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오일샌드

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1. 개요

오일샌드는 모래, 점토, 물과 섞인 점성이 높은 반고체 형태의 비투멘(역청)을 함유한 퇴적물로, 기존 원유를 대체할 에너지원으로 주목받고 있다. 인류는 구석기 시대부터 역청을 사용했으며, 캐나다와 베네수엘라에 대규모 매장지가 존재한다. 오일샌드는 노천 채굴과 심층 채굴 방식으로 채취되며, 추출된 비투멘은 개질 과정을 거쳐 운송된다. 그러나 오일샌드 개발은 대기, 수질, 토지 오염, 생태계 파괴, 기후 변화 등 심각한 환경 문제를 야기하며, 경제성 및 지속 가능성에 대한 논란이 지속되고 있다. 한국은 오일샌드 개발에 참여하고 있으며, 에너지 수입원 다변화를 시도하고 있다.

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오일샌드

2. 역사

구석기 시대부터 역청 퇴적물과 유출의 사용이 있었다.[8] 오일샌드는 역청을 함유하고 있어 고대부터 다양한 용도로 활용되었다.

현대에 들어 오일샌드는 석유 생산의 중요한 자원으로 활용되고 있다. 일반적인 유정 기술로 추출할 수 있는 초중질유 또는 역청탄의 일부를 제외하고, 오일샌드는 노천 채굴을 통해 생산되거나 정교한 ''현장'' 기술을 사용하여 유정을 통해 흐르도록 만들어야 한다. 이러한 방법은 일반적으로 기존의 석유 추출보다 더 많은 물과 에너지를 필요로 한다.

전 세계적으로 오일샌드와 오일셰일에서 얻을 수 있는 중질 원유는 약 4조 배럴로 추정되며, 이는 일반 원유의 2배 이상이다. 오일샌드는 석유 연료 대체 자원으로 주목받고 있지만, 생산 및 폐기물 처리 비용이 높아 오랫동안 수익성이 없는 자원으로 여겨졌다.

제2차 세계 대전 중 석유 자원이 고갈된 일본 군부가 만주의 오일샌드 채굴에 착수한 적이 있었으며, 1970년대 오일 쇼크 당시에는 일본의 국가 프로젝트로 오일셰일 생산 플랜트 실험이 진행되었다.[179] 캐나다 앨버타주에서는 2000년대 이후 유가 급등이 있기 수십 년 전부터 대규모 노천 채굴이 이루어졌으며, 여기서 생산된 비투멘에 가솔린이나 콘덴세이트를 섞어 만드는 개질 원유가 캐나다 원유 생산의 상당 부분을 차지하게 되었다. 베네수엘라에서는 지하에 중질유 광상이 있어 일반 원유처럼 갱구를 통해 채굴된다.

2. 1. 고대

구석기 시대부터 역청 퇴적물과 유출의 사용이 있었다.[8] 가장 초기에 알려진 역청 사용은 약 4만 년 전 네안데르탈인이었다. 시리아 유적지에서 네안데르탈인이 사용한 석기에 역청이 부착된 것이 발견되었다. 호모 사피엔스 등장 이후, 인류는 역청을 건물 건설과 갈대 보트 방수에 사용했다. 고대 이집트에서는 미라 제작에 역청이 사용되었다.[9]

고대에 역청은 주로 메소포타미아의 상품으로 수메르인과 바빌로니아인들이 사용했지만, 레반트페르시아에서도 발견되었다. 티그리스강유프라테스강을 따라 수백 개의 순수한 역청 유출이 있었다. 메소포타미아인들은 보트와 건물 방수에 역청을 사용했다. 유럽에서는 프랑스 도시 페첼브론 인근에서 광범위하게 채굴되었으며, 1742년에는 증기 분리 공정이 사용되었다.[10][11]

2. 2. 메소포타미아와 유럽

메소포타미아에서는 수메르인과 바빌로니아인이 역청을 보트와 건물 방수에 사용했다.[10] 유럽에서는 프랑스 페첼브론 인근에서 광범위하게 채굴되었으며, 1742년에는 증기 분리 공정이 사용되었다.[10][11]

2. 3. 캐나다

캐나다 원주민들은 애서배스카강과 클리어워터강 유출에서 채취한 역청을 자작나무 껍질로 만든 카누를 방수하는 데 사용했다.[12] 1719년, 크리족 사람인 Wa-Pa-Su가 허드슨 베이 회사의 모피 상인 헨리 켈시에게 오일샌드 샘플을 가져다주면서 유럽인들에게 처음 알려졌고, 켈시는 자신의 일기에 이 샘플에 대해 언급했다. 1778년 모피 상인 피터 폰드는 클리어워터강을 따라 애서배스카로 내려가 퇴적물을 보고 "땅을 따라 흐르는 역청 샘"에 대해 기록했다. 1787년, 탐험가이자 모피 상인인 알렉산더 맥켄지는 북극해로 가는 길에 애서배스카 오일샌드를 보고 "분기점(애서배스카강과 클리어워터강)에서 약 24마일 떨어진 곳에 20피트 길이의 막대기를 저항 없이 삽입할 수 있는 역청 분수가 있다"고 언급했다.[12]

3. 오일샌드의 정의와 특징

오일샌드는 역청, 모래, 점토, 물 등이 혼합된 퇴적물이다. 역청은 점성이 매우 높은 반고체 형태의 석유로, 상온에서는 흐르지 않는다. 과거에는 타르 샌드라고도 불렸으나, 타르는 석탄의 건류로 생성되는 합성유이므로 오해의 소지가 있어, 현대에는 오일샌드(또는 오일샌즈)라는 용어가 더 일반적으로 사용된다.[19][20] 이는 오일샌드가 현재 기존 원유의 대안으로 여겨지기 때문이다.[21]

19세기 말과 20세기 초, 역청질 모래를 본 사람들은 도시 난방과 조명을 위해 석탄 가스를 제조하는 과정에서 부산물로 대량의 타르 잔류물이 발생하는 것에 익숙했다.[18] 그러나 천연 아스팔트 퇴적물을 설명하는 데 "타르"라는 단어는 오해의 소지가 있었는데, 화학적으로 타르는 일반적으로 석탄과 같은 유기 물질의 건류에 의해 생성된 인공 물질이기 때문이다.[19] 그 후 석탄 가스는 연료로 천연 가스로 거의 완전히 대체되었고, 콜타르는 도로 포장 재료로 아스팔트라는 석유 제품으로 대체되었다. 천연 아스팔트는 화학적으로 콜타르보다 아스팔트와 더 유사하며, 합성유가 아스팔트에서 생산된다.[19]

