험(ET) 요소를 제시하여 구 성하였습니다.

(4)

교육과정 분석

2007, 2009 개정 교육과정 분석을 통해 학년에 맞는 수업이 전개 될 수 있도록 구성하였습니다.

차시별 수업계획 총괄표

전체적인 수업계획 총괄표를 구성하였습니다.

지도상의 유의점

실제 수업 시 유의할 점을 알고 지도할 수 있도록 구성하였습 니다.

평가계획

자기 평가, 동료평가 등 학습 목표 달성을 위한 평가 기준을 제 시하여 구성하였습니다.

차시별 교수·학습과정

교사 및 학생에게 필요한 자료(과정안, 교구설명, 참고 자료, 활동지 등)를 제공하도록 구성하였습니다.

(5)

주제 개요 및 제작 의도 ……… 7

학습목표 ……… 7

STEAM 과목요소 ……… 7

교육과정 분석 ……… 8

차시별 수업계획 총괄표 ……… 10

지도상의 유의점 ……… 12

평가계획 ……… 12

차시별 교수·학습과정 ……… 15

✽ 1차시: 비전통가스가 뭐지? ……… 15

✽ 2차시: 독도에 30년간 사용할 가스가 매장되어 있다면 ……… 37

✽ 3-5차시: ‘가스하이드레이트’ 우리가 채취해 보자 ……… 41

✽ 6차시: 셰일가스에 대해 알아보아요 ……… 45

✽ 7차시: 셰일가스 채취 기술에는 어떤 것들이 있을까요? ……… 50

✽ 8-10차시: 대체제를 이용하여 셰일가스 모형을 제작하고 실험해 보아요 ……… 56

<출 처>

(6)

차 시 단 계 소주제 주요 내용 관련 교과

1 주제 확인

비전통 가스란 무엇일까요?

도 입 비전통 가스란 무엇인가?

과학 기술 공학 학 습

활 동

활동1 : 비전통 가스에 대해 알아보기 활동2 : 비전통 가스의 필요성에 대한 의견

나누기

마무리 비전통 가스에 대한 내용 정리

2

탐색 및 탐구 활동

가스하이드 레이트에

대해 알아보아요

도 입 가스하이드레이트에 관한 영상 시청

과학 기술 공학 학 습

활 동

활동1 : 가스 하이드레이트에 관한 특성 안내 활동2 : 가스 하이드레이트 채취법 안내 활동3 : 채취법 시나리오(주제: 나라면 이런

방법으로 채취하겠어) 설계

마무리 설계 내용 발표 및 하이드레이트 채취에 관 한 정리

3

~ 5

대체제를 이용하여 가스하이드 레이트 채취 모형을 설계・

제작하고 실험해 보아요

도 입 대체제를 이용한 가스 포집 모형에 대한 안내

과학 기술 공학 예술 수학 학 습

활 동

활동1 : 대체제인 드라이아이스의 특성 실험 활동2 : 가스하이드레이트와 비슷한 환경의

실험 재료를 제시 후 실험 설계 활동3 : 설계를 바탕으로 가스하이드레이트

포집 모형 제작 및 조건에 따른 실 험 수행

활동4 : 실험 결과 정리 및 그래프 그리기

마무리 모둠별 실험결과 발표를 통한 효율적인 가스 포집 방법에 대한 의견 나누기

▣ 적용 학년 / 총차시 : 고등학교 1-3학년 / 10차시

▣ 적용 모형 : 주제중심학습, 문제중심학습, 프로젝트학습

전통가스? 비전통가스?

주제명

(7)

6

대 상 중3 차시 1차시 융합요소 S

학습목표 • 에너지 자원 문제 해결을 위해 주변의 미활용 에너지 필요함을 설명 할 수 있다.

학습자료 • 교사: PPT, 활동지, 동영상 자료

• 학생: 필기도구, 활동지

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽) 도

▸출석확인

▸본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▸[부산 서면 역 ‘작은 발전소’] 관련 동영상을 보여준다.

▸학습목표 제시

5 ▸흥미있는 실습

이 될 수 있도록

동기 유발.

[활동1] 다양한 광고의 세계

◦ 4대 매체(TV, Radio, 신문, 잡지) 광고 보여주기

• 우리가 생활 속에서 볼 수 있는 광고에는 어떤 것이 있나요?

- TV광고가 있습니다.

- 전단지 광고가 있습니다.

• 혹시 기억나는 광고가 있다면 어떤 것이 있는지 발표해봅시다.

10、 S T E Co

▶ 다양한 매체들의 광 고자료

차 시 단 계 소주제 주요 내용 관련 교과

6

탐색 및 탐구 활동

셰일가스에 대해 알아보아요

도 입 셰일가스에 관한 영상 시청

과학 기술 학 습

활 동

활동1 : 셰일가스에 관한 특성과 셰일가스 개발이 필요한 이유에 대해 알아 보기

활동2 : 셰일가스에 대한 사회적 이슈에 대 해 생각해보고 토론하기

마무리 셰일가스 채취에 관한 몇가지 관점 안내

7

셰일가스 채취 기술에는 어떤 것들이

있을까요?

도 입 셰일가스 채취에 관한 영상 시청

과학 기술 학 습

활 동

활동1 : 셰일가스 채취 기술 소개 활동2 : 대체제를 이용한 실험 안내

활동3 : 실험에 사용되는 재료의 특성 파악 및 재료의 용도에 대해 고민 마무리 보고서 정리

8

~ 10

대체제를 이용하여 셰일가스

모형을 제작하고

실험해 보아요

도 입 대체제를 이용한 셰일가스 실험 안내

과학 기술 수학 학 습

활 동

활동1 : 실험을 위한 기본셋팅

활동2 : 기본셋팅 + 가장 좋은 방법으로 가 스를 포집할 수 있도록 설계 활동3 : 설계를 바탕으로 실제 실험(한조씩

조별 방법 안내 및 실험-다른조는 관찰)

발생하는 결과치를 바탕으로 발표 자료 준비

활동4 : 실험에 대한 장단점 발표 및 토론

마무리 셰일가스를 비롯한 비전통 에너지에 대한 정리

▣ 적용 학년 / 총차시 : 고등학교 1-3학년 / 10차시

▣ 적용 모형 : 주제중심학습, 문제중심학습, 프로젝트학습

(8)

7

차시별 교수

10 학습과정

1 주제 개요 및 제작의도

현재 이용되고 있는 화석 에너지는 석유, 석탄, 천연가스 등으로 그 매장량이 한정되어 있다. 최근 그 대안 에너지원으로서 관심을 끄는 것이 비전통 가스로 분류되는 가스 하이드레이트와 셰일 가 스이다. 가스 하이드레이트는 심해에 고체 형태로 셰일 가스는 지층에 매장되어 있는데, 최근 이 가 스의 추출 기술이 발달하면서 각국은 그 경제성에 관심을 갖게 되었다. 우리나라도 가스 하이드레 이트와 셰일가스의 이용과 추출 기술에 관심을 갖게 되었고, 학교 교육과정에서 에너지와 에너지의 이용에 대한 여러 교과의 통합적 학습이 학습자와 교수자 측면 모두에게서 효율적일 수 있다는 판 단 하에 비전통 에너지를 주제로 한 고등학생 대상 STEAM 교육 프로그램을 개발하게 되었다.

2 학습 목표

가. 내용 목표

1) 비전통 가스의 종류와 의미를 이해할 수 있다.

2) 비전통 가스 채취 장치를 창의적으로 디자인하고 제작할 수 있다.

3) 다양한 실험 설계를 통해 효과적인 비전통 가스 채취법을 이해할 수 있다.

4) 에너지 자원 문제 해결을 위해 개발되지 않은 다양한 에너지 개발의 필요성을 설명할 수 있다.

