천연가스

3. 장단점

천연가스는 현대 사회의 주요 에너지원 중 하나로 자리 잡았지만, 여러 장점과 함께 고려해야 할 단점도 가지고 있다. 과거 원유 생산의 부산물로 여겨져 단순히 소각되거나 방출되는 경우가 많았으나,^[28][29] 기술의 발전과 함께 그 중요성이 부각되었다.

주요 장점으로는 연소 시 석탄이나 석유에 비해 환경 오염 물질과 온실가스 배출량이 적다는 점이 꼽힌다. 또한 액화천연가스(LNG)나 압축천연가스(CNG) 형태로 가공하여 운송 및 저장이 용이해졌으며,^[222] 특히 CNG는 깨끗한 배기가스 덕분에 자동차 연료로 주목받고 있다.^[222]

반면, 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 저장 및 운송에 제약이 따르고, 천연가스 충전소와 같은 관련 인프라 구축이 필요하다는 점 등은 단점으로 지적된다. 천연가스의 장점과 단점에 대한 자세한 내용은 아래에서 설명한다.

3. 1. 장점

• 환경 친화성: 연소 시 매연이나 미세먼지(PM)를 거의 생성하지 않으며, 이산화 탄소(CO₂) 배출량도 석탄이나 석유에 비해 평균적으로 40~50% 정도 적다. 질소산화물(NOx) 생성량도 적고, 대기오염의 원인 중 하나인 오존 생성 탄화수소의 비중도 낮다. 이러한 특성은 온실가스 배출 감소에 기여한다.
• 효율성 및 경제성: 옥탄가가 RON 135로 매우 높아 엔진 효율 측면에서 유리하다.^[222] 또한, 원유와 달리 채굴 후 복잡하고 비용이 많이 드는 정제 과정을 거치지 않고 바로 사용할 수 있어 경제적이며, 생산 공정에서의 이산화 탄소 배출량도 줄일 수 있다.
• 안전성 및 편의성: 주성분인 메탄은 공기(평균 분자량 29)보다 가벼워 누설 시 대기 중으로 쉽게 확산되므로 상대적으로 안전성이 높다. 최근 액화천연가스(LNG) 기술의 발전으로 운송과 보관이 더욱 안전하고 용이해졌다. 또한 디젤기관에 비해 소음이 적다는 장점도 있다.
• 풍부한 매장량: 전 세계적으로 매장량이 풍부하여 약 100년 정도 사용할 수 있을 것으로 예측된다.
• 활용성: 압축천연가스(CNG) 형태로 사용할 경우, 연소 시 발생하는 배기가스가 비교적 깨끗하여 자동차 연료로 주목받고 있다.^[222]

3. 2. 단점

• 낮은 출력: 휘발유나 경유를 사용하는 엔진에 비해 출력이 낮다. 가솔린 엔진과 비교했을 때, 하이브리드 기관(휘발유와 압축천연가스 혼용)에서는 약 15%, 압축천연가스만 사용하는 기관에서는 약 12% 정도 출력이 낮아진다. 이는 천연가스 혼합기의 발열량이 상대적으로 낮기 때문이다.
• 짧은 주행거리: 에너지 밀도가 낮아 한 번 충전으로 갈 수 있는 주행거리가 상대적으로 짧다.
• 저장 및 설치 공간 제약: 가스를 저장하는 탱크는 약 400~500bar의 높은 압력을 견뎌야 하며, 부피가 커서 차량 등에 설치할 때 공간을 많이 차지한다.
• 부족한 충전 인프라: 아직 천연가스 충전소 인프라가 충분히 구축되지 않아 충전에 불편함이 있다.
• 누출 위험: 액화 기술이 발전했지만, 여전히 기체 상태로 운반하거나 사용하는 경우가 많아 누출의 위험이 존재한다.

4. 기원

천연가스는 주로 해양 미생물과 같은 유기물이 혐기성 조건에서 분해된 후, 수백만 년 동안 지하 깊은 곳에서 높은 열과 압력을 받아 생성되는 화석연료이다. 이 과정에서 유기물이 광합성을 통해 저장했던 태양 에너지가 메테인과 다른 탄화수소의 화학 에너지 형태로 전환된다.