세계적으로 많은 오일샌드 매장지가 있지만, 가장 크고 중요한 곳은 캐나다베네수엘라에 있으며, 카자흐스탄러시아에도 더 작은 매장지가 있다. 두 국가의 매장지 지질학은 일반적으로 매우 유사하다. 이들은 20°API 비중보다 무거운 오일이 있는 방대한 중질유, 초중질유 및/또는 역청 매장지로, 유사한 특성을 가진 퇴적암이 굳지 않은 사암에서 발견된다. 이 맥락에서 "굳지 않은"이란 모래가 높은 공극률을 가지고 있으며, 상당한 응집력이 없고 인장 강도가 0에 가깝다는 것을 의미한다. 모래는 석유로 포화되어 단단한 사암으로 굳어지는 것을 막아왔다.

청색 선은 베네수엘라의 중질유 분포 지역


오일샌드 채굴 작업의 생산 비용은 훨씬 더 높기 때문에 손익분기점은 사우디 아라비아, 이란, 이라크, 그리고 미국과 같은 경질유보다 훨씬 높다.[13] 오일샌드 생산은 1973년 아랍 석유 금수 조치, 1979년 이란 혁명, 1990년 페르시아만 위기 및 전쟁, 2001년 9월 11일 공격, 2003년 이라크 침공으로 인해 유가가 최고치로 상승하면서 확장되고 번성했다.[15] 이러한 호황기는 1980년대, 1990년대의 세계적인 경기 침체 기간, 2003년의 유가 하락과 함께 불황으로 이어졌다.[16]

배럴당 가격은 중질유인 웨스턴 캐나디안 셀렉트(WCS)와 같은 원유는 저유황유인 서부 텍사스 중질유(WTI)와 가격이 다르다. 유가는 API 비중 및 황 함량과 같은 요인으로 결정되는 등급과 조수 및/또는 정유소와의 근접성과 같은 위치에 따라 결정된다.

4. 오일샌드 채굴 및 추출 방법

오일샌드 채굴은 크게 노천 채굴과 심층 채굴(현장 추출) 방식으로 나뉜다. 일반적인 유정 기술로는 추출하기 어려운 초중질유나 역청탄노천 채굴을 하거나, 정교한 ''현장'' 기술을 사용하여 유정을 통해 흐르도록 만들어야 한다. 이러한 방법들은 기존 석유 추출보다 더 많은 물과 에너지를 필요로 한다. 캐나다 오일샌드는 상당 부분 노천 채굴로 생산되지만, 약 90%와 베네수엘라 오일샌드 전체는 땅속 깊이 있어 표면 채굴이 불가능하다.[48]

멜빌 섬의 위치


원유는 보통 유정을 유류 저장소에 뚫어 추출하며, 자연 압력으로 오일이 유입되지만, 인공 리프트, 수평 시추, 물 범람, 가스 주입 같은 기술이 필요할 때도 있다. 베네수엘라 오일샌드는 초중질유 온도가 약 50℃일 때 회수율이 8~12% 정도다. 캐나다 오일샌드는 더 차갑고 생분해도가 높아 역청 회수율이 5~6%에 불과하다. 과거에는 1차 회수가 캐나다 오일샌드의 유동성이 좋은 지역에서 사용되었지만, 매장된 오일의 극히 일부만 회수하여 현재는 잘 쓰이지 않는다.[49]

과거 캐나다 석유 회사들은 중질유 유정에서 모래 필터를 제거하고 석유와 함께 최대한 많은 모래를 생산하면 생산량이 크게 향상됨을 발견했다. 이 기술은 CHOPS (Cold Heavy Oil Production with Sand, 모래를 이용한 저온 중질유 생산)로 알려졌다. 추가 연구 결과, 모래를 퍼내면 지층에 "벌집"이 생겨 더 많은 석유가 유정에 도달할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 이 방법은 생산량과 회수율을 높이지만(약 10%), 생산된 모래 처리가 문제다.

배럴당 가격은 중질유인 Athabaska 오일 샌드의 웨스턴 캐나디안 셀렉트(WCS)와 저유황유인 서부 텍사스 중질유(WTI)가 다르다. 유가는 비중, API, 황 함량, 조수, 정유소와의 근접성 등에 따라 결정된다.

오일샌드 채굴 작업의 생산 비용은 사우디 아라비아, 이란, 이라크, 미국 등의 경질유보다 훨씬 높다.[13] 오일샌드 생산은 1973년 아랍 석유 금수 조치, 1979년 이란 혁명, 1990년 페르시아만 위기 및 전쟁, 2001년 9월 11일 공격, 2003년 이라크 침공 등으로 유가가 최고조에 달했을 때 확장되고 번성했다.[15] 그러나 1980년대, 1990년대 세계 경기 침체, 2003년 유가 하락과 함께 불황을 겪었다.[16]

세계적으로 많은 오일샌드 매장지가 있지만, 가장 크고 중요한 곳은 캐나다와 베네수엘라에 있으며, 카자흐스탄과 러시아에도 소규모 매장지가 있다. 이들 국가의 오일샌드에 있는 비전통 석유는 다른 모든 국가의 전통 석유 매장량을 합한 것보다 많다. 캐나다 앨버타 주와 서스캐처원 주에는 3,500억㎥(2조 2천억 배럴) 이상의 원유 매장량에 달하는 방대한 역청 매장지가 있다. 이 석유의 30%만 추출해도 2002년 소비 수준으로 100년 이상 북아메리카 전체 수요를 충족할 수 있다. 이는 풍부한 석유 매장량이지만, 저렴하게 생산하기는 어렵다. 석유를 추출하고 수송하려면 첨단 기술이 필요하다.

캐나다에는 앨버타의 주요 오일샌드 외에도, 캐나다 북극 제도의 멜빌 섬 오일 샌드라는 네 번째 주요 매장지가 있지만, 너무 멀리 떨어져 있어 상업적 생산은 어렵다.

