에너지를 둘러싼 환경변화와 미래 전망

에너지를 둘러싼 환경변화와 미래 전망

 

서울과학기술대학교 에너지환경대학원 유승훈 교수

 

 

영국 BP가 2012년 1월에 발간한 'BP Energy Outlook 2030'에 따르면, 세계 에너지 소비는 2010년의 12,002Mtoe에서 2030년에 이르면 16,632Mtoe로 20년 동안 약 38.6% 증가할 것으로 예상된다. 동 기간 중 에너지 소비 증가율은 OECD 국가 3.5%, 비 OECD국가 68.9%로 에너지 소비 증가는 대체적으로 개발도상국이라 할 수 있는 비 OECD국가들이 주도할 것이다.

 

 

 

자료) BP, 'BP Energy Outlook 2030', 2012년 1월.

[그림 1] 에너지소비의 변화 추이

 

최근 전세계적으로 확산되고 있는 세계경제 위기에도 불구하고 이렇게 에너지 소비가 크게 증가하는 것은 개발도상국에서의 대폭적인 에너지수요 증가에 기인한다. 특히 동 기간 동안 82.2%의 에너지 소비 증가율을 보일 것으로 예상되는 중국을 포함한 BRICs 국가의 급속한 경제성장은 세계 에너지 소비 증가를 지속적으로 견인할 것이다.

 

[표 1] 에너지원별 세계 에너지소비의 변화 추이

(단위 : Million tonnes oil equivalent)

구분	1990년	1995년	2000년	2005년	2010년	2015년	2020년	2025년	2030년	2010년 대비 2030년 증가율
석유	3,149	3,271	3,572	3,908	4,028	4,167	4,379	4,563	4,720	17.2%
천연가스	1,770	1,927	2,176	2,511	2,858	3,332	3,685	3,973	4,300	50.4%
석탄	2,220	2,256	2,400	3,013	3,556	4,053	4,397	4,546	4,609	29.6%
원자력	453	526	584	627	626	694	778	880	1,006	60.7%
수력	489	561	599	659	776	851	957	1,044	1,137	46.6%
재생에너지	28	36	51	83	159	264	433	629	860	442.3%
합계	8,109	8,578	9,382	10,801	12,002	13,360	14,627	15,635	16,632	38.6%

자료) BP, 'BP Energy Outlook 2030', 2012년 1월.

 

[표 2] 지역별 세계 에너지소비의 변화 추이

(단위 : Million tonnes oil equivalent)

구분	1990년	1995년	2000년	2005년	2010년	2015년	2020년	2025년	2030년	2010년 대비 2030년 증가율
OECD	4,625	4,992	5,435	5,667	5,568	5,571	5,679	5,729	5,765	3.5%
비 OECD	3,484	3,586	3,947	5,134	6,434	7,789	8,948	9,905	10,867	68.9%
EU	1,648	1,643	1,720	1,808	1,733	1,692	1,706	1,707	1,707	-1.5%
유럽	1,815	1,806	1,911	2,016	1,960	1,941	1,982	2,011	2,033	3.7%
미국	1,968	2,122	2,314	2,351	2,286	2,258	2,270	2,263	2,241	-2.0%
중국	681	913	1,038	1,691	2,432	3,118	3,688	4,091	4,431	82.2%

자료) BP, 'BP Energy Outlook 2030', 2012년 1월.

 

 

하지만 세계 원유시장이 투자확대를 통한 충분한 잉여공급능력을 갖추지 않는 한 유가의 지속적인 상승세는 앞으로도 계속될 전망이다. 특히 우리가 사용하고 있는 화석에너지는 무한하지 않은 유한한 자원으로 매장량이 한정되어 있다. 예를 들어, 현재의 소비량을 고려할 때 석유 및 천연가스는 40~60년 후에, 석탄은 150년 후에 고갈될 것으로 예상된다. 한정된 자원에 대해 수요가 증가하다보니 대표적인 에너지원인 석유의 가격이 지속적으로 상승하는 것은 경제학의 수요법칙을 얘기하지 않아도 지극히 당연한 현상이라 할 수 있다.

 

이렇다 보니 우리나라를 포함한 세계 각국은 에너지자원 확보 문제가 경제발전에 미치는 부정적인 영향을 막기 위해 해외자원개발에 많은 역량을 투입하고 있다. 세계 각국 정부는 에너지기업의 인수 및 합병에 적극 개입하는 등 에너지 안보를 정부 정책결정의 최우선 고려사항으로 인식하고 있다.

