국제 정세로 인한 에너지 공급 불안정이 이어지고 있습니다. 국제 유가 및 천연가스의 가격이 급등하고 이에 따라 하루에도 수십 번씩 에너지 관련 기사가 미디어에 오르내립니다.

• 중동산 두바이(Dubai)유가 전일 대비 배럴 당 1.09 달러 하락했다.
• 미국 내 휘발유 평균 가격은 갤런 당 4.57달러로 최고가를 경신했다.
• 천연가스, 4월 중순 MMbtu 당 8달러대까지 상승 후 7달러 초반대 보여…
• OO중공업에 17만4,000CBM급 LNG운반선 4척을 발주했다.

배럴, 갤런, MMbtu, 그리고 CBM까지. 에너지를 다루는 단위가 천차만별인 것을 알 수 있습니다. 각기 다른 단위 덕에 기사는 물론 에너지 자체를 이해하는데 어려움이 따르기도 합니다. 에너지의 부피와 무게, 나아가 각 에너지원이 지닌 열량을 어떻게 계산하는지 알아보았습니다. 낯선 에너지의 단위를 쉽고 정확하게 이해할 수 있을 것입니다.

에너지원의 부피와 무게

우리 실생활에서 단위는 보통 무엇을 측정할 것인가에 따라 달라집니다. 길이를 잴 때는 미터(m), 인치(in), 피트(ft), 무게를 잴 땐 킬로그램(kg)과 파운드(lb), 부피를 잴 땐 리터(ℓ) 단위를 사용합니다. 마찬가지로 우리가 사용하는 에너지원의 단위도 무엇을 측정할 것인지에 따라 각각 다르게 쓰고 있습니다.

먼저 부피 단위부터 살펴보겠습니다. 에너지원의 부피 측정에는 리터뿐만 아니라 배럴(bbl)과 갤런(gal), 그리고 천연가스용으로 CBM이 많이 사용됩니다.

배럴(barrel, bbl)은 주로 원유의 부피를 측정할 때 사용하는 단위입니다. 원유 시추 초기에 마땅한 운송수단이 없어 ‘배럴’로 불리던 나무로 만든 술통을 활용한 것이 계기가 되었습니다. 약 159리터 정도 되는 용량이라고 하니 우리가 마시는 1.5리터 생수병 106개의 양과 비슷합니다.

갤런도 마찬가지로 원유의 부피를 측정할 때 사용되는 단위입니다. 1배럴은 약 42갤런이며, 1갤런은 약 3.8리터입니다.

CBM은 cubic meter의 약자입니다. 1CBM은 가로, 세로, 높이가 각각 1m인 방을 가득 채운 양이며, 다시 말해 1입방미터(1m3)와 같습니다. 1CBM은 1,000리터에 해당합니다. 1CBM = 6.29배럴 = 264.2갤런 = 1,000리터라고 할 수 있습니다.

그렇다면 무게는 어떨까요?

같은 부피라도 그 안에 무엇이 들어있는지에 따라 무게는 달라집니다. 바로 밀도(비중)의 차이 때문인데요. 밀도가 1인 물은 1,000L = 1,000kg(1톤)입니다.

반면, 원유는 밀도가 약 0.75 ~ 0.95 사이인데요. 원유의 생산지, 온도, 압력 등에 따라 차이가 발생하기 때문입니다. 그래서 밀도를 0.88로 가정하고 무게 = 부피 X 밀도의 공식을 활용하면 1톤에 해당하는 원유의 양은 1,136리터가 됩니다.

액화천연가스(LNG)의 밀도는 0.41 ~ 0.5 사이로, 0.45로 가정했을 때 1톤의 무게에 해당하는 LNG의 양은 2,222L입니다. CBM으로 환산 시 2.222CBM입니다.

자주 쓰는 에너지원의 단위로는 물체가 주거나 받는 열의 양, 즉 에너지의 양을 말하는 열량을 계측하는 단위인 BTU(British Thermal Unit)와 칼로리(cal)도 있습니다.

BTU는 영국의 열량 단위로, 1파운드의 물을 대기압 하에서 60.5℉에서 61.5℉로, 1℉ 올리는데 필요한 열량입니다.

먼저 1파운드는 453.6g입니다. 500mL 페트병에 물을 한입 마시고 남은 양 정도입니다. 그리고 화씨 – 섭씨 변환 공식((℉-32)X5÷9)을 적용하면, 이 한입 마신 500mL 페트병의 온도를 15.83℃에서 16.39℃까지 약 0.56℃ 올리는 열량이 바로 BTU인 것입니다.