천연가스는 종종 석탄이나 석유와 같은 다른 화석 연료와 함께 지하 지층에서 발견된다. 생성 과정에 따라 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 하나는 비교적 얕은 곳에서 미생물의 작용으로 유기물이 분해되어 생성되는 경우(생물학적 기원)이고, 다른 하나는 지하 깊은 곳의 유기물이 높은 열과 압력에 의해 변성되어 생성되는 경우(열 발생 기원)이다.^[186][187] 천연가스의 구체적인 기원은 탄소나 헬륨 등의 동위원소 비율 분석을 통해 추정하기도 한다.^[185]

4. 1. 유기적 기원

• '''열분해 가스'''
• * 퇴적물 속의 유기물(원유, 석탄, 또는 니질 퇴적물에 포함된 유기 용매에 녹지 않는 유기물)이 열분해되어 생성된다.

• * 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄과 같은 탄화수소를 비교적 많이 포함하고 있다.

• '''박테리아 가스'''
• * 석탄^[189]이나 퇴적물 속 유기물이 낮은 온도에서 생물학적으로 분해되어 생성된다. 이름과 달리 직접 메탄을 생성하는 것은 박테리아가 아니라 고세균이다.^[175]

• * 메탄이 주성분이며 다른 성분은 적게 포함되어 있다. 유기물을 분해하는 메탄 생성균에 의한 이산화탄소(CO₂) 환원 반응을 통해 생성된다.^[190]

4. 2. 무기적 기원

5. 조성

천연가스는 주로 메테인(CH₄)으로 구성된 기체 탄화수소의 자연 발생 혼합물이며, 다양한 소량의 다른 고급 알칸도 포함한다. 또한 이산화 탄소(CO₂), 질소(N₂), 황화 수소(H₂S), 헬륨(He)과 같은 미량 가스도 일반적으로 존재한다. 주성분인 메탄은 무색, 무취이므로, 가스 누출을 쉽게 감지할 수 있도록 천연가스 공급 시에는 일반적으로 머캅탄(유황이나 썩은 달걀 냄새와 유사)과 같은 방향제를 첨가한다.

천연가스에 포함된 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 그리고 펜탄 이상의 탄화수소(천연가스 콘덴세이트)의 비율은 생산되는 지역에 따라 조금씩 다르다.

천연가스에 포함된 주요 불순물로는 물, 질소, 이산화탄소, 황산화물, 황화 수소, 수은 등이 있다.^[175] 예외적으로 북아메리카산 및 알제리산 천연가스에는 1~7 mol/100mol의 헬륨이 포함되어 있어 세계적으로 중요한 헬륨 공급원이 되고 있다.^[194]

천연가스는 휘발성이 높아 상온에서는 빠르게 증발하는 성질을 가진다. 주성분인 메탄과 에탄은 공기보다 가볍기 때문에 대기 중에 쉽게 확산된다. 이는 상온에서 공기보다 무겁고 낮은 곳에 머무르기 쉬운 프로판이나 부탄 가스에 비해 취급 시 위험성이 상대적으로 낮다. 또한 프로판과 마찬가지로 메탄과 에탄도 무취이며, 불순물을 제거한 천연가스 역시 무취이다. 그러나 무취 상태로 천연가스를 사용하면 가스 누출 시 인지하지 못해 폭발 사고로 이어질 수 있다.^[195] 따라서 비용 문제나 연소 생성물에 의한 영향을 피하기 위해 탈취제를 첨가하지 않는 산업용 원료를 제외하고, 연료용 가스로 천연가스를 공급할 때는 유기황 화합물을 비롯한 악취 성분을 의도적으로 혼입(첨취)하여 가스 누출을 사람의 후각으로 쉽게 감지할 수 있도록 조치한다.