 

중국의 경우, 적극적 해외자원개발로 2009년 석유․가스 자주개발률 27%를 달성했다. 국영기업(CNPC, Sinopec, CNOOC) 중심의 해외사업을 추진하며 중국개발은행, 중국투자공사 등을 통한 초저금리 자금 제공, 러시아, 베네수엘라, 브라질 등에 ‘Loan for oil' 추진, 3조 달러 대의 외환보유고를 활용한 해외자산 및 기업매수 적극 장려 등 정책자금 및 외환보유고를 적극적으로 활용하고 있다. 더불어 정상급 외교 등 전 방위적 자원외교 강화하고, 자원부국과의 다자간 협력채널 구축을 통한 영향력 확대하고 있다. CNPC는 BP와 공동으로 이라크 Rumalia 유전(2009년 6월)을, Total과 공동으로 이라크 Halfaya 유전(2009년 12월)을 낙찰, Shell과 공동으로 호주 석탄층 메탄가스(CBM) 생산기업인 Arrow Energy사를 인수최근 메이저 기업과 협력을 강화하여 공동사업 추진 등 국제 석유개발 기업과의 협력을 강화했다.

 

일본은 석유 및 가스 자주개발률을 2004년 이후 22%대로 유지하는 중이다. 고유가 장기화에 대비하기 위해 2030년 석유 자주개발률 40% 이상 달성을 목표로 하는 에너지기본계획 개정안을 2010년 6월 수립했는데, 주요 추진전략으로 국제경쟁력을 가진 핵심기업 육성, 자금 및 세제 지원 등의 방법으로 자원을 확보하려 하고 있다. 예를 들어, 기업지분의 30%를 정부가 소유하고 있는 2008년 기준 세계 50위권의 석유개발기업인 Inpex社를 세계 메이저급 석유개발기업으로 육성하기 위해 적극 지원을 하고 있다. 자금 및 세제 지원으로서 탐사 및 자산매입 등에 투자금을 최대 75%까지 출자형태로 지원하고 탐사성공시 또는 민간주주 요청시 순차적으로 정부 보유주식을 매각한다. 투자금의 금융기관 융자시, 차입비의 최대 75%까지 채무보증하고 탐사준비금의 과세소득 공제 등 세제를 지원하고 있다.

 

석유·가스 수입의존도가 96%에 달하는 우리나라는 2006년에 3.2%에 불과하던 석유·가스 자주개발율이 2010년에 비로소 두 자리인 10.8%에 진입한 후 2011년에는 13.7%로 상승하는 등 해외 주요국과 아프리카, 남미, 시베리아 등지에서 자원확보를 위해 치열한 경쟁중이다. 한국석유공사, 한국광물자원공사 등 공기업을 중심으로 한 생산광구 매입, 국제 석유기업 M&A 확대 등이 시행되었다.

 

하지만 자원민족주의 확산으로 인해 해외자원개발도 녹녹치 않은 상황이다. 자원민족주의란 국가의 경제적 이익을 축적하기 위해 자원을 무기화하는 것을 말한다. 예를 들어, 중남미의 최대 천연가스 보유국인 베네수엘라는 2007년 4월 모든 자원에 대한 국유화를 선언하고, 에너지와 광물 자원에 대해 국내외 기업이 맺었던 모든 계약을 무효화시켰다. 그리고 정부를 통해 지분을 임대받는 방식으로 재계약을 체결토록 했다. 남미에서 천연가스 매장량 2위인 볼리비아는 석유와 가스 산업 시설에 대한 국유화 조치를 발표했고, 2006년 다국적 기업이 보유하고 있는 자원의 통제권을 볼리비아 국영 에너지기업으로 이양하는 조치를 단행했다.

