석유—어떻게 얻게 되는가?

“빛이 있으라.” 19세기에 미국에서는 지방질이나 고래 기름과 같은 물질을 태울 때 빛이 깜박거리는 불편함을 해소하기 위해 인공적으로 빛을 만들어 낼 새로운 물질이 필요하게 되었습니다. 해결책은 무엇이었습니까? 석유였습니다! 하지만 어디에서 석유를 찾는단 말입니까?

기차 승무원으로 일하다가 은퇴한 에드윈 L. 드레이크는 1859년에 오래된 증기 기관을 사용하여 미국 펜실베이니아 주 타이터스빌 근처에 지하 22미터 깊이의 유정을 파서 최초로 원유를 발견하였습니다. 이 일을 계기로 석유 시대의 막이 올랐습니다. 세계 도처에서 석유가 발견되면서 경제적으로, 정치적으로 지대한 영향을 미쳤습니다. 석유는 세계가 애타게 기다려 온, 인공 불빛을 만들어 낼 양질의 물질이었던 것입니다.

얼마 안 있어, 미국의 소위 유전 지역이라는 곳에서는 앞 다투어 땅을 사서 유정을 뚫는 일이 성행하게 되었습니다. 그 시절에는 벼락부자가 되었다거나 후에 재산을 모두 날린 사람들에 대한 이야기를 흔히 들을 수 있었습니다. 아이러니하게도, 펜실베이니아 주에서 최초로 유정을 판 사람인 에드윈 드레이크도 재산을 모두 날린 사람 중 하나였습니다.

보기 드문 호황에도 불구하고, 아니 어쩌면 그러한 호황 때문에 펜실베이니아 주의 석유 산업은 얼마 안 있어 처음으로 기름 값이 떨어지는 현상을 겪게 되었습니다. 기름 값이 배럴당 20달러에서 10센트로 뚝 떨어졌던 것입니다! 과잉 생산과 투기 바람으로 가격이 폭락했고 일부 유정에서는 급속도로 석유가 고갈되었습니다. 그 당시의 상황을  잘 드러내 주는 단적인 예로 펜실베이니아 주의 핏홀시티를 들 수 있는데, 그곳은 현재 유령 도시가 되어 있습니다. 이 도시는 세워져서 번성하다가 버려지기까지 불과 1년 반이 조금 더 걸렸습니다. 그처럼 기복이 거듭되는 현상은 석유 역사에서 빼놓을 수 없는 부분이 되어 버렸습니다.

1870년에 존 D. 록펠러는 몇몇 동업자와 함께 스탠더드 석유 회사를 법인으로 등록하였습니다. 이 회사는 경쟁사들이 나타날 때까지 등유 시장을 장악했습니다. 특히 러시아 석유 산업에서 경쟁사들이 나타났습니다. 라이벌 중 한 사람으로 마커스 새뮤얼이 있었는데, 그가 설립한 회사는 오늘날 로열 더치 셸 그룹으로 알려져 있습니다. 뿐만 아니라 노벨 형제들의 독창성 덕분에, * 바쿠 유전에서 시추한 석유를 기반으로 러시아에 튼튼한 석유 회사가 설립되었습니다.

이 회사들을 필두로 석유 회사들이 계속 생겨났습니다. 그때 이후로 초창기와 같은 가격과 생산의 불안정을 막기 위해 여러 동맹체와 기구가 결성되었습니다. 그중 하나로 석유 수출국 기구(OPEC)가 있는데, 이 기구의 11개 회원국은 집합적으로 볼 때, 확인된 전 세계 원유 매장량의 대부분을 보유하고 있습니다.—7면 네모 참조.

석유의 매장량과 위치

19세기 말엽에 이루어진 전기의 보급은 석유 회사들에게 도산을 의미할 수도 있었습니다. 하지만 또 하나의 뛰어난 발명으로 상황이 극적으로 역전되었습니다. 그 뛰어난 발명이란 주로 자동차에 사용되는 내연 기관이었습니다. 석유에서 추출한 기름 가운데 하나인 휘발유는 이제 자체 동력으로 움직이는 차량에 없어서는 안 될 물질이 되었습니다. 1920년대 말엽에 대부분의 산업 국가에서는 이미 그러한 차량을  구할 수 있었습니다. 이제 세상이 계속 돌아가게 하기 위해 훨씬 더 많은 석유가 필요했지만 그 많은 석유를 어디에서 찾는단 말입니까?