천연가스를 구성하는 주요 성분의 물리적 성질은 다음과 같다.^[175]

상압 하에서 메탄의 끓는점은 -161.5°C이며, LNG의 끓는점은 약 -160°C이다. 따라서 상압 하에서 액화하려면 극저온 상태를 유지해야 한다. 또한, 압력을 가해 끓는점을 높이려 해도, 임계온도가 -82.6°C이기 때문에 이 온도 이상에서는 아무리 압력을 가해도 액화되지 않는다.

• - 메탄의 액체 상태 비중은 0.43이며, LNG가 되면 다른 성분의 비율에 따라 0.43~0.48 정도가 된다. 이는 원유의 비중 약 0.85와 비교했을 때 상당히 가벼운 편이어서, 운반 시 무게에 비해 큰 부피를 차지한다.

6. 특성

천연가스는 주로 메테인(CH₄)으로 이루어진 기체 상태의 탄화수소 혼합물이다.^[195] 그 외에도 소량의 다른 알칸과 함께 이산화 탄소, 질소, 황화 수소, 헬륨 같은 미량 기체가 포함되기도 한다. 메탄 자체는 색깔과 냄새가 없기 때문에, 가스 누출을 쉽게 감지할 수 있도록 인공적으로 부취제(주로 머캅탄 계열)를 첨가하는 경우가 많다. 이는 보통 유황이나 썩은 달걀과 비슷한 냄새를 풍긴다. 다만, 산업용 원료로 사용될 때는 비용 문제나 연소 생성물의 영향을 피하기 위해 부취제를 첨가하지 않기도 한다.^[195]

천연가스는 화석연료이며 재생 불가능 자원이다. 주로 해양 미생물 같은 유기물이 산소가 없는 환경(혐기성 조건)에서 분해되고, 이후 수백만 년 동안 지하 깊은 곳에서 높은 열과 압력을 받아 만들어진다. 이 과정에서 유기물이 광합성을 통해 태양으로부터 얻었던 에너지가 메탄과 다른 탄화수소 분자 안에 화학 에너지 형태로 저장된다.

천연가스는 공기보다 가볍다. 밀도는 공기를 1로 보았을 때 0.58에서 0.79 사이이며, 일반적으로 0.64 미만이다. 비교를 위해 순수 메탄의 밀도는 공기의 약 0.678배이다. 또한 휘발성이 높아 상온에서는 빠르게 기체로 변하며, 주성분인 메탄과 에탄이 공기보다 가볍기 때문에 누출 시 대기 중으로 쉽게 확산된다. 이는 상온에서 공기보다 무거워 낮은 곳에 고이기 쉬운 프로판이나 부탄 가스(액화석유가스의 주성분)에 비해 상대적으로 안전한 특성으로 여겨지기도 한다.^[195]

천연가스는 산출되는 장소나 정제 방법에 따라 여러 이름으로 불린다.

천연가스는 종종 단순히 '가스'라고 불리기도 하지만, 휘발유를 의미하는 '가스'(gasoline)와는 구분해야 한다. 측정 단위로는 표준 세제곱미터(Sm³) 또는 표준 세제곱피트(scf)를 사용한다.

천연가스는 난방, 요리, 발전 등 다양한 용도로 사용되며, 플라스틱 제조 등 화학 공업의 원료로도 쓰인다. 그러나 천연가스의 추출과 연소 과정에서 주성분인 메탄과 연소 시 발생하는 이산화탄소가 온실 기체로 배출되어 기후 변화의 주요 원인 중 하나로 지목된다. 연소 시 다른 화석 연료에 비해 대기 오염 물질 배출은 적은 편이지만, 생산 및 운송 과정에서의 누출(비산 배출)을 고려하면 전체적인 탄소 발자국은 다른 화석 연료와 비슷할 수 있다. 지하에서 생산된 천연가스는 보통 물과 같은 불순물을 제거하는 처리 과정을 거치며, 이 과정에서 에테인, 프로페인, 뷰테인 등이 부산물로 얻어진다.