나. 과정 목표

1) 가스 하이드레이트 채취 실험 및 셰일가스 채취 실험을 통해 실험 설계 능력을 신장할 수 있다.

2) 가스 포집 장치 제작을 통해 재미와 흥미를 느낄 수 있다.

3) 실험 설계 후 포집 장치를 이용하여 채취한 결과물을 통해 성취감을 느낄 수 있다.

4) 융합적(STEAM) 사고를 향상 시킬 수 있다.

3 STEAM 과목 요소

가. S : 비전통가스의 특성 이해, 비전통가스의 생성 원리 이해

나. T : 대체제를 이용한 가스하이드레이트 포집 장치 제작, 대체제를 이용한 셰일가스 포집 장치 제작

다. E : 가스하이드레이트 포집 장치 설계, 셰일가스 포집 장치 설계 라. A : 지층의 구조를 아름답게 표현, 비전통가스에 대한 사회적 이슈 토론 마. M : 제시된 조건에 따라 포집된 가스의 양을 그래프로 표현

전통가스? 비전통가스?

주제명 에너지 _ 중등

(9)

8

4 STEAM 단계 요소

Co, Cd, ET 등 융합인재교육(STEAM) 구성 틀(Frame)에 따른 요소 제시 가. 상황제시(Co)

우리가 사용하고 있는 대부분의 에너지가 어떤 에너지일까요? 이러한 화석 에너지를 다 써버렸을 경우 우리의 생활은 어떻게 될까요? 친환경 에너지 개발이 이뤄지기 전까지 우리는 어떤 에너지를 사용해야 할까요?

나. 창의적 설계(Cd)

가스 하이드레이트 가스 포집 모형 장치 설계, 셰일 가스 포집 모형 장치 설계 다. 감성적 체험(ET)

가스 포집 장치 모형을 제작할 때 각종 재료를 만지고, 이들을 실제 상황에 가깝게 구성

5 교육과정 분석

주제 소주제 관련

교과 2007개정교육과정(현행) 2009개정교육과정에 따른 각론개정 (‘13년부터 적용)

전통가스?

비전통가스?

가스하이드레 이트에 대해 알아보아요.

과학

학년 : 10학년

⑸ 여러 가지 화학 반응

㈎ 산과 염기를 예를 들어 설명하 고, 그 물질이 물에 녹아 이온화 되는 것을 화학 반응식으로 나 타낼 수 있다.

㈑ 일상생활에서 이용되는 여러 가 지 화학 반응을 제시할 수 있다.

⑼ 자연계에서의 에너지

㈏ 에너지는 생성되거나 소멸되지 않고, 다만 한 형태에서 다른 형 태로 전환되는 것임을 이해한다.

㈒ 다양한 대체 에너지의 활용과 관련된 기술 발전 현황과 장단 점을 안다.

(3) 에너지와 환경

① 에너지가 다양한 형태로 존재하 고 자연이나 일상생활에서 에너지 가 다른 형태로 전환되는 과정에서 에너지가 보존되는 것을 이해한다

② 지구의 가장 중요한 에너지원이 태양에너지와 화석연료임을 알고 에너지를 빛, 열, 소리, 전기등으로 전환시키는 기술을 바탕으로 인류 문명이 발전했음을 이해한다.

⑤ 화석 연료의 사용을 산화와 환 원 과정으로 이해하고 화석연료의 과다사용에 따른 지구온난화와 기 후변화를 이해한다.

⑦ 화석연료와 방사성 에너지자원 의 생성과정을 이해하고 에너지자 원의 고갈에 따른 문제를 이해한다.

▶ 에너지의 형태가 다양한 형태로 존재함을 안다.

에너지자원의 고갈에 따른 해결책을 생각해볼 수 있도록 한다.

(10)

전통가스? 비전통가스?

주제명 에너지 _ 중등

9

주제 소주제 관련

교과 2007개정교육과정(현행) 2009개정교육과정에 따른 각론개정 (‘13년부터 적용)

전통가스?

비전통가스?

가스하이드레 이트에 대해 알아보아요

기술

학년 : 10학년

⑷ 에너지와 수송 기술

(가) 에너지 자원과 에너지 변환 원 리를 이해하고, 청정 에너지 및 대체 에너지 활용의 필요성을 인식한다.

(7) 창의공학설계 체험하기

융합된 형태의 공학 기술의 세계를 이해하고 창의 공학 기술과 관련된 다양한 문제 해결과제를 해결하는 체험을 함으로써 창의적 문제해결 능력을 기른다

(가) 공학의 융합분야등 미래의 신기 술과 관련된 체험을 통하여 범 교과 영역과의 관계를 이해한다.

(나) 창의 공학 기술 관련 문제를 다양한 문제 해결 방법을 적 용하여 해결하는 체험활동을 제공하고 이를 통하여 문제 해 결에 대한 종합적 평가를 할 수 있는 능력과 창의적인 문제 해결 능력을 기른다

▶ 새롭게 발견된 청정에너지에 대해 창의 공학 설계를 통해 다양한 기술을 개발 할 수 있는 능력을 기르도록 한다.

셰일가스에 대해

알아보아요 과학

학년 : 10학년

⑴ 지구계

(다) 지구의 기원과 탄생 과정을 이해 한다.

(라) 화석과 퇴적 구조를 이용하여 지 질 시대의 지구 환경과 생물을 연 구하는 방법을 설명할 수 있다.

(바) 대 수준에서 지질 시대의 지구 환 경과 생물의 상호 작용과 변천 과 정을 이해하고, 시대별로 우리나 라의 대표적인 지질 분포를 안다.

(3) 에너지와 환경

① 에너지가 다양한 형태로 존재하 고 자연이나 일상생활에서 에너지 가 다른 형태로 전환되는 과정에서 에너지가 보존되는 것을 이해한다

② 지구의 가장 중요한 에너지원이 태양에너지와 화석연료임을 알고 에너지를 빛, 열, 소리, 전기등으로 전환시키는 기술을 바탕으로 인류 문명이 발전했음을 이해한다.

⑤ 화석 연료의 사용을 산화와 환 원 과정으로 이해하고 화석연료의 과다사용에 따른 지구온난화와 기 후변화를 이해한다.

⑦ 화석연료와 방사성 에너지자원 의 생성과정을 이해하고 에너지자 원의 고갈에 따른 문제를 이해한다.

▶ 에너지의 형태가 다양한 형태로 존재함을 안다.

▶ 에너지자원의 고갈에 따른 해결책을 생각해볼 수 있도록 한다.

(11)

10

차시 단계 소주제 학습 내용 준비물

1 주제확인

비전통 에너지가

뭐지?

S 비전통 가스란 무엇인가?

Co 전통 에너지와 비전통 가스와의 관계 CD 비전통 가스에 대해 알아보기

비전통 가스의 장점 이해하기 ET 비전통가스의 개발 필요성에 대한 토의

• PPT

• 활동지

2 탐색 및 탐구 활동

독도에 천연가스가

있다고?

S 가스 하이드레이트란 무엇인가?

T E A 가스하이드레이트 개발의 필요성, 채취 방법 설계

Co 비전통에너지 중 가스하이드레이트 개발의 필요성과 이유

CD 가스하이드레이트가 매장된 곳 알아보기 가스하이드레이트의 특성 알아보기 ET ‘나라면 이렇게 채취하겠다’라는 주제로 모

둠별 실험 설계

• PPT

• 활동지

3

~ 5

탐색 및 탐구 활동

‘가스하이드 레이트’

우리가 채취해보자

S T E A M 대체제를 이용한 가스 하이드레 이트 채취 모형 만들기

Co 가스하이드레이트 가스를 가장 효과적으 로 포집할 수 있는 방법엔 무엇이 있을까?