시간이 흐름에 따라 세계 도처에서 새로운 유전이 속속 발견되면서 세계 시장에서 석유가 차지하고 있던 입지가 더욱 강화되었습니다. 약 5만 개의 유전이 발견되었던 것입니다! 하지만 생산이라는 측면에서 보면, 중요한 요소는 발견되는 유전의 수가 아니라 규모였습니다. 새로운 유전들의 규모는 얼마나 되었습니까?

채유 가능한 석유가 적어도 50억 배럴 이상 매장되어 있는 유전을 초거대 유전이라고 하는데, 이는 분류상 가장 큰 유전에 해당합니다. 두 번째로 큰 유전(5억에서 50억 배럴)은 거대 유전이라고 합니다. “2000년 미국 지질학 조사 세계 석유 평가”(U.S. Geological Survey World Petroleum Assessment 2000)에는 석유가 매장되어 있는 약 70개국이 열거되어 있는데, 그중 몇몇 나라만이 그처럼 거대한 유전을 가지고 있습니다. (7면 네모 참조) 초거대 유전이 가장 많이 모여 있는 지역은 페르시아 만과 그 주변 지역에 해당하는 아라비아·이란 퇴적 분지입니다.

새로운 석유 공급원을 찾는 작업은 중단되지 않았습니다. 중단되기는커녕 최첨단 기술로 인해 더욱 박차가 가해졌습니다. 최근에는 러시아, 아제르바이잔, 우즈베키스탄, 이란, 카자흐스탄, 투르크메니스탄과 같은 나라로 이루어져 있는 카스피 해 지역이 석유 회사들의 주의를 끌고 있습니다. 미국 에너지 정보국에 의하면, 이 지역은 석유와 천연가스를 개발할 수 있는 엄청난 잠재력을 지니고 있습니다. 따라서 아프가니스탄을 통과하는 것과 같은 대체 반출 경로를 모색하고 있습니다. 또한 중동, 그린란드, 아프리카의 여러 지역에서도 잠재력이 엿보이고 있습니다. 발견된 탄화수소가 어떤 과정을 거쳐 에너지나  일상생활에서 사용하는 물질로 바뀌게 되는지를 살펴보도록 하겠습니다.

채유 방법

지질학자들과 측량 기사들은 지하에 원유가 고여 있을 만한 지역을 찾습니다. 그런 다음 얼마의 특정한 측정을 하고 시료를 채취한 뒤 구멍을 뚫어서 실제로 석유가 있는지 확인합니다. 초창기에는 유전이 있는 곳에 정확히 구멍을 뚫게 되면 뿜어져 나오는 진흙과 석유를 뒤집어쓰게 되어 처음에 쏟아져 나오는 석유가 낭비되는 결과가 있었으며 폭발의 위험성도 있었습니다. 하지만 현대식 시추 장비에는 측정 기구와 특수 밸브가 있어서 그러한 일이 미연에 방지됩니다. 또한 오늘날에는 시추공을 더 작고 더 깊게 만들어 시추할 수 있습니다.

결국, 석유와 가스를 밀어내는 압력이 줄어들면 물, 화학 물질, 이산화탄소, 그 밖의 가스 이를테면 질소를 주입해서 압력을 유지해야 합니다. 석유는 지역에 따라 밀도가 다를 수 있습니다. 당연히 가벼운 석유를 훨씬 더 선호하는데, 채유와 정유가 더 용이하기 때문입니다.

미국 석유 연구소에서 설명한 바에 따르면, 현대 과학 기술 가운데는 수평 시추라는 기술도 있습니다. 이 기술을 사용하면 지각과 거의 평행을 이루도록 시추하기 때문에 뚫어야 하는 유정의 수가 줄어듭니다. 1947년에 멕시코 만에서 시작된 해상 채유는 산유량을 대폭 증가시켰습니다. 물론, 사용되는 채유 방법은 최종 생산물의 가격에 직접적인 영향을 미칩니다. *

수송 방법

1863년에 펜실베이니아 주에서는 가느다란 나무관을 만들어서 석유를 운송했습니다. 159리터들이 통 즉 배럴을 마차에 실어서 운송하기보다는 관을 통해 운송하는 편이 비용도 적게 들고 덜 번거로웠기 때문입니다. * 요즘에는 송유관 체계가 개량되었으며 그 수도 늘어났습니다. 송유관 협회에 따르면, 미국에서만도 총 연장 30만 킬로미터에 달하는 송유관이 그물처럼 뻗어 있습니다!