캐나다와 베네수엘라 외에도 여러 국가에 소규모 오일샌드 매장지가 있다. 미국에는 주로 유타 동부에 초대형[29] 오일샌드 자원이 있으며, 카본, 가필드, 그랜드, 유인타, 웨인 등 8개 주요 매장지에 총 32Goilbbl의 석유(확인 및 잠재)가 분포해 있다.[30] 미국 오일샌드는 캐나다보다 훨씬 작고 탄화수소 습윤성인 반면, 캐나다 오일샌드는 수분 습윤성이다.[35]

러시아는 두 주요 지역에 오일샌드를 보유하고 있다. 동시베리아 퉁구스카 분지에 대규모 자원이 있으며, 가장 큰 매장지는 올레뇨크 강과 실리르이다. 티만-페초라 분지와 볼가-우랄 분지(타타르스탄과 그 주변)에도 매장지가 있는데, 이곳은 기존 석유 생산으로 중요하지만, 얕은 페름기 지층에 많은 양의 오일샌드를 보유하고 있다.[27][31] 카자흐스탄에서는 북 카스피 분지에 대규모 역청 매장지가 있다.

마다가스카르에는 치미로로와 베몰랑가라는 두 개의 중유 오일샌드 매장지가 있으며, 치미로로에서는 이미 시험 유정이 소량의 석유를 생산하고 있다.[32] 대규모 개발도 초기 단계에 있다.[33] 콩고 공화국의 매장량은 0.5Goilbbl에서 2.5Goilbbl 사이로 추정된다.

역청질 모래는 비전통 석유의 주요 공급원이며, 캐나다만이 대규모 상업용 오일샌드 산업을 보유하고 있다. 2006년 캐나다의 역청 생산량은 81개 오일샌드 프로젝트를 통해 하루 평균 1.25Moilbbl/d였다. 2007년 캐나다 석유 생산량의 44%가 오일샌드에서 나왔다.[34]

2022년 초부터 앨버타의 오일샌드 추출이 급증하여 2014년 수준을 넘어섰다. 높은 유가가 그 원인 중 하나이며,[44] 2024년에는 더욱 증가하여 캐나다가 석유 생산의 선두 주자가 될 수 있다.[45]

오일샌드에서 추출한 초중질유나 원유 역청은 점성이 매우 높아 상온에서 쉽게 흐르지 않는다. 따라서 파이프라인 운송을 위해 가벼운 합성 원유(SCO)로 개질하거나 희석제를 혼합해야 한다.[1]

캐나다 오일샌드에서 표면 채굴된 역청은 보통 현장에서 합성 원유로 개질된다. 반면, 현장 생산 프로젝트에서 생산된 역청은 대개 개질되지 않고 원료 형태로 시장에 공급된다. 역청을 합성 원유로 개질하는 데 필요한 물질이 현장에서 생산되지 않으면, 다른 곳에서 조달하여 운송해야 한다. 개질된 원유를 파이프라인으로 운송하려면, 충분한 개질제를 공급하기 위한 추가 파이프라인이 필요하다.[1]

웨스턴 캐나다 셀렉트(WCS)는 2004년 새로운 중질유 흐름으로 출시되었으며, 앨버타 주 하디스티(Hardisty, Alberta)에 있는 허스키 에너지(Husky Energy) 터미널에서 혼합된다.[73] WCS는 캐나다 오일샌드에서 나오는 가장 큰 원유 흐름이자, 고 TAN(산성) 중질유의 벤치마크(Benchmark (crude oil))이다.[74][75][76][77] WCS는 주요 오일 공급업체를 걸프 해안에 연결하는 주요 오일 공급 허브인 오클라호마 주 쿠싱(Cushing, Oklahoma)에서 거래된다.[78] 주요 구성 요소는 역청이지만, 스위트 합성물, 천연 가스 콘덴세이트 희석제, 25개의 기존 및 비재래식 오일 흐름을 포함한다.[79]

개질의 첫 단계는 감압 증류를 통해 경질 분획을 분리하는 것이다. 그 후, 탈아스팔트화를 사용하여 아스팔트를 원료에서 분리한다. 분해 (화학)(Cracking (chemistry))는 더 무거운 탄화수소 분자를 더 간단한 분자로 분해하는 데 사용된다. 분해는 황이 풍부한 제품을 생성하므로, 탈황을 통해 황 함량을 낮춘다.[80]

4. 1. 노천 채굴

애서배스카 오일 샌드는 얕은 깊이에 매장되어 있어 노천 채굴이 가능하다. 이곳은 소량의 표토로 덮여 있고, 대량의 역청이 존재하여 노천 채굴이 가장 효율적인 추출 방법이다. 표토는 점토와 불모의 모래 위에 물에 젖은 머스크그(이탄 습지)로 구성되어 있다. 오일 샌드는 일반적으로 평평한 석회암 위에 놓인, 굳지 않은 사암에 포함된 40m 에서 60m 두께의 조역청 매장층이다.

애서배스카 오일 샌드에서의 채굴 작업. NASA 지구 관측소 이미지, 2009년.


선코어 에너지(Suncor Energy)는 1967년 최초의 대규모 오일 샌드 광산 운영을 시작했다.[5] 이후, 역청은 상업적 규모로 추출되었으며 그 양은 꾸준히 증가해 왔다. 싱크루드 캐나다(Syncrude Canada) 광산은 1978년에 두 번째로 문을 열었고,[5] 셸 캐나다(Shell Canada)는 2003년에 머스크그 강 광산(앨비언 샌드)을 열었다.[5] 캐나다 내추럴 리소스(Canadian Natural Resources) (CNRL)는 2009년에 호라이즌 오일 샌드(Horizon Oil Sands) 프로젝트를 시작했다.[5]

새로운 광산으로는 셸 캐나다의 잭파인 광산,[50] 임페리얼 오일(Imperial Oil)의 케얼 오일 샌드 프로젝트(Kearl Oil Sands Project),[5] 시넨코 에너지 (현재 토탈 에너지(TotalEnergies) 소유)의 노던 라이츠 광산, 그리고 선코어의 포트 힐스 광산 등이 있다.[5]

4. 2. 심층 채굴 (현장 추출)

증기나 용매를 주입하여 역청의 점도를 낮춰 추출하는 방식으로, 지하 깊숙이 매장된 오일샌드를 채굴한다. 다양한 현장 추출 기술이 개발되어 사용되고 있다.

