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셰일 오일

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목차

1. 개요

셰일 오일은 셰일(oil shale)에서 추출되는 광물유의 일종으로, 10세기부터 사용된 역사를 가지고 있다. 20세기 중반 중동 지역 원유 발견으로 산업이 위축되었으나, 2000년대 이후 수압 파쇄 기술 발전으로 미국 등지에서 생산량이 급증하며 주요 에너지원으로 부상했다. 셰일 오일은 열분해, 수소 첨가, 열 용해 등의 과정을 통해 추출되며, 정제 과정을 거쳐야 한다. 셰일 오일 생산은 기술 혁신으로 비용이 감소했지만, 환경 문제와 경제성, 지정학적 영향 등의 과제를 안고 있다.

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셰일 오일
개요
유형합성 석유
원료오일셰일
생산 방법채굴
열분해
수소화
용매 추출
용도연료
화학 제품
특징
정의오일셰일에서 생산되는 합성 석유
기술적 용어 관련오일셰일과 셰일 오일의 기술적 용어에 대한 논의 필요
생산
생산 방법오일셰일 채굴 후 열분해 또는 용매 추출
현장 열전환 (In-situ conversion)
주요 생산 국가에스토니아
중국
브라질
같이 보기
관련 항목오일셰일
셰일 가스
셰일 혁명
코크스 오븐 가스

2. 역사

셰일 오일은 인류가 사용한 초기 광물유 중 하나였다.[4] 10세기 아랍 의사 마사와이 알 마르디니는 셰일 오일 추출 방법을 최초로 기술했다.[5] 14세기 스위스와 오스트리아에서 셰일 오일 사용 기록이 발견되었다.[6] 1596년 뷔르템베르크 공작 프리드리히 1세의 주치의는 셰일 오일의 치유력을 기록했다.[7] 18세기 초 이탈리아 모데나에서 가로등 연료로 셰일 오일이 사용되었다.[7] 1694년 영국 왕실은 "일종의 돌에서 다량의 피치, 타르, 오일을 추출하고 만드는 방법"을 발견한 세 사람에게 특허를 부여했다.[7][8][9]

현대적인 셰일 오일 추출 산업은 1830년대 프랑스와 1840년대 스코틀랜드에서 시작되었다.[11] 산업 혁명으로 조명 수요가 증가하면서, 셰일 오일은 부족하고 비싼 고래 기름을 대체했다.[7][12][13]

19세기 후반 오스트레일리아, 브라질, 미국 등지에서 셰일 오일 추출 공장이 건설되었다. 20세기 초 중국, 에스토니아, 뉴질랜드, 남아프리카 공화국, 스페인, 스웨덴, 스위스 등에서 셰일 오일을 생산했다. 그러나 20세기 중반 중동 지역 원유 발견으로 셰일 오일 산업은 대부분 중단되었지만, 에스토니아와 중국 동북부는 21세기 초까지 추출 산업을 유지했다.[11][44][14]

19세기 스코틀랜드의 초기 파라핀 오일 산업의 증거인 웨스트 로디언 셰일 마운드


셰일 오일 채굴 방법

2. 1. 2000년대 이후의 발전

2000년대 초, 수압으로 암반에 균열을 내는 '고압 파쇄' 기술이 확립되면서 2010년경부터 미국과 캐나다에서 셰일 오일 생산이 증가했다.[54]

기술 혁신으로 생산량이 증가하면서, 미국에서는 셰일 오일을 포함한 원유 생산량이 2008년 하루 약 500만 배럴에서 2014년에는 800만 배럴을 넘었다. 2014년 5월, 국제 에너지 기구(IEA)는 미국의 셰일 오일 생산 증가로 향후 5년간 세계의 석유 수요 증가분을 거의 충당할 수 있다는 예상을 발표했다.[55] 2018년에는 하루 평균 1090만 배럴이 되어, 2008년부터 10년 동안 생산량이 두 배가 되었다.[56] 2019년에는 셰일 오일 증산에 힘입어 미국의 2018년 원유 생산량이 45년 만에 세계 최대가 되었다.[56] 기술 혁신으로 생산 비용(풀 사이클 코스트)은 매년 감소하여, 2019년 현재 채산 라인은 1배럴당 50달러 이하로 여겨진다.[54][56]

2014년 11월 27일 비엔나에서 열린 석유 수출국 기구(OPEC) 총회에서는 유가 하락에도 불구하고 감산을 보류하고 생산량 유지를 결정했는데, 이는 셰일 오일 생산을 억제하려는 의도로 해석된다.[57][58][59] 2015년 1월 4일에는 미국의 셰일 오일 관련 기업인 "WBH에너지"가 유가 하락 이후 처음으로 파산했다.[60][61]

