천연가스

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국가별 연단위 천연가스 추출량.

natural gas

1. 개요
2. 역사
3. 상세
3.1. LNG의 장점
3.2. LNG의 단점
4. 종류
4.1. CNG (압축천연가스)
4.2. LNG (액화천연가스)
5. 관련 통계
5.1. LNG - 국가별 수출량
5.2. LNG - 국가별 수입량
5.3. 국가별 생산량
5.4. 국가별 매장량

1. 개요

일반적으로 석유와 함께 매장되어 있는 경우가 많은 가스상의 유기화합물. 석유를 추출하는 유전이나 가스만 뿜어내는 가스전, 또는 석탄채굴 시 함께 뿜어져 나오는 연소성을 가진 가스를 의미한다. 사실 글자 그대로의 의미는 그냥 자연적으로 생성되는 모든 가스를 포함하지만, (이럴 경우 화산가스나 늪 가스 등등 별의 별것이 다 들어간다) 일반적으로 생각하는 천연가스는 탄화수소를 주성분으로 하는 연소성 가스를 의미한다. 우리나라의 울산 앞바다에서도 이 천연가스가 생산되고 있다. 주성분은 메테인이며, 에테인이나 프로페인 정도까지는 섞여 있어도 뷰테인부터는 거의 존재하지 않는다.

천연가스는 흔히 원유와 함께 있는 지하격리층의 벽을 드릴로 뚫어 개발하는 자연적으로 발생하는 탄화수소가스를 말한다. LNG는 액화천연가스로 메탄을 주성분으로 한 천연가스를 초저온으로 냉각해서 액화시킨것이며, 성분비율은 매우 다양하고 72%~95%의 메탄, 3~13%의 에탄, 1~4%의 프로판, 1~18%의 질소가 혼합되어 있다. 기화된 LNG는 불순물을 전혀 포함하지 않은 청정연료로서 도시가스로 가장 많이 이용되고 있다.

2. 역사

역사상으로 천연가스를 가장 처음 사용한 곳은 중국 후한 시기 사천의 암염 광산이었다고 한다. 처음엔 원인을 모르는 폭발이 잇따랐기 때문에 제사를 지낼 정도였지만 이후 그것이 불타는 공기임이 밝혀지자 대나무 관으로 천연가스를 모은 뒤 소금을 캐고 정제하는 데 천연가스를 사용했다.

이후 삼국 시대 들어 촉한의 재상 제갈량이 당시 남부 일대에서 일종의 비법처럼 전해지던 화정(火井, 천연가스)을 사용하는 방법을 개량해서 본격적으로 이용하여 우연적이고 경험적으로 행해지던 정염 생산을 향상시키고 이를 철광 산업과 화폐 제조에도 사용하였다.

제갈량은 화정이 사용되는 방식을 검토한 뒤 천연가스의 배출구를 좁게 하여 화력을 강하게 해야 한다는 결론을 내리고 이를 실제 화정에 적용했다. 흩어지지 않고 집중된 가스는 당연히 지속적이고 강한 화력을 얻어내는 결과를 낳았다. 화정의 개발과 보수가 성공적으로 진행됨에 따라 촉한은 품질 좋은 소금과 철을 대량으로 생산하여 유통할 수 있었다. 이 덕분에 역대 중국왕조들은 염철 전매제도를 시행해서 국가수입의 2/3를 철과 소금만으로 벌어들였다.

그러나 근본적으로 천연가스는 기체상태이기 때문에 한 곳에 많은 양을 저장하거나 대량으로 수송하는 데에 어려움이 있었으며, 천연가스 액화기술이 개발되고 나서야 대량 저장과 원거리 수송이 가능하게 되었다. 따라서, 에너지원으로서 본격적으로 대량공급되기 시작한 것은 관련 기술이 개발된 2차 대전 이후였다.

3. 상세

천연가스(Natural Gas)는 기본적으로 저장 방법에 따라 세 가지로 분류된다.

  • LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스): 우리에게 가장 친숙하다. 천연가스는 기체 상태로 존재하기 때문에 이걸 그대로 배에 실어서 오려면 경제성이 너무 떨어진다. 그래서 천연가스를 영하 161도에서 냉각해 액화시킨 것이 바로 LNG. 천연가스를 액화하면 부피를 600분의 1 수준으로 줄일 수 있어 저장이나 운반이 쉽다.
  • CNG(Compressed Natural Gas): 기체 상태의 천연가스를 압축해 부피를 200분의 1 수준으로 줄인 것이다. 주로 자동차 연료로 쓰이는데, 국내에 상용화 되어있는 천연가스버스가 다 이 연료를 쓴다.
  • PNG(Pipe Natural Gas): 가스전에서 기체 상태의 가스를 빼내 파이프라인을 통해 직접 공급하면 PNG가 된다. 대표적으로 러시아유럽 국가들에게 이런 방식으로 가스를 수출하고 있다.

종류마다 특징이 다르고 그래서 용도도 제각각이다. 먼저 LNG와 PNG를 비교하면 같은 가스전에서 채굴했더라도 LNG 쪽이 훨씬 비싸다. 가스를 뽑아다 그냥 보내는 것과 액체로 만들어서 배에 실어서 보내는 것 중에 어느 쪽이 더 비용이 많이 들지 생각해 보면 쉽게 답이 나오는 문제다. 물론 PNG 상태로 가스를 공급하기 위해서는 초기 투자비용이 많이 들지만 장기 공급을 염두에 둔다면 본전을 뽑아먹고도 남는다. 유감스럽게도 우리나라는 인근에 파이프라인을 통해 천연가스를 공급할 만한 나라가 없으므로 전량을 LNG 상태로 수입하고 있다. 러시아의 천연가스를 PNG로 수입하는 것은 만년 떡밥인데 파이프를 북한을 경유할지 문제도 있고 초기 부설비용을 누가 부담할지 여부 그 외에도 러시아의 가스전은 극동에 거의 개발이 안 된 상태라 통일이 되고 한국의 에너지 수요가 급증하지 않는 이상 그냥 떡밥으로만 남아있을 가능성이 크다. 그리고 무엇보다 러시아는 천연가스를 대단히 정치적으로 활용하는 나라인지라(잠가라 밸브라든가...) 경제 효율적으로 보면 그리 신뢰할 수 있는 상대가 아니고 EU처럼 이미 가스 의존도가 심화되어서 어쩔 수 없는 상태라면 모를까 굳이 외부 강대국에 휘둘릴 요인을 자처할 이유가 없다. [1]

일반적인 천연가스의 성분은 다음과 같다.#

메테인

CH4

70-90%

에테인

C2H6

합쳐서 0-20%

프로페인

C3H8

뷰테인

C4H10

이산화탄소

CO2

0-8%

산소

O2

0-0.2%

질소

N2

0-5%

황화수소

H2S

0-5%

분자량이 작기 때문에 연소율이 높아 연소 후 이산화탄소 이외의 찌꺼기를 거의 배출하지 않는다. 그래서 석유 등 다른 화석연료에 비해 상대적으로 깨끗한 연료 취급받고 있다. 도시의 대기오염을 줄이길 원하는 행정당국에 의해 시내버스의 연료로 버프를 받으면서 전 세계적으로 천연가스버스의 보급량과 천연가스 소비량이 늘어나고 있다.

천연가스의 연소 열량은 섭씨 0도 1기압 1제곱미터당 39 MJ (10.8 kWh, 37 kBtu), 무게 1kg당으로는 (0.8 kg/m3) 약 49MJ (13.5 kWh, 46.4 kBtu) 정도이다. 한국에서 가정/산업용 소매 가격은 대충 제곱미터당은 700원 초반가량, 열량 MJ당 약 20원 정도이다.

