미래의 에너지, “불타는 얼음” - Methane ... · 기초 탐사가 수행되어 수심 약 1,000m 이상의 동해지역에서의 Gas Hydrate 부존가능성을 ... 파

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lt탐방 결과 보고서gt

미래의 에너지 ldquo불타는 얼음rdquo

- Methane Hydrate -

접수 번호 I0113

소속 학교 서울대학교

소속 학과 공과대학 화학생물공학부

성 명 이 경 선

오 송 희

유 명 식

이 상 호

지도 교수 서울대학교 공과대학 화학생물공학부

한 종 훈 교수

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ContentsContentsContentsContents

ⅠⅠⅠⅠ 탐방탐방탐방탐방 취지취지취지취지- 2 -

ⅡⅡⅡⅡ 탐방탐방탐방탐방 주제주제주제주제- 3 -

1 Methane Hydr1 Methane Hydr1 Methane Hydr1 Methane Hydrate ate ate ate 란란란란 - 3 -

2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate의의의의 특징특징특징특징 - 3 -

3 3 3 3 세계와세계와세계와세계와 한국의한국의한국의한국의 Methane Hydrate Methane Hydrate Methane Hydrate Methane Hydrate 분포와분포와분포와분포와 매장량매장량매장량매장량- 4 -

4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate의의의의 채굴채굴채굴채굴 방법방법방법방법- 5 -

5 5 5 5 국내국내국내국내 연구연구연구연구 현황현황현황현황- 5 -

6 6 6 6 해외해외해외해외 연구연구연구연구 현황현황현황현황- 6 -

ⅢⅢⅢⅢ 탐방탐방탐방탐방- 7 -

1 1 1 1 탐방탐방탐방탐방 일정일정일정일정- 7 -

2 2 2 2 사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방- 7 -

사전탐방사전탐방사전탐방사전탐방 1 1 1 1---- KBS KBS KBS KBS 김종서김종서김종서김종서 PD PD PD PD - 7 -

사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2---- KAIST KAIST KAIST KAIST 생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과 이흔이흔이흔이흔 교수님교수님교수님교수님- 10 -

사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndash 가스가스가스가스 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 개발개발개발개발 사업단사업단사업단사업단 - 13 -

3 3 3 3 해외해외해외해외 탐방탐방탐방탐방- 16 -

탐방탐방탐방탐방 1 1 1 1 ndashndashndashndash 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 대학교대학교대학교대학교- 16 -

탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2 ndashndashndashndash AIST( AIST( AIST( AIST(산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소) ) ) ) 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 센터센터센터센터 - 18 -

탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndashndashndashndash 독립행정법인독립행정법인독립행정법인독립행정법인 산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소 (AIST) (AIST) (AIST) (AIST) 츠쿠바츠쿠바츠쿠바츠쿠바 센터센터센터센터 - 23 -

탐방탐방탐방탐방 4 4 4 4 ndashndashndashndash 도쿄도쿄도쿄도쿄 대학교대학교대학교대학교 - 25 -

탐방탐방탐방탐방 5 5 5 5 ndashndashndashndash 일본일본일본일본 오일오일오일오일 엔엔엔엔지니어링지니어링지니어링지니어링 주식회사주식회사주식회사주식회사 (JOE) (JOE) (JOE) (JOE) - 31 -

탐방탐방탐방탐방 6 6 6 6 ndashndashndashndash 독립독립독립독립 행정법인행정법인행정법인행정법인 석유석유석유석유 천연천연천연천연 가스가스가스가스 금속금속금속금속 광물광물광물광물 자원자원자원자원 기구기구기구기구 (JOGMEC) (JOGMEC) (JOGMEC) (JOGMEC) 기술기술기술기술 연연연연

구구구구 센터센터센터센터 - 34 -

탐방탐방탐방탐방 7 7 7 7 ndashndashndashndash 교토교토교토교토 대학교대학교대학교대학교 - 39 -

ⅣⅣⅣⅣ 탐방탐방탐방탐방 활동활동활동활동 결과결과결과결과 및및및및 결론결론결론결론 - 44 -

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ⅠⅠⅠⅠ 탐방탐방탐방탐방 취지취지취지취지

20세기의 산업 발전은 지구의 에너지 상황에 커다란 위기를 가져왔으며 에너지 고갈을

막기 위해서 세계 곳곳에서는 지금도 다양한 대체 에너지원을 개발하고 있다 이 대체 에너

지원 중에서도 석유를 대체할 차세대 연료로 부각되고 있는 에너지원이 있으니 이것이 바

로 Methane Hydrate (이하 MH) 이다

전 세계에 매장되어 있는 MH의 총량은 약 10조 톤으로 추정되며 이는 향후 200~500

년간 사용 가능한 엄청난 양이다 또한 환경적으로도 기존 화석연료에 비해 우수하다는 점

은 MH에 대한 기대를 점점 높이고 있다 또 최근 한국 지질자원연구원은 동해의 지각 밑에

매장되어 있던 Gas Hydrate 층을 발견하였다 이는 2005년도 기준으로 우리나라 연 천연

가스 소비량의 30년치에 육박하는 양으로 우리나라의 에너지 수급에 큰 전환의 계기를 마

련할 것으로 평가되고 있다 또한 산업자원부에서는 2015년까지 MH의 상용화를 목적으로

10개년 개발 계획을 세워 추진하고 있다

그러나 아직 우리나라는 MH 채굴의 기본이 되는 가스 시추의 경험이 이웃한 일본이나

러시아 등 다른 나라에 비해 크게 부족한 것이 사실이며 MH의 활용 방안 역시 수 십 년을

MH 연구에 쏟아온 미국과 일본에 비해 많이 뒤쳐져 있는 상황이다 또한 정부의 적극적인

지원이나 산업체 정부 학계가 함께 연구 할 수 있는 기반도 있지 않다

따라서 우리는 보다 나은 MH 개발을 위해 이웃 나라 일본으로 눈을 돌려 보았다 우리

와 같은 자원 빈국인 일본에서는 오래 전부터 대체 에너지 개발에 노력하고 있었다 특히

일본은 MH에 주목하여 근래에 ldquoMethane Hydrate 자원 개발 컨소시엄rdquo 이라는 정부 학계

산업체의 연합 체제 아래 체계적이고 구체적이며 다양한 연구와 발굴 작업을 진행하고 있다

따라서 우리는 일본을 탐방하여 선진 기술을 직접 탐방함과 동시에 우리나라의 MH 기술이

어떠한 방향으로 나아갈 지 생각해 보았다

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ⅡⅡⅡⅡ 탐방탐방탐방탐방 주제주제주제주제

1 1 1 1 MMMMethane ethane ethane ethane HHHHydrateydrateydrateydrate 란란란란

MH는 Methane(CH4)분자가 물 분자 여러 개에 의해 둘러 쌓여 보관된 형태이다 여기

서 Methane은 탄화수소의 가장 간단한 형태의 하나로 16gmol의 분자량을 가져 공기(약

29gmol)에 비해 매우 가벼우며 인화성이 큰 물질이다 특히 연소 시에는 다른 탄화수소들

보다 탄소의 비율이 적기 때문에 같은 열을 발생시킬 때 이산화탄소의 발생량이 적다 이러

한 Methane이 저온 고압의 상태에서 물과 같이 존재하게 되면 Methane을 물 분자들이 둘

러싸고 각 물 분자들이 분자 간 수소 결합으로 인해 위의 그림과 같은 구조를 갖게 된다

이 구조로 인해 MH는 얼음처럼 고체의 형태로 존재할 수 있고 밀도가 낮아서 보관이 힘든

Methane을 효과적으로 저장한다 또한 이 구조는 MH가 고압 저온 환경(50기압에서 섭씨

6도 이하)에서 매우 안정한 상태를 가진다

2 2 2 2 MMMMethane ethane ethane ethane HHHHydrateydrateydrateydrate의의의의 특징특징특징특징

1 높은 생산성 - 1cc의 Gas Hydrate에 약 172cc의 Methane 가스가 저장되어 있을 정도

로 높은 효율과 생산성을 보여준다

2 월등한 매장량 - MH는 다른 화석 에너지 자원의 2배에 달하는 양이 매장되어 있고 천

연가스와 비교하면 천연 가스 확인 매장량의 25배가 넘는 양이 존재할 것으로 추정되고 있

다 또한 Hydrate의 분포가 특정 지역에 편중되는 현상이 석유보다 덜 하기 때문에 우리나

라에서도 적극적으로 이용할 수 있다

3 친환경적 에너지- 석유와 석탄의 경우 수십 만 년 전에 살던 동식물이 지층에 쌓이고

---- CH4 CH4 CH4 CH4 분분분분자와자와자와자와 물물물물 분자로분자로분자로분자로 구성구성구성구성

---- CH4 CH4 CH4 CH4 ((((연소시의연소시의연소시의연소시의 주성분주성분주성분주성분))))

공기에공기에공기에공기에 비해비해비해비해 가볍고가볍고가볍고가볍고 인화성이인화성이인화성이인화성이 큼큼큼큼

같은같은같은같은 열을열을열을열을 발생시킬발생시킬발생시킬발생시킬 때때때때 다른다른다른다른 탄화탄화탄화탄화 수소에수소에수소에수소에 비비비비

해해해해 이산화탄소이산화탄소이산화탄소이산화탄소 발생량이발생량이발생량이발생량이 적음적음적음적음

---- 구조상의구조상의구조상의구조상의 특징특징특징특징

물물물물 분자가분자가분자가분자가 메탄메탄메탄메탄 분자를분자를분자를분자를 둘러둘러둘러둘러 쌈쌈쌈쌈

마치마치마치마치 하나의하나의하나의하나의 고분자처럼고분자처럼고분자처럼고분자처럼 분자분자분자분자 단을단을단을단을

형성하기형성하기형성하기형성하기 때문에때문에때문에때문에 아주아주아주아주 낮지낮지낮지낮지 않은않은않은않은 온도에서온도에서온도에서온도에서

도도도도 고체로고체로고체로고체로 존재할존재할존재할존재할 수수수수 있고있고있고있고 메탄을메탄을메탄을메탄을 효과적으효과적으효과적으효과적으

로로로로 붙들어줌붙들어줌붙들어줌붙들어줌

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썩어서 발생된 것이기 때문에 탄소와 수소 이외의 다른 성분이 많이 섞여 있고 이는 연소

시에 환경에 악영향을 미칠 수 있다 그러나 Methane 가스는 탄소와 수소로만 이루어져 있

기 때문에 연소 시에 이산화탄소와 물 이외의 다른 어떤 물질도 발생시키지 않는다 또한

분자 중에 탄소가 차지하는 비중이 다른 화석 연료들에 비해 낮기 때문에 이산화탄소를 덜

발생시키고 이에 따른 온실효과 피해를 줄일 수 있다 기후변화협약에 따라 석유middot석탄에 대

한 경각심이 증대되는 시점에서 석유자원보다 유리한 위치에 설 수 있는 것이다

4 단점

하지만 Methane 가스는 온실 가스 이기도 하다 또한 Gas Hydrate는 물의 빙점보다 높은

온도에서도 생성될 수 있으며 온도middot압력변화에 쉽게 해리되는 특성을 지녔다 때문에 지각

변동 온도상승 해수면 변화에 의해 해리되면 지반침하 해저붕락을 초래할 수 있다는 단점

은 풀어야 할 숙제다

3 3 3 3 세계와세계와세계와세계와 한국의한국의한국의한국의 MMMMethane ethane ethane ethane HHHHydrateydrateydrateydrate 분포와분포와분포와분포와 매장량매장량매장량매장량

MHMHMHMH의의의의 분포도분포도분포도분포도 동해에도동해에도동해에도동해에도 이미이미이미이미 샘플샘플샘플샘플 채취가채취가채취가채취가 이루어진이루어진이루어진이루어진 것을것을것을것을 볼볼볼볼 수수수수 있다있다있다있다

MH는 기존의 화석 연료와는 달리 고압 저온 조건에서 만들어진다 따라서 높은 온도로

인해 충분한 조건을 제공하지 못하는 육지보다 바다와 육지의 경계 면에 존재 가능성이 크

고 현재까지 발견된 Hydrate 층 역시 앞의 지도에서 볼 수 있듯 이 경계선을 따라서 발견

되고 있다 특히 미국 서부 해안과 우리나라 및 일본의 근처 해역에서 다량의 MH 가 매장

되어 있음을 확인했다

MH는 현재까지 알려진 바에 따르면 전 세계에 천연가스 매장량의 약 100배인 10조 톤

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이 넘을 것으로 예측되고 있는데 이는 현재 세계에서 사용되고 있는 에너지양의 200~500

년 분에 해당하는 엄청난 양이다

한편 미국 지질 조사소 캐나다 지질 조사소 일본 MH21에서는 모두 동해를 매장 추정

지로 지목하고 있으며 이들 연구진에 따르면 특히 울릉도 및 독도 부근 해저에도 다량 매

장된 것으로 추정된다고 한다 매장량은 최소 6억 톤 우리나라 30년 분 가스소비량으로 약

252조의 수입대체 효과를 기대하고 있다

4 4 4 4 MMMMethane ethane ethane ethane HHHHydrateydrateydrateydrate의의의의 채굴채굴채굴채굴 방법방법방법방법

MH의 채굴은 다음의 순서대로 진행된다

5 5 5 5 국내국내국내국내 연구연구연구연구 현황현황현황현황

국내에서는 1995년부터 국책연구소를 비롯한 일부 대학에서 Hydrate에 관한 연구가

시작되어 기초연구 및 탐사를 수행 한 바 있으며 최근에는 정부의 지원 하에 한국가스공사

및 한국 지질 자원 연구원이 공동으로 국내 동해지역의 Gas Hydrate 생성 잠재력과 부존

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유망 지역을 규명하기 위한 5개년 광역탐사 및 기초연구개발 사업을 진행하였다

또 2000년부터 2004년까지 약 30억 원을 투자해 동해 전 해역에 대해 Gas Hydrate

기초 탐사가 수행되어 수심 약 1000m 이상의 동해지역에서의 Gas Hydrate 부존가능성을

확인하였으며 이를 토대로 부존 유망지역을 광역적으로 도출하였다

이러한 결과를 바탕으로 정부에서는 기초탐사로 드러난 Gas Hydrate에 대한 시추작업

과 매장량 평가를 위해 오는 2007년까지 667억 원을 투입하는 1단계 사업을 포함 2014년

에는 Gas Hydrate에 대한 시험생산 및 상업생산기술을 완성하는 10개년 중장기 계획을 수

립하고 가스공사 석유공사 지질자원연구원 등으로 구성된 전담 사업단인 lsquo가스 하이드레이

트 개발 사업단rsquo 을 설립하여 단위사업을 일원화시키고 있다

6666 해외해외해외해외 연구연구연구연구 현황현황현황현황

현재 MH 개발을 주도하고 있는 나라는 미국 일본 캐나다 독일 러시아 여기에 중국

인도 대만 칠레도 최근 연구개발에 뛰어들었다

미국미국미국미국 2015년 상업생산을 목표

- lsquo72 알래스카에서 가스 하이드레이트 확인

DOE(Department Of Energy) 주도로 RampD

(lsquo82-lsquo92) 수행

- lsquo85 전 세계 가스 하이드레이트 지도 완성

- lsquo01 가스 하이드레이트 연구 개발법 제정

- lsquo01 부터 DOE 주도(국무부와 국방부 협력)

로 RampD 프로그램(lsquo01~rsquo15)착수

- rsquo02년 기준 원시 매장량 9066조 msup3

(약 6조 ton)

- 미국 천연 가스 확인 매장량의 약 1800배

일본일본일본일본 21c 에너지 자급을 목표로 국가적 사업 추진

- lsquo70s 하이드레이트 부존 가능성 확인

- lsquo94 까지 난카이 분지등 12개 지역에서 가

스 하이드레이트 발견

- 메탄 원시매장량 35조 msup3 (약 233억 ton)

일본 연간 천연가스 사용량의 460배

- 경제 산업성 주도 lsquo15년 상업생산을 목표로

15개년 프로그램 운영

- ldquoMH21 Research Consortiumrdquo 구성 lsquo15까

지 3단계 15개년 프로그램 추진

- 미국 캐나다 등 선진기술 보유국과 공동

수행(Mallik Project)

중국중국중국중국 향후 10년간 8억위안 투입 결정

- 2010~2015년 하이드레이트 시험 탐사 예정 - 2007년경 독일 연구진과 함께 남중국해 북부 해저에서 하이드레이트 시료 채취할 계획 - 자국 산업의 석유 의존도를 낮추기 위해 하이드레이트 개발에 참여

기타기타기타기타

- 캐나다 러시아 인도 등 국가 주도하에 예산을 지원하여 장기개발계획을 수립 진행 중 - 독일 노르웨이 칠레 등 많은 나라에서 탐사 및 개발 추진