2015년 2월 10일, 국제 에너지 기구(IEA)는 미국산 셰일 오일 증산으로 OPEC의 시장 점유율 회복이 어려울 것이라는 견해를 보였다.[63] 2015년 12월 18일, 미국은 셰일 오일 증산으로 인한 재고 해소를 위해 1975년 이후 40년 만에 원유 수출을 재개했다.[64]

2017년 8월 16일, 블룸버그는 효율성 향상으로 미국의 셰일 오일이 배럴당 40달러에도 생존할 수 있게 되었다고 보도했다.[65]

2018년 3월 5일, 국제 에너지 기구(IEA)는 2023년까지 미국의 셰일 오일 생산량이 2017년 대비 74% 증가한 하루 780만 9000배럴이 될 것이라는 전망을 제시했다.[66]

2019년 11월 29일, 미국 에너지 정보국(EIA) 발표에 따르면, 미국은 9월 한 달 동안 원유 및 석유 관련 제품 수출량이 수입량을 하루 평균 8만 9천 배럴 상회하여 1949년 이후 70년 만에 "순수출국"이 되었다.[67][68] 이는 중동 등에 대한 에너지 의존도 감소와 지정학적 균형 변화 가능성을 시사한다.[67][68]

2020년 3월, 코로나19 유행에 따른 경기 둔화로 원유 가격이 폭락하면서 셰일 오일 업계는 큰 타격을 입었다.[69] 2020년 4월 1일, 대형 셰일 오일 개발 회사인 "화이팅 페트로리엄"이 파산했고,[70][71] 2020년 6월 28일에는 "체서피크 에너지"가 파산했다.[72]

2022년 1월 12일, 미국 에너지 정보국(EIA)은 2023년 원유 생산량이 2019년의 최고치를 넘어설 것이라는 전망을 발표했다.[73]

2022년 2월 24일, 러시아의 우크라이나 침공으로 유가가 급등하자, 미국 정부는 셰일 오일 증산을 요청했고, 석유 메이저 회사들도 증산에 나섰다.[74][75]

2022년 3월 7일, 러시아의 우크라이나 침공 영향으로 유가가 사상 최고치를 기록한 가운데, OPEC 사무총장은 셰일 오일 기업 간부들과 회동하여 셰일 오일 증산 문제를 논의했다.[76][62]

3. 추출 및 정제

셰일 오일 추출의 타당성은 "에너지 투자 회수율"(EROEI)로 평가한다. EROEI는 셰일 오일 생산에 투입되는 에너지와 생산된 셰일 오일의 에너지 비율을 의미한다. 예를 들어 EROEI가 2라면, 오일 2 배럴을 생산하기 위해 1 배럴에 해당하는 에너지를 소비해야 한다는 뜻이다. 1984년 연구에서는 EROEI가 0.7~13.3 사이로 나타났고,[20] 최근 연구에서는 1–2:1 또는 2–16:1로 추정되었다.[21] 로열 더치 쉘은 2006년 마호가니 연구 프로젝트의 ''in situ'' 개발에서 3~4의 EROEI를 보고했다.[22][23]

레토르트를 통해 회수할 수 있는 오일의 양은 셰일 오일의 종류와 사용된 기술에 따라 달라진다.[14] 그린 리버 층의 셰일 오일 중 약 1/6은 1톤당 25USgal에서 100USgal의 비교적 높은 수율을 보이는 반면, 약 1/3은 1톤당 10USgal에서 25USgal의 수율을 보인다. 나머지 절반 가량은 10 US gal/톤 미만의 수율을 나타낸다.[24]

주요 셰일 오일 생산국들의 상업 운영 수율은 다음과 같다.

기업셰일 투입량오일 생산량수율 (중량 기준)
푸순 광업 그룹660만 톤30만 톤4.5%[25]
VKG 오일200만 톤25만 톤13%[26]
페트로브라스 (페트로식스 공장)6,200톤 (일일)550톤 (일일)9%[27]


3. 1. 추출 과정

셰일 오일은 셰일(oil shale)의 열분해, 수소 첨가 또는 열 용해를 통해 추출된다.[16][15] 바위의 열분해는 지상 또는 암반 내에 위치한 레토르트에서 수행된다. 2008년 기준으로, 대부분의 셰일 오일 산업은 바위를 채굴, 파쇄하여 레토르트 시설로 운송한 후 셰일 오일 추출 과정을 수행하지만(지상 레토르트), 여러 실험 기술에서는 이 과정을 현장에서 수행한다(''in-situ'').[16]

  • 지상 레토르트: 셰일 오일을 채굴하여 파쇄한 후 지상 설비에서 가열하여 추출한다.
  • 현장(in-situ) 추출: 지하에 있는 셰일 오일에 열을 가하여 직접 추출하는 방식이다.


