얼음에 불이 붙는다고? 다가올 미래의 천연자원 가스 하이드레이트

지난 4월 19부터 2일 간 신재생에너지에 대한 정책 및 기술 정보를 교류하는 세미나가 열렸다. 각각의 에너지 세션별로 심도있는 내용을 발표했는데, 여기서 가장 눈길이 갔던 에너지는 가스 하이드레이트였다. 이유는 단순했다. 얼음에 불이 붙는다는 말에 호기심이 발동한 것이다. 현 시대를 살고있는 인류는 전 세계적으로 에너지 고갈이라는 위기에 처해있다. 영국의 한 조사기관에 따르면 석유는 약 50년, 천연가스가 약 59년, 석탄이 약 107년 후에는 완전히 고갈될 것이라는 예측을 했다.

분명 환경오염 문제를 해결하기 위한 것도 있겠지만, 짧다면 짧고 길다면 긴 이 기간 안에 우리가 현재 사용하는 있는 에너지를 더이상 사용할 수 없게 되는 것을 대비해야하는 상황이다. 이러한 이유로 자의든 타의든 전 세계가 대체에너지 개발에 몰두할 수 밖에 없는 상황인 것이다.

지금까지 언급했던 신재생에너지 이외에도 부존량이 엄청나서 주목받고 있는 에너지가 있다. 이번에는 그것을 소개해보고자 한다. 일명 불타는 얼음이라 불리는 가스 하이드레이트가 오늘의 주인공이다.

얼음에 불이 붙는다고? 가스 하이드레이트란 무엇인지 파헤쳐보자!

먼저 가스 하이레이트의 기원에 대해 알아보겠다. 1810년 영국의 험프리 데이비라는 화학자가 실험을 통해 최초로 가스 하이드레이트를 발견했다. 하지만 당시에는 대체 자원으로 인정받지 못했다. 정식 인정받은 것은 1888년으로 꽤 오랜시간이 흐른 뒤였다. 이후 1967년 서시베리아, 1974년과 1977년에는 동시베리아의 육상 퇴적층에서 발견됐다. 1979년에는 멕시코 남부의 심해 퇴적층에서 발견되기도 했다.

이 물질은 저온 및 고압의 조건에서 천연가스와 물 분자의 결합으로 생성된 고체상태의 결정이다. 가스 분자들과 물 분자 간의 수소 결합으로 형성된 3차원 격자 구조 형상을 띄고 있다. 또한 물 분자 내부에 가스 분자가 포집된 상태인데 주로 메탄 분자로 구성되어 있기때문에 메탄 하이드레이트라고도 불리우며, 온도와 압력의 변화에 민감한 특성을 가지고 있다.

가스 하이드레이트가 생성되는 방법은 열에 의한 기원과 생물에 의한 기원으로 나눌 수 있다. 열에 의해 생성되는 경우는 땅 속 깊은 곳에 있던 가스들이 오랜기간 열과 압력을 받아 결합된 것을 말한다. 생물에 의해 생성되는 경우는 심해 퇴적층에서 유기물이 분해되면서 발생하는 가스와 물의 결합으로 생성된 것을 말한다.

국내 연구에 따르면 가스 하이드레이트는 주로 0℃이하의 영구 동토층이나 심해에서 발견됐다. 안정적인 보존 범위는 땅 속 200m부터 1,000m까지의 지점과 수심 1,200m~1,500m 지점이라고 하며, 전 세계에 존재하는 가스 하이드레이트의 추정 매장량은 약 10조 톤이라고 한다. 이 어마어마한 수치는 천연가스 매장량의 25배 이상이며, 일반 화석에너지보다는 2배정도 많은 양이다.

국내에도 동해안의 독도와 울릉도 주변에 가스 하이드레이트 부존량이 꽤 많은 것으로 알려져 있다. 정부에서 발표한 바로는 6억~10억 톤 가량으로 향후 50년 이상 사용할 수 있는 양이다. 이것을 돈으로 환산하면 대략 250조 원에 달한다.

일본 정부는 2015년부터 대놓고 독도가 자기네 땅이라고 우기고 있다. 그 이유는 바로 경제적 실익 때문인데, 유무형의 가치를 포함한 독도의 경제적 가치는 무려 12조 5천억 원에 달한다. 여기에 가스 하이드레이트의 부존량까지 더하면 상상을 초월한 엄청난 경제적 이익을 취할 수 있다. 이런 이유로 일본 정부에서 독도가 자기네 땅이라고 우기고 있는 것이다.

가스 하이드레이트 개발의 필요성과 발생가능한 문제점

가스 하이드레이트는 1cc 당 172cc의 메탄가스를 생성할 수 있는 고밀도의 에너지원이다. 앞서 언급한 것처럼 막대한 양이 매장되어 있기때문에 차세대 에너지원으로 손색이 없다. 또한 가스 하이드레이트의 구조상 천연가스의 방출을 막는 덮개 역할을 하기 때문에 다른 천연가스가 함께 매장되어있을 가능성이 높다. 부존량과 부존지역이 과거 화석연료처럼 어느 한 곳에 몰려있는 것이 아니라 광범위하게 분포돼있다는 점에서 가격의 안정화를 기대할 수 있다. 이 말은 에너지원을 수입할 수 밖에 없는 한국 같은 국가들이 자생력을 기를 수 있다는 말이며, 석유처럼 가격적으로 독과점을 할 수 없다는 것을 의미한다.

발생가능한 문제점으로는 우선 자연재해가 있다. 지각변동이나 해수면의 상승으로 인해 땅속이나 심해의 가스 하이드레이트를 이루고 있는 화합물들이 분자나 이온 등으로 나눠지게되면 지반의 붕괴를 일으키고, 그로인해 지상의 구조물들이 무너질 수 있으며 인명피해로 까지 이어질 수 있다. 또한 이 과정에서 온실가스가 대기로 방출되는데 주로 메탄이 방출된다. 메탄은 이산화탄소보다 온실효과를 야기하는데 더 많은 영향을 미치는 가스이며, 심지어 미국의 지질조사소는 50년 후 대기 중의 메탄 농도가 현재의 2배 정도에 달할 것으로 내다보기도 했다.