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ⅢⅢⅢⅢ 탐방탐방탐방탐방

1 1 1 1 탐방탐방탐방탐방 일정일정일정일정

2 2 2 2 사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방

사전탐방사전탐방사전탐방사전탐방 1 1 1 1---- KBS KBS KBS KBS 김종서김종서김종서김종서 PD PD PD PD

우리가 MH를 처음 접하게 된 것은 TV 프로그램을 통해서이다 이 프로그램은 지난

2005년 7월 23일 KBS 1TV에서 방송한 ltKBS 스페셜 ndash 불타는 얼음 메탄 하이드레이트를

찾아라 gt이다 우리는 이 프로그램을 시청한 후 좀 더 자세한 이야기를 듣기 위해 연출하

신 김종서 PD님을 찾아 뵈었다

- 8 -

독도독도독도독도 문제로문제로문제로문제로 생기게생기게생기게생기게 된된된된 MHMHMHMH에에에에 대한대한대한대한 관심관심관심관심

김종서 PD님이 MH에 대해 관심을 갖게 된 계기는 울릉도 및 독도 근해에 MH가 다량

존재하고 또 일본과 독도 문제가 생기는 이유 중에 하나가 군사적인 요지이기 때문이기도

하지만 MH의 문제도 있다는 이야기를 듣게 된 것이라고 한다 또한 고유가 시대와 석유의

고갈에 대체에너지로써의 MH의 가능성을 보시고 관심을 갖게 되었다고 한다

취재팀은 미국과 일본 등 세계 유수의 연구 기관을 방문하였는데 그 취재를 통해 조사한

MH 기술 개발의 몇 가지 요점을 알 수 있었다

1111 탐사탐사탐사탐사 기술기술기술기술

주로 지진파 탐사 법이 사용되고 있으며 이 중에서도 최근에는 해저의 지층과 MH 층의

성질이 다름을 이용하여 음파를 쏘아 파형이 다른 곳을 찾아내는 BSRBSRBSRBSR1111기술이 이용되고 있

다고 한다 또한 미국 서부 해안에서는 깊이가 깊지 않아서 로봇을 직접 보내어 조사하고

파 내는 방법을 이용한다고 한다 탐사 시 가장 중요한 점은 경제적 타당성을 찾는 것이며

따라서 적당한 위치에 다량의 MH가 있는 곳을 찾는 것이 중요하다고 한다

2 2 2 2 굴착굴착굴착굴착 기술기술기술기술

굴착 기술에는 석유 굴착에서와 비슷한 방법이 사용되며 IODPIODPIODPIODP2222등에서 시추 사업을 진행

하고 있다 세계적으로 MH를 굴착할 수 있는 배는 7000m를 파 내려갈 수 있는 미국의 lsquo조

1 BSR Bottom Simulating Reflector 해저 모방 반사면

2 Integrated Ocean Drilling Program 해양 시추 사업

ltKBS ltKBS ltKBS ltKBS 스페셜스페셜스페셜스페셜gt gt gt gt 불타는불타는불타는불타는 얼음얼음얼음얼음 메탄메탄메탄메탄 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트를를를를 찾아라찾아라찾아라찾아라

방방방방 송송송송 2005 2005 2005 2005년년년년 7 7 7 7월월월월 23 23 23 23일일일일((((토토토토) ) ) ) 2000~21002000~21002000~21002000~2100 KBS 1TVKBS 1TVKBS 1TVKBS 1TV

프로듀서프로듀서프로듀서프로듀서 서재석서재석서재석서재석

연연연연 출출출출 김종서김종서김종서김종서

ltltltlt기획의도기획의도기획의도기획의도gtgtgtgt 석유고갈 후 최대의 에너지 자원으로 부각되고 있는 메탄 하이드레이트(이하 MH) 어마어마한 매장량과

미래의 청정 에너지원으로 각광받고 있는 MH의 모든 것이 국내 방송사상 최초로 밝혀진다 러시아 오호츠크

해 Chaos Project의 2주간의 동행취재로 공개되는 MH의 시추과정 또한 MH 개발선진국인 미국 일본 캐나

다 러시아 등 다양한 전문가들을 심층 취재함으로써 MH의 실체와 상용화 가능성을 알아본다

개발경쟁에 뒤늦게 참가한 한국에게도 희망의 빛이 보인다 미국 캐나다 일본의 MH 분포도에서 일치되

는 곳 바로 동해다 한국지질자원연구원의 탐사선 lsquo탐해 2호rsquo의 정밀 탐사과정의 밀착취재로 동해 MH 부존

가능성을 밝혀본다 KBS 스페셜은 MH를 둘러싼 전 세계의 개발 경쟁을 조명함으로써 사용 에너지의 90 이

상을 수입에 의존하고 있는 우리나라의 적극적인 대응 방안을 모색해본다

ltltltlt주요주요주요주요 내용내용내용내용gtgtgtgt 1 불타는 얼음(Fire Ice) ndash 왜 MH인가

2 세계는 지금 MH개발 경쟁 시대

3 동해를 주목하라

4 MH의 확보는 시급한 국가적 과제

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이더스rsquo 11000m를 파 내려갈 수 있는 일본의 lsquo지큐rsquo 독일과 쇄빙기능이 있는 노르웨이의

배가 있다고 한다

3 3 3 3 채굴채굴채굴채굴 기술기술기술기술

최근에 주로 사용되는 채굴 기술은 열수주입법과 감압 법이라고 한다 이 기술을 이용하

여 캐나다의 영구 동토지역 멕켄지 델타에서도 행해진 Mallik PrMallik PrMallik PrMallik Proooojectjectjectject에서도 큰 성과를 거

두었다고 한다 또한 우리나라의 이흔 교수님께서 개발하신 CO2를 대신 저장하는 방법도

연구가 진행되고 있다

하지만 이런 채굴 방법들은 MH를 파내면 지층에 빈 공간이 생겨 이로 인해 어려가지 자

연 재해가 발생할 가능성이 있어 문제를 안고 있다 또한 열수 주입법의 경우 열수가 얼어

버리면 관이 폭발할 위험도 있고 메탄가스가 빠져나가서 온실효과를 진행시키거나 오존층

파괴 등의 환경 문제를 일으킬 가능성도 있어 해결 방안을 모색하고 있다고 한다

4 4 4 4 일본일본일본일본 연구연구연구연구 진행진행진행진행 현황현황현황현황 및및및및 조사조사조사조사 시시시시 협조협조협조협조 태도태도태도태도

당시 일본의 연구 상황은 프로젝트 (MH21)를 진행시키는 곳은 AIST3와 JOGMEC

4 이었

으며 큰 실험 등은 홋카이도의 AIST와 도쿄대학에서 했다고 한다 일본은 자국의 에너지

사정과 지층의 불안 때문에 캐나다의 멕킨지 델타의 Mallik 프로젝트 등 많은 투자를 하며

연구를 진행시키고 있으며 일본 내의 난카이 해구 같은 곳에서는 해양에서의 상업적 생산

기술을 연구하였다고 한다

일본의 연구 기관을 방문하면서 가장 문제점은 일본 측에서 잘 취재에 응해주지 않았으

며 취재에 응하더라도 자료를 잘 보여주지 않았다고 한다 또한 방송 이기 때문에 영상이

많이 있어야 하는데 영상이 없어서 고생하셨다고 한다

5 5 5 5 우리우리우리우리 나라나라나라나라 연구연구연구연구 현황현황현황현황

우리나라는 오호츠크해 탐사에 참여하고 있는데 이 경우는 이 지역의 지층은 7-800m

만 내려가면 MH가 매장되어 있기 때문에 이 지역에서 먼저 실험을 시작하게 되었으며 러

시아의 승인 하에 러시아 우리나라 일본 세 나라가 공동으로 연구를 하였다고 한다

또 최근에 한국 가스공사 한국 해양 연구완 극지 연구소 등에서 연구를 진행하고 있으

며 가스 하이드레이트 개발 사업단도 출범했다 하지만 일본 등에서 적극적인 투자와 여러

기관의 연구와 달리 우리나라는 걸음마 단계라고 한다 MH는 중요한 대체 에너지 자원으로

앞으로 많은 가능성을 가지고 있고 열심히 연구 한다면 우리나라도 곧 어느 정도의 기술

수준을 가질 수 있을 것이라고 이야기 하시면서 인터뷰를 마쳤다

3 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology 독립행정법인 산업기술종합연

구소 4 Japan Oil Gas amp Metals National Corp 독립 행정법인 석유 천연 가스 금속 광물 자원 기구

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SequestrSequestrSequestrSequestratatatating carbon dioxide into ing carbon dioxide into ing carbon dioxide into ing carbon dioxide into complex complex complex complex

structures of naturally occurring gasstructures of naturally occurring gasstructures of naturally occurring gasstructures of naturally occurring gas hydrates hydrates hydrates hydrates

이 흔 교수는 미국 오리건주 해안에서 채집한 MH에 수심

1000m 환경과 맞먹는 온도와 압력에 맞춰 배기가스를 집어

넣은 결과 이 가스의 이산화탄소와 질소 성분이 자연스레 하

이드레이트 고체에 엉겨 붙고 동시에 하이드레이트에 있던 천

연가스가 고체 구조에서 이탈해 대기 속으로 분출한다는 사실

을 확인했다 이 과정을 통해 하이드레이트에 스며들어있는

천연가스 90를 회수할 수 있었다

이 기술은 해저 생태계를 파괴하지 않으며 하이드레이트

층의 원래 골격을 유지하면서 환경 피해를 거의 일으키지 않

는 이점이 있으며 대기 오염까지 해결할 수 있는 획기적인

방법으로 향후 MH 실용화에 기여할 것이다

사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2---- KAIST KAIST KAIST KAIST 생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과 이흔이흔이흔이흔 교수님교수님교수님교수님

이이이이 흔흔흔흔 교수님교수님교수님교수님(KAIST 에너지 및 환

경 시스템 연구실)은 현재 우리나라에

서 MH에 대해 최고의 권위자로 손꼽

히는 분이며 최근 MH에서 메탄을 빼

낸 후 지구 온난화의 주범인 이산화탄

소를 다시 삽입할 수 있는 메커니즘을

발표해 전 세계의 주목을 받았다 이

방법이 실용화 된다면 MH 시추 시 발

생하는 문제점들을 해결하는 동시에

환경 보호라는 난제를 풀 수 있게 된

다 그리고 지난 8월 지구 온난화의 주

범인 이산화탄소와 질소 성분이 대부

분인 배기가스를 해저 밑에 반영구적

으로 저장하고 동시에 천연가스도 생

산할 수 있는 lsquo자연현상적 맞교환 메커

니즘rsquo 원리를 실험을 통해 규명했다고

밝혔고 이 연구결과는 미국 저명 과학 저널인 미국과학원 회보(PNAS)에 실렸다고 한다

하이드레이트의하이드레이트의하이드레이트의하이드레이트의 구조구조구조구조

하이드레이트는 저온 고압에서 물 분자가 나노 사이즈 케이지를 만들고 (주체 물질) 거

기에 수소나 이산화탄소 (객체물질)가 접근하면 하이드레이트 구조가 만들어진다고 한다

물 뿐만 아니라 피놀 같은 유기물도 주체물질을 생성이 가능하며 피놀의 케이지는 7-8Å

으로 물 보다 큰 케이지를 형성한다고 한다

하이드레이트는 수소 결합으로 형성된 삼차원 물 격자 (host molecule) 내에 상대적으

로 작은 가스 원자(guest molecule)가 포집 되는 결정 화합물을 말하며 일반적으로 포집

되는 분자의 크기에 따라 구조 Ⅰ 구조 Ⅱ 구조 H 의 세 가지 형태로 구분되며 이의 구조

적 형태 및 분자식은 다음 페이지의 그림과 같다

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하이드레이트의하이드레이트의하이드레이트의하이드레이트의 구조구조구조구조5555

일반적으로 구조 Ⅰ은 지구 환경 내에서 주로 생성되며 04~055 nm의 작은 분자 구

조 Ⅱ는 상대적으로 큰 06~07nm의 큰 분자들이 주로 인위적인 환경에서 포접 하며 구조

h는 작은 게스트 분자와 큰 게스트(08~09nm) 분자의 혼합물이 존재하는 경우에 형성된다

또한 직경이 04nm 이하의 작은 분자들 (Ar Kr O2 N2)는 구조 2를 형성한다 그림에서

볼 수 있듯이 구조 Ⅰ은 2개의 512

공동과 6개의 512

62 공동 및 46개의 물 분자로 이루어

진 체심 입방체의 결정 구조를 구성하고 구조 Ⅱ는 16개의 512

공동 8개의 512

64 공동 및

136개의 물 분자로 구성되어 있으며 구조 H는 3개의 512

공동 2개의 43 5

6 6

3 공동 1개의

512

68 공동 및 34개의 물 분자로 구성된 6면 체의 결정 시스템을 구성하고 있다

MH는 주로 구조 Ⅰ의 형태를 많이 이루고 있다고 한다 자연상에서 구조 H가 가장 안

정하고 Ⅱ가 그 다음이고 가장 불안정 한 것은 Ⅰ이라고 한다 생성되어서 가장 안정한 구

조 Ⅱ와 구조 H가 먼저 생성되고 이것들이 수 백만 년이 지나서 화산 폭발 등으로 메탄

가스 재공격을 받아서 구조 Ⅰ으로 재구성 하게 되기 때문에 구조 Ⅰ이 가장 많다고 한다

이는 실험적으로 증명 되었다고 한다

MH에 있는 메탄과 이산화탄소가 자리 바꾸기 하는 것을 lsquo스와핑rsquo 이라고 한다 MH에

CO2만 접근시키면 큰 케이지에 있는 메탄은 다 나오고 작은 칸에 있는 것은 나오지 못한다

고 한다 2003년 발표한 논문에 의하면 약 64의 효율을 보인다고 한다 하지만 최근의 연

구에 따라 작은 케이지에 있는 메탄까지 뽑아 낼 수 있어 구조 Ⅰ Ⅱ H에 상관없이 90

5 httplibkierrekranalysis2626-09pdf

- 12 -

이상 뽑아낼 수 있는 방법을 발견하였다고 하셨는데 그게 위에서 이야기한 lsquoSequestrating

carbon dioxide into complex structures of naturally occurring gas hydratesrsquo의 연구 결과

이다

하지만 CO2를 이용해 심해에서 시추하려면 물에 녹아서 산성을 띄는 것 등에 대한 환

경 문제도 있기 때문에 실제 채굴에 사용하려면 환경 문제 등에 대한 연구가 더 필요하다고

한다

하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 내에내에내에내에 수소수소수소수소 저장저장저장저장

이흔 교수님은 지난 2005년 4월 네이쳐紙에 얼음

속에 수소를 저장하는 원리를 규명하는 논문 한편을

발표하셨다 따라서 MH의 또 다른 활용 형태인 수소

저장에 대해 이야기를 나누어 보았다 수소는 친환경

적이고 무한 사용할 수 있는 에너지원으로 알려져 있

지만 저장과 운반의 어려움으로 자원의 활용에 치명

적인 결함을 가지고 있다 현재는 카본 나노 튜브에

저장하려는 시도가 많이 이루어 지고 있지만 아직 획

기적인 방법은 없는 실정이다 이를 위해 얼음 입자 ltltltlt메탄메탄메탄메탄 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 구조구조구조구조gtgtgtgt6666

속에 수소를 저장하는 원리를 생각 하였는데 일반 얼음에는 수소가 자리잡을 공간이

없다 하지만 여기에 미량의 수용성 유기물인 lsquoTHFrsquo를 용매로 넣어 일종의 불순얼음을 만

들어 이 불순얼음을 마이크론 크기로 잘게 부수어 눈에 보이지 않는 작은 알갱이로 만들면

이 얼음에는 수소기체가 닿기만 하면 수소는 얼음 입자 속으로 빨려 들어가게 되는 것이다

이 얼음 알갱이는 기온을 2-3도만 유지해 주면 되고 수소를 추출하는 방법도 온도를 높여

주면 자연스럽게 수소가 빠져 나오기 때문에 쉽고 물 100g에 수소 4g을 저장할 수 있는

등 저장량도 많다고 한다 하지만 아직 상업적 이용에는 무리가 있다고 한다 이흔 교수님

은 물을 분해해서 수소를 얻고 거기서 물을 얼려서 수소 하이드레이트로 보존하고 그것을

증발 시켜 불순물 하나 없는 순환 시스템을 만드는 것이 꿈이라고 하셨다

이흔 교수님께서는 하이드레이트에 관한 이야기뿐만 아니라 공학을 공부하는 공학도로

써 가져야 할 자세나 마음가짐에 대해서도 좋은 말씀을 많이 해주셨다 하이드레이트에 대

한 공부뿐만 아니라 인생에 대한 공부를 할 수 있는 좋은 기회였다

6httpwebzineiteprekr

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사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndash 가스가스가스가스 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 개발개발개발개발 사업단사업단사업단사업단

지난 2005년 7월 19일 우리

나라에서도 MH의 본격적인 개

발을 위해 lsquo가스가스가스가스 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트

개발개발개발개발 사업단사업단사업단사업단rsquo을 발족하였다 우

리는 현재 우리나라의 MH 개

발 연구 사업이 어떻게 얼마나

진행되고 있는지 알아보기 위

해 대전에 있는 KIGAM(한국

지질 자원 연구소) 내 에 있는

가스 하이드레이트 개발 사업

단을 방문하여 김일수 박사님

과 이영주 박사님을 만나 뵈었

다

MHMHMHMH 연구연구연구연구 개발의개발의개발의개발의 중요성중요성중요성중요성

현재 세계 대부분의 MH 연구는 RampD를 중심으로 연구가 이루어 지고 있다고 한다 우

리나라도 마찬가지로 RampD를 연구하고 있으며 처음에는 과학자들이 MH를 중요한 에너지

자원으로 연구하기 시작했으나 현재는 다양한 각도에서 그 중요성이 부각되고 있다 그 중

요성은 크게 네 가지로 보는데 1) 대체에너지로써의 중요성 2) MH 층이 온도 변화 등으로

붕괴 되면 지질학적 변동이 일어나서 지각에 큰 문제가 생길 수 있기 때문에 발생하는

Geologic hazard 3) 메탄은 온실 가스이기 때문에 MH 층에서 나온 메탄이 온실 가스가 되

어 지구 환경에 영향을 미치는 등의 자연적인 문제 4) MH를 먹고 사는 미생물이 있고 MH

개발은 해양 환경에 어려가지 영향을 미치기 때문에 발생하는 생태적인 문제로 나누어 질

수 있다

이와 같은 문제 때문에 MH 연구 개발은 중요시 되고 있다 또한 다른 대체 에너지에

비해서 MH가 가지는 가장 큰 장점은 시설 투자만 하면 특별한 조작을 가하지 않고 바로

뽑아서 사용할 수 있기 때문이라고 한다

우우우우리리리리나라의나라의나라의나라의 연구연구연구연구 상황상황상황상황 및및및및 국제국제국제국제 협력협력협력협력

현재 MH 연구는 미국과 일본이 가장 앞서 있다 하지만 미국은 MH 외에도 다양한 자

원을 보유 하고 있으므로 2004년 이후에 MH 개발에 크게 투자하고 있지 않으며 일본은

국제적인 보고 없이 자체적으로 연구를 진행하고 있으며 현재 최고의 기술을 가지고 있다

가스가스가스가스 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 개발개발개발개발 사업단사업단사업단사업단