CD 주어진 조건과 재료를 이용한 가스포집장 치를 설계하고 제작하기

ET 조건에 따른 실험을 통해 그래프를 그려 보고 가장 효과적인 가스 채취 방법 알아 보기

• PPT

• 활동지

• 실습재료 및 도구

6 차시별 수업 계획 총괄표(Part1)

S : Science 과학, T : Technology 기술, E : Engineering 공학, A : Art 예술, M : Math 수학 Co : Context 상황 제시

CD : Creative Design 창의적 설계, 주어진 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성을 발현하여 최적의 방안을 찾아 문제 를 해결하는 종합적인 과정

ET : Emotional Touch 감성적 체험, 학습에 대한 긍정적 감정을 하는 것이다. 학습에 대한 흥미 자신감, 지적 만족감, 성취 감 등을 느껴 학습에 대한 느끼고 성공의 경험을 동기유발, 욕구, 열정, 몰입의 의지가 생기고 개인적 의미를 발견하여 선순환 적인 자기주도적 학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험

(12)

전통가스? 비전통가스?

주제명 에너지 _ 중등

11

차시 단계 소주제 학습 내용 준비물

6

탐색 및 탐구 활동

셰일가스에 대해 알아보아요

S 셰일가스란 무엇인가?

T E A 셰일가스 개발의 필요성, 채취 방법 설계 Co 비전통에너지 중 셰일가스 개발의 필요성

과 이유

CD 셰일가스에 관한 특성 알아보기

ET 셰일가스에 대한 사회적 이슈에 대해 생각 해보고 토론하기

• PPT

• 활동지

7

셰일가스 채취기술에는

어떤 것들이 있을까요?

S 가스 하이드레이트란 무엇인가?

T E A 가스하이드레이트 개발의 필요성, 채취 방법 설계

Co 셰일가스 채취 기술 소개 CD 대체제를 이용한 실험 설계

ET 실험에 사용되는 재료의 특성 파악 및 재 료의 용도에 대해 고민

• PPT

• 활동지

8

~ 10

탐구처리

대체제를 이용하여 셰일가스 모형을 제작하고 실험해보아요

S T E A M 대체제를 이용한 가스 하이드레 이트 채취 모형 만들기

Co 실험을 위한 기본셋팅

CD 기본셋팅 + 가장 좋은 방법으로 가스를 포집할 수 있도록 설계

ET 설계를 바탕으로 실제 실험(한조씩 조별 방 법 안내 및 실험-다른조는 관찰), 발생하는 결과치를 바탕으로 발표자료 준비, 실험에 대한 장단점 발표 및 토론

• PPT

• 활동지

• 실습재료 및 도구

6 차시별 수업 계획 총괄표(Part2)

S : Science 과학, T: Technology 기술, E : Engineering 공학, A : Art 예술, M : Math 수학 Co : Context 상황 제시

CD : Creative Design 창의적 설계, 주어진 상황에서 창의성, 효율성, 경제성, 심미성을 발현하여 최적의 방안을 찾아 문제 를 해결하는 종합적인 과정

ET : Emotional Touch 감성적 체험, 학습에 대한 긍정적 감정을 하는 것이다. 학습에 대한 흥미 자신감, 지적 만족감, 성취 감 등을 느껴 학습에 대한 느끼고 성공의 경험을 동기유발, 욕구, 열정, 몰입의 의지가 생기고 개인적 의미를 발견하여 선순환 적인 자기주도적 학습이 가능하게 하는 모든 활동과 경험

(13)

12

7 지도상의 유의점

가. 학습 준비 사항

- 학습지를 준비하여 실험의 과정에서 참고할 수 있도록 한다.

- 4인 1조 실습을 통해 협동적으로 문제를 해결할 수 있도록 한다.

- 체험활동의 과정을 머릿속에 인지시켜 실수하지 않도록 한다.

나. 사전 준비 사항

- 학습자들이 바로 공구와 재료를 활용할 수 있도록 사전 준비를 한다.

- 체험활동에 시연을 위한 멀티미디어를 점검하여 작동이 잘 될 수 있도록 한다 다. 수업 시 안전사고 지도 사항

- 각종 공구 및 도구를 사용할 때 안전사고에 주의하도록 지도한다.

- 드라이아이스 사용시 동상을 입지 않도록 주의한다.

8 평가 계획

평가 방법 평가 내용

자기평가

전통 가스와 비전통 가스의 차이점에 대해 바르게 이해하였는가?

가스 하이드레이트 가스 채취 모형 설계를 창의적이며 정확하게 하였는가?

셰일가스 채취 모형 설계를 창의적이며 정확하게 하였는가?

비전통 가스 채취 모형 설계에 대한 제작 과정을 친구들에게 설명할 수 있는가?

동료평가

문제해결과정에서 구성원의 협동이 제대로 이루어졌는가?

실습 진행 과정에서 적극적으로 수업에 참여하였는가?

과제를 수행하면서 주변 정리를 청결히 하였는가?

포트폴리오 관찰평가

가스 하이드레이트 채취 방법을 조직적이고 체계적으로 정리하였는가?

가스 하이드레이트 채취 모형 실험 결과를 체계적으로 정리하여 발표하였는가?

셰일 가스 채취 방법을 조직적이고 체계적으로 정리하였는가?

셰일 가스 채취 모형 실험 결과를 체계적으로 정리하여 발표하였는가?

(14)

전통가스? 비전통가스?

주제명 에너지 _ 중등

13 자기평가 및 상호평가지

주제명

학년 반 번 이름:

1. 실험의 주제는?

2. 실험을 통해 얻고자 하는 것은 무엇입니까?

3. 완성된 실험 모형을 간단하게 그리세요.

4. 완성된 작품을 보고 스스로 평가해봅시다.

5. 모형 제작과정에서 내가 잘한 점은 무엇이라고 생각합니까?

자기 평가 내용 평가 내용

3 2 1

전통 가스와 비전통 가스의 차이점에 대해 바르게 이해하였는가?

가스 하이드레이트 가스 채취 모형 설계를 창의적이며 정확하게 하였는가?

셰일가스 채취 모형 설계를 창의적이며 정확하게 하였는가?

비전통 가스 채취 모형 설계에 대한 제작 과정을 친구들에게 설명할 수 있는가?

(15)

14

6. 모형제작 후 느낀 점이나 알게 된 점은 무엇입니까?

7. 도와준 친구가 있다면 누구?

도와준 내용은?

8. 모둠 친구들과 모형을 제작하며 느낀 점에 대해 평가해봅시다.

이 름 평가 내용 세부 점수 총점 이유(구체적으로)

노력 3 2 1

협동 3 2 1

노력 3 2 1

협동 3 2 1

노력 3 2 1

협동 3 2 1

노력 3 2 1

협동 3 2 1

(16)

에너지 _ 중등

15

대 상 고1-3 차시 1차시 융합요소 S T E

학습목표 에너지 자원 문제 해결을 위한 비전통 가스의 필요성을 설명할 수 있다.

학습자료 교사: PPT, 활동지 학생: 필기도구

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 학습목표 제시

5

전 개

▶ 화석에너지에 대한 개념을 설명한다.

▶ 전통가스가 무엇이고 어떤 특징이 있는지 설명한다.

▶ 비전통가스를 개발하게 된 이유에 대해 설명한다.

▶ 비전통 가스의 종류와 특성에 대해 설명한다.

▶ 지금까지 비전통가스가 사용되지 않은 이유에 대해 설명하고 비전통가스를 왜 개발해 사용해야 하는지에 대해 생각해보는 시간을 갖도록 한다.

40

S Co CD CD ET T E

•활동지

•PPT

정리 및 평가

▶ 정리한 내용에 대해 발표한다.