  • '''순환 증기 자극(CSS, Cyclic Steam Stimulation)'''
  • "허프 앤 퍼프(huff-and-puff)" 방식이라고도 불린다.
  • 초기 생산 속도가 빨라 전 세계적으로 중질유 생산에 널리 사용되고 있다.
  • 회수율은 증기 보조 중력 배수(SAGD)에 비해 비교적 낮다(매장유의 10–40%).[55]
  • 유정을 증기 주입, 침지, 석유 생산의 주기로 거친다.
  • 먼저, 수 주에서 수 개월 동안 300°C~340°C 온도로 증기를 유정에 주입한다.
  • 며칠에서 수 주 동안 유정을 방치하여 열이 지층에 스며들도록 한다.
  • 이후 수 주 또는 수 개월 동안 뜨거운 오일을 유정에서 펌핑해 낸다.
  • 생산율이 떨어지면 유정은 다시 주입, 침지, 생산의 주기를 거친다.
  • 이 과정은 증기 주입 비용이 석유 생산으로 얻는 수입보다 높아질 때까지 반복된다.[56]
  • 1985년부터 임페리얼 오일(Imperial Oil)이 콜드 레이크(Cold Lake)에서 사용해 왔다.
  • 캐나다 내추럴 리소스(Canadian Natural Resources)는 프림로즈와 울프 레이크(Wolf Lake)에서 사용한다.
  • 셸 캐나다(Shell Canada)는 피스 리버(Peace River)에서 사용하고 있다.

  • '''증기 보조 중력 배수(SAGD, Steam Assisted Gravity Drainage)'''
  • 1980년대 앨버타 오일 샌드 기술 연구청에 의해 개발되었다.
  • 1990년대 중반까지 빠르고 저렴하게 만들었던 방향성 시추 기술의 개선과 우연히 일치했다.
  • 두 개의 수평 시추공이 오일 샌드에 뚫려 있는데, 하나는 지층의 바닥에 있고 다른 하나는 그 위 5m 정도에 있다.
  • 이 시추공은 일반적으로 중앙 패드에서 묶음으로 시추 장비로 뚫고 모든 방향으로 수 마일까지 뻗을 수 있다.
  • 각 시추공 쌍에서 증기가 상부 시추공에 주입되고, 열은 역청을 녹여 하부 시추공으로 흐르게 한 후 지상으로 펌핑한다.[56]
  • CSS보다 저렴하고 매우 높은 오일 생산 속도를 허용하며, 매장된 오일의 최대 60%를 회수할 수 있어 생산 기술의 주요 돌파구임이 입증되었다.
  • 광대한 오일 샌드 지역에 적용할 수 있는 경제적 타당성 때문에 이 방법만으로 북미 원유 매장량이 4배 증가했으며, 캐나다는 사우디 아라비아에 이어 세계 원유 매장량 2위로 올라섰다.
  • 현재 대부분의 주요 캐나다 석유 회사들은 앨버타 오일 샌드 지역과 와이오밍에서 생산 중이거나 건설 중인 SAGD 프로젝트를 가지고 있다.
  • 예시: 일본 캐나다 오일 샌드 주식회사(JACOS) 프로젝트, 선코의 파이어백 프로젝트, 넥센의 롱 레이크 프로젝트, 선코(구 페트로 캐나다)의 맥케이 리버 프로젝트, 허스키 에너지의 터커 레이크 및 선라이즈 프로젝트, 쉘 캐나다의 피스 리버 프로젝트, 세노버스 에너지의 포스터 크릭[57] 및 크리스티나 레이크[58] 개발, 코노코필립스의 서몬트 프로젝트, 데본 캐나다의 잭피쉬 프로젝트, 데렉 오일 & 가스의 LAK 랜치 프로젝트.
  • 앨버타의 OSUM사는 입증된 지하 채광 기술을 SAGD와 결합하여 오일 샌드 매장지 내에서 지하에서 시추공을 운영하여 더 높은 회수율을 가능하게 함으로써 기존의 SAGD에 비해 에너지 요구량을 줄였다. 이 특정 기술 적용은 테스트 단계에 있다.

  • '''증기 추출 공정(VAPEX, Vapor Extraction Process)'''
  • SAGD와 유사한 ''현장'' 기술이다.
  • 증기 대신 탄화수소 용매를 상부 우물에 주입하여 역청을 희석시키고 희석된 역청이 하부 우물로 흐르도록 한다.
  • 증기 주입보다 훨씬 더 나은 에너지 효율의 장점이 있으며, 지층 내에서 역청을 오일로 부분적으로 개선한다.
  • 오일 회사들의 관심을 끌었으며, 이들은 이 기술을 실험하고 있다.
  • CSS 주입-침투-생산 사이클을 거쳐 SAGD 생산 전에 지층을 조절하는 것이 일반화되고 있다.
  • 기업들은 VAPEX와 SAGD를 결합하여 회수율을 높이고 에너지 비용을 절감하는 실험을 하고 있다.[60]