7. 분류

천연가스는 존재하는 상태, 산출되는 지질학적 환경, 저장 방식 등에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 일반적으로 지하에서 생산되는 기체 상태의 천연가스와 이를 운송 및 저장을 위해 액화시킨 액화천연가스(LNG)로 구분하기도 한다. 산출 장소에 따라서는 셰일가스나 메탄 하이드레이트 등으로 나뉘며, 저장 방식에 따라 지하 저장이나 흡착 저장 등으로 분류된다.

7. 1. 산출 장소에 따른 분류

7. 2. 저장 방식에 따른 분류

8. 용도

천연가스는 다양한 용도로 활용되는 중요한 에너지 자원이다. 주된 용도는 난방, 요리, 발전이며, 플라스틱 등 다양한 화학 제품을 만드는 원료로도 사용된다. 차량 연료로도 사용되지만 다른 용도에 비해 일반적이지는 않다.

=== 발전 ===

천연가스는 화력발전소의 주요 연료 중 하나이다. 석탄이나 석유에 비해 연소 시 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 대기오염 물질과 온실가스인 이산화 탄소(CO₂) 배출량이 상대적으로 적다는 장점이 있다.^[176][177] 하지만 천연가스 자체(주성분인 메테인)가 강력한 온실가스이며, 추출 및 운송 과정에서 누출될 경우 기후 변화에 영향을 미칠 수 있다. 공급망 전체를 고려할 때 다른 화석 연료와 유사한 수준의 탄소 발자국을 가질 수도 있다.

=== 가정용 ===

• '''화학 원료:'''
• * 하버-보슈법을 이용한 암모니아 생산의 핵심 원료이다. 생산된 암모니아는 주로 질소 비료 제조에 사용되며, 이는 현대 농업 생산성 향상과 세계 인구 부양에 크게 기여했다.^{[81][95][96][97]}
• * 수소(H₂) 생산에 사용된다. 수증기 개질과 같은 공정을 통해 천연가스로부터 수소를 얻을 수 있으며, 생산된 수소는 정유 공정, 수소화 반응, 연료 전지 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.
• * 메테인을 영양분으로 사용하는 메틸로코쿠스 캡슐라투스(Methylococcus capsulatus)와 같은 박테리아를 배양하여 동물 및 어류 사료용 단백질을 생산하는 데 쓰이기도 한다.^{[98][99][100]}
• * 에탄, 프로판과 같은 천연가스 내 탄화수소는 올레핀(알켄)과 같은 기초 화학 물질 생산의 출발 물질이 된다. 예를 들어, 에탄은 에틸렌으로 전환되어 폴리에틸렌 플라스틱이나 에틸렌 글리콜(부동액 원료) 등을 만드는 데 사용되고, 프로판은 프로필렌으로 전환되어 폴리프로필렌 플라스틱이나 아크릴산 등을 만드는 데 사용된다.
• * 이 외에도 섬유, 유리, 철강, 플라스틱, 페인트, 합성유 등 다양한 제품 제조 공정에 활용된다.^[101]

• '''공정 연료:''' 산업용 보일러, 건조기, 용광로 등 다양한 설비의 열원으로 사용된다.

• '''압축천연가스(CNG):''' 천연가스를 높은 압력으로 압축한 형태로, 주로 버스, 트럭 등 천연가스 자동차의 연료로 사용된다. 휘발유나 경유에 비해 배기가스 배출이 적다는 장점이 있다. 천연가스의 옥탄가는 약 135 정도로 매우 높다.^[222]
• '''액화천연가스(LNG):''' 천연가스를 약 -162°C 이하의 초저온으로 냉각하여 액화시킨 것이다. 부피가 기체 상태의 약 1/600로 줄어들어^[175] 대량 수송 및 저장이 용이하다. 주로 LNG선을 통해 장거리 해상 운송되며, 천연가스 동력선의 연료로도 사용된다.^[178] LNG는 액화 과정에서 이산화 탄소, 황 화합물 등 불순물이 제거되어 매우 순수한 메테인을 주성분으로 한다.^[175]
• '''가스 투 리퀴드(GTL):''' 천연가스를 휘발유, 경유, 제트 연료 등 액체 연료로 전환하는 기술이다. 피셔-트롭슈 공정(Fischer-Tropsch process), 메탄올-가솔린 전환(MTG), 합성가스-가솔린 플러스 전환(STG+) 등의 기술이 있으며, 이를 통해 황 성분이 거의 없는 고품질의 합성 연료를 생산할 수 있다.^[30]