그러한 송유관은 주로 금속으로 만들며 원유를 정유 공장으로 운송할 때만 아니라 최종 완성된 석유 제품을 판매자에게 보낼 때도 사용합니다. 현대식 송유관 기술이 발달하면서 자동화 시스템이 개발되어 흐름 상태와 압력을 체크할 수 있게 되었습니다. 또한 소위 지능형 피그(수백 킬로미터에 달하는 송유관을 검사하는 데 사용되는 기구), 자기력선속 누출 검사기, 초음파 인라인 검사기도 개발되었습니다. 하지만 평범한 최종 제품 사용자가 보게 되는 것은 아마도 송유관이 묻혀 있으니 그곳에서 굴착을 해서는 안 된다는 경고 표시뿐일 것입니다.

송유관 시스템은 유용하기는 하지만 바다를 통해 다량의 석유를 수송하는 데 실용적이지는 않습니다. 하지만 초창기의 석유 사업가들은 이 문제에 대한  해결책도 찾아냈습니다. 바로 어마어마하게 큰 유조선을 이용하는 것입니다. 유조선은 길이가 400미터나 되는 특수 설계된 선박이며 대양을 항해하는 가장 큰 배로서, 많게는 100만 배럴 이상의 석유를 실어 나를 수 있습니다. 유조선은 튼튼해 보이기는 하지만 유감스럽게도 아직까지 보완되지 않은 취약점이 있습니다. 그 점에 대해서는 “석유 유출에 대하여”라는 네모 안의 내용에서 자세히 다루고 있습니다. 바지선과 철도 차량 역시 대량 석유 수송에 자주 사용되는 수단입니다. 하지만 수송을 마친다 해도 소비자에게 가려면 아직 절반 정도밖에 오지 않은 것입니다.

파이프로 만든 높이 솟은 굴뚝은 안전 밸브 역할을 하는데, 거기에서 훨훨 타오르는 작은 불꽃은 정유 공장의 전형적인 풍경입니다. 기본적으로, 원유는 이 거대한 정유 시설에서 가열되어 상압(常壓) 증류탑으로 보내지며 그곳에서 몇 가지 물질로 분리됩니다. 이러한 물질은 가장 가벼운 것 즉 부탄과 같은 기체에서부터, 가장 무거운 것 즉 가공하여 윤활유를 비롯한 여러 가지 제품을 만드는 것에 이르기까지 다양합니다. (8-9면 참조) 하지만 ‘석유는 동전의 양면처럼 이로운 면이 있는가 하면 해로운 면도 있는 물질이지는 않은가?’라는 의문은 여전히 남아 있습니다.

[각주]

[5면 네모와 삽화]

배럴이냐, 톤이냐?

펜실베이니아 주의 초창기 석유 회사들은 48갤런 즉 180리터들이 포도주 통으로 석유를 운반했다. 그러다가 결국 운반 도중에 새는 것을 감안해 석유를 42갤런 즉 159리터만 넣었다. 요즘에도 석유 업계에서는 배럴(159리터) 단위를 사용하고 있다.

유럽에서 사용되는 석유는 처음부터 바다로 수송되었으며 대개 무게 단위인 톤으로 양을 측정했다. 오늘날에도 동일한 방법이 사용되고 있다.

[자료 제공]

출처: 미국 석유 연구소

[6면 네모]

석유는 어떻게 해서 만들어졌나?