  • '''THAI (Toe-to-Heel Air Injection)'''
  • 수직 공기 주입정(air injection well)과 수평 생산정을 결합한 매우 새롭고 실험적인 방법이다.
  • 저류층 내의 오일에 점화하여 수평정의 "토(toe)"에서 "힐(heel)"로 이동하는 수직 화염벽을 생성한다.
  • 이는 더 무거운 오일 성분을 태우고 형성 내에서 일부 중질 비투멘을 더 가벼운 오일로 업그레이드한다.
  • 역사적으로 화염 주입(fireflood) 프로젝트는 화염 전선을 제어하는 ​​어려움과 생산정을 불태우는 경향 때문에 성공하지 못했다.
  • 그러나 일부 석유 회사는 THAI 방식이 더 제어 가능하고 실용적이며, 증기를 생성하기 위한 에너지가 필요하지 않다는 장점이 있다고 생각한다.[61]
  • 이 추출 방법의 옹호자들은 다른 생산 기술보다 더 적은 담수를 사용하고, 온실 가스를 50% 덜 배출하며, 작은 면적을 차지한다고 주장한다.[62]
  • 페트로뱅크 에너지 앤 리소스(Petrobank Energy and Resources)는 앨버타(Alberta)의 시험정에서 긍정적인 결과를 보고했다.
  • 유정당 최대 400oilbbl/d의 생산율과 오일이 8에서 12 API도로 업그레이드되었다고 밝혔다.
  • 이 회사는 오일을 하부 파이프를 따라 늘어선 촉매를 통해 끌어올리는 CAPRI(제어 대기압 수지 주입, controlled atmospheric pressure resin infusion)[63] 시스템을 통해 7도의 추가 업그레이드를 얻기를 희망한다.[64][65][66]
  • 수년간의 현장 생산 이후, 현재의 THAI 방식이 계획대로 작동하지 않는다는 것이 분명해졌다.
  • 케로버트(Kerrobert)의 THAI 유정에서 생산량이 꾸준히 감소함에 따라 페트로뱅크는 THAI 특허 및 해당 시설의 매장량 가치를 0으로 감가상각했다.
  • 그들은 더 많은 공기 주입정을 추가하는 "멀티-THAI(multi-THAI)"라는 새로운 구성을 실험할 계획을 가지고 있다.[67]

  • '''COGD (Combustion Overhead Gravity Drainage)'''
  • 수평 생산정 상부에 위치한 비투멘 유효층 기저부에 여러 개의 수직 공기 주입정을 사용하는 실험적인 방법이다.
  • 초기 증기 사이클은 CSS와 유사하게 비투멘을 점화하고 이동성을 확보하는 데 사용된다.
  • 그 사이클 후에 공기가 수직 정으로 주입되어 상부 비투멘을 점화하고, 하부 비투멘을 가열하여 생산정으로 흐르게 한다.
  • SAGD에 비해 80%의 물 절약 효과를 낼 것으로 예상된다.[68]

4. 3. 처리 및 개질

오일샌드에서 추출한 초중질유 또는 원유 역청은 점성이 매우 높아 상온에서 쉽게 흐르지 않기 때문에, 파이프라인을 통해 운송하기 위해서는 가벼운 합성 원유(SCO)로 개질하거나 희석제를 혼합하여 점도를 낮춰야 한다.[1]

캐나다 오일샌드에서 표면 채굴로 생산된 역청은 일반적으로 현장에서 개질되어 합성 원유로 공급된다. 반면, 현장 생산 프로젝트에서 생산된 역청은 일반적으로 개질되지 않고 원료 형태로 시장에 공급된다. 역청을 합성 원유로 개질하는 데 사용되는 에이전트가 현장에서 생산되지 않는 경우, 다른 곳에서 조달하여 개질 현장으로 운송해야 한다. 개질된 원유가 파이프라인으로 현장에서 운송되는 경우, 충분한 개질 에이전트를 공급하기 위해 추가 파이프라인이 필요하다.[1]

웨스턴 캐나다 셀렉트(WCS)는 2004년 새로운 중질유 흐름으로 출시되었으며, 앨버타 주 하디스티(Hardisty, Alberta)에 있는 허스키 에너지(Husky Energy) 터미널에서 혼합된다.[73] WCS는 캐나다 오일샌드에서 나오는 가장 큰 원유 흐름이자, 고 TAN(산성) 중질유의 벤치마크(Benchmark (crude oil))이다.[74][75][76][77] WCS는 주요 오일 공급업체를 걸프 해안에 연결하는 주요 오일 공급 허브인 오클라호마 주 쿠싱(Cushing, Oklahoma)에서 거래된다.[78] 주요 구성 요소는 역청이지만, 스위트 합성물과 천연 가스 콘덴세이트 희석제의 조합과 25개의 기존 재래식 및 비재래식 오일 흐름을 포함한다.[79]

개질의 첫 번째 단계는 경질 분획을 분리하기 위한 감압 증류이다. 그 후, 탈아스팔트화를 사용하여 아스팔트를 원료에서 분리한다. 분해 (화학)(Cracking (chemistry))는 더 무거운 탄화수소 분자를 더 간단한 분자로 분해하는 데 사용된다. 분해는 황이 풍부한 제품을 생성하므로, 황 함량을 낮추기 위해 탈황이 수행된다.[80]

5. 오일샌드의 경제성

오일샌드 생산 비용은 배럴당 20~25달러로, 유가가 높을 때는 경제성이 있지만, 유가 변동에 따라 사업성이 크게 달라진다.[13] Rystad Energy영어의 2019년 보고서에 따르면 오일샌드의 석유 평균 손익분기점 가격은 83달러로, 전 세계 다른 주요 석유 생산 지역에 비해 생산 비용이 가장 높았다.[13] 1973년 아랍 석유 금수 조치, 1979년 이란 혁명 등 유가가 최고치로 상승했을 때 오일샌드 생산이 확장되고 번성했다.[15] 반면, 1980년대, 1990년대 세계적인 경기 침체 기간, 2003년 유가 하락과 함께 불황을 겪었다.[16]

웨스턴 캐나디안 셀렉트(WCS)와 같은 중질유는 저유황유인 서부 텍사스 중질유(WTI)와 가격이 다르다. 유가는 비중, API, 황 함량, 위치 등 여러 요인에 따라 결정된다.

2020년 러시아-사우디 아라비아 유가 전쟁 동안 캐나다 중질유 가격은 배럴당 5달러 미만으로 폭락하기도 했다.[103] 2022년 초부터 높은 유가로 인해 앨버타의 오일샌드 추출이 급격히 증가했으며,[44] 2024년에는 더욱 증가할 것으로 예상되어, 캐나다가 석유 생산의 선두 주자가 될 수 있다는 전망도 있다.[45]

하지만, 로열 더치 셸과 에퀴노르 등 오일 메이저들은 2016년 캐나다 오일샌드 사업에서 철수를 발표하기도 했다.

6. 오일샌드의 분포

전 세계 오일샌드 매장량의 대부분은 캐나다베네수엘라에 있다. 두 국가의 매장지 지질학은 매우 유사하며, 방대한 중질유, 초중질유 및/또는 역청 매장지로, 유사한 특성을 가진 퇴적암이 굳지 않은 사암에서 발견된다.[22][23] 이들 국가의 오일 샌드에 있는 비전통 석유의 총량은 다른 모든 국가의 전통 석유 매장량을 합한 것보다 많다.