차세대 청정 에너지 자원인 가스 하이드레이트를 국내 해역에서 개

발하기 위한 중심 조직으로 05년 7월 19일에 출범하였다 lsquo가스 하이드

레이트 개발 사업단rsquo은 미국 일본 캐나다 등의 가스 하이드레이트 개

발 연구의 선진국에 비해 낮은 기술 수준을 극복하고 가스 하이드레이

트 개발을 위한 탐사 분석 개발 생산 기술을 확보를 중심 조직으로

집중적인 기술 개발 노력을 하고 있다

산업자원부와 한국석유공사 한국 가스공사 및 한국 지질자원연구원

이 주축이 되어 조직된 lsquo가스 하이드레이트 개발 사업단rsquo은 국내 유관

기관과 대학 등이 참여하는 산학연 협동 체제를 구축하고 미국 일본

등과 국제기술협력을 통해 효율적인 사업을 추진함으로써 자주적 에너

지 확보를 목표로 하고 있다

3단계 10개년(2005-2014) 계획의 가스 하이드레이트 개발 사업은

동해 유망지역 정밀조사 시추 및 부존 확인 생산기반 및 핵심생산기

술 연구 시험생산 및 최적 상업적 생산 기법 도출을 목표로 하고 있

다

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고 추측된다

일본은 지난 캐나다 말릭 프로젝트에 이어 2차 말릭 프로젝트를 준비하고 있으며 다른

여러 나라가 참가했던 1차 프로젝트와 달리 캐나다와 단 둘이 진행할 예정이라고 한다

우리나라는 1998년 예비 조사 이후 2004년 가스 하이드레이트 사업단을 구성을 하고

2005년 출범하여 연구하고 있으나 아직 걸음마 단계이다 하지만 이런 연구의 특성은 늦게

시작했다고 기술 수준에 많은 차이가 나는 것이 아니다 기술수준은 비슷하나 획기적인 기

술이 없는 것으로 향후에 획기적인 기술 개발이 중요하다

한편 가스 하이드레이트 사업단은 산업자원부를 중심으로 한국지질연구원 가스공사 석

유공사가 참여해 연구하고 있으며 크게 탐사와 RampD 부분으로 나눌 수 있다 탐사는 2차원

3차원 탐사 시추를 연구하고 있고 RampD는 지질연구 지구물리 지질재해 경제성타당 개발

생산 등을 연구하고 있다고 한다 한편 현재는 대학교나 연구기관(가스공사 석유공사 등)

과 함께 연구하고 있으며 버클리의 랩 등 해외 유수의 연구소와도 협력하고 있다고 한다

우리나라의 MH 개발의 대상은 동해이며 우리나라 특히 동해에 잘 맞는 기술을 연구하고

있다고 하며 동해에서는 2000-2004년에 시추가 이루어졌으며 2007년쯤에 시추를 계획하

고 있다고 한다

일본이나 미국과 달리 우리나라 사업단에 아직 부족한 점이 있다면 다른 나라 에서는

대학이나 연구 기관들이 창의적인 아이디어를 내어 정부의 지원을 받아 연구하는데 비해 우

리나라는 아직까지는 수직적인 측면이 있다고 할 수 있다 따라서 창의적이고 다양한 테마

를 주제로 연구 하는 것도 필요하다고 생각한다

현재 우리나라에서 MH를 연구 하고 계신 분들은 카이스트의 이흔 교수님 한양대의 성

원모 교수님 등이 계시며 MH는 다양한 분야에 걸쳐 있기 때문에 자신의 분야와 관련된 부

분을 연구 하시는 분들도 계시다고 한다

앞으로 우리나라의 MH 개발에 있어 가장 큰 문제점은 인력 확보이다 아직 다른 나라

에 비해서 연구하는 분들이나 관련 분야도 적고 MH에 관심을 가지고 공부하려는 학생들도

적다 따라서 인력 확보가 큰 문제이다 더불어 자율성을 바탕으로 한 창의적인 프로그램의

개발도 필요하다 그리고 우리나라 실정과 동해에 맞는 MH연구를 해야 한다는 사실도 중요

한 점 중에 하나이다

이러한 MH 개발에 있어 국제적인 협력기구는 아직 없다고 한다 하지만 IODP(국제 공

동해양 시추 사업) 등의 국제 협력 기구를 통해서 함께 시추 하고 있다고 한다 한편 연구

소와 연구소간에는 MOU라는 기술 협력관계를 이루고 있으며 미국 USGS(미국 지질 조사

서) 캐나다CSG(캐나다 지질조사서 체결 준비단계) 인도 DHG(가스 하이드레이트 사업부)

영국 해리엇 대학 (개발 생산 부문 연구) 독일의 GEO-MAR(독일 해양 연구소) 등과 협력

하여 연구하고 있다

또한 국제 심포지엄이나 컨퍼런스를 개최하는 등 활발한 교류가 일어나고 있지만 차후

에 정책적인 국제 협력관계가 있다면 더욱 더 도움이 될 것이라고 한다

우리나라는 현재 2015년 상용화를 목표로 연구하고 있다 현재 주로 연구하고 있는 부

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분은 RampD분야 이기 때문에 앞으로 다각적인 기술연구가 필요하고 실제 시추도 필요하다

석유가 상용화 될 때까지 100년의 시간이 걸렸다고 한다 MH는 분명 중요한 대체 에너지

이므로 장기간에 걸쳐 꾸준히 연구할 필요가 있다

그리고 나서 한국 IODPIODPIODPIODP 총괄 책임자이신 한국 지질 자원 연구원 석유해저자원연구부

이영주 박사님과 IODP와의 시추 경험에 대해 이야기를 나눴다

IOPD 의 시추선에 승선하신 이영주 박사님은 미국의 오리건 주 앞바다에서 다녀오셨으

며 시추선은 한번 타면 60일 정도 타게 된다고 한다 30-40명의 연구원들이 한번에 탄 이

배에서는 각자의 연구를 수행하고 일주일에 한번 정도 모여서 결과를 발표하는 등 활발한

연구를 수행하고 계시다고 했다 당시 그 배에서 수행한 연구로 나온 논문이 20-30편 가량

되며 MH의 형성 메커니즘 등에 대해 연구 하셨다고 한다

마지막으로 일본에 가서 많은 것을 보고 배워 오라고 격려하면서 사전 탐방은 끝났다

IODP (Integrated Ocean Drilling Program IODP (Integrated Ocean Drilling Program IODP (Integrated Ocean Drilling Program IODP (Integrated Ocean Drilling Program 해양해양해양해양 시추시추시추시추 사업사업사업사업))))

해양 시추 프로그램(DSDP ODP IODP)는 세계 20여 개국 과학자가 최첨단 시추선에 승선하여 전세계 해

저를 시추하고 과학적 문제점을 해결하는 해양 지구 과학 분야에서 가장 규모가 크고 성공적인 사업이다 인

류의 안정적인 삶을 위하여 지구와 해양의 비밀을 과학적으로 해결하고자 1968년부터 미국에서 심해저 시추

사업(DSDP)를 시작하였다 DSDP는 심해시추선인 글로마 챌린저호 사용하여 624 site에서 총 170km의 코어

를 시추하였다 해저지각시추사업(ODP)는 DSDP의 후속으로 세계 22개국의 과학자 및 참여하여 647 site에서

총 222km를 시추하였다 이를 통해 지구의 판 구조 증명 및 가스 하이드레이트 발견 지구 기후 변화 등을

예측하였다 대규모화산 지역을 발견하였다 IODP는 ODP의 후속으로 바다 그리고 생명이라는 주제아래 국제

공동해양시추사업 이다 IODP는 7000억 원을 들여서 새로 건조한 lsquo지구rsquo 시추선과 미국의 기존 시추선인 죠

이데스 레졸루션 그리고 유럽 해양 시추공동체(ECORD)가 주관하는 특수임무시추선이 동시에 가동되는 대규

모 해양 시추 프로그램 이다 IODP의 주요 연구 주제는 심해저 생명권과 미래형 해저 에너지 자원 해양 및

지구의 환경 변화 및 재해 예방 지구 물질 순환과 지질 재해 예측이다

우리나라는 지난 2006년 7월 3일 IODP 운영기관인 미국 과학재단과 일본 문무과학성이 우리나라의 가

입 양해각서에 최종 서명함에 따라 21번째 회원국으로 가입했으며 사업분담금 3억 원을 지불하고 있다 이에

따라 우리나라 과학자들의 승선도 활발하게 진행되어 최첨단 시추를 통한 국내 시추 기술력 확보가 가능하게

되었다

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3333 해외해외해외해외 탐방탐방탐방탐방

탐방탐방탐방탐방 1 1 1 1 ndashndashndashndash 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 대학교대학교대학교대학교

탐방 첫날 우리는 홋카이도 대학교 공학부

지질공학연구실에 방문하였다 Koutaro Ohga 교

수님을 만나기 위해서였다 간단한 인사 후에 우

리는 인공 MH와 그것을 만드는 장비를 보았다

카이스트를 방문했을 때에는 말로만 듣고 보지는

못했던 MH였는데 이곳에서는 도착하자마자 선

뜻 보여 준다는 점이 다소 놀라웠다 또한 카이

스트에서는 용량이 500ml쯤 되 보이는 거의 수

동으로 하다시피 하는 기구를 이용해서 MH를 만

들었었는데 이곳에서는 기계로 만들어 내고 있

었다 인공 MH를 만드는 방법은 통 안에 얼음을

갈아 넣고 메탄 가스로 압력을 가하여 메탄 가스가 얼음 안에 들어가게 한 후 다시 냉동

하는 것이다 하지만 이곳의 인공 MH는 조금 달랐는데 간 얼음만 넣지 않고 먼저 모래를

깔고 물을 넣은 후 얼리고 메탄을 주입하여 고압을 가하는 방식을 이용하고 있었다 이는

바다 속의 지층과 유사한 상태를 조성하기 위해서 라고 한다

생산량생산량생산량생산량 평가평가평가평가

인공 MH를 살펴 본 후 상대 침투율 측정에 관한 프리젠테이션을 들었다 이 실험을

하는 이유는 MH에서 메탄 가스를 생산하는 한가지 방법인 열수 주입 법을 이용하여 메탄

가스를 뽑아낼 때 MH 층에 열수를 주입하게 되는데 이때 얼마만큼의 열수를 MH 층에 주

입하여 얼마만큼의 가스를 뽑아내는 가가 중요한 문제이기 때문이다 에너지를 사용하기 때

문에 생산성을 평가할 필요성이 있고 그 방법으로 상대 침투 율을 측정하게 된다 측정 방

법은 들어간 물과 나온 물의 온도와 압력 차이를 이용하여 측정하고 가스 바로미터도 달려

있어 가스의 양도 측정할 수 있다 MH 층에 열수가 여러 방향으로 흘러 갈 수 있으므로 1

차원적인 연구에 이어 3차원 적인 연구도 행해지고 있다고 한다

MH를 연구할 때는 위험하다는 것과 실제 상황에 적용해서 실험하기 힘들다는 점 때문

에 힘들다고 한다 특히 실험실의 실험은 간단하나 변수가 많은 실제 현장에 그대로 적용하

기는 곤란한 점이 많다고 한다 교수님께서 MH에 대한 연구를 시작하신 시점은 대략 십 여

년 전이라고 했는데 이는 후에 방문했던 기관들의 연구자 분들과 비슷한 대답이었다 그리

고 이는 일본 정부에서 MH에 연구에 대한 정책을 만들기 시작한 시점과 일치한다 이처럼

일본은 오랜 연구 경험으로 다양한 연구를 진행하고 있었다는 점이 인상적이었다

홋카이도 대학교 공학 연구과 환경순환 시스템전공 大賀光太郎（Koutaro Ohga）교수 (k-ohgaenghokudaiacjp) 이 연구실은 MH21 연구 컨소시엄의 자원량 평가 그룹에 속해 Hydrated의 상대 침투율 측정에 관한 연구를 담당하고 있으며 산학기술종합연구소와 공동으로 측정법 개발 등의 연구를 실시하고 있다

- 17 -

CO2 CO2 CO2 CO2 탄층탄층탄층탄층 고정을고정을고정을고정을 위한위한위한위한 ECBM ECBM ECBM ECBM 실험실험실험실험

MH에 관한 설명이 끝나고 현재 교수님이 하고 계신 lsquoCO2 탄층 고정을 위한 ECBM7

실험rsquo에 관한 이야기를 들었다 이 실험은 향후에 MH의 개발에도 관련이 있을 것이라면서

설명해 주셨다 이 연구는 CO2로 인한 지구 온난화를 방지하기 위해 CO2를 지하의 석탄 표

면에 흡착현상을 이용하여 흡착시키고 대신에 석탄층의 CBM(coal bed methane)을 뽑아내

는 실험이다 현재 실험을 하고 있는 현장은 삿포로 에서 약 2시간 걸리는 lsquo유바리rsquo 라는 도

시에 있는데 이곳은 옛 탄광지역이었다고 한다 교수님께서는 우리를 위해 직접 현장까지

우리를 안내해 주셨다

먼저 방문한 곳이 액화된 CO2를 초 임계화하여 주입(8MPa)하는 곳이었는데 이 CO2가

지하로 내려가게 되면 압력과 무게로 인하여 15MPa가 되어 초 임계 상태에서 CO2가 석탄

속으로 들어가게 된다 그리고 이 CO2가 원래 석탄 속에 들어있던 CH4를 밀어내서 CH4가

생산되게 되는 것이다 지상에서는 펌프로 CH4와 H2O를 뽑아내고 있었다 뽑아낸 후 이상

분리기로 분리해서 물은 버리고 기체는 성분 분석을 한 후 뽑아내고 있었다 지금은 실험

단계이고 그 양이 아주 소량이기 때문에 생산된 메탄가스를 그냥 버리고 있지만 향후 기술

이 개발 되면 충분히 이용할 수 있을 것이라 기대하고 있다고 한다 연간 ECBM에 대한 투

자액은 5억엔 정도이고(MH 전체는 50억 엔 정도) 현재 ECBM에서는 전세계적으로 일본이

가장 앞서 가고 있다고 한다 이 기술을 응용해 MH 층에서도 유용하게 사용될 수 있을 것

이라고 생각된다고 한다

일본에서 맛있기로 유명한 유바리 멜론을 손에 앉고 앞으로도 열심히 공부하라는 교수

님의 말씀을 들으며 첫 번째 탐방을 성공적으로 끝마쳤다

7 CO2-enhanced coal-bed methane

- 18 -

탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2 ndashndashndashndash AIST( AIST( AIST( AIST(산산산산업업업업기술기술기술기술종합종합종합종합연구소연구소연구소연구소) ) ) ) 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 센터센터센터센터

AIST에 도착하여 Narita

Hideo 박사를 만나 간단한 인

사를 한 후 프리젠테이션이 시

작되었다 먼저 Narita Hideo박

사가 MH21 컨소시엄에서 lsquo생

산수법 개발 그룹 리더rsquo 라는

중요한 역할을 맡은 만큼

MH21 컨소시엄에 대한 소개가

있었다

MHMHMHMH 21 21 21 21 컨소시엄컨소시엄컨소시엄컨소시엄

일본의 MH 연구를 이해하기 위해서는 먼

저 일본 내의 에너지 공급 상황에 대해 알아야

한다 일본의 현재 에너지 소비량은 연간 약 5

억 톤 규모로 그 중 절반 정도를 석유가 차지

하고 있고 20정도를 천연 가스가 맡고 있다

이러한 구조는 한국도 비슷하다고 한다 하지

만 천연 가스의 소비량이 해마다 증가하고 있

고 일본 정부에서도 정책적으로 천연 가스의

공급량과 그 비중을 늘리려고 하고 있다 ltltltlt일본의일본의일본의일본의 에너지에너지에너지에너지 공급공급공급공급 현황현황현황현황 및및및및 전망전망전망전망gtgtgtgt8888

그 이유는 다음과 같은데 우선 교토 의정서에 의해 CO2 배출 조절에 대한 국제적 요

청 때문이다 그리고 현재 국제적 경향이 수소를 사용하는 추세이기도 하며 자원의 편중화

를 막기 위한 일본의 에너지 정책의 하나로 소규모 에너지 단위의 네트워킹 때문이기도 하

다 그리고 전화 율의 증가로 편리한 생활과 높은 효율이 가능하기 때문이다 이렇게 천연

가스 비중을 늘리기 위한 한 방법으로 MH가 주목 받기 시작했고 본격적인 연구를 위해

MH21 컨소시엄이 발족되었다

2000년 1월 산업자원부에 의해서 탐사를 위한 굴착을 통해서 시즈오카 현 오메자키

난카이에서 모래 층 내에 MH가 존재하는 것을 확인하는 데에 성공했다 반면 석유회의 개

발 그룹에서는 이러한 형태의 자원의 탐사를 위한 시도가 필요함을 보고했다

MH를 미래의 에너지원으로 개발 하기 위해서 2000년에는 경제 산업성에 의해서 MH

개발 프로그램을 위한 고문단이 조직되었고 2000년 6월 이 위원회는 ldquo일본의 MH 개발

8 AIST 제공 자료 참고

독립행정법인 산업기술종합연구소(AIST) MH 리서치 그룹 成田英夫 나리타 히데오 lthnaritaaistgojpgt AIST는 JOGMEC과 함께 MH21 컨소시엄의 중심을 이루는 곳이다 특히 나리타 히데오 박사는 MH21 컨소시움의 lsquo생산 수법 개발rsquo 그룹의 리더 이다 AIST의 MH 리서치 그룹에서는 생산 수법 개발과 함께 기초 특질 및 생성과 해리에 관한 연구 수송 저장 기술에 관해 연구하고 있다