 

[표 3] 세계 각국의 자원민족주의 동향

지역	국가	내용
남미	베네수엘라	- 국영석유사(PDVSA)가 자국내 서방 메이저사들의 32개 석유광구의 노후화유전 재개발 프로젝트의 지분 60% 이상을 확보, 로열티(0→33.4%)와 소득세(34→50%) 인상
	볼리비아	- 외국 석유회사의 석유 소유권을 180일 이내에 국영석유회사에 양도하도록 함 - 국영석유회사 YPFB가 석유․가스의 생산, 유통, 판매 권한 행사
	에콰도르	- 석유회사의 수익금 중 50%를 세금으로 부과하는 법안 가결 - 아마존유전 참여 기업인 미국 석유회사 Occidental과의 원유채굴계약 무효화
	아르헨티나	- 새 국영기업(ENARSA) 설립해 석유․가스 탐사와 정제 부문에 총괄 권한 부여
	브라질	- 포스코 등에게 공급하던 철광석 가격을 65% 인상
구소련	러시아	- 석유 및 천연가스 국영기업 대형화, 외국계 기업의 유전 점유권 인수, 자원 독자개발 추진, 유럽에 대한 에너지 공급 중단, 가스 카르텔 추진
	카자흐스탄	- 외국계 기업과 맺은 계약에 대한 정부의 파기 권한 입법화, 사트파예프 유전에 대한 지분 인수 추진, 국영석유기업의 민간기업 지분 확대
	아제르바이잔	- 국영석유기업의 새로운 유전개발투자 지분 확대 추진
아프 리카	알제리	- 유전 개발에 대한 국영석유기업의 권한 강화
	차드	- 국영석유기업 설립, 정부의 광구지분 확대 추진
	나이지리아	- 외국계 석유회사의 유전 개발 로열티 인상
아시아	중국	- 철광석·선철·고철 등의 철강 원재료에 대한 가공무역 수출 금지
	베트남	- 자원개발 합자회사의 설립요건 강화, 외국인의 최대 지분률을 49%로 경영 참여 제한
	이란	- Buyback(상업적 생산개시 후 운영권을 회수하고, 투자비용을 원유로 정산) 방식의 제도 개선 시도 중
	리비아	- 외국투자 확대를 위해 기존의 완전경쟁 분양체제(EPSA)를 개선 움직임
	사우디	- 신기술 도입에 의한 노후화유전 개발사업에 외국기업의 참여 허용 검토

 

따라서 세계 각국의 자원민족주의 및 국유화 영향으로 국제석유사가 완전하게 접근할 수 있는 석유 매장량은 7% 수준에 불과한 것으로 알려져 있다. 자원민족주의가 확산되면 해당 에너지 자원의 가격이 급등하게 된다. 에너지 자원 가격이 급등하면 수입액이 크게 늘면서 무역수지가 악화되며, 또 수입물가 상승에 따른 소비자물가 상승으로 이어져 내수를 위축시킬 수 있다.

고유가시대의 지속, 전통적 화석연료의 고갈 가능성, 자원민족주주의 확산, 온실가스 감축을 위한 국제사회의 논의 확대 등을 배경으로 대체에너지의 중요성이 부각되고 있다. 대체에너지란 1970년대에는 석탄, 석유 등 화석연료를 대체한다는 의미에서 사용되었으나, 1980년 이후 천연가스, 원자력 등의 사용이 증가되고, 환경오염의 문제가 심각해짐에 따라 최근에는 청정에너지(Clean Energy)로서의 재생에너지, 신에너지, 미래 에너지 등을 의미한다. 보다 넓은 의미로는 오일샌드, 오일셰일 등 신규 에너지원까지도 포함한다. 즉 대체에너지는 크게 신재생에너지와 비전통에너지의 두 가지로 구분할 수 있다.

 

신재생에너지로는 소수력 발전부터 시작하여, 현재 선진각국에서 활발히 기술개발이 진행되어 실용화 단계에 접어든 태양에너지, 풍력에너지가 주종을 이루며, 바이오매스, 지열, 파력, 조력, 조류 등을 이용한 신재생에너지 개발도 활발하게 진행되고 있다.

 

태양열 발전은 태양열을 모아 고온의 공기, 수증기를 만들어 터빈을 돌려 발전하는 시스템이다. 거울면을 사용해 태양광선을 집열기에 집광시킨다. 빛을 열로 변환하는 집열기에서는 급수되는 물을 가열해 증기화하고, 축열조를 거쳐 터빈으로 보낸 뒤, 종래의 화력발전 과정을 따른다.

 

태양광발전은 태양에너지에 의한 발전 기술의 하나로 태양의 빛에너지를 태양전지라는 광전 변환기를 써서 직접 전기에너지로 변환시킨다. 태양광발전의 기본 원리는 반도체의 접합으로 구성된 태양 전지에 태양광이 비치면 발생하는 기전력에 의해 전류가 흐르게 된다. 태양 전지는 단위 용량으로 직·병렬 연결되어 기후와 같은 자연 조건에 영향을 받지 않도록 단단한 재료와 구조로 만들어진 태양 전지 모듈로 상품화된다.