잘 알려지지 않은 사실이지만 일반 승용차도 CNG로 개조 할 수있다. 물론 휘발유도 사용 할 수 있으며 일종의 하이브리드(?)[2] 차량이 된다. 이쪽은 LPG와는 달리 장애인증이나 특수업종(보통 택시)에 종사하지 않더라도 차종만 맞으면 합법적으로 개조 할 수 있는 것이 장점이다.[3] 참조 그러나 일부업체들은 부실하게 개조를 하는 탓에 폭발의 위험성이 있으니[4] 돈 아끼려다 목숨버리지 말고 반드시 검증된 공업소에서 개조를 받아야 한다. 참조

다만 천연가스는 승용차 연료로는 잘 쓰이지 않는다. LNG의 경우 천연가스의 부피를 크게 줄일 수 있지만 버스나 자동차에서 LNG를 안전하게 이용하려면 초저온 탱크를 달아야 하는데, 이 탱크는 소형화하는 것도 어렵고 비용도 비싸기 때문이다. 그러다 보니 LNG는 상대적으로 크기가 크고 운행거리가 긴 시외버스나 대형화물차, 선박 등 대형 운송수단의 연료로 연구되고 있다.

반면 CNG는 천연가스를 200기압 이상의 고압으로 압축한 것이다. 운반해 온 LNG를 상온에서 기화시킨 후 압축하면 CNG가 만들어지는데, 이 과정에서 부피가 늘어나 LNG의 3배가 된다. 이 때문에 1회 충전 시 운행 가능한 거리가 너무 짧다는 단점이 있다. 같은 크기의 연료탱크에 실을 수 있는 천연가스는 CNG가 LNG의 1/3밖에 안 되기 때문이다. 하지만 CNG를 연료로 사용하면 냉각과 단열 장치에 필요한 비용을 절감할 수 있어 LNG에 비해 경제적이다. 또한 시내버스용으로 이용하면 연료 충전량이 적어도 무리가 없다. 시내버스는 CNG를 사용하는 경우가 많아지고 있다.

또한 역시 분자량이 작기 때문에 같은 양의 대기보다 훨씬 가벼워 누출되면 위로 올라간다. 그래서 가스누출 경보기도 LNG는 위쪽에, 공기보다 무거워서 아래로 가라앉는 성질이 있는 LPG는 아랫쪽에 설치한다.

채취는 상대적으로 어렵지만 쓰는 기술이 발달해 있기 때문에 연료로 많이 활용되며, 한국에도 동해의 대륙붕에 일정량 매장되어 있어 채굴하여 사용 중이다.[5] 동해-1 가스전은 2017년이 예상 생산기한인데, 남쪽으로 약 2km 떨어진 지점에서 시추에 성공하여 2016년 10월 상업 채취를 목표로 동해-2 가스전을 개발했다. 그 외에도 울릉도독도 근처에도 상당량이 매장되어 있다고 한다. 세계적으론 러시아야말로-네네츠 자치구 일대나 미국, 이란, 캐나다, 그리고 카타르 등이 천연가스 생산지인데 일반적으론 석유 매장지와 상당부분 겹친다.

말그대로 천연 상태로 존재하는 가스연료나 다름없기 때문에 한번 불이 붙으면 일대 가스가 다 소진될 때까지 계속 타오르기도 한다. 투르크메니스탄의 '다르바자'에는 무려 40년 넘게 불타고 있는 거대한 천연가스 크레이터가 있다. 우리나라에도 2017년 3월 8일 포항시 남구 효자동 철길 숲 공원 조성과정에서 불이 붙은 천연가스 불길이 1년 넘게 활활 타오르면서 자원 활용 가능성에 대해 조사를 진행한 적이 있다. 1년 동안 ‘활활’…포항 ‘가스 불기둥’ 자원 활용 가능성은? 기사2 기사3 조사 결과, 가스량은 포항 시민이 10일 이용할 수 있는 분량밖에 되지 않아 채산성은 없다시피한 것으로 밝혀졌다. 하지만 가만히 놔두면 10년은 불탈 것이라는 예측에 따라 해당 '불길'은 '불의 공원'이라는 새로운 포항시의 관광자원으로 탄생해서 포항시의 새로운 관광 명소로서 인기를 끌고 있다. 한국의 다크소울 성지