0

20

40

60

80

100

19902000

2030

1013

18

비율

년도

일본의 에너지 공급 전망

수력 지열 대체 에너지 핵원료

천연가스 석탄

LPG 석유

- 19 -

프로그램rdquo 이라는 보고서를 제출했다 이 보고서는 RampD의 필요성과 RampD 내용 MH 탐사

를 위한 프로그램의 로드맵을 중장기적 관점에서 언급했다 그리고 이 프로그램의 목표는

하이드레이트가 집중되어 있는 곳을 찾는 것과 2016년까지 생산 기술을 개발시키는 것이었

다 주요 목표를 요약하면 다음과 같다

① MH 자원 특성 밝히기

② 메탄 가스의 매장량 추정

③ 장소의 선택과 가능성 조사

④ MH 생산 테스트 수행

⑤ 생산을 위한 기술 개발

⑥ 환경 보존을 고려한 탐사 체계의 수립

이 프로그램은 세 단계의 과정으로 계속될 것이며 전체적인 계획은 다음과 같다

일본의일본의일본의일본의 MHMHMHMH 개발개발개발개발 계획계획계획계획

MH21의 조직구성은 동경대학의 교수인

Shoichi Tanaka을 회장으로 세 개의 주요 그

룹으로 나뉘는데 그것은 lsquo자원 량 평가 그룹rsquo

lsquo생산 수법 개발과 모델링 그룹rsquo 그리고 lsquo환경

영향 평가 그룹rsquo이다 그리고 각 그룹의 수장

격인 기관으로는 JOGMEC AIST ENAA9 이

ltMH21 ltMH21 ltMH21 ltMH21 조직도조직도조직도조직도gtgtgtgt10101010

맡았다 또한 위의 주요 세 기관의 상호역할을

9 Engineering Advancement Association of Japan 엔지니어링 진흥 협회


Steering Committee MeetingProject Leader

Shoichi Tanaka

Group leader

Secretariat

(JNOC)

Research Group for

Production Method and

Modeling

(AIST)

Research Group for

Environment Impact

(ENAA)

Research Group for

Resources Assessment

(JNOC)

- 20 -

감독하기 위해 운영위원회를 설치하였다

생산생산생산생산 수법수법수법수법 개발개발개발개발 그룹의그룹의그룹의그룹의 RampD RampD RampD RampD

MH는 해저 밑 모래 층의 작은 구멍 안에 존재한다 이러한 지층의 특성은 분해 과정에

따라서 상당히 변화되고 따라서 적용 가능한 생산 방법은 매장지의 특성에 따라서 상당히

달라진다고 한다 그러므로 매장지의 특성으로 대응되는 생산수법은 이러한 특성과 지층의

분해 과정을 이해하는데 바탕을 두고 개발되고 있다고 한다 또한 이러한 분해 과정을 수

치제어적으로 모델링 하고 생산성을 예측하기 위한 기술 또한 개발되고 있다고 한다 이를

좀 더 자세히 살펴 보면 다음과 같다

① 지층의 특성과 분해 행동의 해명

MH 층의 특성 분석과 해명을 위한 기초적 기술은 in-site 상태 하에서 개발되고 있다 (압력

10Mpa 온도 제한된 압력 조건에서 10) 매장지의 특성에 적절한 생산 수법은 물리화학적 특성

열역학적 특성 기계적 특성 그리고 분해 등에 기초를 둔 질량과 열의 흐름 현상 평가를 통해서 발전

되고 있다

② 생산성 평가를 위한 수치 해석적 분석 방법의 발전

MH저장지로부터 천연 가스의 생산 양식을 분석하기 위해서 그것의 석화 형성 분해 특성 평가를

위한 계산 모듈이 발전 되고 있다 생산성 예측을 위한 기술과 새로운 생산 수법이 이러한 모듈을 바

탕으로 해서 발전되고 있다

③ 가스 하이드레이트의 특성에 기초한 산업적 기술 개발

MH를 포함한 가스 하이드레이트는 다음과 같은 특성을 가진다

높은 가스 밀도 가스의 밀도는 약 170cm3cm

3 이다

생성amp 분해 열 잠 열이 물의 13배이다

높은 압력-온도 민감도 350kPaK at 273K

높은 반응 선택도 가스에 따라서 상 평형 조건이 상당히 다르다

그리고 이러한 그룹 내의 각 연구들은 다음과 같은 관계를 통해 교류되고 있었다

연구연구연구연구 그룹그룹그룹그룹 내의내의내의내의 교류교류교류교류

- 21 -

결국 MH21은 MH 생산 수법 개발과 그 이해를 통해서 매우 효과적인 천연가스 수송

방법 저장 공정 가스 분리 기술 그리고 다른 핵심 기술들을 개발하고자 하고 있으며 이

는 온실 가스 배출의 감소와 MH를 바탕으로 한 새로운 산업 형성을 위한 기술을 현실화

시키는 것을 목표로 하고 있다

AISTAISTAISTAIST의의의의 MHMHMHMH 리서치리서치리서치리서치 그룹그룹그룹그룹

현재 Narita Hideo 박사를 Director로 하여 Researchers 14명과 Technical Staffs 40명

이 일하고 있는 AIST의 MH 리서치 그룹은 MH 기술 개발에 있어서 산업화를 위한 핵심

기관으로써 천연 가스의 역할이 증대될 다음 사회의 에너지를 위한 조사 기술을 개발하고

장기간의 안정된 에너지 공급과 에너지 자급률 개선을 위해 천연 가스의 수송과 저장에 있

어서 에너지 효율 개선을 목표로 연구하고 있다 프레젠테이션 다음으로 이어진 견학에서

AIST의 이러한 모습을 볼 수 있었다

앞으앞으앞으앞으로의로의로의로의 계획계획계획계획

2004년도에 일본 Tokai-Oki Daini-Atsumi-Kaikyu Kumano-Nada 지역 연안에서 시

험 드릴링 채굴 샘플 채취 등이 수행되었고 약 70m 길이의 천연 core가 발견되어서 이

에 대해 MH 지층의 특성 물리적 특성 분해 행동 특성 등에 대한 연구가 이루어 지고 있

다고 하였다 그러므로 앞으로는 이러한 데이터에 기초해서 적당한 생산 방법이 무엇인지

조사될 것이고 올해와 내년 겨울에 캐나다의 멕켄지 델타에서 2차 Mallik project로 생산

시험이 계획되어 있다고 한다

연구연구연구연구 시설시설시설시설 견학견학견학견학

프레젠테이션에 이어 Narita Hideo 박사의 안내로 AIST의 연구 시설을 견학 할 수 있

는 기회를 얻었다 낮은 건물이 여러 개 연결되어 거대한 단지를 이루고 있는 연구 시설에

보기만 해도 굉장한 기계들이 가득 차있었고 많은 사람들이 연구 하고 있었다 그리고 이

러한 장비의 도움으로 인해서 훨씬 더 빠른 시간 내에 훨씬 더 정확하게 데이터 분석amp결

과 예측 등을 할 수 있을 것이다 특히 인상 적이었던 것은 MH를 실제와 같은 환경에서 연

구하기 위해 만들어진 영하 40도 정도의 온도를 유지할 수 있는 실험실들과 그 안에서 두

꺼운 파카를 입은 채 연구에 여념이 없는 연구자들의 모습이었다

견학을 하면서 AIST에서 연구하는 여러 분야의 연구 모습을 볼 수 있었다 먼저 인공

MH를 만들어서 인공 MH와 천연 MH를 이용하여 Thermal Conductivity wave velocity

Mechanical Properties 등 다양한 실험을 통해 MH의 특성을 연구하고 있었다 또한 수평

한 셀과 수직한 셀 등 다양한 조건 하에서 분해하여 High speed X-ray CT로 그 분해 모

- 22 -

습을 보기도 하였다 그리고 Production Simulator을 개발 하고 Dissociation Method도 개

발하고 있었다 지금 많이 사용되고 있는 Dissociation Method 에는 열수 주입 법이나 분

해촉진제 주입 법 등도 연구하고 CO2 나 N2를 사용하거나 초음파를 사용하는 방법도 연구

하고 있었다

연구 시설 견학을 마치고 궁금한 몇 가지를 물어보는 시간을 가졌다 컨소시엄을 형성

하고 운영하는데 있어서 어떠한 어려움은 없었는지 하는 우리의 물음에 Narita Hideo 박사

는 전혀 문제가 없다고 하였다 아마도 컨소시엄이 잘 돌아가고 있다는 만족의 표현이었던

것 같다 다만 처음으로 시도해보는 사업이었기 때문에 초기에 모르는 것이 많아서 고생했

다고 하였는데 그 당시 선진국이었던 미국과 캐나다의 도움을 많이 받았다고 한다 그러나

그때는 도움을 받았지만 지금 상황에서는 일본의 기술이 그 나라들에 비해서 뒤지지 않고

오히려 세계 톱의 수준에 올라와 있음을 자부하고 있었다

그리고 국가에서 정책적으로 하는 사업이라서 그런지 외부에 대한 경계도 상당함을 짐

작할 수 있었다 그 단적인 예로 세계적인 컨소시엄을 형성해서 연구해볼 의향이 있느냐는

질문에 지금의 lsquoMH21은 일본의 정부 예산을 가지고 집행되는 컨소시엄이기 때문에 그에

대한 결과는 일본을 위해서 쓰여야 한다고 확실히 말하셨다 또한 AIST가 정부 산하 기관

으로써 큰 줄기를 도맡아서 하는 연구기관이고 그 규모나 연구 중요도 또한 컸으므로 다른

연구소에 비해서 그러한 경향이 더한 듯싶었다

일본의 MH 연구 수준과 컨소시엄 형성amp운영 현황에 대해서 놀라움을 느꼈던 탐방이었

다 그리고 무엇보다 부족하지 않게 지원되고 있다는 예산과 엄청난 장비들이 있다는 사실

이 우리나라와 비교되고 부러운 현실이었다

- 23 -

탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndashndashndashndash 독립행정법인독립행정법인독립행정법인독립행정법인 산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소 ((((AISTAISTAISTAIST)))) 츠쿠바츠쿠바츠쿠바츠쿠바 센터센터센터센터

츠쿠바는 과학의 도시 이다

츠쿠바는 조용한 도시 이지만

츠쿠바 대학으로 유명한 교육

도시이자 츠쿠바 우주 센터

기상대 등이 있는 츠쿠바 연구

단지 AIST 츠쿠바 센터 등이

있는 교육과 연구로 특화되어

있는 도시이다 AIST 츠쿠바

센터 는 홋카이도 센터보다 큰

부지에 커다란 건물이 가득한 거대한 연구단지였다 우리가 방문하게 될 lsquoMH 리서치 그룹rsquo

에 찾아가니 Yoshitaka Yamamoto 박사님이 기다리고 계셨다

츠쿠바 AIST의 lsquoMH 리서치 그룹rsquo은 원래 단독으로 MH의 연구를 수행하다가 현재는

홋카이도 AIST 의 lsquoMH 리서치 그룹rsquo과 함께 연구를 하고 있다고 하였다 주로 MH의 물리

적 화학적 성질에 관한 연구와 생산 수법에 관한 연구를 하고 있었다 그리고 CO2를 저장

하는 것에 대해 연구도 하였다 이 연구는 한국과 협력하여 하고 있다고 하였다

MHMHMHMH의의의의 구조와구조와구조와구조와 특성특성특성특성

연구실에 들어가서 우선 MH의 구조 (1형 2형 H형) 에 관한 설명을 직접모형을 보면서

들었다 자연 상에서는 1형 2형 H형의 mixture 상태로 존재하며 12 형이 주로 존재하고

H 형은 인공적으로 만든다고 하였다 그리고 인공 MH를 만드는 방법과 기계 또 만들어진

인공 MH를 보여주면서 불을 붙여보는 실험도 보여 주었다 그리고 MH에 기초적인 물질적

특성에 대한 이야기를 나누었다

MHMHMHMH의의의의 수송과수송과수송과수송과 분해기술분해기술분해기술분해기술

다음으로 Taro Kawamura 박사를 만났다 Taro Kawamura 박사는 분해촉진제 주입법

과 MH 수송 기술에 대해 연구하고 있었다 천연가스를 수송할 때 액화 상태로 운반하면 압

력이 높아서 위험하므로 MH 상태로 만들어서 저온 상태로 운반하면 안전하다고 한다 이에

따라 하루에 06톤 정도 생산할 수 있는 파일럿 플랜트11

가 있고 현재 10배 규모의 플랜트

를 건설 중이며 12년 내에 완성될 것 같다고 한다 이 플랜트가 완성 되면 천연가스 수송

을 MH로 할 수 있다고 한다

11

대규모 공장 생산 플랜트 건설에 착수하기 전에 공정 설계 조작 따위의 자료를 얻기 위하여 먼저

만드는 소규모의 시험 설비

독립행정법인 산업기술종합연구소(AIST) MH 리서치 그룹 Yoshitaka Yamamoto 야마모토 요시타카 (mc-yoshitakaaistgojp) 홋카이도의 AIST와 함께 MH 리서치 그룹에서는 생산 수법 개발과 함께 기초 특질 및 생성과 해리에 관한 연구 수송 저장 기술에 관해 연구하고 있다

- 24 -

분해 촉진제 주입 법은 심해에 있는 가스 하이드레이트를 분해해서 올리려면 열이나 감

압이 필요한데 그게 상 평형 곡선을 따라서 움직이기 때문에 어느 온도 어느 압력 이하에

서 분해가 되게 된다 그런데 여기에 분해 촉진제를 넣으면 더 낮은 온도에서 분해가 일어

나고 더 높은 압력에서도 분해가 일어나기 때문에 적은 열을 가지고도 분해 할 수 있다고

한다 즉 분해 촉진제를 넣으면 쉽게 생산할 수 있는 것이다 투과성이 좋은 층은 촉진제

주입이 쉬운데 투과성이 낮은 충은 아직 넣을 수 있는 방법이 없다고 한다 그리고 MH 층

에 촉진제를 주입 하는 것도 쉬운 일이 아니라고 한다 Kawamura 박사가 연구 하는 것은

메탄올을 주입하는 것이었는데 이것이 바다 속에 들어가서 환경적인 문제를 일으킬 수도

있기 때문에 아직은 문제가 있다고 한다 그리고 소금물을 분해 촉진제로 사용하기도 하는

데 이것은 메탄올만큼 효율이 좋지 않다고 한다 한편 촉진제를 넣은 후 재결정이 일어나

는 경우도 많이 있어서 아직 해결 중 이라고 한다

기초적인 연구는 미국이나 러시아 등 다른 나라도 많이 하고 있지만 수준은 아마 일본

이 세계 최고 일 거라고 말씀하셨다 그리고 츠쿠바 AIST는 한국과도 함께 연구해서 한국

에 대해서도 가능성 있고 잘 될 것이라고 이야기 하시면서 인터뷰를 마쳤다

- 25 -

탐방탐방탐방탐방 4 4 4 4 ndashndashndashndash 도쿄도쿄도쿄도쿄 대학교대학교대학교대학교

MH 개발의 핵심 과제는 누가 뭐래도 생

산 수법이라고 할 수 있다 자원 량 평가와

같은 것은 시간과 예산만 주어지면 언제라도

할 수 있지만 현재 상황으로선 경제성 있는

생산수법이 없기 때문이다 그리고 환경 문제

가 아무리 중요하다고 해도 생산수법 조차

개발되지 않은 시점에서 그러한 문제에 비중

을 둔다는 것은 시기상조라고 생각한다 누군

가 아주 획기적인 생산수법을 개발 했다고 해도 그 생산 수법을 실제 현장에서 바로 테스트

를 해본다는 것은 시간과 비용의 낭비다 새로운 생산 수법이 개발 되었을 때 그것이 얼마

나 효과적인지 미리 평가해 볼 수 있는 것이 바로 Numerical Simulator이다 실제 상황에

기반한 Simulator이기 때문에 아주 정확한 예측은 못하더라도 시도해 볼 만한 가치가 있는

방법인지 아닌지는 판별 할 수가 있다 그렇기 때문에 생산 수법 개발에 있어 Numerical

Simulator는 매우 큰 비중을 차지하고 있으며 현재 MH 관련 Simulation에서 상당한 권위

를 가지고 계신 도쿄대학교 지질공학과의 Yoshihiro Masuda 교수님을 뵙기로 했다 교수님

을 방문해서 Simulator에 대한 기초적인 지식과 MH 개발의 필요성 현재까지 알려진 방법

중에서 가장 효과적인 방법은 무엇이며 MH의 전망에 대한 얘기를 들을 수 있었다

이른 아침 교수님의 연구실을 방문했다 교수님께서는 반갑게 맞아 주셨고 곧 이어 우

리를 위해 준비한 3시간 분량의 긴 프리젠테이션이 시작되었다

MHMHMHMH 개발의개발의개발의개발의 필요성필요성필요성필요성

2004 년 말 석유의 확인 매장량(R) = 1616 억 ton

전세계 한 해의 석유 소비량(P) = 3996 억 tonyear

RP = 405 년

미국의 지질학자 킹 허버트의 피크 이론과 같이 석유가 고갈되고 있는 시대를

맞이한다고 주장 하는 전문가가 많다 위의 자료도 그 주장과 같은 맥락에서 볼 수 있지만

그 신빙성은 확인할 수가 없다 하지만 석유생산이 피크에 가까워 졌다는 것만은 확실하고

석유를 대체할 에너지를 준비하는 것이 필요하다

도쿄대학 공학부 지구 시스템 공학 전공 Masuda Yoshihiro 마츠다 요시히로 (masudageosystu-tokyoacjp)

이 연구실은 민간 회사와 공동으로 하이드레이트

층의 가스 생산 거동 예측 시뮬레이션을 만들고 있

다 시뮬레이터에 의한 결과로 효율이 좋은 채취 수

법과 현장 기술 개발을 평가하고 있다

- 26 -

전세계적인 에너지 소비

추이를 보면 천연가스의 비중이

점차 늘어나고 있는 것을 볼 수

있다 앞으로 이러한 추세는 더욱

더 가속될 것으로 보인다 특히

석유가 고갈 될 것으로 예측되는

2050 년 이후에 가스의 중요성은

더욱 높아질 것으로 전망된다

하지만 현재 생산하고 있는 천연가스의 매장 확인 량(R) 과 현재의 천연가스 소비량(P)를

가지고 RP 를 계산해 보면 다음과 같다

천연가스 매장 확인 량 (R) = 179 조 m^3

전세계 한 해의 천연가스 소비량 (P) = 27 조 m^3year

RP = 66 year

한편 파이프 라인을 통한 아시아 지역의 가스 공급으로 인해 천연가스 소비량이 조만간

더욱 늘어날 것으로 예상되며 미국과 중국의 LNG 수요가 증대될 것으로 예측 되어

천연가스의 고갈을 더욱 가속화 할 것으로 전망된다 특히 미국의 경우도 알래스카와

캐나다로부터 서쪽 해안을 따라 가스 파이프 라인을 건설 중이다

원유와 가스의 열량 대비 판매가격을 비교해보면

(2006 년 6 월 미국의 가격기준)