9. 생산 및 처리

• 셰일가스 (Shale gas): 셰일(shale) 지층의 미세한 공극에 저장된 천연가스이다. 셰일은 투과율이 매우 낮기 때문에, 수압 파쇄(hydraulic fracturing) 공법을 이용하여 인공적인 균열을 만들어 가스를 추출한다. 2000년대 이후 미국을 중심으로 셰일가스 생산이 급증하면서 "셰일 혁명"이라 불리는 에너지 시장의 변화를 가져왔으며,^[41][42][43] 중국, 아르헨티나 등 다른 국가에서도 개발이 진행 중이다.^{[44][45][46][47][48]}
• 타이트 가스 (Tight gas): 투과율이 낮은 사암이나 탄산염암 지층에 저장된 천연가스이다. 셰일가스와 마찬가지로 수압 파쇄 등의 기술이 필요하다.
• 탄층 메탄 (Coalbed methane, CBM): 석탄층에 흡착되어 있는 메탄가스이다. 석탄 채굴 시 안전을 위협하는 가스였으나, 자원으로 활용하기 위한 기술이 개발되었다.
• 메탄 하이드레이트 (Methane hydrate): 저온 고압 상태에서 물 분자가 메탄 분자를 둘러싸 얼음처럼 고체화된 것이다. 주로 심해저 퇴적층이나 영구 동토층 아래에 막대한 양이 분포하는 것으로 추정된다. 차세대 에너지 자원으로 주목받고 있으며, 일본 등에서 상업적 생산을 위한 기술 개발 및 시험 생산이 이루어지고 있다.^[49]

10. 환경 문제

천연가스 추출 및 소비는 기후 변화의 주요 원인이며 그 영향력이 점점 커지고 있다.^{[106][107][108]} 천연가스 자체(주성분인 메테인)와 연소 시 발생하는 이산화탄소 모두 온실 기체이기 때문이다.^[109][110]

=== 온실가스 배출 ===

11. 안전 문제

천연가스를 이용한 요리는 실내 공기 질을 악화시키고 천식과 같은 호흡기 질환을 유발할 수 있다.^[102][103] 천연가스 채굴 과정에서는 또한 폴로늄(Po-210), 납(Pb-210), 라돈(Rn-220)과 같은 방사성 동위원소가 생성될 수 있다. 특히 기체 상태인 라돈은 초기 방사능 수치가 1세제곱미터당 5~200,000 베크렐에 달하며, 빠르게 붕괴하여 납-210이 되어 가스 채굴 장비 표면에 얇은 막을 형성하기도 한다.^[138]

12. 국제 관계

유럽 연합(EU) 내에서는 최종 소비자의 가스 가격이 국가별로 큰 차이를 보인다.^[168] EU는 단일 유럽 에너지 시장 구축을 주요 목표로 삼고 있으며, 이는 모든 회원국의 가스 가격을 비슷하게 만들 것으로 기대된다. 또한 단일 시장은 안정적인 에너지 공급 확보, 지구 온난화 문제 대응,^[169] 다른 지중해 국가들과의 관계 강화, 해당 지역에 대한 투자 촉진 등에 기여할 것으로 예상된다.^[170] 2022년 러시아의 우크라이나 침공이 임박했을 당시, 미국은 카타르에 EU로의 비상 가스 공급을 요청하기도 했다.^[171]