▶ 차시 수업에 대해 안내한다. 5

비전통 가스가 뭐지?

학습주제 차시별 교수

9 학습과정 1차시

(17)

16

1. 화석에너지란?

- 땅에 파묻힌 동식물이 오랜 시간에 걸쳐 온도와 압력의 변화로 만들어진 에너지로 우리가 쓰고 있는 에 너지의 대부분을 차지하고 있으며, 대표적으로 석탄, 석유, 천연가스 등이 있다. 화석 연료의 매장량은 한정되어 있으며, 환경오염의 문제를 가지고 있다.

2. 전통 가스란?

전통 유전(가스전)인 트랩구조를 갖춘 저류암층에 함유된 천연가스

- 특징 : 유기물이 오랜 퇴적기간을 거치며 1~2차로 지층 사이를 이동하여 한 곳에 집적되어 있음 - 종류 : 천연가스(LNG)

- 시추방법 : 한 곳에 모인 가스를 수직 시추를 통해 뽑아 올리는 형태

3. 왜 비전통가스를 개발하게 되었는가?

① 화석에너지의 지역 편재 ② 매장량 한정 ③ 그에 따른 비용 상승

→ 이로 인해 전세계적으로 화석에너지 고갈에 대해 공포를 느낌

→ 기존 산업의 화석에너지에 대한 의존도가 높아 신재생에너지로의 전환이 어려움

→ 이에 따라 비전통가스 개발의 필요성이 커짐

(18)

17 1차시

4. 비전통 가스란?

전통 유전 및 가스전 이외의 암석층 및 해저 등에 분포한 천연가스로 기존 화석연료 채굴방식으로는 채굴 되지 못했으나, 새로운 기술 개발로 채굴되고 있는 자원

- 특징 : 전통가스에 비해 광범위하게 연속적으로 분포하며 유형에 따라 상업화 정도가 다양함 - 종류 : 셰일가스, 탄층메탄가스, 타이트샌드가스, 가스하이드레이트, 오일샌드 등

- 시추방법 : 대부분 넓게 분포되어 있어, 수직 굴착과 추가적인 수평 굴착을 통해 균열을 만들어 뽑아 내는 형태

5. 비전통 가스의 종류

1) 셰일가스(Shale Gas)

- 모래와 진흙이 쌓여 굳으면서 지하 퇴적암층인 셰일 층에 함유된 메탄가스로 셰일의 공극률과 투수 율이 낮아 수직시추로는 가스를 포집하기 곤란

2) 탄층메탄가스(Coalbed Methane)

- 석탄층이 형성되면서 석탄에 흡착된 메탄가스 3) 타이트샌드 가스(Tight Sands Gas)

- 경질 암반층인 사암층에 함유된 가스로 사암의 공극률과 투수율이 셰일보다 높아 수직 시추를 통해 일정규모 이상의 가스 포집이 가능

4) 가스하이드레이트(Gas Hydrates)

- 영구 동토나 심해저의 저온·고압 상태에서 천연가스가 물과 결합해 생긴 고체 에너지원

6. 왜 비전통가스를 지금까지 사용하지 않았을까?(토의 후 발표)

이유 : ① 기술 개발이 이뤄지지 않음, ② 화석 연료의 가격이 생산단가에 비해 낮음.

현재 : ① 신기술 개발, ② 기술의 개발로 인한 생산단가 하락

(19)

18

1. 비전통 가스란 무엇인지 전통 가스와 비교하며 적어보세요.

전통 가스란?

전통 유전(가스전)인 트랩구조를 갖춘 저류암층에 함유된 천연가스

- 특징 : 유기물이 오랜 퇴적기간을 거치며 1~2차로 지층 사이를 이동하여 한 곳에 집적되어 있음 - 종류 : 천연가스(LNG)

- 시추방법 : 한 곳에 모인 가스를 수직 시추를 통해 뽑아 올리는 형태

2. 비전통 가스의 종류와 의미에 대해 써봅시다.

3. 왜 비전통 가스를 개발해 사용해야 할까요? 생각을 자유롭게 적어보 세요.

종 류 의 미

1)

2)

3)

4)

(20)

19

대 상 고1-3 차시 2차시 융합요소 S T E

학습목표 • 가스하이드레이트의 의미와 특성에 대해 이해할 수 있다.

• 가스하이드레이트의 채취 방법에 대해 설계할 수 있다.

학습자료 • 교사: PPT, 활동지

• 학생: 필기도구

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 독도에 엄청난 자원이 있다는 사례를 들려준다.

▶ 4인 1조로 모둠별 역할을 확인시킨다.

7

• 흥미있는 실습이 될 수 있도록 동기 유발.

전 개

[활동1]

▶ 독도에 묻혀 있는 가스하이드 레이트에 관한 동영상을 보여 준다.

▶ 관련 기사를 읽고 느낀점을 활 동지에 적어보도록 한다.

▶ 가스하이드레이트의 특성과 개 발의 필요성에 대해 설명한 후 우리나라 지도를 놓고 가스하 이드레이트가 매장된 곳을 학 생들과 함께 찾아본다.

35

Co S

• 활동지

• PPT

[활동2]

▶ 가스하이드레이트 채취법에 대해 설명한다. T E

[활동3]

▶ [가스하이드레이트 채취 모형 설계]‘나라면 이런 방법으로 채 취하겠다’는 주제로 채취 방법을 설계한다.

CD ET

정리 및 평가

▶ 가스하이드레이트의 중요성에 대해 한번 더 언급한 후 설계한

내용에 대해 서로 의견을 나누도록 한다. 8

가스가 매장되어 있다고?

학습주제 차시별 교수

9 학습과정 독도에 30년간 사용할 2차시

(21)

20

1. 가스하이드레이트란?

영구 동토나 심해저의 저온과 고압상태에서 천연가스가 물과 결합해 생긴 고체 에너지원으로 매장량이 많 고 미래 에너지 요구를 충족시킬 가능성이 있으나, 채굴이 어렵고 기술적 한계로 인해 아직까진 상용화되고 있지 않음.

2. 가스하이드레이트의 특성

천연가스가 저온ㆍ고압하에서 물분자와 결합되어 형성된 고체물질.

생성조건 : 0℃에서 26기압 10℃에서 76기압.

메탄이 90%이상으로 ‘메탄 하이드레이트(Methane Hydrate)’라고도 하며 Dry Ice와 유사한 외관 및 특성을 보여 ‘타는 얼음(Burning Ice)’이라고도 불림.

(22)

21 2차시

3. 가스하이드레이트 개발 방법

1) 감압법

가스하이드레이트층과 하위의 퇴적층 사이에 큰 공극 또는 단열이 존재할 때, 단열 또는 공극의 내압을 감소시켜 가스하이드레이트의 해리를 촉진시켜 가스를 생산하는 방법이다. 모델연구 결과에 의하면 천연가스 하이드레이트가 해리되면 단열팽창에 의 해 저류층이 냉각되며 주변으로부터 열이 유입되어 해리가 더욱 촉진되며, 하이트레이 트층 하위에 자유가스가 존재할 경우 회수되는 가스의 약 30% 정도를 하이드레이트 의 해리로부터 얻을 수 있다는 결과가 얻어졌다.

2) 열처리법

증기 또는 열수를 주입해서 가스하이드레이트 저류층의 온도를 올려 가스하이드레 이트를 해리시켜 가스를 생산하는 방법으로, 수압 파쇄법을 이용하여 하이드레이트층 에 인공적으로 단열을 만들어 증기 또는 열수를 주입시킨다. 미국 에너지성의 생산모 델 연구에 의하면, 열수 등을 주입할 때 필요한 공급열량은 생산에너지의 약 1/10로 다른 부분에 비해 에너지 효율면에서 우수한 것으로 보고되었다.

