모래에 석유가 들어있다? 오일샌드

석유자원의 한정성에 대한 끊임없는 논란이 야기되면서 대체에너지에 대한 관심이 점점 높아지고 있는 추세인데요. 뿐만 아니라 미래세대를 위한 환경보전 문제도 함께 이슈화 되면서 다양한 에너지원을 발굴하고자 하는 세계적인 움직임이 계속되고 있습니다. 특히 발굴 가능성은 있지만 부족한 전문기술로 인해 그 동안 활용되지 못했던 비전통 석유 에너지 개발이 더욱 활발해지고 있는데요. 그 중에서도 어마어마한 매장량으로 전통적 화석연료를 대체할 것으로 전망되고 있는 오일샌드에 대해 자세히 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 

<이미지 출처: 그린피스 캐나다>

1. 오일샌드(Oil Sand)란? 

오일샌드는 액체상태의 원유가 매장되어 있는 일반 유전과 다르게 석유가 돌이나 모래에 달라붙어 있는 유전을 의미하는데요. 지하에서 생성된 석유가 지표면 근처까지 올라오면서 수분은 증발되고 원유 성분만 모래에 굳는 원리입니다. 보통 2t의 오일샌드에서 1배럴 정도의 원유를 생산할 수 있으며 오일샌드에는 비튜멘(bitumen), 모래, 물, 점토가 혼합되어 있는데요. 이 중 비튜멘은 검은색의 끈적끈적한 점성질 중질유로 오일샌드에 약 5~15%정도 포함되어 있으며 오일샌드가 연료로서 가치를 갖게 해주는 핵심 성분입니다. 

<이미지 출처: uncoverenergy 홈페이지>

오일샌드에서 석유를 채굴하기 위해서는 흙에서 원유를 추출하고 정제할 수 있는 별도의 기술이 필요한데요. 자연 상태의 비튜멘은 특유의 점성질로 인해 송유관을 통과할 수가 없어 열을 가하거나 희석제와 혼합해 점성도와 비중을 낮춰야만 수송이 가능하여 생산 과정이 훨씬 까다로운 편입니다. 이러한 이유로 기존의 전통적 석유와 달리 개발 및 생산 비용이 비싸 오일샌드는 지금까지 연료로 상용화되지 못하고 방치되어 있었는데요. 

하지만 1973년 제 1차 오일쇼크 및 2000년대 유가 상승에 영향을 받아 석유를 대체할 새로운 자원으로 주목 받기 시작했습니다. 특히 2000년 이후 대규모 분리 기술이 활발하게 도입되면서 오일샌드에 대한 각국의 개발 및 투자가 눈에 띄게 증가하는 계기가 되었습니다. . 

2. 비전통 석유로서 오일샌드 및 분포지역  

우리가 기존에 알고 있는 액체 상태의 석유 외에 새로운 기술을 적용하여 생산되는 석유를 비전통 석유로 분류하는데요. 오일샌드를 비롯해 셰일오일, 초중질유, 가스액화연료, 석탄액화연료 등이 비전통 석유에 포함됩니다.

<비전통 석유의 종류>

1) 오일샌드 (Oil Sand)

중질유가 10% 이상 함유되어 있는 모래 또는 사암.

2) 초중질유 (Extra Heavy Oil)

점성이 강한 원유이며, 물보다 무겁고 발전용 연료로 사용됨.

3) 가스액화연료 (Gas to Liquids) 

천연가스를 물리적, 화학적으로 가공하여 상온에서 사용할 수 있는 액체 상태의 가스 연료.

4) 석탄액화연료 (Coal to Liquids)

석탄의 가스화 및 화학반응을 통해 생산하거나 석탄에서 직접 원유 성분을 추출한 액체 상태의 석탄.

5) 셰일오일 (Shale Oil)

원유 성분 케로겐이 들어있는 퇴적암에서 추출한 연료.

<주요 국가별 오일샌드 매장량-2005년 기준>

국가명	매장량
캐나다	1,736억 배럴
카자흐스탄	420억 배럴
러시아	284억 배럴
나이지리아	6억 배럴
앙골라	5억 배럴

자료 출처: 국제에너지기구(IEA)

오일샌드는 캐나다, 카자흐스탄, 러시아 등에 주로 분포되어 있지만 가장 많은 양의 오일샌드가 매장되어있는 캐나다 알버타 주의 매장량을 오일샌드라고 통칭하는데요. 지금은 오일샌드의 경제성 및 생산성이 높아져 캐나다는 물론 다른 국가들도 본격적인 개발에 착수해 생산량이 크게 증가했습니다. 1990년 기준 오일샌드를 통해 생산되는 원유의 양이 약 40만 배럴이었다면 2010년에는 5배에 달하는 200만 배럴 가량으로 늘어났는데요. 