일본은 국내 천연가스 생산량이 수요에 비해 매우 적어 역사적으로 액화천연가스(LNG) 수입에 크게 의존해왔다.^[181] 1969년 알래스카로부터 LNG 수입을 시작한 이래, 동남아시아(브루나이, 말레이시아, 인도네시아), 오스트레일리아, 중동(아부다비, 카타르, 오만), 러시아(사할린주), 미국 등 다양한 국가에서 LNG를 도입하고 있다. 과거 LNG 도입 초기에는 화력발전의 주 연료가 원유와 중유였기 때문에, 경제성 비교를 쉽게 하기 위해 원유 가격에 연동된 가격으로 거래하는 방식이 일반적이었다. 계약 기간은 10년 이상의 장기 계약이 주를 이루었고, 구매한 LNG를 다른 지역에 재판매하는 것이 제한되는 조건이 붙는 경우가 많았다. 이는 장기간 안정적으로 연료를 확보하려는 구매자 측의 요구와 더불어, LNG 생산자 측의 사정도 반영된 결과였다. 새로운 LNG 생산 프로젝트는 가스전 개발, 생산 설비 건설, 운반선 건조 등에 막대한 초기 투자가 필요하며, 장기간에 걸쳐 투자금을 회수해야 한다. 따라서 생산자 입장에서는 장기 판매 계약을 통해 안정적인 수익을 확보하는 것이 투자 결정에 유리했다. 또한, 프로젝트 파이낸싱을 구성하기 위해서도 장기적이고 안정적인 수익 확보가 필수적이었다. 재판매를 허용할 경우 LNG 운반선의 운항 일정이 변경되어 공급 계획에 차질이 생길 수 있다는 점도 재판매 제한 조건이 일반화된 이유 중 하나였다.

그러나 2010년대 이후 현물 거래가 활발해지기 시작했다. 특히 셰일 혁명으로 미국에서 다수의 LNG 프로젝트가 추진되면서 유럽과 아시아 등 다양한 지역으로의 공급이 가능해졌고, 이에 따라 LNG 판매 지역을 유연하게 변경하는 것이 점차 일반화되었다. 일본 공정거래위원회가 LNG 판매 지역 제한 조건을 문제 삼아 조사를 진행한 것도 이러한 변화를 촉진하는 계기가 되었다.^[182][183] 도쿄상품거래소 등이 설립한 JAPAN OTC EXCHANGE 주식회사에서는 LNG 장외거래가 이루어졌으며, 2022년 4월에는 도쿄상품거래소에서 LNG 선물 거래도 시작되었다.^[184] 하지만 2024년 현재 이러한 시장에서의 거래량은 아직 미미하며, 선물 거래의 대부분은 장외파생상품(OTC) 시장이나 인터컨티넨탈 익스체인지(ICE)를 통해 이루어지고 있다.

천연가스 수출국에서 수입국으로 이어지는 파이프라인 건설 경로 선정, 공급량 조절, 가격 책정 등에는 외교적, 지정학적 요인이 복잡하게 얽히는 경우가 많다. 천연가스 자원의 개발과 이용을 둘러싸고 여러 국가 및 지역에서 분쟁이 발생하기도 한다.

13. 대한민국 천연가스 산업

한국가스공사(KOGAS)는 세계 최대의 액화천연가스(LNG) 수입업체 중 하나이다.^[210] 대한민국은 천연가스 소비의 상당 부분을 수입에 의존하고 있으며, 주로 화력발전 연료와 도시가스 원료로 사용한다.

13. 1. 도입 및 공급

13. 2. 소비

• 관할 당국(AHJ)이 더 높은 압력을 허용하는 경우
• 배관이 용접 방식으로 시공된 경우 (일부 지역에서는 용접 부위의 연속성 확인을 위해 방사선 사진 촬영이 요구될 수 있음)
• 배관이 보호를 위해 밀폐되어 있고, 가스가 축적되지 않도록 환기가 잘 되는 공간에 설치된 경우
• 배관이 산업 공정, 연구, 저장 또는 기계 장비실과 같은 특정 용도의 구역에 설치된 경우

액화천연가스(LNG)는 주성분인 메탄 외에도 에탄, 프로판, 부탄 등 다양한 가스를 포함하고 있다. 이러한 탄화수소의 구성 비율은 원산지 천연가스의 특성에 따라 달라진다. LNG 액화 공정 초기 단계에서 파이프를 막을 수 있는 이산화탄소나 플랜트 부식을 유발하는 황산화물 같은 불순물이 제거되므로, 최종 생산된 LNG는 인체에 무해하다.^[175]

