비전통자원 채굴 기술의 발전과 그로 인한 글로벌 에너지 시장 및 국제 무역 패턴의 변화 doc_id PCY_201509090354194131_4

화석연료는 기존의 석유시추방법을 이용하여 추출할 수 있는 전통자원과 매장지역의 지질구조와 매장형태가 특이하여 기존의 방법으로는 기술적 또는 경제적으로 채굴이 어려운 비전통자원으로 분류할 수 있다. 전통자원은 지표 근처에 분포하여 경제성이 좋으므로 일찍이 수직시추를 통해 유정이 개발되어 왔다. 반면 비전통자원은 이보다 깊은 지하 100~2600m의 셰일층에 넓게 퍼져 있기 때문에 경제성 있는 채굴이 어려웠다. 이러한 비 전통자원에는 오일샌드, 오일셰일, 타이트오일, 셰일오일과 같은 석유자원과, 타이트가스, 셰일가스, 석탄층메탄가스(CBM), 가스하이드레이트와 같은 가스자원이 있으며, 이 중 채굴기술 발달로 본격 상용화되고 있는 것은 오일샌드, 셰일오일, 셰일가스이다. 수평시추는 채굴 파이프를 셰일층에 수평으로 삽입하여 유정 및 가스정의 표면적을 최대화하여 생산성을 제고시키는 기술이다. 수압파쇄만으로는 유동성이 낮은 비전통자원을 수직으로 시추해서는 경제성이 확보되기 어려웠지만 수평시추를 통해 유정한 곳이 접촉하는 면적이 넓어지면서 비전통자원의 경제성 있는 추출이 가능해졌다. 수압파쇄와 수평시추가 저류층의 투과율을 높이는 방법이라면 열을 이용하여 점도를 낮추는 방법으로 비전통자원을 채굴하는 기술도 발전하였다. 로 오일샌드를 채굴할 때 사용하는 것으로 심도가 75m 이상일 때 지하채굴법을 사용하는데, 점도가 높은 원유를 데우기 위해 지하에 스팀을 주입하여 유동성을 높이는 것이다. 스팀을 주입하는 방법에는 대표적으로 스팀주입법(CCS: Cyclic Steam Stimulation)과 스팀중력구배법(SAGD: Steam Assisted Gravity Drainage)이 있다. 스팀주입법은 수직정 하나로 오일샌드에 열을 주입하여 원유의 점도를 낮춘 후 생산하는 방식이며, 스팀중력구배법은 스팀주입법을 보완하기 위해 2개의 수평정을 위아래로 뚫은 후 위쪽 수평정에 스팀을 주입하여 점도가 낮아진 석유가 중력에 의해 아래 수평정으로 흘러내리면 이를 회수하는 방식이다. 자원 채굴기술의 발전과 함께 2000년대 중반부터 상승세를 나타내던 유가는 2014년 중반까지 80달러/배럴 이상을 유지하였으며 높은 수준의 유가 덕분에 셰일가스를 대표로 하는 비전통자원의 채산성이 확보되었다. 셰일층의 가스와 석유를 경쟁력 있게 추출할 수 있게 되면서 북미에서는 2000년대 후반 일명 ‘셰일 혁명’이라고 일컬어지는 석유 및 가스 생산량 급증이 나타났으며, 이는 에너지원료 국제무역 거래에 지대한 영향을 미치고 있다. 비전통자원의 대표적 특성이 저류층의 투과율이 낮고, 자원의 점도가 커서 쉽게 추출이 어렵다는 점이다. 따라서 비전통자원의 채굴기술은 투과율을 높이거나 점도를 낮춰 추출을 용이하게 하는 데 있다. 수압파쇄는 층에 높은 압력(500~1,000기압)으로 파쇄유체(fracture fluids)를 주입하여 균열을 만들어 셰일층과 같이 투과율이 작은 생산구간의 투과율을 높이는 방법이며 1998년 상용화에 성공하였다. 그러나 최근 미국과 캐나다의 비전통 석유생산량 증가로 이러한 무역패턴의 변화가 감지되고 있다. 캐나다의 석유수출량이 크게 증가하고 있는 반면 미국의 경질유 수입량이 줄어들고 남미, 서아프리카, 북해산 브렌트유의 수입은 크게 감소한 것이다. 또한 미국의 정제 마진폭 증가로 제품유 수출량이 크게 증가하면서 유럽, 아시아의 제품유 수출량 감소, 수입량 증가가 나타나고 있다. 비전통자원의 개발기술은 신재생에너지원이 아닌 1차 에너지원을 생산하는 기술이다. 