화력
전 세계적으로 각국 발전원에서 큰 비중을 차지하고 있는 화력발전은 우리나라에서도 안정적인 전력수급에 중추적인 역할을 하며 기저발전을 담당해왔다. 하지만 최근 몇 년간 발표되는 에너지 관련 정책들을 보면, 석탄화력은 온실가스 감축을 이유로 전체 발전원에서 차지하는 비중이 점차 줄어드는 추세이다. 여기에 더해 미세먼지 문제까지 심각해지면서 석탄화력은 점차 가동중지를 앞당기거나 온실가스를 덜 발생시키는 가스화력으로 대체하는 등 그 숫자가 줄어들고 있다. 또한 고농도 미세먼지가 발생했을 때 노후 석탄발전소 가동을 제한하는 기준도 대폭 강화됐다.
화력 (2021년 기준) (출처 : 한국전력)
석탄
발전비중 : 34.3%
발전량 : 197,600GWh
액화천연가스(LNG)
발전비중 : 29.2%
발전량 : 168,262GWh
석탄화력은 이미 높은 수준의 발전기술이 개발되어 신뢰성이 높고, 전력 수요의 변화에 빠르게 대처할 수 있으며, 발전하는 데 비교적 지리적 제약이 크지 않아 어디서든 연료만 공급되면 안정적으로 전력을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 에너지 인프라가 부족한 데 비해 경제는 급성장해야 하는 개발도상국에는 매우 요긴한 발전원이다. 그러나 화력발전이 미래에도 주요 에너지원 중 하나로 남아있으려면 온실가스와 대기오염이라는 단점을 해결해야 한다. LNG는 1kwh당 이산화탄소 배출량이 549kg으로, 석탄 991kg, 석유782kg에 비하면 낮은 편이다. 또, 셰일가스 개발에 힘입어 채굴 가능한 LNG의 양이 대폭 늘어나서 공급량이 증가한 덕분에 LNG의 단점으로 꼽히는 가격변동폭이 낮아졌다. 또한 세계적으로 볼 때 천연가스 생산량은 석탄 대비 약 2.5배로 중장기적인 가격안정성을 확보했다.
이 밖에도 다양한 연구개발이 이루어지고 있는데, ‘매연 없는 화력발전’을 위한 다양한 기술이 개발되기도 했다. 화력발전 연료를 태우는 과정에서 발생하는 오염물질은 대부분 작은 입자 형태로 배출되어 탄소를 중심으로 한 분진이나 대기중에서 다른 원소와 반응해 2차 오염물질을 생성하는 화합물이 대표적인데, 이들은 크기가 매우 작아 걸러내기가 어렵지만 강한 전극에 통과시키면 전기적 성질을 띠게 할 수 있다. 이러한 성질을 이용해 전기장에 통과시켜서 마치 자석으로 철가루를 골라내듯 정전기적 성질을 지닌 오염물질만 모아주는 청정화 장비가 전기집진기다. 전기집진기는 석탄보일러에서 발생하는 분진을 강한 전극에 통과시켜 전기적 성질을 띤 이온으로 만들고, 이를 집진전극에서 흡착해 깨끗한 공기만 내보낸다.
또한, 이산화탄소를 굴뚝으로 배출되기 전에 액체 또는 고체 상태로 만들어 저장하는 CCS(Carbon dioxide Capture and Storage, 이산화탄소포집 및 저장)기술이 있다. 이 기술을 이용하면 이산화탄소와 아황산가스를 다른 배출가스와 분리해서 여과한 후, 지층에 안전하게 보관할 수 있으며, 화석연료와 함께 지각 속에 잠들어 있던 탄소를 대기 중에 방출되기 전에 붙잡아 다시 지층 속으로 돌려보내는 방법이다 이 밖에도 석탄가스화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)은 고온·고압 상태에서 석탄을 기체화하여 합성가스를 만들고 이를 연료로 가스터빈을 돌리는 시스템이다. IGCC기술은 기존 석탄화력에 비해 발전 효율이 높고 유해물질 배출량이 적다.
지난 2022년 2월 발발한 러시아-우크라이나 전쟁 여파로, 국제 에너지 가격은 한때 천정부지로 치솟았습니다. 탄소중립을 선언했던 유럽(EU)은 석탄 발전소를 가동하는 등 에너지에 의존하는 불안한 모습을 드러내기도 했는데요. 전 세계적으로 에너지 안보 불안의 장기화에 따라, 비교적 저렴한 비용으로 생산되었던 ‘셰일가스(Shale Gas)’가 새로운 에너지 혁명을 다시 가져올지 주목되고 있습니다.
