프랙킹이란 무엇입니까? 장단점

수압 파쇄(hydraulic fracturing)의 줄임말인 프래킹(Fracking)은 광부들이 표면 아래 깊숙이 묻힌 암석에서 석유와 천연 가스를 추출할 수 있게 해주는 특정 시추 기술입니다. 즉, 접근이 어려운 천연 자원의 복구를 용이하게 합니다.

이 기술은 1950년대에 완성되었지만 현재까지 환경적으로나 정치적으로 중요한 논란거리로 남아 있습니다.

아래에서 우리는 프래킹과 관련된 과정, 그 역사 및 사회에 미치는 영향에 대해 논의할 것입니다. 우리는 또한 이 기술의 미래를 탐구할 것입니다.

프랙킹은 어떻게 작동합니까?

프로세스 개략도 | 이미지 제공:Mike Norton

미국 환경 보호국(EPA) 또는 EPA에 따르면 프래킹은 셰일 및 기타 암석에서 추출된 석유 및 천연 가스와 같은 천연 자원의 총량을 크게 증가시키는 우물 자극 과정입니다.

수압파쇄기법에는 두 가지 요소가 있습니다. 하나는 유압 드릴링으로 먼저 수직으로 수행한 다음 수평으로 수행합니다. 다른 하나는 프래킹 유체(조금 더 설명하겠습니다)를 드릴링된 유정에 고압으로 펌핑하거나 주입하는 것입니다.

"Fracking Fluid"는 무엇으로 구성되어 있습니까?

일반적으로 수압파쇄유체는 산, 윤활유, 알코올 등 다양한 화학물질이 혼합된 물이다. 그 외에도 모래와 같은 소량의 작은 고체 입자도 추가됩니다. 이러한 입자를 "프로판트"라고 합니다.

처리되지 않은 모래는 기존의 프로판트이지만 시간이 지남에 따라 미세 입자가 생성(크기 감소)되기 쉽습니다. 그리고 이상적인 입도를 유지하기 위해 모래를 수지로 코팅하여 특수 모래(Curable Resin Coated Sand)를 만드는 경우가 많습니다. 보크사이트(소결) 및 세라믹과 같은 다른 대안도 있습니다.

미국 환경 보호국은 미국의 수압 파쇄 현장에서 사용되는 평균 14개의 화학 물질을 확인했습니다. 에탄올, 염산 및 석유 증류액이 아마도 가장 일반적이었을 것입니다.

프로세스

노스다코타에 건설된 수력 파쇄기 | 이미지 제공:Joshua Doubek

파쇄 과정은 지표면에서 최대 3km까지 확장할 수 있는 수직으로 뚫린 우물에서 시작됩니다. 수직 우물이 광물이 풍부한 암석이 있는 특정 깊이에 도달하면 90도 회전하여 수평으로 계속됩니다. Texas A&M University의 간행물에 따르면 수평 드릴링은 교차점에서 최대 1.6km까지 확장될 수 있습니다.

드릴링이 끝나면 우물이 둘러싸여 있습니다. 단단한 중공 튜브(강철 또는 시멘트로 제작)를 삽입하여 탄화수소 및 파쇄액이 지하수원으로 누출되는 것을 방지합니다.

그런 다음 파쇄 유체는 매우 높은 압력 조건에서 유정에 주입됩니다. 이 프로세스는 종종 62,000킬로파스칼 이상의 압력 수준에서 수행되며, 이는 평방 인치당 약 9,000psi 또는 파운드입니다.

고압에서 파쇄 유체는 탄화수소(석유 및 천연 가스)가 훨씬 자유롭게 흐를 수 있는 암석에 균열과 균열을 생성합니다. 모래 입자 또는 프로판트는 압력이 해제된 후에도 이러한 균열이 열린 상태를 유지하여 귀중한 자원의 지속적인 방출을 보장합니다.

갇힌 오일 및 가스와 함께 다량의 폐수 또는 '역류' 액체가 유정에서 배출됩니다. 역류 액체에는 물과 중금속, 방사성 물질 및 기타 독소를 포함한 다양한 독성 오염 물질이 포함되어 있습니다.