LNG 액화 공정에는 주로 "C3-MCR", "TEALARC", "PRICO", "CASCADE" 네 가지 방식이 사용된다. 이 중 CASCADE 방식은 메탄, 에틸렌, 프로판을 각각의 냉매로 사용하는 3단계 순수 성분 냉각 방식을 채택하고 있으며, 나머지 세 방식은 질소, 메탄, 에탄, 프로판 등을 혼합한 냉매를 사용한다. 현재 가동 중인 액화 플랜트에서는 C3-MCR 방식이 가장 많이 채택되고 있다.^[208]

일반적으로 LNG 액화 시설은 생산지 근처 육상에 건설되지만, 해상 가스전의 경우에는 부유식 해상 액화 설비(FLNG, Floating Liquefied Natural Gas)나 선적용 저장 설비 등이 설치되기도 한다. 예를 들어, 2013년에 진수된 로열 더치 쉘(Royal Dutch Shell)의 부유식 구조물(자체 항해 능력은 없음)은 배수량이 60만 톤 이상으로, 당시 세계 최대급 항공모함 6척에 해당하는 거대한 규모였다.^[209]

LNG를 최종 소비자가 이용하기까지는 상류의 가스전 개발부터 시작하여 파이프라인 수송, 액화 플랜트에서의 액화, LNG 운반선을 통한 해상 수송, 수입 기지에서의 하역 및 저장, 재기화 설비를 통한 기화, 그리고 하류의 최종 소비자에게 전달되는 수송망에 이르기까지, 소위 "LNG 밸류 체인(LNG Value Chain)"이라고 불리는 일련의 복잡한 설비와 과정이 필요하다.

LNG 수입 기지 및 재기화 설비(터미널)는 LNG 선박이 접안할 수 있는 부두 시설을 갖추어야 하며, LNG를 다시 기체 상태로 되돌리는 재기화 과정에 해수를 이용하는 경우가 많아 대부분 해안가에 위치한다. 세계 최초의 LNG 수입 기지는 영국 캔비 아일랜드(Canvey Island)에 건설되었으며, 미국과 알제리에서 수입된 LNG를 처리하는 거점 역할을 했다.^[210] 2013년 싱가포르 주롱섬(Jurong Island)에서 가동을 시작한 LNG 터미널은 수입 설비와 재수출 설비를 동시에 갖춘 세계 최초의 복합 터미널이다.^[213]

LNG 재기화 과정에서 발생하는 차가운 기화열(냉열)을 활용하는 '냉열 이용' 기술은 에너지 효율을 높이는 중요한 방법이다. 일본의 경우, 도쿄가스의 네기시(根岸) 공장에서는 냉열을 이용한 냉열발전, 참치 냉동 창고 운영, 공기 분리 장치 가동, 액화탄산가스 제조 설비 운영 등에 활용하여 열 교환 효율을 높이고 있다.^[210] 또한 한신항 센보쿠(泉北) 콤비나트 지역에서는 냉동 우동 제조 공장(킨레이, 과거 오사카가스 자회사) 및 업무용 냉동고 운영, 심지어 오사카부립 린카이 스포츠센터의 스케이트 링크 냉각 등에 냉열이 활용되고 있다. 이러한 냉열 이용은 LNG 사업자에게는 재기화 비용 절감을, 관련 사업자에게는 제조 비용 절감을 가져다주며, 결과적으로 전력 사용량 감소를 통해 에너지 절약에 기여한다.

천연가스는 주로 다음과 같은 용도로 소비된다.