칼로리는 좀 더 쉽습니다. 1칼로리(cal)는 1기압에서 물 1g을 14.5℃에서 15.5℃로 1℃ 올리는데 필요한 열량입니다. 1BTU를 계산할 때보다 온도는 0.44℃ 더 올려야 하지만, 물의 무게 차이를 감안하면 1BTU는 1cal보다 단위가 더 큽니다. 1BTU = 약 252cal 정도가 된다고 합니다.

지금까지 에너지원별로 쓰이는 단위들 사이의 관계를 알아봤습니다. 각기 다른 단위로 인해 혼동을 겪을 수 있지만, 그래도 어떤 단위가 얼마나 더 큰지 또는 작은지 대략적인 느낌은 가질 수 있었습니다. 그렇다면 서로 다른 에너지원들을 한방에 비교할 방법은 없을까요?

에너지원 사이의 관계를 파악하는 것은 조금 더 복잡합니다. 각 에너지원이 가진 열량에 차이가 나기 때문입니다. 석유만 하더라도 끓는점에 따라 LPG, 휘발유, 등유, 경유 등으로 분리되며, 부산물들의 열량도 각기 다릅니다.

이러한 상황을 고려하여 나온 것이 바로 TOE(Ton of oil Equivalent)입니다. TOE는 각종 에너지원을 열량을 기준으로 비교하기 위해 다양한 에너지원의 발열량을 석유의 발열량으로 환산한 단위입니다.

1TOE는 석유 1톤을 연소시킬 때의 발열량으로 1,000만kcal(1kcal=1000cal)입니다. 원유, 천연가스, 석탄 등 각 에너지원별 특성을 반영한 단위들을 통합하기 어려우니 석유의 무게(1톤)를 기준으로 삼아 각 에너지원의 열량으로 비교하는 것입니다.

현행 7차 에너지 열량 환산기준에 따르면, LNG는 1.3TOE(13,000,000kcal), 석탄은 국내 무연탄 기준 0.465TOE입니다. 즉, 같은 1톤을 기준으로 뒀을 때, LNG는 원유의 1.3배의 열량을 낼 수 있습니다. 이제 원유 1배럴, 천연가스 1CBM 등 각기 다른 에너지원의 열량을 비교할 수 있게 되었습니다.

먼저, 원유입니다. 앞서 예시와 같이, 원유의 비중을 0.88로 가정했을 때, 1톤에 해당하는 원유의 양은 1,136L로 7.14배럴이 됩니다. 그렇다면 7.14배럴의 열량 = 1,000만kcal이며, 원유 1배럴이 1,400,560kcal의 열량을 가지고 있다는 것을 알 수 있습니다. 갤런도 마찬가지입니다. 1배럴 = 42갤런이기 때문에 원유 1갤런이 33,347kcal의 열량을 보유하였다는 것을 알 수 있습니다.

천연가스는 어떨까요? 마찬가지로 LNG의 밀도를 0.45로 가정했을 때 1톤의 무게에 해당하는 LNG의 양은 2,222L = 2.222CBM이며, LNG 1톤의 열량이 13,000,000kcal라는 것을 앞에서 확인했습니다. 즉, LNG 1톤 = 2.222CBM = 13,000,000kcal이며, LNG 1CBM의 열량은 = 5,850,585kcal라는 결과를 얻을 수 있습니다.

추가로, 이를 BTU로 환산한다면 1BTU = 0.252kcal라는 공식에 의해서 23,216,607BTU가 되는 것입니다. 1BTU의 열량 단위가 작아서 생긴 불편함 때문에, MMbtu라는 단위가 더 많이 쓰이고 있습니다. MMbtu는 million BTU의 약자로, 쉽게 100만 BTU라는 뜻입니다. 다. 즉, LNG 1CBM의 열량은 약 23MMbtu가 되는 것입니다.

지금까지 에너지 관련 기사에 자주 나오는 단위들에 대해 알아보고 각 단위가 어느 정도의 열량을 나타내는 지까지 계산해봤습니다. 물론 원유, LNG 등은 산지, 온도, 압력 등 컨디션에 의해 비중, 열량이 달라지긴 하지만 기본적인 열량 계산의 구조를 이해하는 데 도움이 되었기를 바랍니다.