3) 억제제 주입법

염수를 주입하여 천연가스 하이드레이트를 해리시키고 가스를 회수하는 방법으로 수압파쇄와 열수 주입법을 함께 이용할 경우 효과가 크며 미국 에너지성 자료에 의하 면, 고온의 염수를 두께 60m 정도의 천연가스 하이드레이트층에 적용한 결과 에너지 주지가 9~13배에 달하는 것으로 보고되었다.

우리나라 가스하이드레이트가 매장된 곳은?

(23)

22

600조원 ‘불타는 얼음’ 대리전?…한・일 독도를 잡아라 [2012-08-21 아주경제]

“600조원 규모의 ‘불타는 얼음’ 가스 하이드레이트를 잡아라.”

최근 한·일 양국간 독도 영유권 분쟁이 첨예하게 고조되 고 있는 가운데 인근 심해에서 개발 경쟁을 벌이고 있는 ‘가 스 하이드레이트’가 덩달아 주목을 받고 있다.

이른바 ‘불타는 얼음’으로 불리는 가스 하이드레이트는 천 연가스가 저온·고압 상태에서 물과 결합해 만들어진 것으 로 석유와 액화천연가스(LNG)를 대체할 미래 에너지원으 로 부상하고 있다.

21일 업계에 따르면 한국지질자원연구원, 한국석유공사, 한국가스공사 등이 공동으로 구성한 ‘가스 하이드레이트 개

발사업단’은 오는 2015년에 상업생산에 들어간다는 목표로 시추작업에 박차를 가하고 있다.

개발사업단은 앞서 2014년 동해 울릉분지 주변에서 가스 하이드레이트 시험생산을 완료한다는 방침 이다.

최근 포스텍 연구팀에 의해 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기술이 개발되면서 측정 속도도 이전보다 30배나 빨라졌다.

가스 하이드레이트는 전 세계에 걸쳐 매장량이 10조t에 달하는 것으로 추정된다. 특히 러시아·알래 스카를 비롯해 세계 여러 곳에 대량 매장돼 있어 업계는 가스 하이드레이트를 앞으로 1000년간 사용 할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

또 우리나라 동해 대륙붕 가운데 울릉분지 주변에만 약 8억t이 매장돼 있는 것으로 알려졌다. 이는 지난해 국내 연간 LNG 소비량 3400만t을 기준(t당 도입가 670달러)으로 환산할 때 우리나라가 약 24년간 사용할 수 있는 양이다. 금액으로도 601조4000억원의 엄청난 규모다.

우리나라의 경우 지난 2007년 울릉도 남쪽 100㎞ 지점에서 세계에서 다섯 번째로 자연상태의 가스 하이드레이트를 채취하는 데 성공했다.

공교롭게도 가스 하이드레이트 개발은 일본이 가장 앞서 있는 것으로 평가된다. 일본은 난카이 해역 에서 시험생산을 끝내고 2018년부터 상업생산에 들어갈 예정이다.

때문에 일본이 독도 영유권에 집착하는 것이 가스 하이드레이트 때문이라는 주장도 제기되고 있다.

독도 인근 해역에 막대한 가스 하이드레이트가 매장돼 있을 것으로 예상되기 때문이다.

그러나 독도 인근 해역은 지난 1999년 체결한 ‘신한일어업협정’에 따라 한국과 일본이 가스 하이드레 이트 관련 탐사조차 하지 못하고 있다.

만약 일본이 독도에 대한 영유권을 확보하게 된다면 독도 인근에서 독자적으로 가스 하이드레이트를 탐사하고 개발하는 것이 가능해진다. ‘꿩먹고 알먹는’ 초대형 이권을 앉아서 거머쥐는 셈이다.

(24)

23 2차시

日, 독도 야욕 진짜이유 “150조 ‘이것’때문”

울릉도・독도 인근 ‘차세대 에너지’ 가스하이드레이트 매장..개발권 분쟁 다시주목 독도 영유권을 둘러싼 한국과 일본의 갈등이 날로 심화되는 가운데 독도 인근

에 묻혀있는 천문학적인 가치의 에너지 자원 ‘가스 하이드레이트’가 새삼 주목된 다. ‘불타는 얼음’으로 불리는 가스 하이드레이트는 고압에서 물과 결합해 얼음 형 태로 뭉쳐진 메탄가스 덩어리로, 액화천연가스(LNG)를 대체할 수 있는 에너지 원이다.

20일 관련업계에 따르면 한국지질자원연구원, 한국석유공사, 한국가스공사 등 이 공동으로 구성한 ‘가스 하이드레이트 개발사업단’은 오는 2014년 동해 울릉분 지 주변에서 가스 하이드레이트 시험생산에 돌입하는 방안을 추진 중이다. 개발 사업단 관계자는 “가스 하이드레이트 시추 과정에서 메탄 가스가 유출되지 않도 록 하는 기술 등을 개발 중”이라며 “2014년까지는 기술 개발을 완료해 시험생산 이 가능할 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

가스 하이드레이트는 전세계에 걸쳐 약 10조톤에 달하는 양이 묻여있는 것으로 알려졌다. 한국지질자원연구원 등의 연구에 따르면 우리나라 동해 대륙붕 가운데 울릉분지 주변에만 약 8억톤이 매장돼 있는 것으로 추정된다.

국내 연간 LNG 사용량 2700만톤을 기준으로 환산할 때 우리나라가 약 30년 간 사용할 수 있는 양이다. 금액으 로 따지면 약 150조원 어치에 달한다.

그러나 심해에서 메탄가스 유출없이 채취해야 한다는 점 등에서 현재 기술 수준에는 개발에 어려움이 크다. 우 리나라의 경우 지난 2007년에야 울릉도 남쪽 100km 지점에서 세계에서 다섯번째로 자연상태의 가스 하이드레이 트를 채취하는데 성공했다. 현재 전세계에서 가스 하이드레이트 개발 분야에서 가장 앞서있는 나라가 일본이다. 세 계 최대 LNG 수입국인 일본은 가스 하이드레이트를 LNG를 대체할 차세대 에너지원으로 보고 관련 기술 개발 에 집중해왔다. 이미 일본은 지난 2009년 정부 산하 종합해양정책본부를 통해 10년 내 가스 하이드레이트를 상업 생산한다는 내용을 담은 ‘해양에너지 및 광물자원 개발계획’을 확정하고 이 분야에 대규모 예산을 배정해왔다. 일 본은 빠르면 올해 중 난카이 해역에서 가스 하이드레이트를 시험생산하고 2018년부터 상업생산에 들어갈 계획이 다. 그러나 울릉분지 주변에 있다는 점에서 막대한 가스 하이드레이트가 매장돼 있을 것으로 추정되는 독도 인근 해역은 아직 한국과 일본 가운데 누구도 가스 하이드레이트 관련 탐사조차 하지 못했다.

지난 1999년 김대중 정부 당시 체결한 ‘신한일어업협정’에 따라 독도가 ‘중간 수역’으로 묶여 한국과 일본이 공동 관리하고 있기 때문이다. 이 때문에 순수 학술 목적이 아닌 경우에는 누구도 양국 합의가 없이는 탐사 행위를 할 수 없다. 만약 일본이 독도에 대한 영유권을 확보하게 된다면 독도 인근에서 독자적으로 가스 하이드레이트를 탐사 하고 개발하는 것이 가능해진다. 개발사업단 관계자는 “울릉분지 탐사 과정에서 어쩌다 독도 쪽으로 조금만 넘어 가도 곧장 일본 측 함정이 나타나 ‘순수 학술 목적’이냐고 묻는다”며 “지금은 한일 양국 모두 서로 탐사를 허락하지 않아 누구도 독도 주변에서 탐사를 할 수 없는 상황”이라고 말했다.

