가스하이드레이트 개발동향

가스하이드레이트 가스하이드레이트 개발동향

주요국의 GH 연구・개발 동향

(1) 미국의 개발 동향

미국에서의 GH 연구는 1934년 Hammerschmidt가 GH의 생성으로 인한 가스관 막힘 현상에 대한 논문을 발표한 이후 활발히 이루어졌다. 에너지원으로서의 GH 연구는 1972년 알래스카 Prudhoe Bay에서 GH 부존을 확인한 이후 2차에 걸친 국가 프로젝트를 수행하였다.

1차 10개년 GH 연구∙개발 프로그램(1982~1991년)

미국은 약 800만 US$의 예산을 투입하여 ‘1차 GH 연구・개발 프로그램’을 추진하였다. 주요 내용은 ① 알래스카 Kuparuk 지역에서 GH 부존 확인 ② 15개 해저 GH 분지에 대한 연구 및 부존량 평가 ③ 감압법과 열 주입법에 의한 GH 생산 모델 개발 ④ GH 및 퇴적물 분석 기기 제작 ⑤ GH 연구・개발에 관한 국제 학술회의 지원 등이다. 이 같은 연구 활동으로 1985년부터 전 세계 GH 부존지역에 대한 부존지도를 제작하기 시작하여 1998년에 완성하였다(Kvenvolden, 1993). 1995년 알래스카를 포함한 자국의 해양 4개 지역, 육상 1개 지역 등 5개 지역에 부존하는 GH의 부존량 평가를 수행하였다(Collett, 1996). 연구결과 GH 내에 포함된 가스의 원시 부존량은 9.07×1015 m3으로 계산되었는데, 대부분이 해저 퇴적층에 부존 되어 있는 것으로 평가되었다. 이는 2013년 말 기준 자국에 부존된 재래형 천연가스 확인 매장량 9.3×1012 m3의 약 975배에 달하는 막대한 양이다.

‘1차 GH 연구・개발 프로그램’이 종료된 1990년대는 저유가의 지속으로 GH에 대한 연구가 관심을 끌지 못하고 소강 상태를 보였다. 그러나 이 기간에도 GH 관련 연구를 체계적으로 지원하여 법률 및 제도를 보완하였다. 그리고 1998년 7월에 ‘메탄 하이드레이트 연구・개발법’을 제정하고 ‘MH 연구・개발 전략’을 발표하여 2001년부터 ‘2차 GH 연구・개발 프로그램’을 추진하는 기초를 마련하였다.

2차 10개년 GH 연구∙개발 프로그램(2001~2010년)

미국의 ‘2차 GH R&D 프로그램’은 2015년 육상에서 GH 상업 생산을 목표로 2001년에서 2005년까지 8,100만 US$의 예산을 투입하여 추진되었다. 2차 연구・개발 프로그램의 주요 연구 분야는 ① 실험실 연구 ② GH 부존 지역 연구 ③ 장비 개발, 컴퓨터 모델링 ④ 범지구적 기후에 미치는 영향 ⑤ GH 부존 지역의 심해 생태계 등에 대한 연구이다. 2002~2004년 알라스카 Kuparuk 지역에서 극지방에서의 GH 안정영역에 대한 시추 플래트홈, 시추작업, 코어링, 검층을 테스트를 목적으로 Hot Ice #1 탐사정을 성공적으로 시추하였다.

최근의 연구∙개발 프로그램(2011년 이후)

2차 10개년 GH 연구개발 프로그램 종료후 GH 연구개발에 대한 예산지원이 중단되고 연구개발이 소강상태를 보이다 국회에서의 예산지원 요청으로 GH연구는 재개되었다. 한편 2016년 초 에너지장관 자문회의에서 GH에 대한 보고서를 발간하였으며 그 내용은 다음과 같다.

예산의 ⅔는 국제공동연구에 할당(연간 천만불)

외국 정부와의 GH협력에 연간 15백만불 투입(미국측의 핵심 R&D 포함 탐사기술, 부존량 특성화, 생산기술, 환경문제와 지질학적 위험 연구 등)

(2) 일본의 개발 동향

1970년대 말부터 1995년까지의 탐사와 시추를 통한 GH 부존여부 확인 이후 1995년부터 1999년까지의 5개년 MH R&D 프로그램과 2001년부터 2016년까지 메탄 하이드레이트 개발 프로그램을 수행하였다.

GH 부존 확인 기간(1970년대 말~1995년)

1970년대 말과 1980년대 초 일본지질조사소가 수행한 해저 지질도 작성 사업과 일본석유개발주식회사가 수행한 석유 탐사 사업을 통해 획득된 탄성파 탐사 자료에서 나타난 BSR에 의하여 일본 주변 해역에서 GH 부존이 확인되었다. 1992년 응용에너지연구소는 일본 주변 해역의 GH 부존량에 대한 개략적인 평가 결과(6×1012 m3)를 발표하였고, 이후 일본 주변해역의 GH 추정 부존량은 자유가스를 포함 7.4×1012 m3로, 자국의 천연가스 연간 소비량의 100배가 넘는 막대한 양이라고 평가하였다.