원유 = 1223$GJ

천연가스 = 616$GJ


원유 = 1134$GJ


로 둘의 가격은 수요공급에 따라서 가격이 크게 변화됨을 알 수 있다 천연가스라고 언제나

값싼 자원은 아니며 석유가 부족해질 경우 천연가스의 가격도 같이 상승하게 될 것이라고

예측할 수 있다

전세계 MH 의 추정 량은 1000~5000 조 m^3 로 추정되고 있다 이중 5만 채취

가능하다 해도 20~100 년 동안 전세계에서 쓸 수 있는 에너지가 확보 되는 셈이다 석유의

- 27 -

고갈과 그를 대체 할 차세대 에너지 자원으로서의 천연가스 그리고 그 천연가스 자원의 한

형태로서 매장량이 가장 많은 MH 개발은 필연적일 수 밖에 없다

Numerical SimulatorNumerical SimulatorNumerical SimulatorNumerical Simulator

Numerical Simulator 는 MH 의 생산 방법을 실제 현장에서 테스트를 하기 전에 컴퓨터를

통해 그 경제성을 평가해 볼 수 있도록 도와주는 것이다 물론 컴퓨터로 Simulation 을

해보기 위해서는 많은 데이터가 필요하다

우선 가장 먼저 필요한 것이 바로 지층에 대한 데이터이다 지층에 대한 데이터를 얻기

위해서는 3 차원 자원 량 평가 정보가 필요하다 MH 는 석유나 천연가스 같은 유체가 아닌

고체기 때문에 정확한 분포를 알고 있어야 효과적인 생산을 할 수 있다 또한 지층에서의

MH 함량과 투과율 포화도 연속성 등의 데이터가 있어야 기본적인 지층 모델을 만들 수

있다 이러한 데이터는 BSR(Bottom Simulating Reflector)을 통한 2 차원 자원 평가와

시추를 통한 수직 분포를 모두 알아야 하기 때문에 지층의 데이터를 얻는 것도 녹녹하지는

않다

지층의 데이터가 모두 모아 졌으면 지층의 모델을 만들고 여러 가지 미분방정식으로

Simulation 을 하게 된다 기본적으로 맞춰야 하는 mass balance 와 energy balance 등을

이용하여 물질 전달과 열 전달 등을 예측하고 여러 가지 조건들을 수식으로 변경하여

넣어주면 시뮬레이션이 완성 된다 완성된 시뮬레이션에 여러 가지 생산 방법에 대한

정보를 입력하면 생산하는데 필요한 에너지 등을 계산 할 수 있고 이를 바탕으로 생산

단가가 결정 된다

현재까지의 방법들은 온도와 압력의 변화에 따라서 생산량이 결정되는 방법들로 예측 그

결과는 온도와 압력 변화 그리고 시간의 흐름에 따른 MH 의 회수율과 산출량으로 나오게

된다고 한다

생산생산생산생산 시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션 결과결과결과결과

12121212

12 Yoshihiro Masuda ldquoValidation Study of numerical simulator predicting gas production performance from seediments

containing methane hydratesrdquo in Proceedings of the 5th International Conference on Gas Hydrates p7 2005

- 28 -

현재까지의현재까지의현재까지의현재까지의 생산생산생산생산 방법들방법들방법들방법들

지금까지의 주 자원인 석유와 천연가스는 유체 상태로 존재하기 때문에 파이프 라인을

연결하면 압력 차에 의해서 비교적 쉽게 뽑아 낼 수 있었지만 MH 는 고체 상태로

존재하기 때문에 지금까지의 방법과는 차별화된 방법을 사용해야 한다 특히 MH 의 분해

반응은 흡열 반응으로 분해해서 가스를 뽑아 올릴 때 지속적인 열 공급이 필요하다

메탄가스 1 몰을 뽑아내는데 54kJ 이 필요하다고 한다

대표적인 생산 방법을 보면 감압 법 열수 주입 법 분해촉진제 주입 법 등이 있다

1 감압 법

- 감압에 의해 하이드레이트의 자연분해를 촉진하는 방법으로 환경과 조화한 개발의

가능하다

- 분해에 필요한 열을 공급해줄 필요가 없는 대신에 하이드레이트의 분해속도가 늦고

단위면적주변의 가스 생산 속도가 늦다

- 하이드레이트 층 하부에 커다란 프리 가스 층이 존재하는 경우나 하이드레이트 면적의

크기가 큰 경우에는 특별히 희망적인 방법

- 프리 가스가 존재 하지 않는 경우는 경제적인 가스 생산 레이트를 얻을 수 있기 위해

하이드레이트 분해면적을 커다랗게 할 필요가 있다

2 열수 주입 법

-인공적으로 지층 안에 열을 가해서 MH 를 분해를 촉진하는 방법으로 분해 속도가 빨라

단시간에 많은 양을 생산 할 수 있다

- 열을 손실 없이 지층전체에 전달하는 방법을 찾아낼 필요가 있고 손실이 큰 방법에서는

에너지 효율이 크게 저하

- MH 분해 속도가 높을 경우 지층의 안정성을 잃을 경우가 있어서 환경 영향 평가에 의해

충분히 검토될 필요가 있음

MHMHMHMH 개발가능성을개발가능성을개발가능성을개발가능성을 결정하는결정하는결정하는결정하는 요인요인요인요인

해저에 엄청난 양(천연가스의 2~10 배)이 매장되어 있지만 아직 안전하고 확실한 회수

방법이 제시된 것이 없고 개발의 경제성이 불투명하다 (가스 생산성 가스 마켓

인플레이션에 대한 고려 필요) 따라서 아직까지는 에너지 자원으로 인정받기 어렵다 그

개발 가능성을 위해 고려해야 할 사항으로는 다음과 같은 것들이 있다고 한다

- 29 -

1 MH 자원 필드의 크기와 상태

- 필드가 존재하는 해역의 수심과 해안에서의 거리

- 원시 가스 매장량(필드의 면적 두께 지층의 공극률 MH 포화 율)

- 가스생산성에 미치는 요인 (지층의 침투 율 지층두께 MH 의 연속성 등의 분포)

2 기술적 요인 과 생산 단가

- 높은 가스 생산 비율을 보장하는 생산수법의 유무

- 시뮬레이션으로 가스생산량과 회수율 예측의 정확성

- MH 분해채취에 적용하는 현장기술의 유무

- 합리적인 가스생산단가와 가스회수율

3 개발 사항들

-갱정 마무리 (굴착 갱정 갱정 내 설비)

-생산시스템 (해양 플랫폼 갱정수 해상설비 해저설비)

4 경제환경

- 장래의 가스 수요와 가스 판매가격 환율 인플레이션 등

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8

생산생산생산생산 단가단가단가단가 비교비교비교비교13131313

위의 그래프를 보면 현재 MH 의 배럴 당 생산 원가는 54~77 불로 1~10 달러인 원유의

생산 원가에 비하면 터무니 없이 비싸다 하지만 천연가스 공급가격과 비교해보면 개발에

아주 가능성이 없는 것은 아니다 메탄 가스 자원필드의 규모와 상태 MH 분해에 의한

지층의 압축 현상 등 불확실성의 요인이 많기 때문에 이러한 불확실한 요인을 저감하고

기술 수준을 올려서 생산 원가를 좀 더 낮춘다면 충분히 상업적으로 가능성이 있다

생산과생산과생산과생산과 관련하여관련하여관련하여관련하여 현재현재현재현재 진행중인진행중인진행중인진행중인 연구들연구들연구들연구들

현재 MH21 에서의 연구는 난카이 해구의 샘플을 이용 고속 X 선 CT 장치로 여러 가지

생산수법을 사용했을 때 어떤 형태로 분해가 이루어지는지 실험 중이라고 한다 한편

13

도쿄대 제공 자료 참고

1 원유생산원가(중동)

2 원유생산원가(러시아)

3 하이드레이트 생산원가

4 천연가스미국가격 05 년

5 일본의 LNG CIF 가격 05 년 11 월

6 LNG 일본 기업스폿 조사 05 년 가을

7 한국의 LNG CIF 가격 05 년 10 월

8 LNG 한국기업스폿조사 05 년

- 30 -

대학에서는 MH 층 내에 CO2 나 N2 를 고정하고 메탄을 빼내는 방법을 연구하고 환경

모델화와 시뮬레이션을 하며 코어 분석 실험과 시뮬레이션의 비교를 하고 있다고 했다

현재 구상중인 활용 방안은 현재 목표하고 있는 것으로는 해안에 메탄가스를 주 연료로

하는 화력 발전소를 설립하여 발전소에서 나온 CO2 를 해저 MH 층에 주입하여

고정시키고 메탄을 얻은 후 이때 생산된 메탄을 다시 발전소에서 발전에 사용하는 대형

탄소순환 시스템을 구상 중 이라 한다

교수님의 3 시간 동안의 설명이 끝난 뒤 간단한 질문 시간을 가졌다 우선 일본의 MH

개발계획에 따르면 2018 년에 상업적 생산을 목표로 한다고 하는데 이것의 실현 가능성에

대해서 질문하였다 교수님께서는 2018 년 까지는 불가능하다고 본다고 하셨다 이유는

아직까지 MH21 의 계획의 1 단계인 탐사도 완벽히 끝나지 않았고 2 단계인 생산수법

개발에는 가장 많은 시간이 걸릴 것이며 개발된 생산수법이 환경에 미치는 영향을

평가하는 데에도 상당한 시간이 필요 모든 준비가 끝나고 생산시설을 만드는 데에도

엄청난 시간이 걸릴 것이기 때문에 개인적인 생각으로 일본 근해에서 MH 생산까지는

40 년 정도는 필요하지 않을까 생각한다고 하셨다

한편 시뮬레이션에 따르면 지금까지의 생산 방법 중 가장 효율적이고 환경 친화적인

방법은 무엇인지에 대해서 질문하였는데 지금까지의 방법 중에서는 감압 법이 가장 좋은

방법이라고 하셨다 열수 분해 법이나 분해촉진제 주입 법은 짧은 시간에 많은 메탄을 얻을

수는 있지만 분해하는데 많은 에너지가 필요하며 MH 층이 순식간에 분해되어서 해저

지층에 문제가 생길 가능성이 있다고 한다 하지만 감압법의 경우는 MH 층이 서서히

분해되어 해저 지층에 큰 문제를 주지 않으며 한번 파이프라인을 설치하면 더 이상의

에너지 공급 필요 없이 메탄을 뽑을 수 있기 때문에 환경적으로나 에너지 측면에서나 가장

좋은 방법이라고 생각한다고 하셨다 하지만 메탄 생산 속도가 너무 느리기 때문에 설비에

투자한 돈을 회수하는데 상당한 시간이 걸리며 MH 층이 너무 얇거나 넓지 않을 경우는

경제성이 없다고 한다 또한 가스 투과율이 작을 경우에도 상당한 어려움이 있기 때문에

아직 해결할 부분들이 남아 있다고 하셨다

결국 현재까지 개발된 방법들은 아직 상업적 생산에 이용하기에는 부족한 면이 있으며

앞으로 많은 개발이 필요하다는 말을 끝으로 도쿄대학교 탐방을 마쳤다

Masuda Masuda Masuda Masuda 교수님과교수님과교수님과교수님과 MHMHMHMH 의의의의 첫만남첫만남첫만남첫만남

Masuda 교수님께서 가스 회사에서 일하시던 시절 교수님께서는 가스 공급기의 관리를 맡고

계셨다 어느 겨울날 평소 아무 문제가 없어 모니터에서 잠시 한눈을 판 사이 마침 다량의

수증기가 파이프 라인에 유입되었다 파이프 라인은 고압의 메탄가스가 있었고 겨울이라서

기온이 낮았기 때문에 수증기가 파이프 라인 안에서 얼어붙게 되었고 그 결과 파이프 라인이

막혀서 압력이 상승 가스 공급을 중단하는 사태에 이르렀다 다음날 가스관을 수리하게 위해

가스 관을 조사하던 중 가스관에 하얗게 얼어 있는 얼음을 보게 되었고 조사 해본 결과 그것이

MH 였다는 것을 알게 되었다고 한다 그 후 MH 에 관심을 가지게 되었고 결국은 도쿄대에서

학생들을 가르치며 MH 를 연구하게 되셨다고 한다

- 31 -

탐방탐방탐방탐방 5 5 5 5 ndashndashndashndash 일본일본일본일본 오일오일오일오일 엔지니어링엔지니어링엔지니어링엔지니어링 주식회사주식회사주식회사주식회사 (JOE) (JOE) (JOE) (JOE)

JOE에 방문했을 때 우리를 맞아주신 분

들은 사전에 연락이 되었던 Kawata Yuko 박

사와 그녀의 동료인 Masanori Kurihara 박사

Yo Okada 씨 였다 먼저 Kawata Yuko 박사

는 도쿄대학교 대학원에서 박사과정을 통해

MH의 전 세계적 매장량 추산과 향후 이용

가능성 등에 대해 연구해 왔던 학자이며 현

재는 CO2의 저장 기술을 연구하고 있었다

Masanori Kurihara 박사는 JOE에서 오랫동

안 근무하면서 Numerical Simulator 개발에

경험을 갖고 있었던 분이고 지금은 AIST의

Narita Hideo 박사와 도쿄대학교의 Masuda 교수님과 공동으로 연구를 수행 중 이었다 또

Yo Okada 씨는 JOE에서 안전 관련 분야를 지속적으로 맡아 왔으며 현재 HSE 분야에 많은

기여를 하고 있는 분이었다

JOE에서는 사전에 보낸 질문지에 대한 답변과 관련된 프리젠테이션을 듣고 질문을 하

는 방식으로 진행되었다

MHMHMHMH의의의의 향후향후향후향후 이용이용이용이용 가능성가능성가능성가능성

먼저 Kawata Yuko 박사가 소개한 것은 자신의 박사 논문이었다 박사 학위 논문의 주

제는 향후 에너지 시장에서 MH가 차지할 역할에 대해 특수한 모델을 통해 예측한 것이었

다 Yuko 박사가 사용했던 global energy supply-demand model을 이용하여 예측한 결과

는 다음과 같았다

1) 2100년까지의 에너지 공급은 35000MTOE까지 도달할 것이며 2) 갈수록 재사용 가

능한 에너지원이 증가하고 3) 석유는 고갈되며 4) 액화 석탄이나 기화 석탄의 사용량이 많

아질 것이라는 것이었다 또 이에 따라 MH의 공급 역시 증가할 것이라고 했다 이 모델은

일본 에너지 경제 연구소에서 만든 에너지의 경제학적 모델을 기반으로 한 것으로 이를 상

세한 화석 연료 공급과 수요를 알아내기 위해 약간의 수정을 가한 것이라고 한다 수정에는

지역에 따른 다양한 화석연료의 수요 공급 변화 곡선을 이용했는데 이 곡선은 각 유전이

나 가스전의 크기와 양을 계산하여 추산한 누적 생산량과 QUE$TOR(시뮬레이션 프로그램)

과 USGS assessment의 가격 데이터를 이용한 생산 비용을 이용하여 추산한 것이라고 한

다 이를 가지고 분석한 결과 MH는 21세기의 후반부에 들어서서 본격적으로 이용될 것으

로 예측하였고 21세기 후반부의 수요 증가에 대처하기 위해서는 21세기의 초반에 MH의

개발을 상당 부분 진척시켜야 하는 것으로 나타났다고 한다 이는 물론 다른 자원들도 있긴

일본 오일 엔지니어링 주식회사 (JOE)

Kawata Yuko 박사 (kawatajoecojp)

일본 석유 엔지니어링 주식회사(이하 JOC)는

1968년에 설립되어 현재까지 화석 연료 채굴 기술

과 관련하여 전반적인 엔지니어링(컨설팅 및 프로젝

트 수행) 업무를 시행해 온 회사이다 현재 MH21

프로젝트에서 환경 영향 평가 부분의 HSE(Health

Safety and Environments) 분야를 담당하고 있으며

MH21에 적극적으로 참여하고 있는 업체이다

- 32 -

있으나 MH가 낮은 생산가격에 많은 양의 천연 가스를 공급할 수 있는 주요 자원으로 이용

될 것으로 기대된다고 한다

COCOCOCO2222 배출에배출에배출에배출에 있어서있어서있어서있어서 MHMHMHMH의의의의 경제성경제성경제성경제성

한편 다른 연구로는 CO2 배출에 있어서 MH의 경제성을 논한 것이 있었다 이 연구에

서 본의 MH 해저 매장량을 발표된 자료에 의해 가상의 값으로 정하고 QUE$TOR를 통해

서 생산 가격과 현재까지 발표된 세 가지 생산 기술에 따른 CO2 배출 양에 대해 조사하였

다 이 세 방법은 수평 갱정 및 수직 갱정의 감압 법 열수 압입법이다 이 세 방법의 경제

성을 먼저 평가한 결과 수평 갱정의 감압법의 경제성이 53엔Sm^3 가장 효율적인 것으로

나타났다고 한다 또 연료 소비에 있어서나 연료 생산에 있어서 CO2의 발생량이 역시

horizontal well 감압 법이 가장 효율적인 것으로 드러났다고 한다 따라서 이 세 가지 방법

중에서는 수평 갱정의 감압법이 가장 효율적인 것으로 나타났으나 현재 일본 천연가스 가

격에 비해서는 훨씬 높은 가격이기 때문에 더 좋은 방법을 연구해 봐 봐야 할 필요가 있다

한편 가스전에서 생산되는 LNG를 활용해서 hot water를 만들어내고 이것을 MH의 열

수 압입법에 이용하는 시스템을 구성해 보았는데 이는 일본에 있어서는 유용한 모델이 될

것으로 추측된다고 한다 앞에서 연구한 것처럼 열수 압입법 생산 시에 CO2의 방출량이 많

은데 이를 LNG를 활용한 하이브리드 방법을 통해 생산한다면 CO2 감량에 큰 도움이 될

것이라 한다

MHMHMHMH 개발에개발에개발에개발에 따른따른따른따른 환경환경환경환경 영향영향영향영향 평가평가평가평가

다음으로 환경 영향 평가에 대해 연구하시는 Yo Okada 박사를 만났다 현재 환경 영향

평가는 MH21 컨소시엄의 또 다른 축인 ENAA(Engineering Advancement Association)라

는 그룹에서 맡아서 진행하고 있는데 JOE에서도 경험이 있기 때문에 일부분 맡아서 진행

중이라고 한다

환경환경환경환경 영향영향영향영향 평가평가평가평가 그룹그룹그룹그룹 (ENAA) (ENAA) (ENAA) (ENAA)