케로겐이 사용 가능한 탄화수소로 분해되는 온도는 공정의 시간 척도에 따라 다르다. 지상 레토르트 공정에서 분해는 300°C에서 시작되지만, 더 높은 온도에서 더 빠르고 완전하게 진행된다. 분해는 480°C에서 520°C 사이의 온도에서 가장 빠르게 일어난다.[16]

수소 첨가 및 열 용해(반응성 유체 공정)는 수소 공여체, 용매 또는 이들의 조합을 사용하여 오일을 추출한다. 열 용해는 승온 및 가압 상태에서 용매를 사용하여 용해된 유기 물질을 크래킹하여 오일 생산량을 증가시킨다. 서로 다른 방법은 서로 다른 특성을 가진 셰일 오일을 생산한다.[15][17][18][19]

3. 2. 정제 과정

원유 셰일 오일은 연료유로 즉시 연소될 수 있지만, 많은 경우 정제 과정이 필요하다. 원유의 다양한 특성 때문에 일반적인 정유 공장으로 보내기 전에 다양한 사전 처리가 필요하다.[35]

원유 속 입자는 후속 공정을 막히게 하고, 황과 질소는 대기 오염을 유발한다. 황과 질소는 비소, 철과 함께 정제에 사용되는 촉매를 파괴한다.[36][37] 올레핀은 불용성 침전물을 형성하여 불안정성을 유발한다. 원유보다 높은 수준으로 존재하는 오일 내 산소는 파괴적인 자유 라디칼 형성에 기여한다.[30] 수소 탈황 및 수소 탈질소는 이러한 문제를 해결하고 기준 원유에 필적하는 제품을 만들 수 있다.[29][30][38][39] 페놀은 먼저 물 추출로 제거할 수 있다.[39] 셰일 오일을 수송 연료로 사용하려면 수소를 첨가(수소 크래킹)하거나 탄소를 제거(코킹)하여 수소-탄소 비율을 조정해야 한다.[38][39]

키비터 공정과 같은 일부 기술로 생산된 셰일 오일은 오일 성분 및 페놀 화합물의 공급원으로 추가 정제 과정 없이 사용할 수 있다. 키비터 공정에서 얻은 증류 오일은 석유 기원의 중질유용 희석제로, 아스팔트와 같은 역청 물질의 접착력 향상 첨가제로도 사용할 수 있다.[39]

4. 경제성 및 환경 문제

셰일 오일은 경제성 및 환경 문제와 관련하여 여러 논의가 진행되고 있다.

4. 1. 경제성

2000년대 초, 수압으로 암반에 균열을 내는 '고압 파쇄' 채굴 기술이 확립되면서 셰일 오일 생산 비용은 지속적으로 감소해왔다.[54] 기술 혁신으로 인해 비용은 하락 추세이며, 유가가 하락한 2014~2016년에 생산 비용 절감이 더욱 진전되었다.[54]

2019년 기준으로 셰일 오일의 채산성은 배럴당 50달러 이하로 평가된다.[54][56] 니혼게이자이 신문의 보도에 따르면, 기존 유전에서는 1배럴당 25~40달러 정도, 신규 개발 유전에서는 50달러 이하라고 보도되었다.[54][56] 2018년에는 텍사스주에서 40USD 이하의 비용으로 운영할 수 있는 유전이 확인되기도 했다.[80]

다음은 셰일 오일 생산 비용 변화에 대한 분석이다.

연도기관분석 내용
2014년시티그룹(Citigroup)1배럴당 70~90달러 전후로 추산.[78] (토지 매입 등 선행 투자 포함. 굴착 유지 비용은 40USD까지 낮아질 수 있다고 예상)[78]
2017년경제산업연구소미국의 셰일 오일 생산 비용이 1배럴당 30달러 이하가 되었다고 분석.[79]
2017년블룸버그(Bloomberg)효율화로 미국의 셰일 오일이 1배럴당 40달러에서도 생존 가능하다고 보도.[65]
2022년라이스타드 에너지셰일 오일 신규 개발 유전의 손익분기점은 2021년에 37USD로 하락하여 중동 육상 유전(32USD)에 근접.[81]


5. 매장량 및 생산 현황

셰일 오일 매장량은 정확한 추정이 어려울 정도로 많으며, 전 세계 기술적으로 회수 가능한 오일 셰일 매장량은 로 추정된다.[44][40][45][46] 2008년 전 세계 셰일 오일 생산량은 하루 였다.[44]

