에너지(E)에 관한 N가지 스토리(S), ENS! 우리의 일상을 함께하는 에너지, 항상 우리 곁에 있지만 잘 몰랐던 에너지에 관한 이야기! 이번 천연가스편을 시작으로 <ENS> 시리즈를 통해 알아두면 쓸모 있고 재미있는 에너지 관련 지식을 SK E&S 미디어룸이 전해드립니다.
1. 천연가스, 너 어디서 왔니?
천연가스의 생성 원인에 대해서는 여러 가지 가설이 있습니다. 그중 천연가스의 근원 물질이 유기물(생물이 만들어 낸 탄소화합물)이라는 유기기원설이 통설로 받아들여지고 있습니다. 바다의 지각변동으로 땅속에 유기물이 묻히고 퇴적물에 의해 산소가 차단되며 오랜 시간 압력과 열로 인해 화학작용이 발생한 결과 천연가스가 만들어졌다는 것입니다.
천연가스는 이처럼 산소가 차단된 곳에서 대량의 동물성 생물이 퇴적돼야 생성될 수 있어, 수심이 얕은 해저 지형인 대륙붕에서 생성될 확률이 높습니다. 공룡 같은 육상생물은 죽었을 때 산소와 미생물이 차단되지 않고 이로 인해 빠르게 분해됩니다. 따라서 원유나 천연가스가 생성되는 조건을 충족하기가 어렵습니다. 현재 사막에서 원유나 천연가스가 발견되기도 하지만, 이는 천연가스가 생성될 시기에 해저 환경이었던 곳들이라고 볼 수 있습니다.
출처 – 한국가스연맹
2. 천연가스 최대 보유국은 러시아, 최대 생산국은 미국!
러시아는 천연가스 최대 보유국입니다. 러시아의 천연가스 매장량 추정치는 47조 8,000억㎥로 조사됐습니다. 그 뒤를 이어 이란 33조 9,800억㎥, 카타르 23조 8,710억㎥, 사우디아라비아 15조 9,100억㎥, 미국 13조 1,670억㎥의 천연가스를 보유한 것으로 추정됩니다.
천연가스 최대 보유국은 러시아이지만, 최대 생산국은 미국입니다. 미국은 셰일가스[1] 개발로 천연가스 생산 규모를 확대해 왔습니다. 미국의 천연가스 생산량은 2022년 기준 9,786억m³로 같은 기간 전 세계 천연가스 생산량의 24.2%를 차지하고 있습니다. 같은 기간 러시아는 6,184억m³를 기록하며 전 세계 생산량 중 15.3% 차지했습니다.
[1] 진흙이 수평으로 퇴적한 암석층인 셰일(Shale)에 함유된 천연가스로 넓은 지역에 걸쳐 분포돼 있는 천연가스, 다른 천연가스는 수직으로 내려가 추출하는 반면 셰일가스는 수평으로 퇴적돼 있어 1900년대에는 활용되지 못했으나 2000년대 들어 본격적으로 개발됨
출처 – 미국 에너지관리청 EIA, 2021년 발표
글로벌 에너지기업 BP ‘세계 에너지 통계 분석 2023′
3. 태양의 신 아폴론 신전의 불빛이 천연가스라고?
천연가스에 대한 역사는 고대 그리스 기록에서도 찾을 수 있습니다. 기원전 1,000년경 한 목동이 잃어버린 양을 찾던 중 파르나소스산 아래에서 꺼지지 않는 불을 발견했고 이를 신비하게 여겨 그 위에 신전을 세웠다는 내용입니다. 이는 땅속에서 뿜어 나오는 천연가스 불빛으로 추정됩니다. 이후 불꽃 주변으로 태양의 신 아폴론 등 다양한 신전이 들어서며 고대 그리스 문화의 중심지인 델포이가 형성됐습니다.
중국에서도 기원전 200년경 천연가스를 사용했다는 기록이 남아있습니다. 땅속에 대나무를 꽂아 천연 소금물을 채취하는 과정에서 천연가스를 발견하고, 여기에서 소금물이 담긴 항아리를 가열해 소금을 생산했다고 합니다.
천연가스가 널리 활용된 것은 한참 뒤의 이야기입니다. 영국에서는 1807년부터 가스등이 활용됐지만 대부분 석탄을 고열로 가열해 만든 합성가스였습니다. 최초로 천연가스를 상업화한 곳은 미국으로, 1824년부터 천연가스를 조명용으로 활용해 주로 도시의 가로등을 밝히는 연료로 사용했습니다. 미국은 이후 세계 2차 대전 이후 1950~60년대에 걸쳐 수천 마일의 배관망을 미국 전역에 구축하며 천연가스 산업이 급속도로 발전하게 됩니다.
4. 우리의 일상과 함께하는 천연가스!
우리나라에서도 천연가스를 주요 에너지원으로 활용하고 있습니다. 천연가스는 난방, 온수, 취사에 사용하는 도시가스의 연료로 사용되며 우리와 일상을 함께하고 있습니다.
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우리나라는 1970년부터 도시가스를 공급하기 시작했는데, 초기에는 석유가스(LPG) 및 나프타부생가스 등이 주로 활용되다가, 1980년대부터 본격적으로 천연가스가 도시가스용으로 사용되기 시작했습니다. 현재는 도시가스의 95% 이상이 천연가스를 사용합니다.
