석유

3. 채굴·운반

석유 채굴에는 주로 로터리법이 사용된다. 로터리법은 강관 끝에 특수한 송곳을 붙여 회전시켜 유층까지 지각을 뚫는 방식이다.^[10] 굴착 시 관 속에 물을 부어 송곳 끝에서 분출시킴으로써 부서진 돌이 관 바깥쪽을 따라 지상으로 유출되도록 한다. 송곳이 유층에 닿으면 석유는 자체 압력으로 분출되거나 펌프를 통해 퍼 올려진다.

4. 조성

원유는 주로 탄화수소를 주성분으로 하며, 산소, 유황, 질소 등을 함유하는 유기화합물이 섞여 있는 혼합물이다. 원유는 산지에 따라 성분 비율이 다르며, 크게 파라핀계, 나프텐계, 방향족 탄화수소로 구성된다.

석유에 포함된 유황 화합물은 악취와 부식의 원인이 되므로, 정제 과정에서 제거해야 한다.^[63]

5. 정제

원유는 분별증류를 통해 비등점 차이에 따라 다양한 유분으로 분류된다. 40~70°C에서 증류되는 석유 에테르는 탄소 수가 5~6개인 탄화수소로 구성되며, 70~120°C의 석유 벤진은 탄소수 6~7개, 120~150°C의 리그로인은 탄소수 7~9개의 탄화수소가 주성분이다. 이들은 가솔린 엔진 연료나 용매로 사용되며, 화학공업에서는 나프타라고 불리며 각종 제품의 원료로 사용된다.^[88]

비등점 150~300°C의 유분은 등유이며, 탄소수 8~18인 탄화수소가 주성분으로, 석유발동기나 제트 엔진 연료로 사용된다. 300~350°C의 경유와 350°C 이상의 중유는 디젤 엔진이나 보일러, 각종 노의 연료로 사용된다. 300°C 이상에서 액체로 된 것은 유동 파라핀, 반고체는 바셀린, 고체는 파라핀납으로 구분하기도 한다.

고비등점 잔류분은 열분해 또는 접촉 분해를 통해 가솔린으로 전환될 수 있다. 300°C 이상에서 증류되지 않는 중유분은 감압 증류를 통해 낮은 온도에서 증류할 수 있는데, 이는 탄화수소의 열분해를 방지한다.

접촉 개질은 옥탄가가 높은 가솔린을 제조하는 방법으로, 주로 직류 나프타를 고온·고압에서 처리하여 열분해와 동시에 구조를 바꾼다. 알루미나-산화몰리브덴을 촉매로 사용하며, 수소 가스 중에서 나프타를 가열한다. 이를 통해 나프텐계 화합물이 탈수소화되어 옥탄가가 높은 방향족 화합물로 전환되거나 이성화, 파라핀계 탄화수소의 환원, 탈수소화 등이 일어난다.

유분 정제에는 황산 세정, 알칼리 세정, 활성 백토 흡착 정제 등의 방법이 사용된다. 황산 세정은 산소, 질소, 유황 화합물과 올레핀계 탄화수소 등을 제거하고, 알칼리 세정은 여분의 황산이나 산성 물질을 제거한다. 활성 백토 흡착 정제는 남은 불순물을 흡착하여 제거하는 마무리 단계이다.

6. 사용

석유는 크게 두 가지 용도로 사용된다. 하나는 자동차, 항공기 등의 연료나 가정용 난로, 공업용 보일러 등의 연료로 쓰이는 에너지원이고, 다른 하나는 합성화학의 원료로 쓰이는 것이다.

