[이코노믹리뷰=홍석윤 기자] 가연성 얼음에 대해 들어본 적이 있는가?

일본의 에너지 부문에서 현재 진행되고 있는 일은 매우 복잡하다. 일본은 발전소를 가동하기 위해 필요한 석유, 석탄 또는 천연 가스가 거의 나오지 않기 때문에, 2014년 기준으로 에너지의 90% 이상을 수입해야 했다. 일본은 석유와 석탄에서 세계에서 세 번째로 큰 수입국이며, 액화 천연 가스에서는 세계 최대 수입국이다.

2016년 일본이 천연 가스 수입을 위해 지불한 돈은 289억 달러(32조 3200억원)에 달한다.

게다가, 한 때 에너지 자원 부족에 대한 최선의 해결책으로 여겨졌던 50기의 원자로는, 2011년 후쿠시마 다이이치 원자력 발전소 해체 이후 현재는 유휴 상태다.

그러나 일본의 과학자들은 이 나라의 에너지 문제를 종결지을 혁신적인 해결책을 발견했는지도 모른다. 그들은 세계 에너지 산업을 재편할 수 있는 새로운 기술을 개척하고 있다. 더 희망적인 것은 그 기술이 일본 앞 바다에 풍부하게 매장되어 있는 자원과 관련된 기술이라는 것이다.

일본 정부는 ‘가연성 얼음’을 태워 에너지를 만들고 싶어한다. 가연성 얼음이 뭐냐고? CNN이 가연성 얼음을 상세 보도했다.

새로운 타입의 에너지

미국 에너지 정보 관리국(United States Energy Information Administration)에 따르면 현재 전 세계적으로 2800조 m³에 달하는 메탄함유 가스 하이드레이트(methane-bearing gas hydrates, 물과 천연 메탄이 동결된 혼합물)가 매장되어 있는 것으로 알려졌다.

이 자원의 대량 매장지는 고압과 저온이 결합되는 곳에서 주로 발견된다. 즉 두터운 북극 영구 동토층과 심해 해저에 많이 매장되어 있는 것이다.

아마도 지구상의 마지막 탄소 기반 연료일 가스 하이드레이트는, 세계의 모든 다른 화석 연료를 다 합친 것보다 더 많은 에너지를 함유하고 있을 것으로 여겨진다.

아직까지는 누구도 그 양을 상업적으로 환산할 수 없다.

그런데 일본이 그 시도를 하고 있는 것이다. 일본 에너지 통상 산업부에 따르면, 일본 정부는 이 물질의 연구 개발에 2002년에서 2017년 까지 15년 동안 이미 10억 달러를 지출했다.

도쿄 메이지 대학교 가스 하이드레이트 연구소(Gas Hydrate Laboratory)의 지질학 교수 료 마츠모토는 "정부가 이 기술을 개발하려는 이유는 두 가지”라고 말했다.

"첫째는 에너지 자원을 확보하는 것입니다. 일본이 국내 에너지원을 개발할 수 있다면 에너지 안보가 크게 향상될 것입니다. 둘째는 화석 연료로부터 이산화탄소 배출을 줄이는 것입니다. 천연 가스 연소는 석탄이 배출하는 이산화탄소의 양의 거의 절반 밖에 되지 않습니다. 천연 가스는 청정 에너지원이기 때문에, 일본이 전체 에너지 구조에서, 천연 가스의 비중을 높이기 원하는 것은 당연한 것이지요.”

가연성 얼음이란?

가연성 얼음은 칵테일을 차갑게 하기 위해 사용하는 물질과 비슷한 형태를 띠고 있는데, 이 얼음 결정(結晶)에는 놀라운 양의 천연메탄가스가 들어 있다. 1 m³의 동결된 가스 하이드레이트에는 164 m³의 메탄이 함유되어 있는 것으로 추정된다.

얼음의 형태를 유지하고 있으면 가스를 점화시켜도 녹지 않고 연소된다. 가스 하이드레이트의 문제점은 기체를 추출하기 어렵다는 것이다. 그러나 첫 번째 단계는 가스 하이드레이트를 찾는 것이다. 일본에서 그것은 그리 어렵지 않다.

마츠모토 교수에 따르면 서태평양과 동해의 동쪽 독점 경제 구역 내에 가스 하이드레이트가 풍부하게 매장되어 있다.

지금까지 엔지니어들은 중부 일본 연안에서 50km 떨어진 길고 좁은 해저 골짜기인 난카이 해구(Nankai Trough)에 집중해 왔다.

추출된 코어 시료와 지진 데이터를 분석한 결과, 1.1조 m³의 메탄이 해구 아래에 매장되어 있는 것으로 밝혀졌는데, 이는 일본의 가스 소요량을 10년 이상 채우고도 남을 양이다.

최초의 채굴

2013년에 업계 전문가, 과학자, 정책 입안자들이 총 망라된 연구 단체 MH21(메탄 하이드레이트 자원 연구 컨소시엄)이 일본 정부의 자금 지원으로 세계 최초로 채굴 테스트를 수행했다.

연구팀은 일본 나고야시 남쪽 바다 해저 1000m에 위치한 다이니 아츠미 환초(Daini Atsumi Knoll)에 일본이 자랑하는 심해 시추선 치큐(Chikyu)를 배치했다.

MH21의 현장개발 기술 연구그룹 리더인 코지 야마모토 박사는 "가스를 추출하기 위해서는 하이드레이트를 먼저 녹여서 가스와 물로 분리해야 한다."고 설명했다.

온도를 올리거나 압력을 낮추면 안정권(stability zone)이 깨지면서 하이드레이트가 녹는데, 하이드레이트를 가열하기 위해 해저에서 온수를 펌핑하려면 많은 에너지가 필요하다.

"그래서 가장 효과적인 방법으로 감압 방식을 사용하기로 했습니다".

엔지니어들은 해저에서 우물을 뚫고, 수중 펌프를 사용해 침전물에서 물을 빨아 들였다.

"침전물의 수위가 떨어지면 압력이 떨어지고, 이 때 주변의 가스 하이드레이트가 분리되기 시작하지요."

물은 바다로 배출되고, 추출된 가스는 파이프를 통해 표면으로 끌어 올린다.