「환경 영향 평가」에 대해서는 해양 산출 시험에 대비하고 MH 자원 필드의 baseline 조사(환

경 생태계)를 실시하는 것과 동시에 환경에 조화를 이룬 MH 개발에 관계하는 과제에 대해 조

사 연구 개발을 하고 있다 즉 메탄가스의 생산에 수반해 발생한다고 생각할 수 있는 저 온수(생

산 수)의 환경에 미치는 영향에 대해서 이것을 평가하는 수법 메탄가스의 누설과 지층 변형에 대

해서는 모니터링 기술의 요소 기술개발에 임하는 것과 동시에 지층 변형을 예측하는 시뮬레이터

의 개발을 하고 있다 한편 HSE 매니지먼트 시스템에 대해서는 phase 2 의 해양 산출 시험에 준

비 안전 면을 중심으로 조사 연구를 실시하고 있다

ENAA를 중심으로 연구가 이루어 지고 있으며 일본해양생물연구소와 시미즈 건설 일본오일엔

지니어링 주식회사가 참여하고 있다

- 33 -

환경 영향 평가 그룹의 업무는 크게 해역 환경 조사 평가 모니터링 기술 HSE 조사

지층 변형 예측 기술 이 네 가지로 나눌 수 있고 현재 JOE가 HSE 조사를 담당하고 있다

HSE14

란 MH 관련 사업을 진행하는 도중 발생할 수 있는 문제들 특히 인간과 환경에

직접적으로 영향을 줄 수 있는 문제들을 다루는 것이다 예측 가능한 발생 가능한 극한의

상황을 가정하고 이에 대처할 수 있는 방법을 찾고 매뉴얼을 만드는 것이 HSE를 맡은 JOE

의 과제 라고 한다

현재 MH가 가지고 있는 문제점은 자연적인 상태에서도 발생할 수 있는 문제인 자연적

누출로 인한 온난화 현상 촉진이나 바다 속에서 대량의 MH를 캐냈을 때 지층 구조에 미치

는 영향 같은 것이 있을 수 있다 또 실제 생산 시에 메탄이 leaking하는 문제라던가 MH를

녹여서 메탄을 만들 때 발생하는 저 염도 고순도의 물이 심해로 유입될 때 심해 생태계 환

경에 미칠 수 있는 영향도 고려해야 한다 이 외에도 다른 여러 가지 문제들이 있을 수 있

겠으나 실제로 이런 영향에 대해 파악하고 있던가 하는 것은 아니다 아직 본격적 상업적

채굴이 시작된 것도 아니므로 당장 어떻게 할 수 있는 문제는 아닐 것이다 다만 안전 문제

라던가 하는 모든 환경적 문제들을 최소화 하는 것이 이 HSC 그룹이 목표로 하는 것이라

고 한다

프레젠테이션이 끝나고 MH21 컨소시엄에 민간 기업이 참여하는 문제에 대해서 궁금하

여 질문을 했다 MH21 컨소시엄에 민간 기업이 참여하는 문제는 조금 문제가 있다고 했다

왜냐하면 기업이란 이윤 즉 영리 추구를 목적으로 일하는데 컨소시엄에 참가하여 연구를

하는 것은 그런 기업의 목표에 맞지 않기 때문이다 하지만 JOE는 컨설팅 회사로써 컨소시

엄에서 많은 연구비를 받고 있기 때문에 가능하다고 하였다 한편 여러 민간 기업들이 참여

하려고 하나 MH21 컨소시엄에서 심사를 하여 선정하였다고 한다

비교적 짧은 시간 동안의 탐방이었으나 MH21 프로젝트에 참여하는 기업 들이 각 기업

의 특징과 분야에 맞는 역할을 맡아 수행하는 점을 잘 느낄 수 있었다 우리나라의 기업 역

시 일견 쉽지 않아 보이는 MH 사업에 자발적으로 참여할 수 있도록 충분한 동기 부여와

각 기업이 가질 역할에 대해 잘 조정할 수 있어야 하겠다

14

HSE Health Safety Environment

- 34 -

탐방탐방탐방탐방 6 6 6 6 ndashndashndashndash 독립독립독립독립 행정법인행정법인행정법인행정법인 석유석유석유석유 천연천연천연천연 가스가스가스가스 금속금속금속금속 광물광물광물광물 자원자원자원자원 기구기구기구기구 ( ( ( (JOGMECJOGMECJOGMECJOGMEC) ) ) ) 기술기술기술기술 연구연구연구연구 센터센터센터센터

JOGMEC은 정부 관리하의 법인

조직으로 일본의 자원공급의 원활

한 수급을 위해 존재한다 일본 역

시 우리나라와 마찬가지로 지하 자

원이 많지 않아 대부분 수입에 의

존하고 있다

일본의일본의일본의일본의 자원자원자원자원 수입량수입량수입량수입량15151515

에너지와 같은 자원은 단순한 수입품목이 아니라 국가의 안보와도 직결된다 에너지 안

보를 위한 가장 첫걸음은 자원이 자국 내에 얼마나 존재하는지 평가를 하는 것이다 일본의

자원양 평가는 JOGMEC의 가장 큰 과업 중 하나이며 이 목표를 위해 외국의 다른 기관들

과 협력하여 연구하고 있으며 자원양 측정을 통해서 일본 회사들을 지원하고 있다 이 밖

에도 JOGMEC은 환경오염 방지에 관한 일 광산 업체들에 대한 Funding 자원 개발 계획

에 대한 계획 수립과 엔지니어링 회사들에 대한 지원 설비 관리 등의 다양한 역할을 수행

한다

JOGMECJOGMECJOGMECJOGMEC에서에서에서에서 진행하고진행하고진행하고진행하고 있는있는있는있는 일들일들일들일들16161616

15

httpwwwjogmecgojp

독립 행정법인 석유 천연가스 금속 광물 자원 기구(JOGMEC) 기술 연구 센터 Masaru Nakamizu 나카미즈 마사루 박사 (nakamizu-masarujogmecgojp)

JOGMEC은 일본의 MH 연구 컨소시엄인 lsquoMH 자원 개발 연

구 컨소시엄rsquo의 중심에 있어 총체적인 관리를 한다 특히 기술

연구 센터는 자원량 평가 및 MH 채굴 및 활용 기술에 대한 종

합적인 연구가 이루어 지고 있다

- 35 -

JOGMEC은 이번 탐방의 가장 중요한 목적이기도 한 lsquoMH21 컨소시엄rsquo의 예산 집행과

총체적인 관리의 핵심기관이다 이곳에서 우리는 일본이 MH에 걸고 있는 기대 와 현재의

개발 정도 MH21의 총체적인 관리 방법 등을 알아보기로 하였다

JOGMEC에 도착해서 안내 데스크에 다가서자 우리를 반갑게 맞아 주는 분이 있었다

오늘 만나기로 한 MH 지질학 프로젝트 팀의 project director Nakamizu Masaru 박사였다

우리는 곧 바로 2층의 회의실로 안내 되었고 그 곳에는 우리의 탐방을 도와주실 다른 한

분인 MH 프로젝트 팀의 project director인 Isobe Hitoshi 박사가 기다리고 계셨다

먼저 Nakamizu 박사께서 JOGMEC에 대해서 간단히 소개를 해주셨다 그 후 다른 탐방

과는 달리 질문과 답변만으로 탐방이 진행되었다

MHMHMHMH에에에에 주목하는주목하는주목하는주목하는 이유이유이유이유

가장 먼저 일본이 수많은 대체 자원 중 MH에 주목하고 있는 이유에 대해서 질문 하였

다 Masaru 박사는 그 질문에 대해 다음과 같이 밝혔다 일본은 에너지의 80이상을 수입

에 의존하고 있으며 에너지 수입 문제는 국가의 안보와도 직결되는 문제로 소홀히 할 수

있는 문제가 아니라고 한다 최근 계속되는 고유가 상황 등으로 미래의 에너지 수급은 더욱

어려울 것으로 전망되며 국가 경제에 미치는 영향도 막대 할 것으로 생각된다고 한다 근

래 JOGMEC에서의 주 관심사는 대체에너지이며 가장 주목하고 있는 대체에너지는 원자력

과 천연가스인데 원자력은 에너지를 저렴한 가격에 얻을 수 있기 때문에 현재 일본 전체

에너지의 상당량을 차지하고 있으며 그 비율은 꾸준히 늘고 있다고 한다

원자력 다음으로 주목하고 있는 것이 바로 천연가스 자원이다 천연가스는 Oil 석탄 등

의 다른 화석연료에 비해 효율이 좋고 환경오염 정도가 낮기 때문에 각광 받고 있다고 한

다 게다가 다른 에너지 자원과 다르게 일본 근해에도 엄청난 양의 메탄가스가 MH 형태로

매장되어 있는 것이 확인 되었기 때문에 주목을 한 몸에 받고 있다고 한다 경제적인 MH

생산 수법만 개발 된다면 에너지 안보 또한 한번에 해결 할 수 있기 때문에 일본에서 걸고

있는 기대는 더욱 크다 당연히 천연가스 분야 중에서 가장 주력하고 있는 분야는 MH이며

현재의 추세대로 라면 2030년 정도에는 원자력을 제치고 가장 주목 받는 대체 에너지 자원

이 될 것으로 보인다고 한다 따라서 MH에 주목 하고 있는 것이다

MHMHMHMH 21 21 21 21 컨소시엄의컨소시엄의컨소시엄의컨소시엄의 목표와목표와목표와목표와 현재의현재의현재의현재의 위치위치위치위치

JOGMEC은 MH21의 핵심 기관으로 일본 메탄의 하이드레이트 개발 계획과 현재의

위치에 대해 질문해 보았다

우선 MH21의 주요목적은 먼저 일본주변해안에 존재하는 MH의 부존조건 및 양상에 대

16

httpwwwjogmecgojp

- 36 -

해 이해하고 하이드레이트 층에 존재하는 메탄가스의 부존 량 평가 하며 하이드레이트 부

존유망지역으로부터의 MH 개발지역 선정 및 경제적 타당성 검토 라고 한다 또한 MH 개

발지역에 대한 생산시험 및 MH의 상업적 생산을 위한 기술개발과 함께 환경문제를 고려한

개발 시스템 설계를 목표로 한다고 한다

한편 MH 개발 계획은 3단계에 걸쳐 진행되고 있는데 현재는 1단계의 마지막 단계이며 일

본 근해에서의 MH 매장 지역 평가는 90이상 끝났다고 한다 현재는 2단계를 준비하고

있으며 2단계는 1단계에 비해 굉장히 어려울 것으로 예측 되며 특히 생산수법 개발에 주력

할 것이라고 한다 생산 수법 개발이 MH 연구의 핵심이다 하지만 이 연구는 엄청난 노력

이 필요할 것이며 2016년 상업적 생산을 달성하기 위한 최대의 걸림 돌이라고 한다 이미

처음 세웠던 계획은 일부 수정되어 2016년까지 상업적 생산 계획은 2년 연장되어 2018년

으로 1차 수정된 상태이며 앞으로 기간이 연장 될 가능성은 많이 있고 한 두 차례의 수정

은 불가피 할 것이라고 한다 현재는 생산수법 테스트를 위해 2007~2008년 캐나다에서 2

차 말릭 프로젝트를 추진하고 있다고 한다

MH 21 MH 21 MH 21 MH 21 세부세부세부세부 추진추진추진추진 계획계획계획계획

캐나다캐나다캐나다캐나다 멕멕멕멕켄지켄지켄지켄지 델타의델타의델타의델타의 말릭말릭말릭말릭(Mallik)(Mallik)(Mallik)(Mallik) 프로젝트프로젝트프로젝트프로젝트

이미이미이미이미 진행된진행된진행된진행된 1 1 1 1차차차차 및및및및 앞으로앞으로앞으로앞으로 진행할진행할진행할진행할 2 2 2 2차차차차 말릭말릭말릭말릭 프로젝트프로젝트프로젝트프로젝트 개요개요개요개요

- 37 -

MHMHMHMH21 21 21 21 컨소시엄의컨소시엄의컨소시엄의컨소시엄의 예산예산예산예산 집행집행집행집행

일본은 2007년 2차 MH 개발 계획에 돌입하면서 2차 말릭 프로젝트에 엄청난 돈을 투

자하며 생산 방법 개발에 주력하고 있다 JOGMEC에서는 말릭 프로젝트 같은 대규모의 프

로젝트를 진행 하는 것뿐만 아니라 MH21 컨소시엄의 예산 집행도 담당하고 있다 프로젝

트를 진행 하는데 예산은 충분한지 또 MH21 컨소시엄에서의 예산 배분과 업무 계획은 어

떤 식으로 이루어지고 있는지도 우리의 관심사였다 예산 집행에 관해 질문하자 다음과 같

은 대답을 해 주셨다

우선 말릭 프로젝트와 같은 국제적인 프로젝트에는 엄청난 예산이 필요하다고 한다 제

1차 말릭 프로젝트의 경우 약 6700만 불의 사업비가 들었으며 그 중 절반을 일본이 부담

하였다 이러한 대규모 예산은 JOGMEC의 예산에서 집행하는 것이 아니라 일본의 경제산

업성에서 지출한다고 한다 물론 프로젝트 계획 등의 업무는 JOGMEC에서 이루어진다 한

편 2007년의 2차 말릭 프로젝트에서 드는 사업비의 대부분은 일본이 부담 할 계획이라고

한다

일본에서는 MH 연구에 상당한 액수의 예산을 투자하고 있으며 MH21 컨소시엄의 예산

은 일년에 약 50억엔(약 500억 원) 정도라고 한다 상당한 금액이지만 앞으로의 연구 향방

을 생각해 보면 넉넉하지는 않다고 한다 앞으로 마무리 해야 할 자원 량 평가의 마지막 요

소로 실제 시추를 통한 MH 수직 분포 측정이 있는데 이것은 지금까지 음파를 이용하여 2

차원 구조만 밝힌 것보다 훨씬 많은 예산이 필요하다고 한다 이 수직 분포를 알아야 3차원

매장 분포도를 얻을 수 있고 그 이후에야 경제성 있는 지역을 찾아 체굴 방법을 테스트 하

거나 앞으로 채굴에 이용 할 수 있기 때문이라고 한다 또 2단계 계획에서의 생산수법 개발

에는 더 많은 예산이 필요 할 것으로 생각되기 때문에 앞으로 더 많은 예산이 지원될 것이

라 생각한다고 하셨다

한편 MH21의 예산 분배와 연구 계획은 각 기관(JOGMEC AIST ENAA)의 대표자들이

14분기에 1~2차례 모여서 회의를 통해 결정하고 이때 세워진 예산안은 약간의 조정기간

을 거쳐서 바로 시행된다고 한다 대표자 회의는 수직 관계가 아닌 수평적인 관계로 이루어

지며 이것이야말로 MH21 컨소시엄이 유연하고 창의적으로 연구 할 수 있는 원동력이라고

생각한다고 하셨다

국제적인국제적인국제적인국제적인 교류교류교류교류

미래의 에너지 문제는 일본만의 문제는 아니다 현재 세계의 에너지 전망은 그리 밝지

않으며 MH는 유용한 미래의 에너지 자원이다 일본 자국 내에서의 연구뿐만 아니라 세계

적인 컨소시엄을 구성해 MH의 상용화를 앞당기고 전세계 에너지 문제를 해결 하고자 하는

계획이 있는지에 대해 질문하였다

Nakamizu 박사는 MH21은 일본의 경제 산업성(METI)의 산하 법인 기관이므로 현재로

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서는 세계적인 컨소시엄에 대한 계획은 없다고 하였다 MH21 컨소시엄은 일본 국가내의 컨

소시엄이며 국가적인 프로젝트만을 수행하고 있고 그런 중대한 사항은 METI에서 결정할

일이라고 한다 하지만 다른 나라 연구기관들과 많은 협력체제를 이미 유지하고 있다고 한

다 오로지 연구에 대한 컨소시엄이라면 언제든 동참 할 수 있을 것이라 생각한다고 한다

미국 Texas의 연구기관과 컨소시엄을 구성한적이 있으며 지질학적인 내용의 오로지 학문

적인 내용의 교류만 있었다고 하며 한국의 지질연구소와도 몇 번의 교류가 있었다고 한다

인터뷰를 마치고 기술 연구 센터를 둘러보았다 곳곳에 MH의 포스터가 붙어있는 연구

실에는 많은 사람들이 각자의 업무에 몰두하고 있었다 이 곳에는 약 40명의 인원이 MH에

관련하여 연구하고 있다고 하였다 기술 연구 센터의 견학을 마치고 연구소 내의 식당에서

점심을 함께 하며 담소를 나누면서 탐방을 마무리 하였다

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탐방탐방탐방탐방 7 7 7 7 ndashndashndashndash 교토교토교토교토 대학교대학교대학교대학교