(25)

24

1. 관련기사를 읽고 느낀점을 적어보자.

2. 가스 하이드레이트의 채취법에 대해 간단히 그려보자.

감압법 열처리법 억제제 주입법

저류층의 압력을 인위적으로 낮추어

해리 유도 열수 또는 증기 주입을 통한 해리 유도 메탄올, 글리콜 등 화학적 첨가제 주입, 해리 유도

고등학교 학년 반 번 이름 :

3. ‘나라면 이런 방법으로 채취하겠다’. 가스하이드레이트의 다양한 개발방법에 대해 탐구해보자.

(26)

25

대 상 고1-3 차시 3~5차시 융합요소 S T E A M

학습목표

• 가스하이드레이트의 가스 포집 모형을 설계하고 제작할 수 있다.

• 채취 모형 설계 및 제작을 통해 효과적인 가스하이드레이트 포집 방법을 이해할 수 있다.

학습자료

• 교사: PPT, 활동지

• 학생: 필기도구, 채취 모형 제작도구(밀폐용기, 밸브, 주사기, 호스, 비누곽, 포집비닐, 드라이아이스), 초시계, 온도계, 전동드릴, 4mm 드릴 비트, 글루건, 칼, 가위, 자, 필 름통, 지퍼백

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 4인 1조로 모둠별 역할을 확인시킨다. 5

전 개

[활동1]

▶ 대체제인 드라이아이스의 특성 실험을 보여준다.

- 필름통을 통한 드라이아이스의 해리

- 드라이아이스를 지퍼백에 넣은 후 조건에 따른 반응 비교(자 체해리, 담수와 반응, 염수와 반응)

- 기타 드라이아이스의 특성을 보여줄 수 있는 실험 제시

15 S

Co

• 흥미있는 실습이 될 수 있도록 동기 유발.

✽ 동상을 입지 않도록 주 의.

[활동2]

▶ [가스하이드레이트 채취 모형 설계] 가스하이드레이트와 비 슷한 환경의 실험 재료 및 조건을 제시한 후 지난 시간에 모둠 별로 설계한 방법을 업그레이드 시켜 조건에 맞게 실험을 설 계하고 설계도를 그려보도록 한다.

▶ [재료] 밀폐용기, 밸브, 주사기, 호스, 엽전, 거름망, 포집비닐, 드라이아이스

▶ [조건]

1. 일정시간 주입 2. 일정량의 물 주입

3. 가급적 많은양의 가스가 해리될 수 있도록 4. 세부조건

1) 냉염수 2) 냉담수 3) 온염수 4) 온담수

30

S T E Co CD

우리가 채취해보자

학습주제 차시별 교수

9 학습과정 ‘가스하이드레이트’ 3-5차시

(27)

26

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

전 개

[활동3]

▶ 설계한 실험모형을 바탕으로 가스하이드레이트 포집 모형을 제작하도록 지도한다.

50

T E A CD ET

[활동4]

▶ 제작된 모형으로 다양한 실험을 수행하고 실험결과를 정리 후 그래프를 그려보도록 지도한다.

실험조건 1. 냉염수 2. 냉담수 3. 온염수 4. 온담수

35 T E M ET

정리 및 평가

▶ 모둠별 정리된 실험 결과 발표를 통해 서로의 의견을 교환하며 가장 효과적인 가스하이드레이트의 포집 방법을 찾을 수 있 도록 한다.

15

[예시]

(28)

27 3-5차시

학생용 자료

대 상 고1-3 차시 3~5

고등학교 학년 반 번 이름 :

1. 대체제인 드라이아이스의 특성에 대해 알아보아요.

1-1. 지퍼백에 드라이아이스를 넣고 지퍼를 잠갔을 때 어떤 반응이 일어났나요?

1-2. 지퍼백에 드라이아이스를 넣고 조건을 달리 하였을 때 가장 많은 이산화탄소 기체가 발생한 반응 은 어느것인가요?

① 자체해리 ② 담수와 반응 ③ 염수와 반응

2. 가스하이드레이트와 비슷한 환경의 실험 재료를 갖고 가스 포집 모형을 설계해봅시다.

채취모형 제작도구 : 밀폐용기, 밸브, 주사기, 호스, 비누곽, 포집비닐, 드라이아이스

실험조건 1. 일정시간 주입 2. 일정량의 물 주입

3. 가급적 많은 양의 가스가 해리될 수 있도록 설계 4. 세부조건

1) 냉염수 2) 냉담수 3) 온염수 4) 온담수

(29)

28

3. 설계를 바탕으로 가스 포집 모형 제작 후 조건에 따른 실험을 수행해 보아요..

실험조건

#1. 냉염수 #2. 냉담수

#3. 온염수 #4. 온담수

4-1. 실험 결과에 따른 가스 포집량을 그래프로 나타내봅시다.

4-2. 실험 후 느낀 점과 보다 효과적인 가스 포집 방법을 적어봅시다.

#1. 실험 후 느낀 점

#2. 보다 효과적인 가스 포집 방법

(30)

29

대 상 고1-3 차시 6차시 융합요소 S T E A

학습목표 • 셰일가스의 특성에 대해 이해하고 셰일가스가 필요하게 된 이유에 대해 설명할 수 있다.

• 셰일가스를 중심으로 논의되고 있는 이슈에 대해 이해할 수 있다.

학습자료 • 교사: PPT, 활동지

• 학생: 필기도구

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 학습목표 제시

5

• 흥미있는 실습이 될 수 있도록 동기 유발.

전 개

[활동1]

▶ 셰일가스에 관한 특성 안내

▶ 셰일가스가 필요하게 된 이유에 대해 설명한다.

20

S T E Co CD [활동2]

▶ 셰일가스에 대한 사회적 이슈에 대해 생각해보도록 한다.

사회적 이슈 : 고갈될 것으로 알고 있었으나 기술의 개발에 따 라 경제적 가치가 부여됨.

1. 친환경에너지 개발에 힘을 쏟고 있었으나 고갈될 것으로 알았 던 화석연료가 추가로 생겨나 친환경에너지 개발이 뒷전으로 밀려난 상황

2. 이에 따라 환경보호에 역행한다는 비판

3. 셰일가스의 개발이 경제적으로 가치가 있는지에 대한 여부

▶ 토론

[비전통가스의 개발 필요한 것인가? 하지 말아야 하는 것인가?]

20

A ET

정리 및 평가

셰일가스 채취에 관한 몇가지 관점 안내 5

셰일가스에 대해 알아보아요

학습주제 차시별 교수

9 학습과정 6차시

(31)

30

1. 셰일가스란?

진흙이 수평으로 퇴적하여 굳어진 암석층(혈암, shale)에 함유된 천연 가스이다. 넓은 지역에 걸쳐 연속적인 형태로 분포되어 있고 추출이 어렵다는 기술적 문제를 안고 있었으나, 1998년 그리스계 미국인 채굴업자 조 지 미첼이 프래킹(fracking, 수압파쇄) 공법을 통해 상용화에 성공했다

셰일가스는 메탄 80%, 에탄 5%, 콘덴세이트(프로판, 부탄) 10%로 구성돼 난방연료와 석유화학 원료로 쓸 수 있으며 이를 액화해 LNG처럼 사용도 가능하다.

2. 셰일가스 개발 확대 계기

미국에서는 이미 1800년대부터 셰일가스 개발이 이루어졌지만 생산성이 낮아 전반적으로 미미한 수준에 그침. 1990년대부터 미국 바넷 지구에서 중소 규모의 독립 에너지기업을 중심으로 본격적인 셰일가스 개발이 시작.