가솔린 엔진은 연료를 흡입, 압축, 착화폭발, 배기의 사이클을 반복하여 화학 에너지를 기계적 에너지로 바꾼다. 가솔린 엔진용 연료로는 적당한 휘발성이 있어야 한다. 자동차용 가솔린은 70°C 이하에서 10%, 120°C에서 50%, 180°C에서 90%, 210°C 이하에서 97%가 기화하는 것이어야 한다. 실린더 안에서 연료와 공기 혼합가스의 압축률이 높을수록 엔진의 열효율은 높고, 단위 마력당 연료 소비량은 적다. 그러나 연료가스를 너무 심하게 압축하면 이상 폭발을 일으키기 쉬워 과열이나 연료가 조기 발화할 위험이 있는데, 이를 노킹(knocking)이라고 한다. 가솔린 엔진 연료는 노킹을 일으키기 어려운 성질, 즉 안티녹성이 충분해야 하며, 이 안티녹성을 나타내는 척도가 '옥탄가'이다. 옥탄가는 시료의 연료와 같은 정도의 노킹을 일으키는 표준연료 중의 이소옥탄의 체적 백분율로 표시한다.

디젤 기관은 공기를 고온·고압으로 압축하고 여기에 연료를 분사하여 자연발화적으로 연소하는 것이므로, 발화성이 나쁜 연료는 사용하지 못한다. 연료의 발화성이 나쁘면 분사에서 착화까지 시간이 오래 걸리고 분사된 연료가 그대로 괴었다가 한꺼번에 착화해서 압력이 별안간 상승하는 폐단이 생기는데, 이는 디젤노킹이라는 이상폭발의 원인이 된다. 디젤기관 연료로는 분사 펌프의 분사가 원활하게 작동하고, 분사 구멍으로부터 안개 모양으로 기름이 고르게 분사되기 알맞은 점도가 필요하며, 착화성과 인화성이 동시에 우수한 경유·중유가 주로 쓰인다. 이러한 성능의 정도는 세탄가로 나타낸다.

제트 엔진은 연소가스의 운동 에너지를 압축기의 회전력으로 바꾸고, 다시 그 일부를 고속으로 분사시켜서 이를 추진력으로 한다. 제트 연료는 연료 탱크로부터 연소실에 보내기 쉽고, 연소가 안정되어야 한다. 일반적으로 가솔린 유분과 등유 유분을 정제해서 사용한다.

차량 연료 수요의 약 90%는 석유가 충당한다. 석유는 미국의 총 에너지 소비량의 40%를 차지하지만, 전력 생산에는 1%만 기여한다.^[53] 석유는 대부분의 차량을 작동시키는 휴대 가능하고 밀도가 높은 에너지원으로서, 그리고 많은 산업 화학 물질의 기반으로서 세계에서 가장 중요한 원자재 중 하나이다.

높은 에너지 밀도, 용이한 운송성 및 상대적 풍부함으로 인해 석유는 1950년대 중반 이후 세계에서 가장 중요한 에너지원이 되었다. 석유는 또한 화학 제품, 의약품, 용매, 비료, 농약 및 플라스틱을 포함한 많은 제품의 원료이며, 에너지 생산에 사용되지 않는 16%는 이러한 다른 재료로 전환된다.

분별 증류를 통해 천연가스, 나프타(휘발유), 등유, 경유, 중유, 윤활유, 아스팔트 등 다양한 석유 제품을 얻을 수 있다.

7. 자원 분포

British Petroleum^영어사 보고서에 따르면, 2016년 말 기준 전 세계 원유 확인 매장량은 약 이다. 원유 매장량이 가장 많은 나라는 사우디아라비아로 전 세계 매장량의 25.2%를 차지하며, 사우디아라비아를 포함한 중동 지역 매장량이 65.2%를 차지한다.^[194] 1996년 말 현재 석유수출국기구(OPEC) 가맹국(12개국, 5대 산유국 포함)은 세계 석유 매장량의 70%, 생산량의 38%를 차지하였다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 생산된 것을 제외한 원유의 궁극 가채 매장량(기존 발견 매장량 + 발견 가능성이 있는 미발견 매장량)은 약 이지만, 비전통석유 매장량은 약 ~로 예상된다. 비전통 석유는 원유 채굴과 같은 전통적 방식으로는 추출할 수 없었던 자원으로, 기술 발전과 채산성 개선으로 생산 가능하게 된 석유 자원을 말한다. 오일샌드, 초중질유, 가스액화연료, 석탄액화연료, 오일셰일 등이 있다.