2023년 기준 우리나라의 도시가스 보급률은 84.3%으로 2,014만 가구에서 도시가스를 사용하고 있습니다. SK E&S도 도시가스 자회사를 통해 전국 8개 지역, 약 450만 가구에 도시가스를 제공하고 있습니다. SK E&S는 도시가스 공급지역 확대, 드론 활용 배관 안전점검, 글로벌 수준의 안전관리 시스템 도입 등 안전하고 편리한 도시가스 공급을 위해 노력하고 있습니다.
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5. 천연가스는 공기보다 가볍다?
천연가스가 일상에서 널리 활용될 수 있는 이유 중 하나는 안전성입니다. 천연가스는 공기보다 가볍습니다. 공기는 약 29g/㎤의 밀도를 가지고 있지만 천연가스는 약 16g/㎤의 밀도를 가지므로 누출 시 공기 중으로 날아가 빠르게 흩어집니다.
또한 천연가스는 발화온도가 537°C로 매우 높아 일상에서는 발화 가능성이 작습니다. 천연가스는 본래 무색무취이지만 인위적인 냄새를 내는 부취제를 첨가해 공급됩니다. 소위 ‘가스 냄새’가 나도록 만들어 누출 시에도 빠르게 인지할 수 있게 한 것입니다.
이 같은 장점으로 천연가스는 발전부터 난방, 온수, 취사까지 다양하게 활용되고 있습니다.
6. 영하 162도, 천연가스에는 무슨 일이 생기나?
천연가스를 영하 162°C로 냉각시키면 액체 형태가 됩니다. 이를 액화천연가스, 또는 LNG(Liquefied Natural Gas) 라고 부릅니다. LNG는 기체 형태일 때보다 부피가 600분의 1로 줄어들어 운반과 저장이 용이하다는 장점이 있습니다.
천연가스를 수송하는 방법으로는 파이프를 활용하는 방식(PNG)과 액화하여(LNG) 차량 또는 선박으로 운송하는 방식이 있습니다. 우리나라는 LNG 형태로 천연가스를 들여옵니다. LNG 수송 시에는 낮은 온도를 유지해야 하므로 전용 탱크를 갖춘 LNG선으로 천연가스를 국내로 수송한 후, 터미널에서 기화 과정을 거쳐 파이프를 통해 수요지로 공급합니다.
대한민국의 에너지 안보를 지키는 ‘보령LNG터미널’(바로가기)
LNG와 이름이 비슷한 LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 석유의 채굴·정제 과정에서 나오는 탄화수소가스를 냉각한 것입니다. 프로페인(C3H6)과 뷰테인(C4H10) 등이 주성분으로 천연가스와는 다릅니다.
7. 천연가스가 에너지 전환 시대의 핵심 연료인 이유는?
전 세계가 기후위기 대응에 나서며 천연가스가 탄소중립으로 가는 브릿지(bridge) 연료로 부상하고 있습니다. 영국의 에너지 기업 쉘(Shell)은 ‘2024 LNG 전망 보고서’를 통해 전 세계가 에너지원 전환 추세에 있다고 설명했습니다. 이 과정에서 LNG가 대체 연료로 사용되며 연간 LNG 수요가 2040년까지 2023년보다 50% 이상 증가할 것으로 전망했습니다.
천연가스의 장점 중 하나는 석탄보다 온실가스 배출량이 적다는 점입니다. 석탄의 온실가스배출계수(CO₂톤/MWh)[2]가 0.8362인 반면, 천연가스의 온실가스 배출계수는 0.3779로 석탄의 절반 수준입니다.
[2]배출계수란 당해 배출시설의 단위 연료 사용량, 단위 제품 생산량, 단위 원료 사용량, 단위 폐기물 소각량 또는 처리량 등 단위 활동자료 당 발생하는 온실가스 배출량을 나타내는 계수(係數)를 의미
출처 – 10차 전력수급기본계획 적용 온실가스 평균계수
또한 탄소포집·활용·저장(CCUS) 기술을 접목하면 천연가스 생산, 활용 시 배출되는 탄소를 더욱줄일 수 있습니다. 천연가스가 탄소중립시대에 에너지 전환 과정에서 현실적인 대안으로 꼽히는 이유입니다.
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발전량을 빠르게 통제할 수 있는 유연성 전원이라는 점도 천연가스의 강점입니다. 원전과 재생에너지 등이 전력수요 변화에 발전량을 즉각적으로 조절하기 어려운 경직성 전원인 반면, 천연가스는 상대적으로 출력 조절이 쉬워 유연성 전원으로 분류됩니다. 이에 따라 천연가스는 필요에 따라 즉각적, 효과적으로 발전량 조절이 가능하고, 탄소중립으로 가는 에너지 전환 과정에서 재생에너지의 변동성과 문제를 보완할 수 있습니다.
SK E&S는 국내 최대 민간 LNG사업자로 천연가스의 개발, 운송, 소비 단계까지의 밸류체인을 구축하고 연간 500만 톤 이상의 LNG를 직도입하는 등 LNG를 안정적으로 공급하며 우리나라의 에너지 안보에 기여하고 있습니다.
아울러 현재 개발 중인 호주 바로사 가스전에서 탄소포집·저장(CCS) 기술을 적용해 저탄소 LNG를 생산할 계획으로 지속가능하고 친환경적인 에너지 공급을 위해 힘쓰고 있습니다.
에너지(E)에 관한 N가지 스토리(S), 천연가스편! 천연가스에 대한 유용한 정보들을 알아가는 시간이 되셨길 바랍니다.
[ENS] E너지에 관한 N가지 S토리 #2, 전기편(바로가기)
[ENS] E너지에 관한 N가지 S토리 #3, 태양광편(바로가기)