 

바이오매스는 나무뿐만 아니라 곡물, 식물, 농작물 찌꺼기, 축산분뇨, 음식 쓰레기 등이 모두 바이오매스로서 에너지 생산에 이용된다. 바이오매스는 옥수수와 사탕수수 등을 가공하여 메탄올, 에탄올, 바이오디젤유 등의 액체 연료와 수소나 메탄 같은 기체 연료 등의 바이오 연료를 얻어낸다. 축산농가에서 나오는 가축들의 매설물이나 쓰레기장의 쓰레기가 썩으면서 발생하는 메탄이나 기타 가스를 태워서 발전이나 난방에 사용하기도 한다.

 

풍력발전은 바람의 에너지를 전기에너지로 사용한다. 풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 우리나라의 경우 제주도 해안가나 내륙 산악지대에서 풍력발전기를 왕왕 볼 수 있다.

 

소수력 발전은 하천 내에서 위치에너지에 의해 작은 규모의 물로부터 운동에너지를 만들고 이를 전기에너지(대체로 20MW 이하)로 바꾸어 전기를 얻는 발전을 의미한다. 우리나라의 다목적댐에서는 대부분 소수력 발전을 하고 있다.

 

조력발전은 조석간만의 차를 동력원으로 해수명의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술이다. 특히 작년 8월부터 우리나라에서 가동되고 있는 시화호 조력발전소(254MW)는 세계 최대 규모를 자랑하고 있다.

 

파력발전은 연안 또는 심해의 파랑에너지를 이용하여 전기를 생산한다. 조류발전은 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술로 우리나라에서는 전남 진도군 울독목 조류발전소가 시험 가동중이다.

 

온도차 발전은 해양 표면층의 온수(예, 25-30℃)와 심해 500-100m 정도의 냉수(예, 5-7℃)와의 온도 차이를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술이다.

 

비전통에너지란 기존 화석연료 채굴방식으로는 채굴되지 못했으나, 새로운 기술 개발로 채굴되고 있는 자원을 의미하는데, 크게 비전통 석유 및 비전통 가스로 구분된다. 우리나라 동해에는 총 9,000㎢에 달하는 지역에서 가스하이드레이트가 매장되어 있다고 알려져 있으며, 특히 울릉도와 독도 근해 수심 1,500m지역에 6억 톤에서 20억 톤 가량의 가스하이드레이트가 매장돼 있는 것으로 추정되고 있다. 얼음형태의 천연가스인 이 가스하이드레이트를 개발할 경우 짧게는 30년에서 100년 동안 쓸 수 있을 것으로 기대된다.

   

[표 4] 비전통 에너지의 구분

구분		내용
비전통 석유	오일샌드 (Oil Sands)	원유를 함유한 모래 또는 사암으로, 아스팔트와 같은 중질유를 10% 이상 함유
	초중질유 (Extra Heavy Oil)	타르와 같이 점성이 강한 원유로 물보다 무거운 특징을 가지고 있으며, 주로 발전용 연료로 사용
	가스액화연료 (Gas to Liquids)	천연가스를 화학적, 물리적으로 가공하여 상온에서도 사용이 가능하게 만든 액체상태의 석유
	석탄액화연료 (Coal to Liquids)	석탄에 촉매를 사용해 직접 원유성분을 추출하거나 석탄의 가스화와 화학반응을 통해 만든 액체 상태의 석탄
	셰일오일 (Shale Oil)	원유 성분 물질인 케로겐(Kerogen)을 함유한 퇴적암에서 추출하는 비전통 석유
비전통 가스	셰일가스 (Shale Gas)	모래와 진흙이 쌓여 굳으면서 지하의 퇴적암층인 셰일층에 함유된 메탄가스로 셰일의 공극률과 투수율이 낮아 수직시추로는 가스를 포집하기 곤란
	타이트샌드 가스 (Tight Sands Gas)	경질 암반층인 사암층에 함유된 가스로 사암의 공극률과 투수율이 셰일보다 높아 수직 시추를 통해 일정규모 이상의 가스 포집 가능
	탄층메탄가스 (Coalbed Methane)	석탄층이 형성되면서 석탄에 흡착된 메탄가스
	가스하이드레이트 (Gas Hydrates)	영구 동토나 심해저의 저온과 고압 상태에서 천연가스가 물과 결합해 생긴 고체 에너지원