교토 대학교는 1897년 설립되어 도쿄대학

교와 함께 일본의 국립대학을 대표하는 학교로

지금까지 역사를 이어오고 있다 현재까지 여

러 연구 분야에서 수많은 노벨상 수상자를 배

출했고 교토 시내에 3개의 캠퍼스를 가지고 있

다 우리 팀이 방문한 곳은 그 중 가장 최근에

지어져서 공학 관련 연구소들이 한창 이사 중

인 카츠라 캠퍼스였다 카츠라 캠퍼스는 현재

대학원 연구실이 주로 입주해 있는 상태이며

도심에서 다소 떨어진 학생들이 연구에 집중

할 수 있는 좋은 환경을 갖고 있었다

카츠라 캠퍼스에 입주해 있는 연구실 중에서 우리가 방문할 곳은 교토 대학 대학원 공

학 연구과의 사회기반공학전공 지질공학 연구실이었다 이 곳에서는 MH 같은 에너지 자원

탐사에 대한 연구에서부터 지진 등의 지질학적 위험 요인 분석까지 다양한 분야에 대한 연

구를 해오고 있다

이곳 지질 공학 연구실에서 우리가 만났던 분은 MH의 생성 원인과 과정에 대해 연구하

고 계시는 Yamada Yasuhiro 교수님 같은 연구실에서 연구원으로 근무하며 MH의 탐사 방

법에 대해 연구하시는 Hato Masami 교수님 그리고 서울대학교에서 학부를 졸업하고 지질

공학 연구실에서 박사 과정 중에 있으신 이창현 선배님 이렇게 세 분이었다

연구실로 안내를 받은 후 먼저 야마다 Yasuhiro 교수님의 프레젠테이션이 있었다 프레

젠테이션은 질문에 대한 답변과 같이 이루어졌다

야마다 Yasuhiro 교수님은 지구 물리학적 현상을 해설하는 지질학자이다 언뜻 생각하

면 MH와 지질학이 어떤 관계를 갖고 있을까 의문을 가질 수 있다 하지만 교수님은 MH

지층의 생성 원리를 연구하고 있었고 이를 지질학적으로 해석함을 통해 MH가 가장 분포할

가능성이 가장 높은 지역을 찾아내는 것에 대해 연구하고 계셨다

현재현재현재현재 연구연구연구연구 중인중인중인중인 내용내용내용내용

일본에서는 이미 일본의 근해 전역에서 면적만으로 본다면 약 80~90 정도 BSR 조사

가 끝난 상태였다 특히 이 중에서 난카이 해구는 분포도에 있어서 가장 높은 분포를 보였

고 생성 요건도 합리적으로 갖추고 있었다 이 때문에 난카이 해구를 주된 연구 대상으로

삼고 샘플을 채취하는 등의 연구를 진행하고 있다 그러나 MH의 매장량은 깊이와도 관련이

있으므로 깊이에 관해서는 BSR 뿐만 아니라 직접 샘플 채취 등을 통해 상세하게 분석할 필

교토교토교토교토 대학대학대학대학 공학부공학부공학부공학부 지질공학지질공학지질공학지질공학 연구실연구실연구실연구실

Yasuhiro YAMADA 야마다 야스히로

(yamaearthkumstkyoto-uacjp)

교토 대학의 지질 공학 연구실에서는 지하의

지질 상황에 대한 연구가 활발하게 이루어 지고

있다 특히 MH의 생성 원인과 과정 및 MH의 탐

사 방법에 대해 연구가 활발하게 진행되고 있다

- 40 -

요가 있다 난카이 이외에도 홋카이도 인근에서 다량의 MH가 발견되었기 때문에 이 부근에

도 AIST와 홋카이도 대학교 등에서 연구를 수행하고 있다

ltltltlt난카이난카이난카이난카이 지역지역지역지역 지도지도지도지도gtgtgtgt17171717

MH MH MH MH 층의층의층의층의 생성생성생성생성 원리원리원리원리

바다에는 거대한 판이 존재하고 이 판이 충돌할 때 지진이나 화산 분출 등의 현상이 발

생한다 그런데 판 중에서도 특정한 판은 바깥 쪽에 굉장히 부드러운 sediment 구조를 갖

고 있고 이 판이 다른 판과 충돌할 때 바다 아래의 심해에서 부드러운 판이 밑으로 내려가

게 된다 이러면서 해저 지층에 퇴적된 퇴적물이 압력을 받고 MH를 형성할 조건(저온 고

압)을 갖게 되는 것이다 BSR을 찍어보면 판의 충돌 시에 맞물린 부분의 위쪽 판 구조가 압

력을 받아 지층의 물성이 바뀐 것을 관찰할 수 있다 이는 그림에서 보는 것처럼 결을 갖고

있으며 해저에서 발생한 판의 충돌로 인해 MH가 생성되었음을 추측 가능케 한다

최근의 연구 결과에 따르면 이 MH의 생성에는 이와 같이 판이 충돌하면서 생긴 압력으

로 인한 지층의 fluid flow가 중요한 변수로 작용하는 것으로 밝혀졌다 하지만 심해에서 이

를 측정하는 방법은 개발되어 있지 않기 때문에 이에 대한 후속 연구가 필요한 실정이다

lt lt lt lt생성생성생성생성 과정의과정의과정의과정의 시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션((((좌좌좌좌) ) ) ) 지층의지층의지층의지층의 속도속도속도속도 분포분포분포분포((((우우우우))))gtgtgtgt 18181818

생성생성생성생성 원리원리원리원리 시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션시뮬레이션

Yasuhiro 교수의 최근 주된 연구 분야는 Distinct Element Simulation 이었다 이 연구

를 통해서 지층에 압력이 가해졌을 때 어떤 형태로 지층의 모양이 형성되는 지와 어떤 곳에

17

wwweesnmteduNanTroSEIZE 18

httpearthkumstkyoto-uacjpresearchDEMhtml

Nankai troughNankai troughNankai troughNankai trough

Nankai trough는 1999년 12월부터 조사를 시작하여 지금

까지도 많은 자료를 얻고 있는 Off-shore field이다

Nankai trough의 특징은 바닥의 깊이가 945m정도로 일본

근해 다른 해구보다 깊지 않다는 것이다 또한 해구 자체가

Semi-submersible(해양 반잠수정 굴착장치)이 접근하기

용이하며 자원 채취 시에 별다른 끌어올릴 필요가 없는 특

성(riserless)을 갖고 있다

- 41 -

MH의 분포 확률이 높아지는 지를 예측할 수 있다

Distinct Element Simulation은 우리말로 개별 요소 시뮬레이션 이란 뜻을 갖고 있으며

이는 다음과 같은 과정으로 진행된다 우선 두 가지의 서로 다른 마찰 계수를 갖는 물질을

층을 나누어 위 아래로 쌓는다 그 후 이 층이 형성된 가상 지층의 양 옆에 힘을 가하게 되

면 아래의 그림과 같은 모양으로 지층에 변화가 생기고 맞물리는 물질의 환경도 균일하지

않게 된다 이를 부가체 형성이라고 하는데 컴퓨터로 시뮬레이션 하는 것이 바로 Distinct

Element Simulation이다

Distinct Element Simulation Distinct Element Simulation Distinct Element Simulation Distinct Element Simulation 의의의의 예예예예19191919

Yasuhiro 교수님에 이어 하토 박사님께서 프리젠테이션을 해주셨다 역시 야마다 교수

님처럼 프레젠테이션 진행과 질문에 대한 답변을 병행해 주셨다

Hato 교수님 역시 Yasuhiro 교수님과 같은 지질학자였다 그러나 두 분께서는 서로 다

른 분야의 연구를 하고 계셨으며 Yasuhiro 교수님께서 지질학적 모델의 시뮬레이션과 실제

지층의 연결을 시키고 계셨다면 이 분은 실제 지층 상황을 어떻게 하면 정확하게 알 수 있

는지에 대한 탐사 기술을 개발하는 분야에 연구를 진행해 오셨다 특히 교수님은 이 연구를

캐나다에서 진행되었던 Mallik Project 와 MH21 프로그램의 첫 단계였던 Phase 1 ndash

Nankai trough offshore survey 에 참여하여 6년에 걸친 기간 동안 진행해 오시면서 탐사

방법에 대한 많은 노하우를 축적하고 계셨다

MH MH MH MH 지층지층지층지층 탐사탐사탐사탐사 단계단계단계단계

19


- 42 -

탐사탐사탐사탐사 방법방법방법방법 ---- BSR BSR BSR BSR

MH 등의 지층을 분석하는 방법에는 대표적으로 BSR이라는 방법이 사용된다 BSR은

Bottom Simulating Reflector의 약칭으로 우리 말로 번역하면 해저 모방 반사 면이다 BSR

의 기본 원리는 다음과 같다

먼저 air gun을 이용해서 지진파를 발생시키면 P파가 생성되어 모든 방향으로 퍼지게

된다 그런데 이 중 수직 방향으로 진행되는 지진파가 성질이 다른 물질로 되어 있는 지층

에서 일부는 통과하고 일부는 반사하는 모습을 보이는데 이것은 다음과 같은 원리로 인한

것이다

Seismic wave velocity Density = Impedance

여기서 Impedance 는 밀도에 따라 달라지는데 밀도가 높아지면 impedance20

도 커진

다 따라서 지층의 밀도가 달라지면 지진파의 impedance 가 바뀌게 되고 특히 impedance

boundary를(밀도가 크게 달라지는 영역) 만나게 되면 상당량의 reflection이 생기고 이를

감지하여 지층을 분석한다

이 BSR은 현재 지층 특히 해저 지층을 분석하는 방법의 대표 주자로 사용되고 있으며

일부 다른 방법이 개발되고는 있으나 BSR의 원리를 벗어나는 다른 방법으로는 해상도나 정

확도 측면에서 BSR을 따라오지 못하고 있다고 한다 따라서 앞으로도 이 BSR을 중심으로

사용할 것이며 이를 응용한 사례 중의 하나로 DTAGS라는 방식이 있는데 이것은 지진파의

감지기를 해저 지층 위에 약 20m 간격으로 뿌려서 지진파를 감지해 내는 방식이다 이 방

식을 통해서 우리는 기존의 BSR 보다 더 정확하고 해상도도 높은 자료를 얻을 수 있었다

그러나 아직까지도 BSR type의 Seismic data만 가지고는 지층의 성질과 MH의 양까지

분석할 수 없기 때문에 이것 만으로는 경제성 평가를 할 수 없다 따라서 반드시 drilling의

과정을 거쳐야 한다

탐사탐사탐사탐사 시시시시 발견한발견한발견한발견한 MHMHMHMH의의의의 안전성안전성안전성안전성

Hato 박사님께서는 Mallik project에 참여하시면서 MH 채굴 시의 안전성에 대해서도

많은 것을 발견할 수 있었다고 한다

일반적으로 Plate boundary 는 매우 위험한 부분이다 이로 인해 간혹 화산이 분출되는

경우도 있고 지진도 발생할 수 있다 그러나 화산대는 MH의 위치와는 조금 거리가 있는 먼

거리에 있다 따라서 화산 폭발로 인한 위험성은 없다 Seismagenic zone 은 MH에 화산

대보다 조금 가까운 위치에 있다 이로 인해 MH가 약간의 영향을 받을 수는 있다

많은 사람들이 의문을 갖는 점 중의 하나가 MH 채굴 시에 비게 되는 공간에 대한 것

20

교류회로에 있어서 전류가 흐르기 어려움을 나타내는 양

- 43 -

이다 그런데 MH가 보관되어 있는 Sediment는 모래나 흙 같은 매우 부드러운 층으로 되어

있다 이것은 01~20mm정도의 입자크기로 된 것으로 이 입자들 사이에 MH가 차 있는

것이다 따라서 MH를 추출하더라도 모래는 그대로 있기 때문에 공간이 크게 빈다던가 하는

것은 없다고 한다 물론 만약에 MH가 크다면 약간은 문제가 될 수도 있을 것이다

- 44 -

Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ 탐방탐방탐방탐방 활동활동활동활동 결과결과결과결과 및및및및 결론결론결론결론

현재 세계에서 가장 높은 비중을 차지 하고 있는 에너지 자원은 석유이다 하지만 근래

에는 미국의 지질학자 킹 허버트의 피크 이론과 같은 석유 고갈에 대한 경고의 목소리가 높

아지고 있다 석유가 언제 고갈 될 지 정확히는 알 수 없지만 석유 생산이 피크에 가까워

졌다는 것만은 확실하고 때문에 석유를 대체 할 에너지 자원을 준비해야만 한다 세계의 에

너지 소비 추이를 보면 천연 가스의 비중이 점점 증가하고 있다 하지만 천연가스 또한 RP

가 66년 정도로 추정되고 있어 석유와 마찬가지로 고갈의 위험이 따르고 있다

늘어나는 에너지 소비와 기존 에너지 자원의 고갈은 새로운 대체 에너지 개발의 필요성

을 강조 하고 있다 여러 대체 에너지 중 MH가 주목을 받는 이유는 여러 가지 장점을 가지

기 때문이다 우선 MH는 천연가스와 같은 메탄을 생산해 내기 때문에 기존의 천연가스 사

용 시설들을 아무런 설비의 변화 없이 그대로 사용 할 수 있다는 장점이 있다 또한 주성분

인 메탄은 고효율의 에너지로 이산화 탄소 배출량이 석유에 비해 적기 때문에 환경친화적이

다 그리고 무엇보다 주목을 받고 있는 이유는 풍부한 매장량에 있다 전체 사용 가능 량의

10만 생산 하더라도 200~500년 동안 전세계에 에너지를 공급할 수 있을 정도이다

이러한 장점을 갖고 있는 MH 를 상용화 하기 위해 미국 일본 러시아 등의 나라에서는

투자와 연구가 매우 활발하다 특히 주목해야 할 곳은 일본이다 십여 년 전에 일본이

MH 에 대한 연구를 시작했을 때에는 먼저 연구를 시작했던 미국 러시아 등에 비해 많이

뒤떨어져 있었다 하지만 지금은 세계에서 가장 높은 수준의 결과물을 내어 놓고 있고

실제로 상업적으로 상용화할 수 있는 기술에 가장 가까이 다가갔다고 평가 받고 있다

일본의 이 같은 비약의 중심에는 MH21 컨소시엄이 있었다 일본은 일찍이 근해에서 대량의

MH 존재를 확인한 후 2000 년 MH 개발을 위한 조직을 만들었는데 그것이 바로 lsquoMH21

컨소시엄이었다 이 컨소시엄은 일본 MH 개발의 핵심으로 자원 량 평가 그룹 생산 수법

개발 그룹 환경 영향 평가 그룹의 세 분야로 역할을 나누고 있다 각각의 그룹은 서로의

연구 성과를 공유하며 세 단계의 장기 개발 계획을 거쳐 2018 년 상업적 생산이라는

목표를 달성하기 위해 노력하고 있다 현재는 3 단계 중 1 단계인 자원 량 평가가 거의

마무리 되었고 2 단계인 생산수법 개발에 박차를 가하고 있다

그러면 일본이 다른 나라들보다 훨씬 더 MH 에 주목하는 이유는 무엇일까 그 이유는

일본의 에너지 수급 상황과 관련이 있다 일본은 에너지의 80 이상을 수입에 의존하고

있다 에너지 문제는 국가의 안보와 경제에 직결되는 문제로 소홀히 생각 할 수 있는

문제가 아니다 최근의 유가 급등으로 인해 에너지 수입 의존도가 높은 국가들의 경제가

크게 흔들렸다 이러한 상황이 더 악화된다면 국가의 안보도 위협 받을 수 있기 때문에

에너지의 안정적 공급은 무엇보다 중요하다 MH 는 일본 연안에 많이 매장되어 있기

때문에 생산만 할 수 있다면 일본은 엄청난 양의 에너지 자원을 가지게 되어 에너지 안보를

이룰 수 있게 된다 이것이 일본이 MH 에 주목하는 가장 큰 이유이다 이 이야기는 일본의

경우에만 해당되는 것은 아니다 에너지 수입 의존도가 90가 넘는 우리나라의 경우는

- 45 -

더욱 절실하다 더군다나 우리의 동해에도 다량의 MH 가 부존 하는 것이 확인 된 시점에서

우리도 에너지의 안정적 공급과 자국화를 위해 MH 개발을 서둘러야 한다

에너지 안보를 제외하고도 MH에 주목해야 할 이유가 더 있다 그것은 바로 미래 에너지

자원의 선점이다 현재의 산업 사회에서 에너지 없는 삶은 상상조차 불가능하다 결국 에너

지를 지배하는 조직은 엄청난 부를 누리게 된다 그 예로 세계 최대의 석유 메이저인 미국

의 Exon Mobile 회사를 들 수 있다 이 회사는 1882년 미국에서 설립 된 회사로80개국 이

상에서 70개 이상의 정유시설을 운영하며 파이낸셜 타임스에 따르면 2006년 3월말 시가총

액 기준 세계 1위의 기업이다 이 회사가 세계 최고의 회사가 된 이유는 여러 가지 이유가

있겠지만 가장 큰 것은 산업의 필수 요소인 에너지 석유를 지배했기 때문이다 미국이 세

계 경제의 중심이 된 것도 석유를 지배했기 때문이다 이처럼 산업 사회에서 에너지 자원은

엄청난 부를 가져다 준다 그런데 그러한 석유가 이제 고갈되고 있고 그 뒤를 이을 유력한

후보 중의 하나로 MH가 있다 문제는 누가 먼저 MH를 선점하는가 이다 선점을 달성한 국

가나 조직은 세계 경제의 중심이 될 수 있다 하지만 여기서의 선점은 누구나 할 수 있는

것이 아니다 하이드레이트를 생산하는 원천 기술을 보유한 국가나 기업만이 가능 한 것이

다

우리 나라의 MH 개발 상황은 다른 나라에 비해 미미하다 하지만 현재 세계의 MH 개발

상황을 살펴보면 우리에게도 아직 기회가 있다 세계적으로 자원양의 평가 기술 같은 부분

은 많이 발전 되 있지만 MH 개발의 꽃이라 할 수 있는 생산 기술에 대한 연구는 이제 시

작 단계이기 때문이다 상용화에 가장 가까이 다가갔다는 일본에서도 아직 경제성 있는 생

산 방법을 찾지 못했다 가장 중요한 생산 방법 개발에 주력하고 자원 량 평가 같은 방법은

꾸준히 연구하여 다른 나라의 수준에 맞춰 간다면 충분히 가능성이 있다 물론 그 과정이

말처럼 간단하지는 않다 하지만 우리는 아주 좋은 선례를 이미 알고 있다 바로 2000년 일

본의 예이다 미국이나 러시아 보다 뒤늦게 시작하여 현재는 그들을 앞질러 상용화에 가장

앞서 있는 일본의 예를 살펴 보고 일본을 모델로 삼아 우리의 기술을 발전 시켜야 한다

이번 탐방을 통해 우리나라와 일본의 연구 상황을 비교하여 우리가 앞으로 나아갈 길에 대

해 알 수 있었다

---- MH 21 Research MH 21 Research MH 21 Research MH 21 Research ConsConsConsConsortiumortiumortiumortium