통상산업성 5개년 MH 연구・개발 프로그램(1995-1999)

1995년과 1996년 Nankai Trough에서의 지구물리 탐사자료 취득, 처리 및 해석 결과 BSR이 보다 광범위하게 분포되어 시코쿠 해역에 부존된 GH와 자유가스의 부존량이 1.6×1012~2.7×1012 m3 정도로 파악되었다. 이후 1999년부터 2000년 초에 걸쳐 Nankai Trough에서 3개공 심부 시추를 수행하였다. 시추결과 GH의 포화도가 예측한 것보다 높은 것으로 분석되었고, MH에 포획된 메탄의 부존량이 35×1012 m3 이상인 것으로 평가되었다.

MH21 메탄하이드레이트 개발 프로그램(2001-2016)

MH의 상업 생산기술 확보를 목표로 매년 약 100억엔 이상의 사업비를 투입하여 왔다. JOGMEC을 중심으로 부존평가, 생산 및 모델링, 환경분야의 3개 연구 그룹으로 사업을 추진하고 있으며 연구기간을 2018년까지 2년 연장한 상태이다. 그간의 주요 연구 진행 사항을 살펴보면 Nankai Trough에서 2차원, 3차원 물리탐사 작업 및 16개 공에 이르는 시추 작업을 최종 완료하고 이에 대한 분석 작업을 수행하였으며, 2013년 3월에는 세계에서 최초로 해양에서 감압법을 이용한 GH 시험생산을 실시하여 120,000 m3의 가스를 생산함으로써 GH의 에너지원 사용 가능성을 확인시켜 주었다. 한편 1차 해양산출시험에서 나타난 문제점인 출사대책과 기기고장을 극복하고 장기생산을 위한 2차 시험생산을 2017년 4월 추진할 예정이다. 주요 내용은 다음과 같다.

출사대책으로 자갈대신 형상기억폴리머 사용과 Flow Assurance 대책

2개 생산정을 교대로 사용하여 총 1개월 이상의 생산시험

감압은 13.5MPa에서 7MPa → 5MPa → 최종 3MPa까지 점진적으로 진행

가스와 물의 분리를 용이하게 하는 기기 설치

워크오버 라이저 사용으로 기상 악화시 긴급대피 추진

(3) 중국의 개발 동향

GH 개발 개요

중국은 GH 연구의 출발은 늦었지만, 현재 가장 왕성한 연구 활동을 하고 있는 국가중 하나이다. 1999년 남중국해에서 BSR을 발견한 직후 국가 프로젝트로 GH 연구를 시작하여 2007년 Shenhu 바다에 대한 1차 심부시추에서 GH 현물을 채취하게 된다. 이후 2016년 4차 심부시추까지 4차례에 걸친 남중국해에 대한 심부시추 작업으로 고농도의 GH 저류층을 발견하였다. 그러나 대부분 사질층, 저류층이 아닌 silt층 GH로 2917년에 예정된 시험생산을 무기 연기하였다. 한편 2011년에는 치렌산 영구 동토층에서 천연가스의 추출에 성공한 바도 있고, 중국에 부존하는 GH의 양을 약 194억 m3로 추정하여 평가하였다. GH연구는 GH국가연구소인 칭따오 해양연구소, 광저우 해양연구소, 광저우 에너지변환 연구소와 대학에서 연구를 전담하고 있다.

최근 중국은 2014년 7월 28일부터 8월1일까지 중국국립컨벤션센터에서 3년마다 개최되는 GH 분야 세계 최대의 국제학술대회인 제8차 국제 GH 학술대회(ICGH)를 개최하여 전세계 전문가들과의 인적・기술적 교류를 넓히며 국제적 위상을 높여가고 있다.

(4) 인도의 GH 개발 동향

최초의 인도 GH 프로젝트는 에너지원으로서 GH에 대한 경제적 개발을 목표로 1997년 인도 석유∙천연가스부에 의해 시작되었다. 2006년 1차 심부시추 프로그램을 실시하였으나 시험생산에 적합한 고농도 GH 저류층 발견은 실패하였다. 1차 심부시추 프로그램은 대륙붕/대륙사면의 세립질 퇴적물로 구성된 지역으로 시험생산에는 부적합하였다. 따라서 2차 심부시추 프로그램(NGHP-02)을 2015년 3월 3월부터 8월 28일까지 총 42개 탐사정을 시추하여 인도 동부 심해지역으로 이동하여 사질형 GH 저류층이 발달한 사면지역을 대상으로 고농도 GH 저류층을 발견하였다. 2차 심부시추 프로그램에는 일본의 지큐 시추선이 사용되었으며, 일본과 미국의 과학자들이 공동으로 프로젝트에 참여하였다. 시추결과는 다음과 같다.

대상분지 : Krishna-Godavari 분지(B, C, E 지역의 조립질 사질층)

총 42개 탐사정 시추(수심 1519~2815m, 해저 239~567m)

LWD : 25개 Well(검층은 총 6,659m)

압력코아는 15개 시추공에서 156m 획득

일반코아는 총 2,271m 획득