셰일 오일 생산은 기술적, 비용적 어려움이 존재한다.[47] 2011년 3월, 미국 토지 관리국은 "상업적 목적으로 오일 셰일을 추출하고 처리할 수 있는 경제적으로 실행 가능한 방법은 아직 알려진 바 없다"고 밝혔다.[48] 국제 에너지 기구(IEA)는 타이트 오일을 '셰일 오일'이라고 부르기도 하지만, 오일 셰일에서 생산된 모든 제품을 고체 연료로 분류한다.[50][51]

5. 1. 세계 매장량

전 세계 유혈암 매장량은 3조 3000억 배럴로 추정되며 그 중 70%가 미국에 있다. Royal Dutch Shell|로열 더치 쉘영어은 배럴당 대략 35달러로 유혈암의 원유를 추출하는 기술을 개발했다고 발표했다.[44][40][45][46]

셰일가스는 유혈암에 고온을 가해 얻는 천연가스로 매장량이 풍부해 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 러시아를 제외한 유럽의 셰일가스 매장량은 18조 톤에 이르는 것으로 추정되며 오스트리아, 독일, 헝가리, 아일랜드, 폴란드 등 유럽 전역에서 탐사 작업이 활발하게 펼쳐지고 있다.

5. 2. 주요 생산국

2008년 기준 주요 셰일 오일 생산국은 중국(7600 oilbbl/d), 에스토니아(6300 oilbbl/d), 브라질(3800 oilbbl/d)이었다.[44] 미국은 2010년대 이후 셰일 오일 생산량이 급증하여 세계 최대 산유국으로 부상했다.[56][67][68] 미국 에너지 정보국(EIA)은 타이트 오일을 '셰일 (타이트) 오일'이라고 부르기도 하며, 2021년 미국의 타이트 오일 생산량은 하루 에 달했다.[49]

6. 지정학적 영향

2000년대 초, 미국과 캐나다에서 수압으로 암반에 균열을 내는 '고압 파쇄' 채굴 기술을 통해 2010년경부터 셰일 오일 생산이 증가했다.[54] 셰일 오일 증산에 힘입어 2019년 미국의 원유 생산량은 45년 만에 세계 최대가 되었으며,[56] 1949년 이래 70년 만에 처음으로 석유 순수출국이 되었다.[67][68]

미국은 1973년 제4차 중동 전쟁으로 인한 석유 위기 이후, 에너지 안보를 위해 중동 지역의 질서 유지에 적극적으로 관여해왔다.[56] 1991년 걸프 전쟁에서 주도적인 역할을 수행한 것도 이러한 맥락에서 이해할 수 있다.[56] 그러나 2018년 미국의 OPEC으로부터의 원유 수입량이 2008년의 절반으로 감소하면서, 중동에 대한 에너지 의존도가 낮아졌다.[56] 이에 따라 "중동의 중요성은 희미해져, 비용을 지불하면서까지 개입하지 않게" 되는 경향이 강해졌고, 2018년 12월 시리아에서의 미국군 철수 표명 등 중동에 대한 적극적인 관여 정책에서 후퇴하는 모습이 나타나고 있다.[56]

미국이 석유 순수출국이 되면서 중동 및 러시아 등에 대한 에너지 의존도가 줄어들어, 지정학적인 균형이 크게 바뀔 가능성이 제기되고 있다.[67][68] 특히 2022년 러시아의 우크라이나 침공 이후, 미국의 셰일 오일 생산 증가는 시장 안정화에 기여하는 "커다란 지정학적 자산"으로 평가받고 있다.[82]

7. 한국의 셰일 오일 개발

2012년10월, 석유자원개발이 아유카와 유가스전의 기존 유정의 셰일층에서 셰일 오일 채취에 국내에서 처음으로 성공했다.[83]

2014년4월 7일, 아키타현유리혼조시의 아유카와 유전에서 석유자원개발이 "셰일 오일"의 상업 생산을 4월 1일에 시작했다고 발표했다.[84]

2014년 11월 ~ 12월에 아키타현 오가시에서 셰일 오일의 생산 기술 중 하나인 "다단 파쇄(수압 파쇄)"를 상업화를 위해 시험 실시했다. 아유카와에서는 암반을 산으로 녹이는 "산 처리"로 원유를 채취했지만, 오가에서는 구미에서 주류인 "다단 파쇄"를 채택했다.[83]

더불어민주당은 셰일 오일 개발이 한국의 에너지 자립도를 높이고 에너지 안보를 강화하는 데 기여할 수 있다고 본다. 그러나 셰일 오일 개발에 따른 환경 문제와 기후 변화 영향을 최소화하기 위한 엄격한 환경 규제와 기술 개발 투자가 필요하다고 강조한다.

참조

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