2000년대 들어 미국 전역으로 번지고 있는 셰일가스 개발은 이들 업체의 기술 축적과 더불어 최근 이룩한 혁신적 시추 기술인 수평정시추기술과 수압파쇄기법의 동시적용 덕분에 가능해짐.

<셰일가스 개발 개요>

(32)

31 6차시

3. 셰일가스 시추기술

- 수평정시추기술: 지표에서 수직 방향으로 시추해 들어가 특정 깊이부터 진입각도를 꺾어 가스 저장층에 진입한 후 저장층과 수평을 유지하며 파이프 연장해 시추하는 기술.

<수평정시추기술>

- 수압파쇄법: 시추파이프 주위에 열린 구멍을 통해 높은 수압으로 물, 모래, 일부 화학 물질을 혼합한 유체 를 주위 암석에 분사해 1시간 정도에 걸쳐 균열을 생성하는 방법으로 이러한 균열에 침투한 모래와 화학물질 이 가스 저장층의 균열 상태를 유지함으로써, 천연가스의 흐름을 원활하게 만드는 것.

이 두 가지 기술이 연계되면서 수평시추정이 급격히 확대되어 셰일가스 생산량도 폭발적으로 증가.

<미국 바넷셰일지구의 가스정 숫자 및 가스 생산량>

기술 발전으로 인해 파이프 길이를 대폭으로 연장시킬 수 있게 되었고 파이프가 연장되면서 하나의 시추 파 이프 당 4~15개 지점에서 가스를 포집할 수 있게 됨.

(33)

32

이에 따라 과거 12% 정도였던 회수율이 50%까지 상승했으며, 백만 Btu(천연가스 계량단위로 1Btu는 100 만파운드의 물을 화씨 1도 올리는 데 필요한 열량을 의미) 당 채굴 비용이 과거 수십달러에서 3달러까지 떨어 짐

수평시추에 의한 셰일가스의 생산량이 수직시추에 의한 전통가스보다 생산량은 평균 3.2배 정도 많고, 생 산비는 2배 많은 것으로 알려짐 (셰일가스의 단위당 생산비용이 전통가스의 62%까지 하락)

수평시추가 90% 가량 진행된 곳에서는 셰일가스 생산량이 전통가스보다 4배나 많고, 생산비는 1.8배에 불 과해 단위당 생산비가 수직시추의 45%까지 하락

2009년 말 엑슨 모빌이 XTO사를 410억 달러에 인수해 대기업 진출이 이루어지면서 일거에 상업화가 진척

<셰일가스 비중은 2010 년 23%에서 2030 년 49%까지 확대될 전망>

(34)

33 6차시

4. 셰일가스 개발확대와 관련된 이슈

l) 환경오염 가능성

환경단체에서는 셰일가스 개발로 인하여 셰일가스가 지하수층으로 스며들어 식수오염의 사건이 발생하고 있다는 주장.

가스회사에서는 일부 주민들에게 오염사실을 외부에게 알리지 않는다는 조건으로 보상금과 이주비를 지급.

학자들간에도 셰일가스의 환경오염 여부에 대해서 의견이 분분.

주민들은 수혜를 받는 측과 피해를 입는 측에 따라 역시 의견이 갈라지고 있음.

수압파쇄기법을 통해 분사하는 유체는 대부분 물과 모래이지만, 약 0.5% 정도 화합물질을 혼합

이 유체를 회수해 처리하는 과정에서 화학물질이 지하수가 흐르는 대수 층이나 식수원으로 사용되는 지표수에 유입될 경우 문제가 됨

지하에서 시추파이프에 문제가 발생할 경우 지표수와 지하수에 모두 영 향을 미칠 가능성이 있음.

그러나, 가스 저장층이 지하수가 흐르는 대수층보다 깊게 위치하는 경우 가 대부분이고, 서로 다른 특성을 지닌 지층으로 유체가 들어가는 어렵기 때문에 오염가능성은 실질적으로 적음

2) 수익성 문제

뉴욕타임즈에서는 셰일가스정은 매우 빨리 고갈되고, 실제로는 수익성이 없음에도 불구하고 업계에서 투자 자들을 끌어들이기 위해 이를 속이고 있으며 같은 이유로 계속 개발을 확대하고 있음을 보도.

(개발을 중지하면 주가는 폭락하고 투자는 끊기기 때문)

엑슨모빌도 개발경쟁에 따른 급격한 셰일가스 가격 폭락으로 셰일가스 개발에서 큰 손실을 보았음.

3) 토지훼손 문제

미국 바넷지구의 경우, 평방킬로미터 당 2~32억㎥의 셰일가스가 분포하는데, 20% 정도의 회수율을 가정 하면 0.4~6.4억㎥의 천연가스를 채굴할 수 있다는 결론이 나온다. 그런데 세계에서 가장 큰 전통가스전에서 는 같은 면적에서 평균 20억㎥의 천연가스를 생산할 수 있어 셰일가스는 상대적으로 채굴량이 적기 때문에 과도하게 토지를 사용하게 됨.

이러한 문제점은 수평정시추기술을 활용하기 시작하면서 많은 부분이 해결될 것으로 보임. 2004년까지만 해도 셰일가스 개발을 위해 수직 시추를 하는 경우가 많아 비교적 밀집된 지역에서 시추공을 뚫을 수 밖에 없 었으나 수평 시추를 시작하면서 똑같은 면적의 지역을 개발하더라도 훨씬 적은 시추공이 필요하게 되었고, 최

<식수 사용시 문제점>

(35)

34

근에는 하나의 시추 지점에서 다수의 시추 파이프를 사용해 토지 훼손을 줄이며 더 많은 셰일가스를 채굴하 는 곳도 생기기 시작함.

4) 수자원 부족 문제

셰일가스 개발을 위해 혈암층을 파쇄하기 위해서 는 대량의 물이 필요. 셰일가스 개발에 성공한 셰 일가스전에서 시추와 수압파쇄에 필요한 물은 미 국 바넷지구의 경우 약 1,000만 리터, 마셀러스 (Marcellus)지구의 경우 약 1,900만 리터가 필요 했음.

그러나 에너지 산업이라는 더 큰 관점에서 접근한 다면, 다른 에너지 자원보다 셰일가스가 수자원을 더 효율적으로 활용할 수 있음을 홍보할 수도 있을 것

<1MWh의 전력을 발전하기 위해 필요한 에너지원 개발에 투입되는 수자원 규모>

5) 인프라 측면

미국의 경우, 오래 전부터 내륙 석유 개발을 해왔고 셰일가스 개발 역사도 상대적으로 긴 편이기 때문에, 관련 인력 및 설비가 충분한 편임.

또한, 전통적으로 천연가스의 활용도가 높아 가스 파이프라인 네트워크와 저장 탱크도 발달. 그러나 셰일가 스 개발에 대해 높은 관심을 보이고 있는 유럽이나 중국 등에서는 이러한 개발 인프라가 상대적으로 열악

굴착 장비만 해도 미국에는 2,000여 개가 산재되어있으나, 유럽은 50개 남짓 정도인 것으로 파악

IEA(국제에너지기구)에 따르면, 2008년 말 현재 셰일가스의 원시 매장량은 전통가스의 궁극 가채 매장량 471조㎥에 육박하는 456조㎥. 물론 실제 회수율을 감안하면 이보다 떨어지겠지만 잠재력만으로도 충분히 의 미가 있는 수치. 실제로 이제 막 주목 받는 자원으로 향후 광범위한 지질 조사가 이루어질 경우 추가로 발견될 부분이 클 것으로 평가.

(36)

35 6차시

학생용 자료

대 상 고1-3 차시 6

고등학교 학년 반 번 이름 :

1. 셰일가스 개발이 왜 필요할까요? 그 이유를 적어보세요.