두 국가의 매장량 규모는 3.5조에서 4조 배럴(5,500억에서 6,500억 세제곱미터) 정도의 초기 원유 부존량(OOIP)이다.[22][23] 캐나다 앨버타 주와 서스캐처원 주에만 3,500억 입방 미터(2조 2천억 배럴) 이상의 역청 매장지가 존재한다.

캐나다에는 앨버타에 세 곳의 주요 오일 샌드 외에도, 상업적 생산을 기대하기에는 너무 멀리 떨어진 캐나다 북극 제도의 멜빌 섬 오일 샌드라는 네 번째 주요 오일 샌드 매장지가 있다.

그 외에도 카자흐스탄, 러시아, 미국, 콩고, 마다가스카르 등에도 오일샌드 매장지가 있다.


  • 러시아는 동시베리아의 퉁구스카 분지(가장 큰 매장지는 올레뇨크 강과 실리르)와 티만-페초라 분지, 볼가-우랄 분지(타타르스탄과 그 주변)의 두 주요 지역에 오일 샌드를 보유하고 있다.[27][31]
  • 카자흐스탄에서는 북 카스피 분지에 대규모 역청 매장지가 있다.
  • 미국에는 주로 유타 동부에 초대형[29] 오일 샌드 자원이 있으며, 카본, 가필드, 그랜드, 유인타, 웨인 등 8개의 주요 매장지에 총 32Goilbbl의 석유(확인 및 잠재)가 분포해 있다.[30]
  • 마다가스카르에는 치미로로와 베몰랑가라는 두 개의 중유 오일 샌드 매장지가 있다.[32]
  • 콩고 공화국의 매장량은 에서 으로 추정된다.
  • 일본에서도 니가타현 니가타시의 닛쓰 유전 등에서 극히 저질인 오일샌드가 발견된다.

7. 오일샌드와 환경 문제

오일샌드 개발은 심각한 환경 문제를 야기하며, 이에 대한 비판이 지속적으로 제기되고 있다.[38][39][40][41][42][43] 오일샌드 추출은 일반적인 석유 추출보다 더 많은 물과 에너지를 필요로 하며, 대량의 산업 폐기물을 발생시킨다.[48] 이러한 환경 문제는 대기 오염, 수질 오염, 토지 황폐화, 생태계 파괴, 그리고 기후 변화 가속화 등 다양한 형태로 나타난다.

오일샌드 추출 과정에서 발생하는 주요 환경 문제는 다음과 같다.


  • 물 사용량 증가: 일반 석유 추출보다 더 많은 물을 사용한다.[48]
  • 높은 에너지 소비: 기존 석유 추출보다 더 많은 에너지가 필요하다.[48]
  • 온실 가스 배출: 이산화탄소 등 온실 가스 배출량이 많아 지구 온난화를 가속화시킨다.[115]
  • 유해 물질 배출: 바나듐, 니켈, , 수은 등 중금속과 다환 방향족 탄화수소 (PAH) 등 유해 물질이 배출된다.[116]
  • 토지 황폐화: 노천 채굴 방식은 표토와 북방림을 파괴하여 생태계를 훼손한다.[132][135]
  • 생태계 파괴: 야생 동물 서식지 파괴, 수질 오염, 토양 침식 등을 유발한다.[114]


미국 국립 석유 위원회는 2011년 보고서에서 오일샌드 개발과 관련된 건강 및 안전 문제를 인정하며, 수원 확보 문제, 야생 동물 서식지 분열, 온실 가스 및 기타 대기 오염 물질 배출 등을 지적했다.[114]

그린피스, 기후 현실 프로젝트, 펨비나 연구소 등 환경 단체들은 오일샌드 추출로 인한 환경 영향을 비판하고 있다.[117][118] 특히 캐나다 앨버타주에서는 오일샌드 생산 주변에서 수은 오염이 발견되었다.[119]

유럽 연합은 오일샌드 오일에 "고오염" 라벨을 붙이는 것을 고려했으며, 이는 EU와 캐나다 간의 마찰을 야기했다.[120] 제이콥스 엔지니어링 그룹에 따르면, 유럽 연합은 앨버타 오일샌드에서 파생된 휘발유에 높은 온실 가스 등급을 할당하는 데 부정확하고 불완전한 데이터를 사용했다.[121][122]

기후 변화에 관한 국제 연합 기본 협약 당사국인 캐나다는 교토 의정서 목표를 달성하기 어려웠으며, 이는 오일샌드 생산 증가와 관련이 있다. 결국 캐나다는 2011년 교토 의정서에서 탈퇴했다.[179]

7. 1. 대기 오염

오일샌드 추출 및 처리 과정에서는 온실 가스와 다환 방향족 탄화수소(PAH) 등 유해 물질이 배출된다.[123][124] 황화 수소(), 산화 질소(NO), 이산화 질소(), 오존(), 미세 입자(PM2.5) 등 대기 오염 물질 배출 문제가 심각하다.[125] 2023년 연방 연구에 따르면 오일 샌드의 실제 배출량은 업계에서 보고한 것보다 65% 더 높았다.[152]

알버타 주 정부는 대기 질 건강 지수(AQHI)를 우드 버팔로 환경 협회(WBEA)에서 운영하는 오일 샌드 지역 5개 지역 사회의 센서를 통해 계산한다.[125] 각 측정소에서는 일산화 탄소(CO), 황화 수소(), 산화 질소(NO), 이산화 질소(), 오존(), 미세 입자(PM2.5) 등 3~10개의 대기 질 매개변수를 측정한다.[125]

2015년 9월, 펨비나 연구소는 오일 샌드 개발 확장에 따른 북부 알버타 지역의 악취 및 대기 질 문제 급증에 대한 보고서를 발표했다.[131]

캐나다 석유 생산자 협회와 캐나다 환경부에 따르면, 오일 샌드 생산을 위해 수행되는 산업 활동은 캐나다 온실 가스 배출량의 약 5%, 전 세계 온실 가스 배출량의 0.1%를 차지한다.[154]