 

 

미국의 경우 채굴기술 발달, 정부지원, 수송 인프라 등을 기반으로 셰일가스 열풍(Shale gale)을 일으켜 생산이 크게 증가할 전망이다. 1998년 국내 천연가스 생산량 중 1.9%(2,800만㎥)에 불과했으나 2010년 24.1%(4억 8,000만㎥) 정도로 빠르게 증가하고 있다. 완화된 가스개발 관련 제도, 미국 전역과 연계된 수송 파이프 라인 등 시설 인프라, 관련 업계 간 활발한 M&A 등이 셰일가스 개발 활성화에 기여하고 있으며, Shell 등 석유 메이저의 진입으로 기술혁신 등이 더욱 활발해져 셰일가스의 생산이 증가하고, 미국의 전통 천연가스 수입량이 크게 감소할 것으로 보인다.

 

중국의 셰일가스 매장량은 36조㎥ 정도로 세계 최대 규모이며 셰일가스 선진국인 미국과의 협력을 강화하고, 12차 5개년 계획에 셰일가스 개발을 포함하는 등 개발에 적극적인 모습을 보이고 있다. 천연가스의 소비 비중은 2010년의 3.3%에서 2030년에는 5.2%로 증가하고, 천연가스 생산량 중 셰일가스의 비중이 2035년에 62%까지 증가할 전망이다.

 

세계 각국이 신재생에너지 및 비전통 에너지와 같은 대체에너지 개발에 열을 올리고 있기는 하지만 아직까지 전체 에너지 소비에서 차지하는 비중은 낮은 편이다. BP에서 예측하기를 세계에서 가장 빨리 성장하고 있는 신재생에너지의 경우 2010년의 생산 점유율 8.2%는 2030년이 되어도 13.2%에 불과할 것이다. 즉 에너지 소비가 증가하면서 전 세계에서 사용하는 에너지의 대부분은 여전히 화석연료로 충당될 것으로 예상된다. 전통적 화석연료에 대한 높은 의존도는 에너지에 대한 수요 증가와 더불어 에너지 가격의 지속적인 상승을 견인할 것으로 예상된다.

 

대체에너지의 보급률이 조기에 확대되기 어려운 가장 큰 이유는 높은 생산원가 때문이다. 신재생에너지는 화석연료보다 발전단가가 매우 높은 편이며, 지속적으로 개발기술이 발전하고 있기는 하지만 비전통에너지의 개발비용은 당분간 전통적 화석연료에 비해 높을 것이다. 즉 지속적인 수요 증가로 인해 전통적 화석연료의 가격은 지속적으로 상승할 것이며, 화석연료의 가격이 대체에너지 개발비용에 육박하는 순간부터 본격적인 대체에너지의 상업 생산에 돌입할 수 있을 것이다.

 

대체에너지의 본격적 보급으로 국제 에너지가격이 안정화될 여지는 분명히 있다. 하지만 신재생에너지 또한 환경에 미치는 부정적 영향이 작지 않기에 일정 규모 이상으로 개발하기는 어렵다. 예를 들어, 육상풍력발전은 산림의 훼손, 축산농가의 피해, 미관상 우려 등을 낳고 있으며, 조력발전은 갯벌의 훼손 등 해양환경의 훼손을 야기하고 있다. 한편 비전통 에너지 자체도 고갈성 자원이므로 전통적 화석연료의 고갈과 함께 에너지 가격이 지속적으로 상승할 가능성이 높다. 즉 수요 자체가 줄지 않은 이상은 앞으로 상당기간 동안 에너지 가격은 지속적으로 상승할 것으로 예상된다.

 

따라서 우리 입장에서는 대체에너지를 보다 저렴하게 공급할 수 있는 기술개발 및 지속적인 투자, 전통적 화석연료뿐만 아니라 셰일가스, 오일 샌드 등 비전통 에너지원에 대한 광구권 확보를 위한 해외자원개발 노력 등의 공급관리정책을 지속적으로 추진함과 동시에, 고효율 에너지 기기의 개발 및 보급, 에너지절약형 생활방식으로의 변화 유도 등 에너지 수요 증가 자체를 억제할 수 있는 수요관리정책의 확대도 추진해야 할 것이다.