2. 셰일가스에 대한 사회적 이슈에 대해 생각해보아요.

셰일가스에 대한 영상을 보고 이슈별 느낀점을 적어보세요.

•환경보호 :

•경제적가치 :

(37)

36

대 상 고1-3 차시 7차시 융합요소 S T E M

학습목표 • 셰일가스 채취 기술에 대해 이해할 수 있다.

• 실험에 사용되는 재료의 특성을 파악할 수 있다.

학습자료 • 교사: PPT, 활동지

• 학생: 필기도구

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 셰일가스 채취에 관한 영상 시청한다.

8

▶영상자료

전 개

▶ 셰일가스 채취 기술에 대해 소개

▶ 과거와 현재 사용되고 있는 기술에 대해 비교 분석 12 T E Co

▶ PPT

[활동1]

▶ 대체제를 이용한 실험에 대해 안내하고 실험을 준비한다. 7 CD ▶ PPT [활동2]

▶ 실험에 사용되는 재료를 제공하여 재료의 특성을 파악하고 재료의 용도에 대해 고민해보도록 한다.

소다와 식초는 어떻게 혼합하고 어떤 비율이 좋을까?

(예 : 소다 10g과 식초 10ml를 혼합했을 때 발생하는 가스 양은?)

15

S M ET

▶PPT

✽적정량의 재료를 주어 재료가 낭비되지 않도록 주의

정리 및 평가

▶ 재료의 특성과 용도에 대한 보고서를 정리하도록 한다. 8

(38)

37 7차시

학생용 자료

대 상 고1-3 차시 7

고등학교 학년 반 번 이름 :

1. 셰일가스 채취 기술에 대해 비교 분석해 보아요.

1-1. 과거 사용되었던 기술의 문제점

1-2. 현재 사용되고 있는 기술의 장점

2. 대체제를 이용하여 셰일가스 채취와 비슷한 환경을 만들어볼까요?

2-1. 반응을 통해 가스를 만들어 낼 수 있는 대체제는 어떤것들이 있을까요?

2-2. 지층구조를 대체할 수 있는 것에는 어떤 것들이 있을까요?

수직시추기술<과거> 수평정시추기술<현재>

vs

(39)

38

3. 실험에 이용되는 대체제의 특성을 알아봅시다.

3-1. 지층에 쓰이는 대체제의 특성은?

3-2. 셰일가스층에 쓰이는 대체제의 특성은?

3-3. 셰일가스층에 쓰이는 대체제를 반응시켜 보고 결과를 정리해봅시다.

4. 주어진 환경내에서 보다 많은 가스를 포집할 수 있는 방법을 고민해봅시다.

(40)

39

대 상 고1-3 차시 8~10차시 융합요소 S T E M

학습목표 • 셰일가스 채취 모형을 설계하고 제작할 수 있다.

• 채취 모형 설계 및 제작을 통해 효과적인 셰일가스 포집 방법을 이해할 수 있다.

학습자료

• 교사: PPT, 활동지

• 학생: 필기도구, 채취 모형 제작도구(밀폐용기, 모래, 자갈, 소다, 식초, 밸브, 주사기, 호스, 포집비닐)

단계 교 수·학 습 활 동 시간 요소 및 준거 자료(▶) 및 유의점(✽)

도 입

▶ 출석확인

▶ 본 차시의 전체적인 진행을 제시한다.

▶ 4인 1조로 모둠별 역할을 확인시킨다.

5

전 개

[활동1]

▶ 실험을 위한 기본 셋팅

본격적인 실험을 위한 지층의 형태를 만드는 기본 셋팅을 지 도교사의 지시에 따라 오도록 지도한다.

15

T E M Co CD

[활동2]

▶ [셰일가스 채취 모형 설계]기본 셋팅에 최고의 상태로 가스를 채취할 수 있는 채취 모형을 설계하고 설계서를 작성한다.

30

T E CD

[활동3]

▶ 실제 실험에 대한 안내

▶ 설계서를 바탕으로 실제 실험 준비

▶ 한 조씩 차례로 나와서 식초 주입

▶ 포집된 가스에 대한 결과값을 바탕으로 발표자료 준비(발표 지에 큰 글씨로 작성)

5 20 10 15

S T E M

ET

[활동4]

▶ 조별 실험 결과에 대한 발표 및 상호 토론 [발표:3분, 상호 토론 1분 30초]

▶ 각각의 실험에 대한 장단점 및 결과 해석

40

ET

정리 및 평가

▶ 모둠별 실험 결과 발표 및 토론에 대한 정리를 통해 비전통 에 너지의 필요성과 가장 효과적인 가스의 포집 방법을 찾을 수 있도록 한다.

10

셰일가스 모형을 제작하고 실험해보아요.

학습주제 차시별 교수

9 학습과정 대체제를 이용하여 8-10차시

(41)

40

고등학교 학년 반 번 이름 :

1. 실험을 위한 기본 셋팅

2. 최고의 상태로 가스를 채취할 수 있는 모형을 설계해봅시다.

2-1. 시추관을 적게 뚫어 많은 가스를 포집할 수 있는 방법에는 어떤 방법이 있을까요?

2-2. 어떻게 주입해야 많은 가스를 포집할 수 있을까요?

















(42)

41 8-10차시

3. 실제 모형을 설계해봅시다.

<모형 스케치>

<세부 설명>

(43)

42

4. 실험 결과를 정리해봅시다.

1) 발생된 가스의 포집량

2) 시추관의 갯수

3) 소요비용= 1) / 2)

4) 실험 결과에 대한 장 단점

장점 단점

5) 실험 후 느낀점

(44)

사진 및 동영상 출처 1. 전통가스, 비전통가스 사진

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kimglobal&logNo=10141638790 2. 호모 오일리쿠스

KBS 한국방송대상 수상작 3. 21세기 골드러쉬, 셰일가스 KBS 스페셜

4. 가스하이드레이트 소개 뉴스 youtube.com, KTV youtube.com, 한국경제 5. 가스하이드레이트 사진

http://www.dokdocenter.org/dokdo_news/print_paper.cgi?action=print_paper&number=7783

&title=%C7%C1%B8%B0%C6%AE 6. 셰일가스 사진

http://www.korea.kr/policy/economyView.do?newsId=148739551 7. 미국 바넷 셰일지구의 가스정 숫자

http://blog.daum.net/ssa2010/87 8. 국제 유가의 추이

datastream, 동양종합금융증권 리서치센터 9. 신문기사

http://eng.ajunews.com/view.jsp?newsId=20120821000396 10. 신문기사

http://mt.co.kr/new/view.html?no=2012082013224793560

출 처

(45)

교사 김장환 (대기고등학교) 교사 이광재 (동두천외국어고등학교) 교사 김진우 (경희중학교)

교사 이정훈 (서울대학교사범대학부설중학교) 교사 조용 (구룡중학교)

교사 좌상민 (아라초등학교)

연구원 강태경 (제주대학교 STS연구센터) 연구원 고영해 (제주대학교 교육대학) 연구원 고경리 (제주대학교 교육대학) 연구원 김경환 (제주대학교 STS연구센터) 연구원 김규정 (제주대학교 교육대학) 연구원 안재호 (제주대학교 교육대학) 연구원 함현아 (제주대학교 교육대학)

이 교재는 2012학년도 과학기술진흥기금 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행된 성과물입니다.

The work was supported by Korea Foundation for the Advancement of Science and Crestivity(KOFAC) grant funded by the Korea governmont(MEST).

(46)

전통에너지? 비전통에너지?

융합인재교육(STEAM) 프로그램

9 788997 258208

5 3 5 0 0

ISBN 978-89-97258-20-8 비매품

참조

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