동중국해에는 중국과 일본이 분쟁 중인 춘샤오 가스전과 한국과 일본이 분쟁 중인 7광구가 대표적이다. 동중국해 원유 매장량은 흑해 유전 원유 매장량과 같다고 알려졌다. 제주도 남쪽에 있다.

흑해는 1차 대전, 2차 대전 등의 이유로 원유 개발이 제대로 안 되다가, 1990년대 후반과 2000년대 초반 들어 관심이 집중되고 있다. 영국 최대 기업 BP (기업), 미국의 록펠러로 유명한 엑손모빌, 브라질 페트로브라스가 개발 중이다.

석유 매장량이 풍부해 '제2의 페르시아만'으로도 불린다. 텡기즈 유전의 하루 생산량을 로 올리려던 계획을 2010년 7월경 중단했다. 멕시코만 모든 유전의 하루 생산량이 인데, 카스피해 유전 단 한 곳에서만 하루 을 생산한다고 언급된 것으로 보아, 카스피해의 막대한 매장량을 추정할 수 있다.

미국 지질조사국은 북극 미탐사 지역에 현재 세계 원유 매장량()의 1/10에 해당하는 석유 이 매장됐다고 주장했다.

남극은 국제법상 어느 나라 땅도 아니지만, 남극에 엄청난 매장량이 있어 영유권 분쟁이 심해졌다.

2010년 미국 에너지 정보청 자료에 따른 전 세계 석유 매장량 순위는 다음과 같다. (단위: 억 배럴)

2007년 Oil and Gas Journal 자료에 따른 전 세계 석유 매장량 순위는 다음과 같다.

2019년 기준, 일본의 원유 수입 상대국 및 비율은 다음과 같다.

8. 석유 고갈

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 생산된 것을 제외한 원유의 궁극 가채매장량(기존 발견 매장량에 발견 가능성이 있는 미발견 매장량을 합한 매장량)은 약 이지만, 비전통석유의 매장량은 약 ~로 예상된다.^[201] 비전통석유는 오일샌드, 초중질유, 가스액화연료, 석탄액화연료, 오일셰일 등을 말한다.

1970년대 오일 쇼크 발생 직후, 로마클럽은 2000년대에 석유가 고갈될 것이라고 주장했다. 2020년 기준으로, 전 세계의 석유는 2050년에 고갈될 것으로 예측되고 있다. 그러나 비전통석유의 매장량은 석유의 3배 정도여서, 석유가 고갈된 후 100년 이상 더 사용할 수 있다.

2008년 국제유가가 배럴당 140달러를 넘어섰을 때, 사다드 알 후세이니는 세계가 석유 자원 고갈에 직면했다고 주장한 반면, 난센 살레리는 기술과 투자만 따르면 더 많은 석유를 발견할 수 있다고 전망했다.^[200]

로마클럽은 1972년 '성장의 한계' 보고서에서 2031년과 2050년에 석유와 천연가스가 각각 고갈될 것으로 예측했다. 그러나 탐사 기술 발달로 심해유전 등 확인된 에너지 매장량이 증가하면서 예측은 빗나갔다.^[201]

최근에는 셰일오일이나 오일샌드를 중심으로 하는 비재래형 자원이 주목받고 있다. 시추 기술 발전과 원유 가격 급등으로 채산성이 확보되면서 2010년경부터 북아메리카를 중심으로 개발이 진행되고 있다.

