미래의 대체 에너지원 가스 하이드레이트란?

2007년 동해에 가스 하이드레이트가 매장되어 있다는 사실이 알려진 후 가스 하이드레이트는 우리나라의 차세대 미래 에너지원으로 주목 받기 시작했습니다. 우리나라를 비롯해 세계에서 발견되고 있는 가스 하이드레이트는 특정 지역에 한정되어 있지 않고 부존량이 일반 화석 연료보다 2배 이상 된다는 장점을 가지고 있는데요. 앞으로 다가올 에너지 부족 문제를 해결해 줄 차세대 에너지원인 가스 하이드레이트에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

이미지 출처: maritime-executive

1. 가스 하이드레이트란?

가스 하이드레이트는 0℃ 26기압, 10℃ 76기압 등 해저의 저온, 고압 상태에서 천연가스가 물 분자와 결합하여 형성된 고체 에너지인데요. 3차원 격자 구조를 가지고 있으며 격자 내 빈 공간에 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 등의 작은 가스 분자가 포집 되어 있습니다. 그 중 메탄이 90%를 차지하고 있어 메탄 하이드레이트라 불리며 불을 붙였을 때 불꽃이 발생하기 때문에 불타는 얼음으로도 알려져 있는데요. 고체 상태에서 온도 및 압력 조건이 변화하면 가스화되거나 분출됩니다.

자연계에 존재하는 가스 하이드레이트는 크게 두 가지 종류로 나뉘는데요. 첫 번째는 생물기원 가스 하이드레이트로 심해저 퇴적층에서 유기물이 분해될 때 생성되는 가스가 물과 반응하여 생성된 것으로 대부분 메탄으로 구성됩니다. 두 번째는 열기원 가스 하이드레이트로 심해저 근원암에 포함된 유기물, 석탄 및 석유가 오랫동안 열 분해 작용을 거치면서 만들어 지는데요. 해저 퇴적층에 매장되어 있는 가스 하이드레이트는 대부분 생물기원 가스 하이드레이트에 해당합니다.

2. 가스 하이드레이트의 장점

1) 고밀도 에너지

가스 하이드레이트의 경우 1㎥의 가스 하이드레이트가 *해리되면 172㎥의 가스를 생산하기 때문에 고밀도 에너지로 평가되고 있는데요. 전 세계 가스 하이드레이트의 추정 매장량은 약 10조 톤으로 화석에너지의 2배에 달하는 양이 매장되어 있습니다.

*해리 : 분자나 원자 또는 이온 등으로 화합물이 나뉘어지는 현상

2) 전 세계적 분포

가스 하이드레이트는 석유와 천연가스 등의 기존 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적어 전 세계 해양에 광범위하게 분포되어 있는데요. 우리나라의 지리적 특성상 삼면이 바다와 닿아있고 동해에서 가스 하이드레이트가 발견되었다는 점을 고려하면 가스 하이드레이트는 우리나라의 에너지 의존도를 낮춰 줄 수 있는 차세대 에너지원입니다.

3) 친환경적 에너지

가스 하이드레이트에 들어있는 메탄은 연소 시 기존 화석 에너지 보다 이산화탄소를 적게 배출한다는 장점이 있습니다. 지구온난화와 기후변화로 인해 환경의 중요성이 부각되고 있는 지금 가스 하이드레이트는 친환경적 에너지이자 대체에너지로 앞으로 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예측되고 있습니다.

4) 천연가스 탐사 지원

고체 에너지인 가스 하이드레이트는 투수율이 낮아 밑에 부존 되어 있는 천연가스의 방출을 막는 역할을 하는데요. 천연가스 탐사 과정에서 가스 하이드레이트를 발견하면 가스 하이드레이트 밑에 천연가스가 함께 매장되어 있을 가능성이 높습니다.

3. 가스 하이드레이트 개발 동향

1) 우리나라

우리나라 동해는 평균수심이 약 1,350 m, 최대수심은 약 3,700 m로 수심이 깊은 해양 퇴적분지에 속하고 있습니다. 동해에서 발달된 퇴적분지는 한국대지, 오키뱅크, 야마또릿지 등의 지형적 고지대와 일본분지, 야마또분지, 울릉분지 등의 해양퇴적분지로 구분되는데요. 이 중 울릉분지의 서쪽이 바로 가스 하이드레이트 연구지역입니다. 한국 가스 하이드레이트 개발사업단이 발표한 자료에 따르면 울릉분지 아래에만 전 국민이 약 18년간 사용할 수 있는 규모의 가스 하이드레이트가 매장되어 있을 것으로 추정하고 있는데요.

하지만 가스하이드레이트를 시추하게 되면 해저지형이 무너져 폭발할 수 있다는 탐사 결과가 나오면서 가스 하이드레이트 자원화에 차질이 생기기 시작했습니다. 이에 따라 현재 자원 활용 계획은 무산되었지만 동해에 부존자원이 확인된 만큼 가스 하이드레이트 생산기술과 관련 연구개발은 지속될 것으로 전망되고 있습니다.

2) 해외 

가스 하이드레이트는 우리나라 외에 일본 난카이 해역과 미국 알래스카, 인도, 중국 등 각지에서 생산을 시도하고 있는데요. 일본 난카이 해역에 가스 하이드레이트가 매장 되어있는 것으로 추정된 이후 일본은 가스 하이드레이트 천연가스 시험 생산을 시작했습니다. 이를 발판 삼아 2018년에는 가스 하이드레이트 상용화 기술을 개발하고, 2029년 이전에 상업 생산까지 시작할 계획인데요. 미국의 경우 알래스카와 멕시코 만에서 시험 채굴에 주력하고 있으며, 알래스카는 드릴 시추만으로도 가스 하이드레이트 생산이 가능해 큰 기대를 받고 있습니다.

4. 가스 하이드레이트의 과제

가스 하이드레이트는 미래 에너지원으로 각광받고 있으나 개발 단계에서 문제점을 가지고 있습니다. 해수면 및 지각 변동, 온도 상승 등 변화가 발생하면 심해저 퇴적층 구조에 따라 지반침하, 해저붕락 등의 문제가 일어날 수 있는데요. 이는 가스 하이드레이트가 폭발되는 큰 사고로 이어질 수 있을 뿐만 아니라 광케이블, 구조물 등에 손상을 줄 수 있습니다.

이러한 문제점에도 불구하고 가스 하이드레이트는 에너지 고갈 문제를 해결해줄 차세대 에너지원임은 자명한 사실인데요. 앞으로 가스 하이드레이트를 에너지로서 상용화하기 위해서는 안전하게 시추할 수 있는 생산 기술 개발이 가장 시급한 시점입니다. 또 가스 하이드레이트의 중요성을 널리 알려 연구개발이 지속적으로 이루어질 수 있도록 학계와 정부의 관심 및 대책마련이 필요할 듯 합니다. 

가스 하이드레이트는 우리나라의 미래 에너지원으로서 무궁무진한 가능성을 가지고 있음에도 이용할 수 없는 것이 현실입니다. 자원개발사업은 사업 특성상 장기적으로 진행되기 때문에 단기적인 성과를 내기 어렵고 투자비 회수가 오래 걸리는데요. 자원개발은 국가 에너지 안보와 직결되는 만큼 당장 수익성이 떨어지더라도 계속적으로 사업이 운영될 수 있도록 가스 하이드레이트에 대한 큰 관심이 필요한 시점입니다.