신자원이 뜬다! | 동해의 ‘불타는 얼음’ 가스하이드레이트 2013년 8월호

신자원이 뜬다! | 동해의 ‘불타는 얼음’ 가스하이드레이트

동해에서 시추한 가스하이드레이트. 얼음 상태로 진흙과 섞여 있다가 불을 붙이면 얼음이 녹으면서 그 안의 메톤이 연소되어 ‘불타는 얼음’으로 불린다. Ⓒ연합뉴스

가스하이드레이트(gas hydrate)는 저온·고압 조건에서 천연가스가 물분자와 결합해 만들어진 고체상태의 가스를 말한다. 즉 천연가스가 물분자 내부에 포집되어 얼음처럼 고체화되어 있는 상태를 의미하며, 가스하이드레이트에 포함된 천연가스의 주 성분이 메탄으로 되어 있어 메탄 하이드레이트라고도 한다. 이러한 가스하이드레이트는 영구동토층은 물론 해저 퇴적층에 주로 매장되어있으며 시베리아지역에서 1960년대 후반에 처음으로 보고된 이후 최근까지 전 세계 여러 지역에서 발견되었고, 우리나라의 동해에서도 2007년 처음으로 발견되었다.

현재 전 세계에서 사용하고 있는 주 에너지원을 꼽으라면 당연히 석탄과 석유를 들 수 있겠다. 그러나 석탄과 석유는 그 매장량이 한정되어 있어 50년 정도 지나면 고갈될 것으로 전문가들은 예측하고 있으며 이미 선진국은 석유를 대체할 새로운 에너지원을 확보하기 위한 치열한 경쟁을 하고 있는 실정이다.

최근 선진국을 중심으로 가스하이드레이트가 석유와 석탄을 대체할 수 있는 미래의 중요한 에너지원으로 떠오르며 관심을 모으고 있다. 그 이유는 가스하이드레이트가 전 세계 육지는 물론 해양에도 광범위하게 분포하며 매장량도 10조톤에 이르는 것으로 보고되고 있어서다. 이와 같은 메탄의 매장량은 석유나 천연가스에 포함된 양의 약 25배에 달하며 인류가 향후 5천년 정도 사용할 수 있을 것으로 추정되고 있다. 육상의 경우 동토지역인 시베리아와 캐나다에 다량 분포하며, 해양의 경우 흑해, 멕시코만, 캐나다 주변해역에 주로 부존된 것으로 확인되었으며 최근에는 우리나라 동해는 물론 일본 난카이트러프, 인도에서도 발견되었다.

5천년 사용가능, 환경 친화적

또한 가스하이드레이트는 환경 친화적인 장점을 가지고 있어 환경문제를 해결할 차세대 에너지자원으로 더욱 주목받고 있다. 즉 가스하이드레이트의 주 구성성분인 메탄은 연소시 현재 사용되고 있는 다른 화석에너지에 비해 이산화탄소를 적게 배출할 뿐만 아니라 휘발유나 디젤유처럼 연소 후 중금속을 배출하지 않는다는 점에서 환경 친화형 에너지원으로 떠오르고 있다. 따라서 가스하이드레이트는 21세기 인류가 추구하는 청정에너지원으로 큰 잠재력을 가지고 있다고 할 수 있다.

선진국의 경우 일명 ‘불타는 얼음’으로 일컬어지는 가스하이드레이트의 탐사개발을 위해 연구 활동에 박차를 가하고 있다. 국외의 가스하이드레이트 연구를 보면 미국, 일본, 캐나다, 독일, 노르웨이 등에서 주로 진행되고 있으며 최근 들어 중국 및 인도에서도 연구가 활발하다. 가스하이드레이트 연구를 주도하고 있는 미국은 연방정부 주도로 연구개발 사업을 추진하고 있다.

미국과 더불어 가스하이드레이트 연구를 가장 활발하게 수행하고 있는 일본은 1970년대 말 자국 주변해역에서 부존 가능성을 확인한 이후 경제산업성 주도로 연구를 진행하고 있다. 일본은 1989년 홋가이도 서쪽 해역에서 탐사를 통하여 가스하이드레이트 부존 사실을 확인하고, 지난 2001년부터 15개년계획으로 가스하이드레이트 개발프로그램을 추진 중에 있으며 금년 초 일본 남동부 해역에서 가스하이드레이트 생산시험에 성공하였다.

캐나다의 경우도 국립지질조사소 주관으로 알래스카를 중심으로 집중탐사를 수행하고 있다. 특히 일본, 미국, 인도, 독일 등 5개국이 참가하는 컨소시움을 구성하여 알래스카 말릭지역을 대상으로 ‘말릭2002프로그램’을 수행하였으며 두 차례에 걸처 생산시험을 실시하였다. 인도는 자국 주변해역을 대상으로 물리탐사를 수행하고 그 결과를 토대로 2006년도 시추를 수행하여 가스하이드레이트 부존 사실을 확인하였다. 그 외에도 중국, 호주, 러시아 등도 연구개발 활동을 진행 중에 있다.

동해 울릉분지에 약 6억t 부존

우리나라는 동해에서 1990년대 후반에 독자적인 가스하이드레이트 탐사연구를 시작하였으며 본격적인 연구는 2005년도 당시 산업자원부 주관으로 가스하이드레이트 개발사업단이 발족하면서 활발한 연구가 시작되었다. 이후 사업단 주관으로 2005년부터 10개년 계획을 수립하였으며, 현재 한국지질자원연구원, 한국석유공사, 한국가스공사 등이 연구에 참여하고 있다. 특히 2005년도부터 한국지질자원연구원이 보유하고 있는 국내 유일의 물리탐사선 전용인 탐해2호를 이용하여 동해 울릉분지를 대상으로 약 6,600L-km에 달하는 광역 2차원 탄성파탐사자료를 취득하였다. 탄성파 탐사자료의 해석결과를 토대로 2006년 이후 세 차례에 걸쳐 약 1,000 km²의 3차원 탄성파 탐사를 수행하였다.

한국지질자원연구원은 동해 울릉분지에서 수행한 탄성파 탐사자료 해석 결과를 토대로 2007년 6월 19일 울릉도 남방 약 100㎞ 해상에서 국내에서는 처음으로 가스 하이드레이트 실물 채취에 성공하였다. 심해저에서 천연상태의 가스하이드레이트 실물채취는 1980년도에 미국에서 처음으로 성공한 이래 일본, 인도, 중국에 이어 다섯 번째였다. 실물 채취에 성공한 이후 지속적인 연구개발의 진행결과 2007년도와 2010년도 심부 시추를 통하여 울릉분지 여러 지역에서 가스하이드레이트 함유 지층을 발견하였으며, 동해의 울릉분지에는 약 6억t 가량의 잠재적 가스하이드레이트 부존이 확인되었다. 우리나라는 현재 전 세계 여러 국가에서 차세대 청정에너지원으로 주목받고 있는 가스하이드레이트의 탐사 및 향후 에너지원으로의 개발 가능성을 염두에 두고 연구를 진행하고 있다. 이와 병행하여 국제적 경쟁력 제고를 위한 중장기적인 계획수립 및 투자가 필요한 시점이라고 할 수 있다.

유동근 / 한국지질자원연구원 책임연구원