석유 매장량에 대한 미래 예측은 당시의 경제 활동과 기술 동향에 따라 달라진다.^[196] 1973년 1차 석유 파동 당시 많은 석유 전문가들이 "30년 후면 석유가 고갈될 것이다"라고 주장했지만, 2005년 시점에서는 채굴 가능 매장량이 증가해 왔다.^[196]

채굴 가능 연수(R/P)는 특정 연도에 매장이 확인된 석유 중 당시 기술로 채산성 있는 비용으로 채굴 가능한 매장량(R)을 그 연도의 실제 생산량(P)으로 나눈 값이다. BP 통계에 따르면, 1970년의 채굴 가능 연수는 약 35년이었지만, 2005년에 석유가 고갈되지 않았다. 2007년도 말 가격 기준 채굴 가능 연수는 41.6년이었다.

원유 가격이 상승하면 채굴 가능 연수도 늘어나는 특징이 있다. 어떤 유전의 1배럴당 채굴 비용이 30달러일 때, 원유 가격이 1배럴당 10달러라면 채산성이 맞지 않지만, 50달러로 상승하면 채산성이 맞아 ‘채굴 가능 매장량’에 포함되기 때문이다.

인류가 채굴 가능한 석유 매장량을 '''궁극 채굴 가능 매장량'''이라고 한다. 1970년대에는 로 생각되었지만, 2005년에는 로 증가했다.^[197]

R/P는 "현재의 소비량이 증가하지 않고 영원히 지속된다"는 전제하에 계산된다. 21세기 초 자동차 보유 인구가 선진국과 일부 공산권에서 약 10억 명이었지만, 중국, 인도, 동남아시아 등에서 자동차가 보급될 경우, 21세기 중반에는 자동차 보유 인구가 35억 명으로 증가하여 자원이 채굴되는 속도가 빨라질 수 있다.

이러한 R/P 지표의 결함으로 인해, 최근에는 R/P보다 피크 이론으로 사실상의 자원 지속 기간을 표시하는 경우가 많다.

9. 국제 관계

석유 생산과 공급은 20세기와 21세기 대부분 동안 국제 관계의 중요한 원동력이었다.^[142] 석유수출국기구(OPEC)와 같은 기구는 국제 정치에서 큰 역할을 해왔다. 일부 역사가와 해설가들은 이를 "석유 시대"라고 부르기도 했다.^[142]

석유 확보는 제2차 세계 대전을 포함한 여러 군사 분쟁의 주요 요인이었다. 독소전쟁에는 바쿠 유전을 점령하여 독일군에 필요한 석유를 확보하려는 목표가 있었다. 20세기 초 북미 지역의 석유 탐사는 이후 미국이 20세기 중반까지 최대 생산국이 되는 데 기여했다. 1960년대 미국의 석유 생산량이 정점에 달했을 때, 미국은 사우디아라비아와 소비에트 연방에 총 생산량에서 추월당했다.^[46][47][48]

1973년 사우디아라비아와 다른 아랍 국가들은 욤 키푸르 전쟁에서 이스라엘을 지지한 미국, 영국, 일본 및 기타 서방 국가들을 대상으로 석유 금수 조치를 단행하여 석유 파동을 야기했다.^[49] 이란 혁명 이후 석유 생산량 감소로 인해 발생한 1979년 석유 파동으로 석유 가격이 두 배 이상 상승했다. 두 차례의 석유 파동은 세계 정치와 경제에 단기적 및 장기적으로 많은 영향을 미쳤다.^[50]

2018년 기준으로 석유 생산량 상위 3개국은 미국, 러시아, 사우디아라비아이다.^[54] 세계의 손쉽게 접근 가능한 매장량의 약 80%는 중동에 위치하며, 그 중 62.5%는 사우디아라비아, 아랍에미리트, 이라크, 카타르, 쿠웨이트에서 나온다.