• 원료: 도시가스 제조, 화학 공업 원료
• 연료: 화력발전소 연료

13. 3. 인프라

CASCADE 방식은 순수 성분 냉매를 3단계로 사용하는 반면, 다른 세 방식은 여러 가스를 혼합한 냉매를 사용한다. 실제 액화 플랜트에서는 C3-MCR 방식이 많이 채택된다.^[208]

일반적으로 액화 시설은 가스전 생산지 근처 육상에 설치되지만, 해상 가스전의 경우 부유식 해상 액화 설비(FLNG, Floating Liquefied Natural Gas)나 선적용 저장 설비가 설치되기도 한다. 2013년에 진수된 로열 더치 쉘(Royal Dutch Shell)의 FLNG는 배수량이 60만 톤 이상으로, 세계 최대급 항공모함 6척에 해당하는 거대한 규모였다.^[209]

천연가스는 주로 도시가스나 화학공업의 원료, 화력발전소의 연료로 사용된다. 일본의 경우 도시가스용과 화력발전용 비율은 약 35:65이다.

• '''도시가스''': 일본에서는 도쿄가스가 도쿄전력과 공동으로 요코하마시 이소고구 네기시에 일본 최초의 LNG 기지를 건설하며 천연가스 이용을 시작했다. 1969년 11월 알래스카에서 첫 LNG 탱커가 도착했고, 1970년부터 도쿄전력 남요코하마화력발전소에 연료로 공급되었다. 도쿄가스는 1972년부터 1988년까지 16년에 걸쳐 기존 석유계 가스에서 천연가스(12A·13A)로 전환을 완료했다. 간사이 지방에서는 오사카가스가 1969년 도입을 결정하고, 1975년부터 1990년까지 16년간 석탄 개질 가스에서 천연가스로 전환했으며, 사카이센보쿠항에 천연가스 콤비나트를 형성했다.
• '''화력발전''': 화력발전 연료로는 도쿄전력 남요코하마화력발전소가 세계 최초의 LNG 전소 발전소로 건설되었다. 이후 고출력 가스터빈을 사용하는 LNG 화력발전소가 일본 전국에 건설되었다. 도쿄전력은 오랫동안 세계 최대의 LNG 수입업체였으나, 최근에는 한국가스공사(KOGAS)가 그 자리를 차지했다. 중국은 석탄화력발전 의존도를 낮추고 유해물질 배출을 줄이기 위한 환경 대책으로 천연가스 수입을 늘리고 있으며, 2016년 이후 신설되는 발전소 대부분을 가스화력으로 전환하는 방침이다.

13. 4. 정책

14. 관련 통계

정제 및 연소 시 천연가스는 석유보다 25~30%, 석탄보다 40~45% 적은 이산화탄소(CO₂)를 에너지 단위당 배출한다.^[119] 다른 탄화수소 연료보다 유독성 오염 물질 배출 가능성도 낮다.^[119][120] 그러나 생산 및 운송 과정을 포함한 수명 주기 전체를 고려하면, 다른 주요 화석 연료보다 상대적으로 더 많은 배출을 유발한다. 즉, 수명 주기 온실가스 배출량은 소비 시점의 직접 배출량보다 약 50% 더 높다.^[121][122]

100년 기준 온난화 효과 측면에서, 천연가스 생산 및 사용은 인간 활동에 의한 온실가스 배출량의 약 5분의 1을 차지하며, 이 기여도는 빠르게 증가하고 있다. 전 세계적으로 2020년 천연가스 사용(플레어링 포함)으로 약 78억 톤의 CO₂가 배출되었다. 같은 해 석탄과 석유 사용으로 인한 배출량은 각각 144억 톤과 120억 톤이었다.^[123] 국제 에너지 기구(IEA)는 에너지 부문(석유, 천연가스, 석탄, 바이오에너지)이 인간 활동에 의한 메탄 배출량의 약 40%를 차지하는 것으로 추산한다.^[124] IPCC 제6차 평가 보고서에 따르면, 2015년부터 2019년까지 천연가스 소비량은 15% 증가했으며, 같은 기간 석유 및 석유 제품 소비량은 5% 증가했다.^[125]

새로운 가스 파이프라인 건설이 계속되면서 향후 40~50년 동안 막대한 화석 온실가스 배출이 고착화될 수 있다.^[126] 미국 텍사스주에서는 5개의 새로운 장거리 가스 파이프라인이 건설 중이며, 첫 번째는 2019년에 운영을 시작했고^[127] 나머지는 2020년에서 2022년 사이에 운영될 예정이었다.^[128]

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