열린 우물 | 이미지 제공:Joshua Doubek

수압 파쇄정의 폐수는 처리 후 폐기하거나 재사용할 수 있습니다. 그러나 두 가지 방법 모두 합병증이 있습니다.

프래킹의 역사

암석 시뮬레이션 기술의 최초 기록 사용은 1860년대로 거슬러 올라갑니다. 다이너마이트는 종종 지질 형성에서 오일의 총 생산량을 늘리는 데 사용되었습니다. 이 아이디어는 1865년 미국 남북 전쟁 참전용사인 에드워드 A. L. 로버츠 대령이 개발한 "폭발 어뢰" 기술의 기초가 되었습니다.

여기에서 폭발물(초기 화약 또는 니트로글리세린)이 장착된 용기가 폭발 효과를 극대화하기 위해 이미 물로 채워져 있는 우물에 밧줄로 묶여 있었습니다. 어뢰 폭발은 광물 암석을 부수고 시간이 지남에 따라 축적되는 파라핀 왁스를 제거하여 중단 없는 오일 흐름을 촉진합니다.

니트로글리세린이 어뢰로 채워지기 전에 끓는 물이나 벤젠을 우물에 부어 파라핀을 녹이려고 했습니다.

현대식 수압식 파쇄기는 1940년대 후반에 미국에서 도입되었습니다.

장점 및 경제적 효과

수압 파쇄 기술을 통해 에너지 회사는 접근하기 어려운 저수지에서 귀중한 자원을 추출할 수 있을 뿐만 아니라 더 많은 양(기존 방법에 비해)을 얻을 수 있습니다.

프래킹은 주로 석유 및 천연 가스 추출에 사용되지만 다른 조건에서도 사용할 수 있습니다. 예를 들어 지하수 우물을 자극하거나 암석 깊숙이 폐기물을 처리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

미국에서 프래킹 기술의 눈부신 성장은 국가의 석유 및 가스 생산을 크게 향상시켰습니다. 2008년에 국가의 총 천연 가스 생산량은 러시아를 초과하여 세계 최대 천연 가스 생산국이 되었습니다.

참고로 이 국가는 2013년에 사우디아라비아를 제치고 세계 최대 산유국이 되었습니다.

최대 천연 가스 생산 국가 | 이미지 제공:Statista

천연 가스에 대한 글로벌 수요는 증가할 것입니다. 경영 컨설팅 회사인 McKinsey의 2019년 전망 보고서에 따르면 LNG(액화 천연 가스) 수요는 2035년까지 매년 3.6% 증가할 것으로 예상됩니다.

광범위한 셰일가스 매장량과 첨단 프래킹 기술을 통해 미국은 같은 기간 동안 세계 천연가스의 절반 이상을 공급할 것으로 예상됩니다.

프래킹의 경제적 측면을 결정하기 위해 수행된 연구는 대부분 긍정적이었습니다. Brookings Institution의 2017년 보고서에 따르면 미국 서부 중남부 지역에서 셰일 가스 추출만으로도 1인당 소비자 혜택이 최대 $432 증가했습니다.

게다가, 증가된 프래킹은 가스에 대한 국가의 연간 지출을 상당히 낮추었습니다. 이 기술의 연간 총 경제적 이익은 약 740억 달러입니다.

그러나 프래킹은 농업과 같은 경제 부문에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 적어도 한 연구에 따르면 마을의 관개 작물 생산성은 인근(11-20km 반경)에 우물을 뚫을 때 5.7% 감소합니다. 같은 연구에 따르면 캐나다 앨버타 주는 2014년에 약 1,480만 달러의 농업 수입을 잃었습니다.

프래킹은 안전한가요? 환경과 사회에 미치는 영향

광범위한 프래킹이 미국의 에너지 시장을 변화시켰고 향후 100년 동안 자급자족하도록 만들었다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 그것은 미국 경제를 부양시켰고 전 세계 많은 국가들이 이를 모방하려고 시도했습니다.