미국 천연가스 펀드 기준으로 2008년 6월 말 배럴당 약 131,000원을 찍은 뒤 폭락하여 현재는 배럴당 10,000원에 불과하다. 석유 펀드도 그리 다르지 않은 실정이다.[6] 또한 최근 몇 년 사이에 미국과 캐나다를 중심으로 셰일 가스의 개발에 급격한 진전이 이뤄지며 영국, 러시아, 중국까지 개발에 합세하는 등 정치, 경제, 사회적으로 큰 변화를 가져오고 있다. 자세한 사항은 석유 문서를 참조.

3.1. LNG의 장점

공기보다 가볍고 공기중에 부상하기 때문에 누설 시 폭발위험이 적은편이고 가격이 저렴하다. 도시가스로 사용되기 때문에 LPG처럼 가스봄베에 저장하여 사용하는 것과는 달리 가스 공급이 중단될 일이 없다.

3.2. LNG의 단점

도시가스는 초기 설치비용이 비싼편이다. 발열량이 적어 LPG보다 더 많은 양이 필요하고 무색,무취로 식별이 힘들다. 다른 지방족 탄화수소에 비해서는 연소속도가 느리고 MIE, 발화점, LFL이 상대적으로 높다.

4. 종류

4.1. CNG (압축천연가스)

메탄이 주성분인 천연가스를 액화되지 않을 정도로 200~250kg/㎠의 고압으로 압축해서 연료용기에 저장해 압축해 사용하는 경우 CNG라고 한다. 에너지 밀도는 꽤 낮은 편으로, 같은 천연가스인 LNG의 절반도 못 되며 경유의 1/4 정도이다. 따라서 일산화탄소나 검댕의 발생은 적다. 공기의 비중이 낮아 누출되어도 공기중으로 전부 날아가버리며 점화에너지도 높고 연소범위가 좁아 안전성이 좋다. 위키백과에 따르면 CNG 차량은 파키스탄, 아르헨티나, 이란, 브라질, 인도 등 실제로 천연가스 채굴이 되는 나라 등지에서 사용한다고 명시되어 있다. 한국의 경우 시내버스용으로 주로 사용하며 청소차로도 가끔씩 보인다.

4.2. LNG (액화천연가스)

LNG(Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 -161.5℃ 이하로 냉각시켜 액체상태로 만든 것을 말한다.

5. 관련 통계

5.1. LNG - 국가별 수출량

이 통계는 국제가스연맹(IGU, International Gas Union)의 2016 World LNG Report에 근거했다. 다운로드

순위

국가

연 수출량 (단위: Mt)

비율

1

카타르

77.8

31.8%

2

호주

29.4

12.0%

3

말레이시아

25

10.2%

4

나이지리아

20.4

8.3%

5

인도네시아

16.1

6.6%

6

트리니다드 토바고

12.5

5.1%

7

알제리

12.1

5.0%

8

러시아

10.9

4.5%

9

오만

7.8

3.2%

10

파푸아뉴기니

7

2.9%

11

브루나이

6.6

2.7%

12

아랍에미리트

5.6

2.3%

13

노르웨이

4.2

1.7%

14

기니

3.8

1.6%

15

페루

3.7

1.5%

16

예멘

1.5

0.6%

17

미국

0.3

0.1%

5.2. LNG - 국가별 수입량

이 통계 역시 국제가스연맹의 2016 World LNG Report에 근거했다.