7. 2. 수질 오염

오일샌드 추출에는 많은 양의 물이 필요하다. 일반적인 석유 추출보다 더 많은 물을 사용하며, 특히 오일샌드를 노천 채굴 방식으로 생산할 때 많은 물이 소모된다.[48] ''역외'' 채굴 작업에서는 합성 원유 1 부피 단위를 생산하는데 2~4.5 부피 단위의 물이 사용된다.[138] 그린피스에 따르면 캐나다 오일샌드 운영은 349e6m3/a의 물을 사용하는데, 이는 캘거리시가 사용하는 물의 양의 두 배이다.[138] 하지만 SAGD 작업에서는 물의 90~95%가 재활용되며, 생산된 역청 1 부피 단위당 약 0.2 부피 단위의 물만 사용된다.[139]

애서배스카 오일 샌드(Athabasca oil sand) 작업의 경우, 물은 캐나다에서 아홉 번째로 긴 강인 애서배스카 강(Athabasca River)에서 공급받는다.[140] 오일샌드 산업의 물 사용 허가 할당량은 애서배스카 강 유량의 약 1.8%이다. 2006년 실제 사용량은 약 0.4%였다.[143] 또한 로어 애서배스카 강(Lower Athabasca River)의 수자원 관리 프레임워크에 따르면, 강 유량이 낮은 기간에는 애서배스카 강에서 물 소비량이 연평균 유량의 1.3%로 제한된다.[144]

앨버타주 포트 맥머레이에 있는 신크루드사의 밀드레드 레이크 부지, 공장 및 테일링 폰드


오일샌드 개발 과정에서 발생하는 오일 샌드 테일링 폰드는 염분, 부유 고형물, 나프텐산, 벤젠, 탄화수소[51] 잔류 역청, 미세 실트(성숙된 미세 테일 MFT) 및 물과 같은 기타 용해성 화학 화합물을 포함하는 댐 및 제방 시스템이다.[52] 이러한 테일링 폰드는 오일샌드 표면 채굴의 부산물이며, 타르 샌드의 가장 유해한 측면 중 하나로 꼽힌다.[52] 2013년 앨버타 주 정부는 앨버타 오일 샌드의 테일링 폰드가 약 77km2의 면적을 덮고 있다고 보고했다.[52]

오일샌드 추출 과정에서 바나듐, 니켈, , 코발트, 수은, 크롬, 카드뮴, 비소, 셀레늄, 구리, 망간, , 아연과 같은 중금속이 농축될 수 있다.[116] 특히 캐나다 앨버타주에서 오일 샌드 생산 주변에서 수은 오염이 발견되었다.[119]

2014년 미국 국립 과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 연구 결과에 따르면, 오일샌드 개발 지역에서 발생하는 유기 물질 배출량에 대한 공식 보고가 실제보다 낮게 측정되었을 가능성이 제기되었다. 특히, 폐기물 연못에서 페난트렌, 피렌, 벤조(a)피렌 등의 다환 방향족 탄화수소 (PAH)가 증발하여 배출되는 현상이 보고되지 않았다고 지적했다.[123][124]

7. 3. 토지 황폐화

오일샌드 채굴, 특히 노천 채굴 방식은 토지 황폐화를 일으키는 주요 원인 중 하나이다. 노천 채굴은 표토와 북방림을 파괴하며, 이 지역의 생태계를 복원하는 데는 오랜 시간이 걸린다.[132][135]

애서배스카 오일 샌드는 노천 채굴이 가능할 정도로 얕은 깊이에 위치한 유일한 주요 오일 샌드 매장지이다. 이 지역의 표토는 점토와 불모의 모래 위에 물에 젖은 머스크그(이탄 습지)로 구성되어 있으며, 오일 샌드는 일반적으로 평평한 석회암 위에 놓인, 굳지 않은 사암에 포함된 두께의 조역청 매장층이다.[132]

오일샌드 채굴 과정에서 나무와 덤불을 제거하고, 오일샌드 매장층 위에 있는 표토, 머스크, 모래, 점토, 자갈 등을 제거해야 한다.[132] 원유 1배럴(약 18)을 생산하기 위해서는 약 2.5톤의 오일샌드가 필요하다.[133]

채굴 후에는 광산 복구 계획을 시행해야 하지만,[134] 오일샌드 채굴 작업은 광범위한 지역에서 장기간에 걸쳐 이루어지기 때문에 복구가 쉽지 않다. 광산업계는 북방림이 결국 복구된 토지를 식민지화할 것이라고 주장하지만, 그들의 작업은 대규모이며 장기적인 시간 틀에서 진행된다.[135] 2013년 기준으로 오일 샌드 지역에서 약 715km2의 토지가 훼손되었으며, 그 중 72km2의 토지가 복구 중이다.[135] 2008년 3월, 앨버타는 포트 맥머레이에서 북쪽으로 약 35km 떨어진 게이트웨이 힐로 알려진 1.04km2 토지 구획에 대해 Syncrude에 최초의 오일 샌드 토지 복구 증서를 발급했다.[136]

7. 4. 생태계 파괴

오일샌드 추출은 광범위한 환경 피해를 야기하며, 많은 이들이 이를 생태학적 파괴로 묘사한다.[38][39][40][41][42][43] 오일샌드 추출은 토지, 수자원, 대기에 영향을 미친다.[115] 특히 노천 채굴은 야생 동물 서식지를 파괴하고 토양 침식 및 수계 오염을 유발할 수 있다.[114]

미국 국립 석유 위원회는 2011년 보고서에서 오일샌드 개발과 관련된 건강 및 안전 문제를 인정했다. 여기에는 수원 확보 문제, 야생 동물 서식지 분열, 온실 가스 및 기타 대기 오염 물질 배출 등이 포함된다.[114]

바나듐, 니켈, , 코발트, 수은, 크롬, 카드뮴, 비소, 셀레늄, 구리, 망간, , 아연과 같은 중금속은 오일 샌드에 자연적으로 존재하며 추출 과정에서 농축될 수 있다.[116]

1984년과 2011년 사이에 캐나다 오일 샌드에 걸쳐 구덩이 광산의 성장을 보여주는 위성 사진


오일샌드 개발은 수생 생태계에도 영향을 미친다. 오일샌드에 노출된 물고기 배아에서 높은 기형 발생률이 나타난다는 연구 결과가 있으며,[168] 아타바스카 강과 그 지류에 방향족 다환 화합물이 유입된다는 연구도 있다.[168]