셰일가스란 무엇이며 어떻게 생산할까?
셰일가스는 63㎛보다 크기가 작은 미세한 입자로 이루어진 셰일(Shale)이라는 퇴적암 속에 부존된 기체상태의 탄화수소를 말합니다. 입자 사이로 유체가 통과하기 어려워, 일반적인 석유나 천연가스보다는 채굴이 더 어렵습니다. 셰일가스를 채굴을 위해서는 수직 시추(vertical drilling) 하는 기존의 방식에, 수평으로 셰일을 파쇄 해서 들어가는 수압파쇄법(horizontal drilling)을 진행하게 됩니다.
셰일가스는 수직시추법에 수압파쇄법을 접목하면서 비로소 채산성을 갖추게 되었습니다. 그리고 2000년대 초, 셰일가스는 미국을 중심으로 활발하게 생산되면서 당시 ‘셰일혁명’을 이끌었습니다. 셰일가스 덕에 미국은 전 세계 최대 산유국이 되기도 했죠. 하지만 생산원가가 2014년 기준으로도 약 80달러대 수준으로, 국제유가가 낮아질 때마다 적자를 면치 못했는데요. 이러한 약점을 이용하여 OPEC(석유수출국기구)이 원유 생산량을 확대하는 치킨게임*을 감행했습니다. 국제유가는 2014년 말부터 폭락세를 면치 못했고, 이후 저유가 기조가 장기화되면서 셰일가스는 에너지 시장에서 경쟁력을 잃게 되었답니다. 미국의 주요 셰일가스 생산업체들은 적자를 지속하였고 줄도산을 면치 못하는 지경에까지 이르렀습니다.
*치킨게임 : 어떤 문제를 둘러싸고 대립하는 상태에서 서로 양보하지 않다가 극한으로 치닫는 상황. 1950년대에 미국 젊은이들 사이에서 유행한 자동차 게임의 이름에서 유래하였다.
셰일가스, 미국을 중심으로 지속적 생산
하지만 오늘날에는 경쟁력을 다소 확보하면서 셰일가스는 여전히 생산되고 있습니다. 2023년 말, 화학기업 엑손모빌은 셰일가스 생산기업인 ‘파이니어 네츄럴 리소시스’를 600억 달러에 인수했습니다. 이는 20년 만에 이루어지는 미국 최대 규모의 석유 및 가스 회사를 인수합병한 사례입니다. 엑손모빌은 프랙킹 기술을 개선하여, 셰일가스와 셰일오일 생산을 확대해 나갈 것으로 보입니다. 채굴 기술의 발달로 오늘날 셰일가스 생산 원가는 배럴당 40달러대까지 떨어진 것으로 알려집니다. 그만큼 과거에 비해 경제성이 높아졌다고 할 수 있습니다.
셰일가스는 석탄보다 더 저렴하면서도 클린한 에너지로 알려져 얼핏 보면, 셰일가스의 생산이 탄소중립에 대응하기 위한 것으로 보일 수 있습니다. 하지만, 셰일가스를 채굴하는 수압파쇄법은 석유를 채굴하는 전통적인 방식보다 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 채굴 과정에서 많은 온실가스를 배출할 수 있습니다. 또한 수압파쇄법은 화학물질을 섞은 모래 알갱이들과 많은 양의 물을 셰일 저류암 속으로 대량 주입하는데, 이는 지하수를 비롯한 토양 환경에 오염 문제를 야기하기도 합니다.
셰일가스 증산은 결국 화석연료의 생산을 줄이기는커녕, 오히려 더욱 늘리게 되는 결과를 초래할지도 모릅니다. 이러한 점들로 미루어보아, 셰일가스 생산 확대는 전 세계적으로 추진되고 있는 탄소중립과 환경보호에 반대되는 행보라고 할 수 있습니다. 탄소중립을 실현하고 환경오염을 막기 위해서는 저렴한 셰일가스에 의존하는 것을 줄여나가고, 탄소중립과 가까운 에너지를 중심으로 에너지 위기에 대처해야 할 것입니다.
글 : 과학저널리스트 정현섭
<참고자료>
[Nature climate change(News&Views)] “Shale gas revolution could paralyse the energy transition”
https://academic.naver.com/article.naver?doc_id=988077743
[가스신문] 시론, 뜨거워지는 미국의 셰일혁명
http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=113783
네이버 국어사전 [치킨게임]
https://ko.dict.naver.com/#/entry/koko/9d5e545c73244bb58b2d71cd34a82853
출처 
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