순위

국가

연 수입량 (단위: t)

비율

1

일본

85,600,000

34.0%

2

한국

33,400,000

13.2%

3

중국

19,800,000

7.9%

4

인도

14,700,000

5.8%

5

대만

14,600,000

5.8%

6

영국

9,800,000

3.9%

7

스페인

8,900,000

3.5%

8

터키

5,600,000

2.2%

9

브라질

5,200,000

2.1%

10

멕시코

5,100,000

2.0%

11

프랑스

4,500,000

1.8%

12

이탈리아

4,200,000

1.7%

13

아르헨티나

4,200,000

1.7%

14

이집트

3,000,000

1.2%

15

칠레

3,000,000

1.2%

16

쿠웨이트

2,900,000

1.2%

17

태국

2,600,000

1.0%

18

싱가포르

2,100,000

0.8%

19

아랍에미리트

2,000,000

0.8%

-

기타

13,600,000

5.4%

5.3. 국가별 생산량[7]

순위

국가

연 생산량 (단위:m3)

기준 연도

1

미국

728,200,000,000

2014년 추정치.

2

러시아

578,700,000,000

유럽연합

132,300,000,000

3

이란

162,600,000,000

2012년 추정치.

4

캐나다

143,100,000,000

5

카타르

133,200,000,000

2011년 추정치.

6

노르웨이

114,700,000,000

2012년 추정치.

7

중국

107,200,000,000

8

사우디

103,200,000,000

9

알제리

82,760,000,000

2011년 추정치.

10

네덜란드

80,780,000,000

2012년 추정치.

11

인도네시아

76,250,000,000

2011년 추정치.

12 ~ 70 생략

71

한국

424,900,000

2012년 추정치.

5.4. 국가별 매장량

순위

국가

매장량 (단위:m3)

기준 연도

1

이란

33,600,000,000,000

2013년 추정치

2

러시아

32,900,000,000,000

3

카타르

25,100,000,000,000

4

투르크메니스탄

17,500,000,000,000

5

미국

8,500,000,000,000

6

사우디아라비아

8,200,000,000,000

2012년 추정치

7

베네수엘라

5,524,500,000,000

2011년

8

나이지리아

5,246,000,000,000

2010년 추정치

9

알제리

4,502,000,000,000

10

호주

3,825,000,000,000

2012년 추정치

11

이라크

3,600,000,000,000

12

중국

3,100,000,000,000

13

인도네시아

3,001,000,000,000

2010년 추정치

출처

6. 도시가스

해당 문서를 참조.

이 문서의 2012년부터의 저작자는 이 링크이 링크에서 확인할 수 있습니다.


  1. [1] 다만, 한국의 천연가스 수입은 카타르1400(만톤)-호주800-미국500-오만400-말레이시아400-기타 산유국 1000 정도로 잘 분산되어 있는데, 중국과 러시아의 천연가스 파이프가 개통됨에 따라 블라디보스톡 혹은 중국 내륙지방을 통해서 압도적으로 가까운 거리의 러시아산 천연가스를 수입할 가능성이 커졌다. 업계에서는 기존 거래선 눈치도 보면서 열심히 계산중.
  2. [2] 정식 명칭은 바이퓨얼(Bi-Fuel)
  3. [3] 그러나 차종에 따라 트러블을 일으키는 경우도 있으니 자신의 차종이 CNG와 궁합이 좋은지 확인해볼 필요가 있다.
  4. [4] 그 외에도 잦은 엔진트러블과 여러 가지 계통을 날려먹을 수도 있어서 돈 날리는 사태가 일어날 수 있으니 주의.
  5. [5] 정식명칭 동해-1 가스전. 거리가 꽤 되기 때문에(58km. 거기에 그 거리만큼 해저 파이프를 육지와 이었다!)
  6. [6] 동년 7월 초 기준으로 배럴당 약 122,000원, 현재 35,000원.
  7. [7] 통계 출처: 1차 출처 CIA 발간 The World Factbook2차 출처 위키백과

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