1870년대 이래 대부분의 과학자들 사이에서는 유기 근원설이라는 이론이 주류가 되어 왔다. 이 이론에서는 “퇴적물에 묻혀 있는 생물체의 잔해가 오랜 세월에 걸쳐 부패되어 석유와 천연 가스가 되며 이것들이 [지구] 표면의 최상층에 있는 퇴적 암반 중에서 작은 구멍이 많이 있는 공간에 모이게 된다고 주장”한다. 이 과정에서 그 다음에는 석유가 생성되는데, 석유의 주요 성분은 탄화수소 즉 수소와 탄소이다. 하지만 1970년대 이래 일부 과학자들은 때때로 이 이론에 이의를 제기해 왔다.

「국립 과학원 회보」(Proceedings of the National Academy of Sciences) 2002년 8월 20일호에는 “탄화수소의 발생과 석유의 기원”이라는 기사가 실렸다. 필자들의 주장에 따르면, 천연 석유는 “지구의 맨틀 깊숙한” 곳에 이를 정도로 깊은 곳에서 생기며 일반적으로 받아들여지는 것처럼 그보다 훨씬 더 얕은 곳에서는 생기지 않는 것이 분명하다고 한다.

물리학자인 토머스 골드는 자신의 저서인 「지하 깊숙이 있는 고온의 생물권—화석 연료에 대한 통념」(The Deep Hot Biosphere—The Myth of Fossil Fuels)에서 논란을 불러일으키고 있는 몇 가지 이론을 제시했으며 그 이유를 자세히 설명한다. 그는 이렇게 기술한다. “미국과 유럽의 상당 지역에서는 탄화수소가 생물체에서 기원했다는 이론을 너무나 신봉한 나머지 반대 견해에 대한 연구가 사실상 중단되기에 이르렀다. 하지만 구소련에 속한 나라들에서는 그렇지 않았다.” 그것은 “아마도 존경받는 러시아 화학자인 멘델레예프가 무기[무생물] 근원론을 지지했기 때문일 것이다. 그가 제기한 주장은 현재 우리가 갖고 있는 훨씬 더 많은 정보를 고려할 때 오늘날 훨씬 더 큰 설득력을 얻고 있다.” 그러면 무기 근원론이란 무엇인가?

골드 교수는 이렇게 기술한다. “무기 근원론의 주장에 따르면, 탄화수소는 약 45억 년 전에 고체가 서로 달라붙어 커지면서 지구를 구성하게 된 물질의 한 성분이었다.” 이 이론에 따르면, 석유의 구성 물질들은 지구가 생성될 때부터 땅속 깊숙한 곳에 존재해 왔다. *

[각주]

[10, 11면 네모와 삽화]

석유 유출에 대하여

▪ 1970년에서 2000년 사이에 유조선에서 유출된 석유의 총량은 532만 2000톤이다

▪ 가장 큰 석유 유출 사고는 1979년에 카리브 해에서 애틀랜틱 엠프레스호와 이지언 캡틴호가 충돌하면서 일어났으며, 그 결과 28만 7000톤의 석유가 유출되었다

▪ 엑손 밸디즈 유조선 유출 사고는 규모 면에서 34번째밖에 안 된다

▪ 유조선 유출 사고는 대부분 기름을 싣거나 내리거나 연료를 채우는 등의 작업을 하다가 일어나지만, 가장 큰 규모의 유출 사고는 유조선이 충돌하거나 좌초되면서 일어난다

▪ 유조선 이외의 원인으로 일어난 몇 가지 주요 석유 유출 사고

● 멕시코 만의 탐광정 이스톡 I 분출 사고, 1979년. 총 유출량: 5억 리터

● 페르시아 만의 한 유정의 플랫폼에서 있은 유출 사고, 1983년. 총 유출량: 3억 리터

● 페르시아 만에서 있었던 고의적인 유출 사건, 1991년. 총 유출량: 9억 리터

[삽화]

프랑스 펜마시 곶 근처에서 가라앉고 있는 유조선 “에리카”호 1999년 12월 13일

[자료 제공]

출처: 국제 유조선 선주 오염 연맹, “석유 유출 정보 보고서”, 「엔카르타 백과사전」

© La Marine Nationale, France

 [8, 9면 도해와 삽화]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

석유 생산—간략하게 살펴본 생산 과정

1—탐광

위성

위성 위치 확인 시스템이 측량에 사용할 정확한 신호를 발생시킨다

지중 청음계

진동기 트럭

수중 청음기

탄성파 탐사선

사용되는 한 가지 방법은 지진 측량인데, 지진 측량은 인위적으로 음파를 발생시켜 그 음파가 지하에서 어떻게 반사되는지를 기록한다

2—채유

내륙 유정

해상 플랫폼

수중 유정

채유 방법에는 내륙· 해상·수중 유정을 사용 하는 방법이 포함된다. 압력을 유지하기 위해 가스나 물을 주입하기도 한다

[삽화]