포트 치페와얀 등 오일샌드 개발 지역 주민들의 발병률이 높다는 보고도 있다.[174] 그러나 캐나다 왕립 학회는 2010년 "현재 오일 샌드에서 포트 치페와얀에 도달하여 인간의 암 발병률을 높일 것으로 예상되는 수준의 환경 오염 물질 노출에 대한 신뢰할 만한 증거는 없다"고 발표했다.[176] 2014년 보고서에서 앨버타 수석 의료 책임자는 암과 환경 노출(오일 샌드) 사이에 강력한 증거는 없다고 밝혔다.[176]

7. 5. [[기후 변화]]

기후 변화에 관한 국제 연합 기본 협약 당사국인 캐나다의 온실 가스 배출량은 교토 의정서 목표 연도(2008~2012년)에 1990년 대비 30% 가까이 증가할 것으로 예상되었다. 이러한 증가의 주요 원인 중 하나는 오일샌드 생산 및 정제 과정에서 발생하는 온실 가스 배출이었다.[179] 오일샌드는 지구 온난화 문제와 관련하여 부정적인 자원으로 주목받게 되었다. 캐나다는 2011년 교토 의정서에서 탈퇴했다.[179]

그린피스는 오일샌드 산업이 연간 4천만 톤의 배출량을 차지하며, 캐나다 온실 가스 배출량 증가의 가장 큰 원인이라고 밝혔다.[153] 캐나다 천연 자원부(NRCan)에 따르면, 2005년부터 2017년까지 캐나다의 온실 가스 배출량이 23% 증가한 것은 "대부분 오일 샌드 생산 증가, 특히 현장 추출" 때문이었다.[7]

캐나다 석유 생산자 협회와 캐나다 환경부는 오일샌드 생산 관련 산업 활동이 캐나다 온실 가스 배출량의 약 5%, 전 세계 배출량의 0.1%를 차지한다고 밝혔다. 이들은 오일샌드가 2015년까지 캐나다 온실 가스 배출량의 8%를 차지할 것으로 예측했다.[154] 2006년 기준으로 오일샌드에서 원유 1배럴을 생산하는 데 거의 75kg의 온실 가스가 배출되었으며, 2015년까지 총 배출량은 연간 67Mt로 추정되었다.[157]

IHS CERA의 2009년 연구에 따르면, 캐나다 오일샌드 생산은 연료의 "유정에서 바퀴까지"(WTW) 수명 주기 분석에서 "평균 원유보다 약 5%에서 15% 더 많은 이산화탄소를 배출"한다.[147] 2011년 스탠퍼드 대학교의 EU 위탁 연구에서는 오일샌드 원유가 다른 연료보다 최대 22% 더 탄소 집약적인 것으로 나타났다.[149][150] 2023년 연방 연구에 따르면 오일 샌드의 실제 배출량은 업계에서 보고한 것보다 65% 더 높았다.[152]

2014년 미국 의회 조사국 보고서는 "캐나다 오일 샌드 원유는 일반적으로 미국 정유소에서 대체될 수 있는 다른 원유보다 온실 가스 배출량이 더 많으며, 수명 주기 기준으로 미국에서 정제되는 평균 원유 배럴보다 약 17% 더 많은 온실 가스를 배출한다"고 명시했다.[167]

8. 한국과 오일샌드

한국석유공사는 2006년 미국 석유회사인 뉴몬트사로부터 캐나다 블랙골드 광구 지분을 인수했다.[184] 2010년 8월 19일 GS건설은 한국석유공사의 캐나다 블랙골드 광구 공장 건설계약을 체결했다.[184] 2012년 한국석유공사는 캐나다 블랙골드 광구에 하루 생산량 10000bbl 규모의 오일샌드 생산시설을 준공했으며, 이후 2단계 사업을 추진해 생산규모를 일 30000bbl 규모로 늘릴 예정이다.[185]

9. 오일샌드의 미래

셰일 가스 생산 증가와 수압 파쇄 기술 발전으로 북미 지역의 천연 가스 공급 문제가 해결되면서, 오일샌드 생산의 경제성이 개선되었다.[69] shale gas영어 생산이 증가하면서 이전에는 문제가 되었던 천연 가스 부족 문제가 해결되었고, 북미 자유 무역 협정(NAFTA)에 따라 미국과 동부 캐나다로의 천연가스 수송을 줄이고 앨버타 주 내에서 오일샌드 연료로 사용하게 되었다. 또한 파이프라인을 통해 가스 대신 오일샌드 생산량을 늘려 수송하게 되었다.[69]

미국의 타이트 오일 생산량 급증으로 오일샌드 희석제 공급 문제가 해결되었다.[99]

아시아 지역의 석유 수요 증가로 인해, 캐나다는 노던 게이트웨이 파이프라인과 트랜스 마운틴 파이프라인 확장 등을 통해 아시아 시장으로의 오일샌드 수출을 추진하고 있다.[91] 2013년, 중국은 원유 수입에서 미국을 넘어섰고, 중국석유화(시노펙)(China Petrochemical Corporation), 중국해양석유(CNOOC)(CNOOC), 페트로차이나(PetroChina)와 같은 중국 기업들은 캐나다 오일샌드 프로젝트에 많은 금액을 투자하여, 인수한 석유의 일부를 중국으로 수출하려고 한다.[92]

그러나 키스톤 XL 파이프라인 건설이 버락 오바마 미국 대통령에 의해 거부되는 등, 석유 운송을 위한 새로운 파이프라인 건설에 대한 정치적, 환경적 반대가 커지고 있다.[105]

탄소 버블 문제와 기후 변화 대응을 위한 국제 협약 체결 가능성으로 인해, 오일샌드 개발의 미래는 불확실하다.[104] 2015년 연구에 따르면, 2°C 목표를 달성하기 위해서는 전 세계 석유 매장량의 3분의 1, 가스 매장량의 절반, 석탄 매장량의 80% 이상이 2050년까지 지하에 남아 있어야 한다. 이에 따라 캐나다의 천연 비투멘 노천 채굴은 다른 생산 방식보다 경제성이 떨어져 2020년 이후에는 미미한 수준으로 감소할 수 있다.[111]

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