석유 수입은 정치 문헌에서 부패와 관련이 있다고 설명되어 왔다.^[143] 2011년 연구에 따르면, 정부가 석유 생산에 크게 관여하는 국가에서는 석유 수입 증가가 부패를 증가시키는 것으로 나타났다.^[144]

석유 생산은 수년 동안 분쟁과 관련되어 수천 명의 사망으로 이어졌다.^[145] 2020년 러시아-사우디아라비아 유가 전쟁에서처럼 한 국가가 석유 생산량 감축을 거부할 경우 다른 국가들이 생산량을 늘리는 것으로 대응하여 무역 전쟁이 발생할 수 있다.^[148] 이란-이라크 전쟁과 같이 석유 자원을 원하거나 석유 자원 영토에 대한 다른 이유로 시작되는 분쟁도 있다.^[149]

제2차 세계 대전 후, 화학섬유와 플라스틱이 석유의 새로운 용도로 자리 잡으며 모든 산업 제품의 원료로 사용되기 시작했다. 또한 발전소의 연료로도 석유가 사용되었다. 중동에서 대규모 유전이 잇달아 발견되면서, 중동은 오늘날까지 세계 최대의 석유 수출 지역으로 남아 있다.

석유 탐사에는 막대한 비용과 높은 기술이 필요하지만, 성공 시 얻는 이익 또한 막대하다. 석유 메이저라 불리는 거대한 다국적 기업이 탄생했고, 대량 생산으로 저렴해진 석유는 에너지원의 주력이 되었다. 그러나 1970년대에 자원 민족주의가 강해지면서 석유를 국유화하는 국가가 잇따랐다. 1973년부터 1974년에는 아랍 석유 수출국 기구(OPEC)가 이스라엘 지지국에 대한 석유 수출을 감소시키는 움직임을 보이며, 석유 파동과 세계적인 불황을 초래했다.

10. 환경 문제

2018년 기준으로, 연간 전 세계 온실가스 배출량의 약 4분의 1은 석유 연소에서 발생하는 이산화탄소(및 산업에서 발생하는 메탄 누출)이다.^[113][114] 석탄 연소와 함께 석유 연소는 대기 중 이산화탄소 농도 증가의 가장 큰 원인이다.^[115][116] 지난 150년 동안 대기 중 이산화탄소 농도는 과거 800,000년 동안의 180~300 ppmv에서^{[118][119][120]} 현재 415 ppmv를 넘는 수준으로 증가했다.^[117]

해양 산성화는 대기로부터 이산화탄소의 흡수로 인해 지구 해양의 산성도가 증가하는 현상이다. 해양에서 이산화탄소 흡수는 탄산칼슘의 포화 상태를 감소시킨다.^[122] 이러한 산성도 증가는 모든 해양 생물에 영향을 미치며, 특히 작은 유기체와 껍질을 가진 유기체(예: 가리비)에 더 큰 영향을 미친다.^[123]

탱커 사고로 인한 원유와 정제 연료의 유출은 알래스카, 멕시코만, 갈라파고스 제도 등 여러 지역(다른 지역)의 자연 생태계와 인간의 생계에 피해를 입혔다. 원유 유출량은 수백 톤에서 수십만 톤에 이르렀다(예: 딥워터 호라이즌 원유 유출 사건, SS 아틀랜틱 엠프레스호, 아모코 카디즈호). 소규모 유출 사고도 엑손 발데즈호 원유 유출 사건처럼 생태계에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

11. 대안

전기 자동차는 도로 운송 분야에서 석유의 주요 대안으로 부상하고 있다.^[138] 항공 분야에서는 바이오항공유가 석유의 대안으로 연구되고 있다.^[139][140] 일회용 플라스틱은 높은 탄소 발자국을 가지고 있고 바다를 오염시킬 수 있어 플라스틱 대체재 개발이 진행 중이지만, 2022년 현재 최선의 대안은 불분명하다.^[141] 암모니아와 수소로부터 직접 생산하는 합성 연료 연구도 석유의 대체재로서 진행되고 있다.^[191]

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