오일샌드를 포함한 비전통 석유의 매장량은 세계적으로 약 9조 배럴로 추정되고 있으며 이는 지속적으로 증가하고 있는 석유의 수요를 충분히 소화할 수 있는 막대한 양으로 평가되고 있습니다. 게다가 비전통 석유는 석유의 공급 부진 및 매장량의 한계에 따른 단점을 극복할 수 있어 앞으로 대체 에너지원으로서 가치가 더욱 증가할 것으로 점철되고 있는 실정입니다. 

3. 오일샌드 마이닝(채굴)공법 

오일샌드 채굴 공법은 크게 노천채굴과 지하채굴 2가지로 분류되는데요. 오일샌드가 약 75m 이내 지하에 매장되어 있는 경우 노천채굴 방법을 이용하며 더 깊이 매장되어 있을 때는 지하채굴 방법으로 석유를 생산하게 됩니다. 

1) 노천채굴법

① 노천광산에서 오일샌드 채굴

② 파쇄기에 넣어 오일샌드 분쇄

③ 오일샌드와 물을 혼합한 후 파이프를 통해 추출공장으로 이송

④ 분리기에서 물, 거품, 모래로 분리하고 거품 제거

⑤ 솔벤트와 혼합 후 원심 분리기를 이용하여 물과 모래를 제거한 비튜멘으로 원유 생산

노천채굴 방법은 중장비로 채굴한 오일샌드를 분리 장치에 넣어 원유를 생산하는 방식이며 오일샌드를 중장비가 채굴할 수 있을 정도로 지표면 가까이에 노출되어 있을 때 사용하게 됩니다.

2) 지하채굴법 (증기주입) 

① 고압의 증기를 오일샌드 광구로 주입

② 파이프에서 뿜어져 나온 뜨거운 증기가 오일샌드를 희석

③ 오일샌드가 유동화되면서 모래와 분리된 비튜멘을 하단 파이프로 채집

④ 회수장치를 통해 지상으로 비튜멘 운송 

지하채굴 방식은 지하로 주입하는 수증기의 압력을 이용하여 원유를 생산하는 방식인데요. 주로 땅 속 깊이 묻혀있을 때 사용되며 현재 오일샌드 추정 매장량의 약 80%는 지하채굴 방식으로 생산이 가능합니다. 

4. 오일샌드의 전망

비전통 석유는 원유 및 가스 공급 체계를 다양하게 변화시키면서 에너지 시장에 새로운 파장을 불러 일으킬 것으로 전망되고 있는데요. 긍정적인 측면에서 오일샌드는 불안정한 유가가 안정될 수 있도록 돕고 중동과 같은 석유 보유 국가에 대한 에너지 의존도를 낮추는 동시에 그들의 에너지 패권을 견제할 수 있다는 장점이 있습니다. 매장량도 세계가 100년 이상 사용할 수 있는 큰 규모이기 때문에 에너지로서 상용화만 되면 미래 대체에너지 개발을 위한 준비 시간을 얻을 수 있는데요.

하지만 반대로 오일샌드 개발에 대한 부정적인 의견도 존재합니다. 오일샌드에서 추출된 석유를 사용할 경우 일반 석유보다 5~15% 정도 더 많은 온실가스가 발생한다는 단점이 있는데요. 또한 석유 생산을 위해 다량의 에너지와 물이 소모되고 특히 원유 1배럴을 얻기 위해 2~4배럴의 더 많은 물이 사용되어 심각한 수질오염을 일으킬 수 있습니다. 이외에도 화석연료의 대체에너지로 주목을 받아온 신재생에너지 산업에 부정적 변수가 될 수도 있다는 분석이 나오고 있는데요. 앞으로 오일샌드가 화석연료를 대신할 주요 에너지원으로 사용되기 위해서는 환경오염과 관련된 문제를 줄일 수 있는 대책이 반드시 필요할 것으로 보여집니다. 

지금까지 새로운 에너지원으로 각광받고 있는 오일샌드에 대해 알아보았는데요. 오일샌드는 불안정한 유가를 안정시키고 화석연료 고갈 위기를 극복할 수 있는 중요한 에너지원임이 틀림없습니다. 하지만 생산 및 상용화 과정에서 발생하는 기술적 한계 및 비용 문제로 인해 앞으로의 행보가 더욱 견고하게 정비되어야 하는 시점인데요. 이럴 때 일수록 다양한 방면에서 꾸준하고 지속적인 대체 에너지원의 관심과 연구가 촉구되는 바 입니다.