일본의 MH 연구에서 가장 핵심이 되는 부분은 MH 21 Research Consortium이다 MH

21 Research Consortium은 2000년 경제 산업성 MH 개발 검토 위원회에서 ldquo일본의 MH

개발 계획rdquo이라는 장기적인 연구 및 개발과 실용화 계획으로 만들어 졌으며 프로젝트 리더

인 Tanaka Shouichi 도쿄 대학 명예 교수 아래 JOGMEC AIST 엔지니어링 진흥 협회를

중심으로 운영되고 있다 lsquo일본 주변에 상당량의 부존이 기대되고 있는 MH에 대해 장래의

에너지 자원으로 자리 매김 해 경제적으로 굴착 생산 회수 하기 위한 기술 개발을 추진

에너지의 장기 안정 공급 확보를 꾀한다rsquo는 목적 하에 자원 량 평가 그룹 생산 수법 개발

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그룹 환경 영향 평가 그룹으로 나뉘어 연구를 진행하고 있다

우리는 이번 탐방에서 자원 량 평가와 MH 21 Research Consortium 의 운영 협의회를

담당하고 있는 JOGMEC과 생산 수법 개발 그룹의 리더인 홋카이도 AIST의 Narita Hideo

박사를 만나보았다 이를 통해 MH21은 체계적이고 진보적인 연구 그룹 임을 알 수 있었다

학계 산업체 연구 기관의 많은 단체들이 이 연구에 참여 하고 있다 예산은 일년에 약

500억 상당으로 넉넉한 편이었다 각 그룹 내에서의 정보 교류나 협력 연구도 활발하게 이

루어 지고 있었는데 그 이유는 운영 협의회를 담당하는 JOGMEC과 다른 기관들이 수직적

인 관계가 아니라 평등한 관계를 유지하며 의견을 조율하고 계획을 실천하기 때문이었다

이러한 수평적 관계는 우리 나라에서는 찾아보기 힘든 것으로 우리도 MH 개발을 좀 더 효

율적이고 창의적으로 하기 위해서는 이러한 시스템의 도입이 필수 라고 생각한다

---- 예산예산예산예산 지원지원지원지원 확대확대확대확대

가능한 여러 가지 정책 중에서 가장 중요한 것 중 하나가 바로 연구에 대한 투자를

늘리는 것이다 일본의 한해 MH 연구 예산은 500 억 원 정도라고 한다 더군다나 일본의

경우 말릭 프로젝트와 같이 엄청난 예산이 필요한 국제적인 프로젝트에 대한 예산은 위의

예산 외 별도로 지원해 준다 결국 일본이 MH 연구에 사용하는 실제 자금은 500 억 원을

훨씬 웃돌 것으로 예측된다 게다가 JOGMEC 의 Nakamizu Masaru 박사의 말에 의하면

앞으로의 자원 량 평가 마무리나 생산 수법 연구에는 더 많은 예산이 필요할 것이라고 한다

일본보다 기술이 뒤쳐진 우리 나라가 일본을 따라잡기 위해서는 더 많은 비용이 들것이다

하지만 현재 우리의 예산은 한해 평균 약 200 억 정도로 일본에 비해 턱없이 부족한

수준이다 연구비의 지원 수준이 높아지면 기관 및 학계 연구실의 연구도 더욱 원활히

진행될 수 있을 것이고 그렇게 되면 연구 인력들도 자연스레 점차 늘어갈 수 있을 것이다

이윤을 목표로 하는 기업들은 리스크에 대한 부담이 높은 일은 꺼린다 하지만 JOE 같은

민간 기업들이 리스크에도 불구하고 MH 에 대한 컨소시움에 참여하고 있는 이유 중의

하나가 바로 일본 정부의 연구비 지원이다 이런 점들을 보아 각계의 연구를 자극하고 다른

나라와의 격차를 줄이기 위해서라도 충분한 예산의 확보와 지원이 필요하다

---- 다양한다양한다양한다양한 테마의테마의테마의테마의 연구연구연구연구

현재 일본에서는 다양한 분야에 대해 다각도로 연구가 이루어 지고 있다 MH 21

Research Consortium을 중심으로 크게는 자원 량 평가 그룹 생산 수법 연구 그룹 환경

및 경제성 평가 그룹으로 나뉘어져 있지만 그 안에는 세부적으로 다양한 연구 테마가 존재

하고 있었다

이미 앞에서 명시한 홋카이도 대학교의 Koutaro Ohga 교수의 인공 MH를 이용하여 상

대 침투율 측정하는 연구나 ECBM 실험 AIST에서 하고 있는 여러 가지 생산 수법 개발

- 47 -

연구 도쿄대의 Masuda YoshiHiro 교수와 JOE의 Masanori Kurihara 박사가 연구하는 생

산수법의 Numerical Simulator JOE의 Kawata Yuko 박사가 하고 있는 생산 수법의 경제성

평가같은 회사의 Yo Okada 박사가 진행중인 환경과 안전에 관한 연구 교토 대학교의 지

질 공학 연구실의 Yosuhiro Yamada 교수의 MH 생성 원인과 과정에 대해 연구 Hato

Masami교수의 탐사 기술을 개발 연구 등 우리가 탐방한 기관에서만 해도 아주 다양한 연

구를 진행하고 있다 이 밖에도 MH와 지구 생성 원리의 관계를 밝히고 타 혹성의 MH 부

존 가능성의 연구 MH를 저장 도구 천연 가스 운송 수단으로의 이용 등 다양하고 창의적

인 테마의 연구가 눈에 띄었다 이런 창의적인 연구 테마에는 많은 연구자들과 연구자들의

다양한 아이디어 그리고 아이디어를 생성할 수 있는 수평적인 구조와 정보 교류와 정부의

지원이 있었기에 가능하다고 생각한다 MH는 가능성이 많은 물질이다 대체 에너지로 이용

할 수도 있지만 하이드레이트 구조를 이용해 수소를 저장하거나 메탄 베이스로 기초 화학

산업을 하는 등 다양한 활용 방안이 존재한다 이러한 MH의 가능성을 발견하기 위해서는

우리도 다양하고 창의적인 연구 테마를 개발하고 지원해주어야 한다

---- 정부정부정부정부 기관기관기관기관 산업체산업체산업체산업체 학계의학계의학계의학계의 화합화합화합화합

우리는 AIST JOGMEC 등 독립 행정법인 기관과 도쿄대 홋카이도대 교토대 등의 대학

교 일본 오일 엔지니어링 주식회사와 같은 산업체를 모두 방문하였다 이를 통해 알 수 있

었던 사실은 이들 간 활발한 교류가 일어나고 있다는 사실이었다 어느 기관에서 나온 논문

을 보더라도 공동 저자에는 항상 다른 학교나 기관 산업체에 있는 사람들이 들어가 있었

다 뿐만 아니라 앞에서 말한 것처럼 시뮬레이션 개발 등은 공동 연구를 진행 하고 있었다

이를 위해서는 우선 다양한 기관들의 참여가 이루어져야 한다고 생각한다 따라서 우리

나라 에서도 다양한 분야에서의 MH의 연구가 이루어 져야 한다 정부에서는 다양한 기관들

이 연구에 참여 할 수 있도록 MH 연구에 계속적인 지원을 아끼지 말아야 한다

---- Mallik Project Mallik Project Mallik Project Mallik Project를를를를 비롯한비롯한비롯한비롯한 국제국제국제국제 교류교류교류교류

Mallik Project는 지난 2001년 생산 수법 테스트를 위해 캐나다 영구 동토 지역인 멕켄

지 델타에서 이루어진 국제적인 프로젝트이다 이 프로젝트에는 일본 캐나다 미국 독일

인도 가 참여했으며 실제 상황에서 열수 주입법과 감압법에 대한 평가와 기후 변화 모델에

의한 예측 된 온난화 현상에 대한 안정성 평가였다 비록 적은 양이었지만 생산 수법으로

실제 채굴에 성공한 첫 번째 프로젝트였다 한편 일본은 2차 말릭 프로젝트를 준비하고 있

는데 2007년경에 이루어 질 것이라고 한다 하지만 이번 프로젝트는 일본과 캐나다 만 참

여하게 되며 더 오랜 시간 동안 다양한 생산 수법이 실험할 것이라고 한다 이 결과를 가

지고 후에 해양에서 생산을 적용할 계획을 가지고 있다고 한다 이 같은 말릭 프로젝트 이

외에도 일본에서는 다양한 학술적 국제 교류가 이루어 지고 있다 특히 활발한 교류가 이루

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어지고 있는 나라는 미국과 독일 이라고 한다

우리나라도 세계의 여러 연구기관과 교류하고 각종 국제 컨소시엄에 참가하여 활발한

국제 교류를 하고 있다 또한 얼마 전 IODP에 가입함으로써 더욱 더 다양하고 실제적인 교

류가 가능하게 되었다 하지만 아직 상업적인 생산 등에 대한 국제 교류는 이루어지지 않고

있지만 조만간 필요하다고 생각한다

또한 MH가 해양에서 생산되는 만큼 한 중 일 간의 해양 자원을 놓은 분쟁의 여지가

있다 이러한 문제들은 협력하여 평화적으로 해결 하여야 하며 이를 위해서도 국제 교류는

꼭 필요하다고 생각한다

에너지 문제는 어느 한 나라의 문제가 아니라 지구 전체의 문제이다 따라서 MH 개발

에 있어 서로 경쟁만을 하기보다는 협력을 통해 세계 모든 나라가 에너지 자유를 얻어야 한

다고 생각한다 가장 좋은 방법은 MH 국제 컨소시엄을 조직하여 모두의 힘을 모아 개발에

임하는 것이라고 생각한다

---- 대중적인대중적인대중적인대중적인 관심과관심과관심과관심과 많은많은많은많은 연구자연구자연구자연구자

이번 일본 탐방을 하면서 알게 된 것 중에 하나는 일본 국민의 MH에 대한 인지도가 한

국민 보다 높다는 것이었다 일본의 TV에서는 종종 lsquo불타는 얼음 MHrsquo 라면서 정보 프로그

램이나 다큐멘터리 등 다양한 장르의 방송에서 MH를 소개하는 것을 볼 수 있었다 또한 지

난해 아이치 현에서 열린 EXPO에서는 MH를 소개하고 직접 불을 붙여보는 등의 과정을 통

해 많은 사람들에게 MH를 홍보 하였다 또한 MH 21 컨소시엄의 홈페이지에 들어가보면

MH가 무엇 인지에서부터 현재 연구 현황과 앞으로의 미래 계획까지 많은 정보를 볼 수 있

다 또 어린이를 위한 코너가 따로 마련되어 있어 동영상과 만화를 통해 MH가 무엇인지

이해할 수 있게 되어 있다 AIST에서는 과학 체험 교실 등을 통해 MH를 소개하는 기회도

마련되어 있고 MH21 컨소시엄의 홈페이지를 관리하는 JOGMEC에서는 E-mail 등을 통해

문의가 들어오면 친절하게 답변해준다고 한다 대학원의 강의나 교양 강좌에서 MH에 대해

이야기하는 프로그램도 많다고 한다

이와 같은 노력으로 일반 대중이나 학생들도 MH에 대해 잘 알고 있었고 그 중요성도 인식

하고 있었다 하지만 우리나라에서는 많은 사람이 아직 lsquoMHrsquo 가 무엇인지 알지 못할 정도

로 인지도가 낮은 편이다 lsquo가스 하이드레이트 연구 개발단rsquo 의 출범으로 홈페이지도 생기고

KBS 스페셜 등의 TV 프로그램이나 이흔 교수님의 연구 성과 등에 따른 보도 자료도 많이

나와 인지도는 점차 높아지고 있지만 앞으로는 대중의 관심이 더 많이 필요하다고 생각한

다 앞으로 국민들의 관심이 높아지면 관련 연구자들도 늘어날 것이다 그렇게 되면 우리나

라의 MH 연구에 가장 큰 문제점 중 하나인 인력부족도 해결 될 것이다 국민들이 MH의

중요성을 깨닫고 관심을 기울일 때 비로소 MH 연구가 올바른 방향으로 이루어 질 수 있는

것이다 따라서 우리나라도 다양한 프로그램과 홍보장치를 통해 대중적인 관심을 높이는데

힘써야 한다

- 1 -

ContentsContentsContentsContents

ⅠⅠⅠⅠ 탐방탐방탐방탐방 취지취지취지취지- 2 -

ⅡⅡⅡⅡ 탐방탐방탐방탐방 주제주제주제주제- 3 -

1 Methane Hydr1 Methane Hydr1 Methane Hydr1 Methane Hydrate ate ate ate 란란란란 - 3 -

2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate2 Methane Hydrate의의의의 특징특징특징특징 - 3 -

3 3 3 3 세계와세계와세계와세계와 한국의한국의한국의한국의 Methane Hydrate Methane Hydrate Methane Hydrate Methane Hydrate 분포와분포와분포와분포와 매장량매장량매장량매장량- 4 -

4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate4 Methane Hydrate의의의의 채굴채굴채굴채굴 방법방법방법방법- 5 -

5 5 5 5 국내국내국내국내 연구연구연구연구 현황현황현황현황- 5 -

6 6 6 6 해외해외해외해외 연구연구연구연구 현황현황현황현황- 6 -

ⅢⅢⅢⅢ 탐방탐방탐방탐방- 7 -

1 1 1 1 탐방탐방탐방탐방 일정일정일정일정- 7 -

2 2 2 2 사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방- 7 -

사전탐방사전탐방사전탐방사전탐방 1 1 1 1---- KBS KBS KBS KBS 김종서김종서김종서김종서 PD PD PD PD - 7 -

사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2---- KAIST KAIST KAIST KAIST 생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과생명화학공학과 이흔이흔이흔이흔 교수님교수님교수님교수님- 10 -

사전사전사전사전 탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndash 가스가스가스가스 하이드레이트하이드레이트하이드레이트하이드레이트 개발개발개발개발 사업단사업단사업단사업단 - 13 -

3 3 3 3 해외해외해외해외 탐방탐방탐방탐방- 16 -

탐방탐방탐방탐방 1 1 1 1 ndashndashndashndash 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 대학교대학교대학교대학교- 16 -

탐방탐방탐방탐방 2 2 2 2 ndashndashndashndash AIST( AIST( AIST( AIST(산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소) ) ) ) 홋카이도홋카이도홋카이도홋카이도 센터센터센터센터 - 18 -

탐방탐방탐방탐방 3 3 3 3 ndashndashndashndash 독립행정법인독립행정법인독립행정법인독립행정법인 산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소산업기술종합연구소 (AIST) (AIST) (AIST) (AIST) 츠쿠바츠쿠바츠쿠바츠쿠바 센터센터센터센터 - 23 -

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ⅣⅣⅣⅣ 탐방탐방탐방탐방 활동활동활동활동 결과결과결과결과 및및및및 결론결론결론결론 - 44 -

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4 단점













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(약 6조 ton)


















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공동 8개의 512

64 공동 및


공동 2개의 43 5

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3 공동 1개의

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지난 2005년 7월 19일 우리












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고 추측된다




































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비율

년도



천연가스 석탄

LPG 석유

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Shoichi Tanaka

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Modeling

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Environment Impact

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- 20 -













되고 있다








3 이다






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RP = 405 년










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RP = 66 year







원유 = 1223$GJ



원유 = 1134$GJ







- 27 -













않다









된다고 한다


12121212



- 28 -








1 감압 법


가능하다







2 열수 주입 법












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3 개발 사항들



4 경제환경


0

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1 2 3 4 5 6 7 8










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것이라 한다





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존하고 있다








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힘써야 한다

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4 단점













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(약 6조 ton)


















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공동 8개의 512

64 공동 및


공동 2개의 43 5

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3 공동 1개의

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지난 2005년 7월 19일 우리












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년도



천연가스 석탄

LPG 석유

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되고 있다








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RP = 405 년










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원유 = 1223$GJ



원유 = 1134$GJ







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12121212



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1 감압 법


가능하다







2 열수 주입 법












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3 개발 사항들



4 경제환경


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1 2 3 4 5 6 7 8










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(약 6조 ton)


















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4 이었



















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공동 8개의 512

64 공동 및


공동 2개의 43 5

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3 공동 1개의

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지난 2005년 7월 19일 우리












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되고 있다








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RP = 405 년










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원유 = 1223$GJ



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1 감압 법


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2 열수 주입 법












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3 개발 사항들



4 경제환경


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1 2 3 4 5 6 7 8










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64 공동 및


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2 열수 주입 법












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3 개발 사항들



4 경제환경


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(약 6조 ton)


















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공동 8개의 512

64 공동 및


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1 감압 법


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4 경제환경


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1 감압 법


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3 개발 사항들



4 경제환경


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공동 8개의 512

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LPG 석유

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RP = 405 년










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RP = 66 year







원유 = 1223$GJ



원유 = 1134$GJ







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1 감압 법


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3 개발 사항들



4 경제환경


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3 개발 사항들



4 경제환경


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1 감압 법


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3 개발 사항들



4 경제환경


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힘써야 한다

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공동 8개의 512

64 공동 및


공동 2개의 43 5

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3 공동 1개의

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지난 2005년 7월 19일 우리












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천연가스 석탄

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2 열수 주입 법












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천연가스 석탄

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1 감압 법


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3 개발 사항들



4 경제환경


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3 개발 사항들



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원유 = 1223$GJ



원유 = 1134$GJ







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않다









된다고 한다


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1 감압 법


가능하다







2 열수 주입 법












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4 경제환경


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원유 = 1223$GJ



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1 감압 법


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4 경제환경


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미래의 에너지, “불타는 얼음” - Methane ... · 기초 탐사가 수행되어 수심 약 1,000m 이상의 동해지역에서의 Gas Hydrate 부존가능성을 ... 파