즉 에너지 소비를 위해 추가로 필요로 하는 장치와 기술이 없기 때문에 거래 및 소비 확대에 직접적으로 영향을 미친다. 예를 들어, 신재생에너지 기술이라면 전기를 충전하고 보관하는 기술진보와 충전소 확대가 동시에 이루어져야 경제적인 파급효과가 나타나지만, 비전통 석유자원의 증가는 소비확대로 바로 이어진다. 2005년 교토의정서 발효로 온실가스 저감이 강제될 때 유럽은 적극적으로 탄소배출시장을 형성하고자 하고 역내 환경규제를 강화해 나갔다. 유럽은 풍력발전, 태양광 발전 등 신재생에너지 시장을 선도하고 있었으며 친환경 관련 기술의 30%가 넘는 특허를 보유하고 있었기 때문에 온실가스 배출 저감 확대, 신재생에너지 의무사용을 국제적으로 확대하길 원하였기 때문이다. 반면 미국은 기술에 의한 자발적 온실가스 저감을 원하였으며 모든 저감 방법을 시장원칙에 입각하여 진행하고자 하였다. 환경규제에 유연성을 보였던 미국은 채굴과정에서 지나친 물 사용, 식수원 오염, 이산화탄소 배출량 증가 같은 환경 이슈에도 불구하고, 비전통자원 채굴기술 개발을 지속하여 경제성 있는 수준으로 발달시켰다. 2008년에 미국에서 서브프라임 모기지 사태로 인한 경기침체가 발생하고 2010년에는 그리스 재정위기가 발생하였다. 경제 성장률 저하와 에너지 가격 하락으로 신재생에너지 기술은 보급되기 어려웠던 반면, 미국은 비전통자원 개발이 경기활성화에 크게 이바지하며 2013년부터 경기회복 기조를 보이고 있다. 북해 유전의 고갈, 대체에너지 인프라 구축 및 비전통자원 기술개발의 부담을 안고 있는 유럽은 정제시설이 폐쇄되며 원유 및 가스 수입국으로 전환되고 있다. 셰일자원 개발로 미국의 제조업은 독일과 일본을 제치고 중국과의 격차도 크게 벌어지지 않을 정도로 강화되었다. 특히 정제 및 석유화학의 경쟁력이 크게 강화되었는데 셰일자원은 등유, 석탄 대비 저렴한 가격으로 산업용 전력을 공급할 수 있으며, 정제 및 석유화학의 원료로서 가격 경쟁력을 갖출 수 있었기 때문이다. 높은 정제 마진과 더불어 미국은 원유 수출금지와 존스 액트(John’s Act)로 인해 생산되는 셰일자원의 국내 유통에 큰 제약이 있어 정제시설 가동률과 석유제품의 수출이 크게 증가하고 있다. 전통적으로 미국 동부는 유럽으로부터 휘발유를 수입하고 멕시코만으로부터 경유를 수출하는 패턴을 가지고 있었으나 셰일자원 개발로 인해 휘발유, 나프타, 에탄 등 석유제품을 유럽, 아프리카, 중남미로 수출하는 새로운 패턴이 증가하고 있다. 또한 셰일가스 개발로 에탄 생산량이 증가함에 따라 나프타 수요가 감소하며 석유화학 원료가격을 크게 하락시키고 있다. 따라서 유럽 및 미국의 잉여 나프타의 아시아 수출이 증가하면서 전체적으로 석유제품유의 해상물동량 톤-마일이 증가하고 있다. 북미의 셰일자원 개발과 더불어 대서양 원유 교역패턴 변화의 기폭제 역할을 한 것이 2013년 미국 내 파이프라인 확장이었다. 그 이전에는 개발된 셰일오일이 파이프라인 규모가 작아 정제시설이 위치한 멕시코만으로 원활히 공급되지 못하고 오일 허브인 쿠싱(Cushing) 지역에 누적되었기 때문에 원유 수입에 미치는 파급효과가 상대적으로 작게 나타났다. 그러나 2013년 70만 bpd 규모의 Keystone Gulf Coast 파이프라인 프로젝트와 2014년 40만 bpd의 Seaway 파이프라인이 완공되면서 캐나다산 초중질유 및 미국 셰일오일이 쿠싱에서 미 멕시코만으로 원활하게 공급되었다. 향후 논의되고 있는 Keystone XL 프로젝트가 진행된다면 83만 bpd의 캐나다 초중질유가 미국 Steele City로 수송될 것이다.