그러나 이 기술은 미국에서도 광범위한 비판에 직면해 있습니다.

필라델피아의 청정 에너지 행진(2016) | 마크 딕슨/플리커

장기간 수압파쇄를 사용하면 여러 면에서 환경에 해를 끼칠 수 있습니다. 지하수 오염, 빈번한 지진, 소음 공해, 높은 물 사용량, 기후 변화 및 전반적인 건강 위험은 프래킹과 관련이 있습니다.

수십 년 동안 프래킹에 반대하는 사람들은 지지하는 사람들과 맞대결을 벌이고 있습니다. 수압 파쇄를 지지하는 사람들은 종종 경제적 이점과 천연 가스가 석탄을 훨씬 더 깨끗하게 대체할 수 있다는 사실을 인용합니다.

이 기술의 사용과 관련하여 가장 큰 우려는 지하수와 지표수 오염입니다. 2016년, 전 EPA 과학자인 Dominic DiGiulio가 수행한 연구에 따르면 Pavillion(와이오밍)의 우물이 프래킹 유체에 사용되는 유해한 화학 물질로 오염되어 있습니다. 다른 유사한 발견도 이루어졌습니다. 수압 파쇄로 인한 지하수 오염 및 대기 오염의 잠재적인 높은 위험은 EU 환경 사무총장의 2012년 보고서에서 확인되었습니다.

파쇄 유체에 필요한 막대한 양의 물도 주요 문제입니다. 평균 크기의 수압 파쇄 시설(단일 유정)은 350만 갤런의 물을 사용하는 반면 대형 시설의 경우 약 500만 갤런의 물을 사용합니다.

수압 파쇄에서 유체 주입 과정은 종종 유도된 떨림과 관련이 있습니다. 이러한 진동은 일반적으로 소규모이지만 재산 피해를 일으킬 만큼 큰 진동은 거의 없습니다. 미국 콜로라도주, 뉴멕시코주, 텍사스주, 캔자스주, 오클라호마주에 거주하는 약 800만 명의 사람들이 프랙킹으로 인한 지진의 위험에 직면하고 있는 것으로 알려졌습니다.

프랙킹은 또한 즉각적이고 장기적인 건강 영향을 미칩니다. 2014년 미국 질병통제예방센터(CDC)가 수행한 예비 연구에 따르면 수압파쇄 시설의 작업자가 위험한 수준의 벤젠(암에 걸릴 위험을 증가시키는 화합물)에 노출된 것으로 의심됩니다. 그들은 또한 규폐증과 같은 다른 심각한 상태를 유발할 수 있습니다.

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세계 다른 지역의 프래킹

미국 외에 세계 여러 나라에서 수압파쇄가 적어도 어느 정도 진행되고 있다. Fracking은 현재 남아프리카에서 개발 초기 단계에 있습니다. 2012년에 356개 이상의 활성 시추 장비가 있는 캐나다에서 비교적 널리 퍼져 있습니다.

독일과 영국과 같은 유럽 국가들은 1970년대에 프래킹 기술을 받아들였습니다. 그러나 오늘날 이들 국가는 이를 전면 금지하거나 일시적으로 금지했습니다.

2011년 전국적인 시위가 있은 후 프랑스는 처음으로 그 사용을 전면 금지한 국가가 되었습니다.

정부 규정

현재 수압 파쇄 기술(어느 정도)을 활용하고 있는 국가는 국가, 주 및 지역 수준에서 최소한 일부 규칙과 규정을 시행하고 있습니다.

미국에서 프래킹은 공정에 사용된 화학 물질에 대한 세부 정보 공개에서 면제됩니다(그렇지 않으면 안전한 음용수법에 의해 의무화됨). 주는 연방법을 준수해야 하지만 안전망과 규정을 마련할 수 있습니다. 텍사스, 와이오밍, 미시간을 비롯한 여러 주에서는 광산 회사가 이러한 세부 정보를 공개하도록 요구하고 있습니다.

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버몬트는 2012년에 프랙킹을 금지한 미국 최초의 주가 되었습니다. 3년 후 뉴욕이 그 뒤를이었습니다.