수중 유정

원격 조종되는 잠수함을 사용하여 바다 밑바닥에 생산 시설을 건설한다

[삽화]

수평 시추

기술자가 원격 조종하는 모터로 드릴의 날을 돌리며, 센서로 암반의 특성을 탐지한다

3—수송

송유관

유조선

지상·지하·해저 송유관을 이용해 석유를 운송한다. 다른 수송 방법으로는 유조선, 바지선, 철도 차량 등이 있다

 4—정유

정유소

원유를 가열하고 증류하여 일상 제품을 만드는 데 사용할 수 있는 성분으로 분류한다

증류탑

어두운 색의 끈끈한 원유를 가열로에 넣고 가열하면 탄화수소가 기체로 변한다. 이 기체는 식으면서 서로 다른 온도에서 다시 여러 가지 액체로 응축된다. 그리하여 원유가 여러 가지 성분으로 분리된다

20°C

정유 가스

여기에는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄이 포함된다

20°-70°C

휘발유

자동차 연료로 그리고 플라스틱을 만드는 원료로 사용된다

70°-160°C

나프타

플라스틱이나 자동차 연료와 같은 화학 물질을 만들 수 있다

160°-250°C

등유

제트 연료나 난로용 연료를 만든다

250°-350°C

경유

디젤 연료나 난방용 연료를 만든다

가열로

400°C

잔유

더 처리하여 정유소용 연료, 중유, 양초용밀랍, 그리스, 아스팔트 등을 만든다

촉매 접촉 분해기

증기로 탄화수소를 가열한 다음 뜨거운 촉매인 분말 알루미나-실리카 겔과 섞는다. 이 과정을 통해 탄화수소는 더 작고 유용한 분자로 분해된다

분말 촉매가 증기 속에 있는 탄화수소와 섞인다

에탄올

이 용제는 페인트, 화장품, 향수, 비누, 염료 등을 제조할 때 사용된다

플라스틱

예를 들어, 폴리스티렌은 스티렌을 중합시켜서 만든다

휘발유 첨가제

옥탄가 향상제는 엔진 속에서 가스가 지나치게 빨리 점화되지 않도록 막아 주며, 따라서 성능을 향상시켜 준다

[자료 제공]

Photo Courtesy of Phillips Petroleum Company

[7면 그래프]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

주요 산유국

총량은 10억 배럴 단위로 표시함. 발견되지 않은 자원은 포함시키지 않았음

▪ 석유 수출국 기구 회원국

• 초거대 유전을 하나 이상 보유하고 있는 나라

누적 생산량

◆ 매장량

▪ • ◆ 332.7 사우디아라비아

• ◆ 216.5 미국

• ◆ 192.6 러시아

▪ • ◆ 135.9 이란

▪ • ◆ 130.6 베네수엘라

▪ • ◆ 125.1 쿠웨이트

▪ • ◆ 122.8 이라크

▪ • ◆ 113.3 아랍 에미리트

• ◆ 70.9 멕시코

• ◆ 42.9 중국

▪ • ◆ 41.9 리비아

▪ ◆ 33.4 나이지리아

◆ 21.2 캐나다

▪ ◆ 21.0 인도네시아

◆ 20.5 카자흐스탄

▪ • ◆ 18.3 알제리

◆ 17.6 노르웨이

◆ 16.9 영국

[4면 삽화]

펜실베이니아 주 타이터스빌에 있는 최초의 원유 유정, 1859년

텍사스 주에 있는 한 유정에서 뿜어져 나오는 석유

[자료 제공]

Brown Brothers

[5면 삽화]

초창기의 유전, 텍사스 주 보몬트

[5면 삽화]

통에 담긴 석유를 운송하는 마차

[10면 삽화]

불타고 있는 유전 쿠웨이트

[5면 삽화]

모든 사진: Brown Brothers