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캐나다 오일샌드로부터 유래한 연료의 탄소 비용 추정

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2016-01-05 (화) 18:11 조회 : 1522

캐나다 앨버타 주의 오일샌드(oil sands)는 전 세계 가장 큰 석유 매장지 중 하나이며, 현재 일일 2백만 배럴에 상응하는 원유(crude oil)를 생산하고 있다.
그러나 이러한 과정은 석유 매장 층에서 모래와 진흙이 결합되어 있는 무거운 역청(heavy bitumen)을 디젤과 휘발유로 전환시키는데 많은 에너지의 투입을 필요로 한다.

 

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새로운 연구는 오일샌드로부터 생산되는 연료와 관련된 온실가스 배출(greenhouse gas emissions)에 대한 포괄적인 분석을 제시하고 있다.
이러한 분석은 오일샌드로부터 연료를 추출하는 것부터 선적, 정유 및 연소 등에 이르는 전 과정을 포함하고 있다.
이 연구는 오일샌드에서 연료를 생산하는 것과 관련된 배출이 종래 미국에서 추출된 원유로부터 발생하는 연료에서 생성되는 온실가스보다 약20%가 더 크다고 결론지었다.
현재 미국에서 정유에 의해 가공된 원유의 단 9%만이 캐나다 오일샌드로부터 유래하고 있지만, 분석가들은 이러한 비율이 특히 Keystone XL와 같은 장거리 수송관 프로젝트가 진척된다면, 향후 증가하게 될 것이라고 예측하고 있다.


연구진은 기후에 대한 오일샌드에서 발생하는 연료의 영향을 평가하는 데 도움을 주고, 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 과정을 추적하기 위하여, 이러한 연료의 탄소 발자국(carbon footprint)을 이해하기를 희망했다.
따라서 미국 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory) 소속의 Hao Cai와 동료 연구진은 미국에서 정제되는 오일샌드 제품의 사용 및 생산과 관련된 모든 단계에 관여하는 온실가스 배출을 결정하는 연구에 착수했다.
이러한 과정은 종종 유전부에서 자동차(WTW; well to wheels) 전 과정 평가(life-cycle assessment)라고 명명된다.
온실가스 규제는 미국 석유 공급 원료의 전 과정 배출의 전체론적인 조사를 필요로 하는 미국 수송 연료에 영향을 끼친다.
확대된 시스템 경계를 이용하는 것은 토지 혼란으로 유발된 온실가스 배출이 포함됐으며, 연구진은 캐나다 오일샌드로부터 공급되는 미국 휘발유와 디젤 WTW 온실가스 배출을 추정했다.
과거의 평가는 제한적인 자산 자료의 이용으로 어려움을 겪거나 현재 사용되고 있는 석유 생산 공정보다 덜 에너지 효율적인 석유 생산 공정을 기반으로 수행됐다.


새로운 연구에서, 연구진은 2008년부터 2012년 사이 27개 오일샌드 프로젝트로부터 공개적으로 이용할 수 있는 매월 운영 자료를 사용하여, 아르곤 국립 연구소에서 개발된 모델을 이용하여 온실가스 배출을 평가했다.
운영 자료는 모델이 오일샌드로부터 석유를 추출하기 위하여 필요한 기계에 동력을 공급하는 것에서, 공정에서 사용되는 스팀의 가열 및 폐수 연못(wastewater ponds)에서 박테리아가 발산하는 이산화탄소와 메탄에 이르기까지 결과적으로 발생하는 온실가스를 추정할 수 있게 해주었다.
유전부에서 자동차에 이르는 이동은 추출에서 시작된다. 노천 채광(surface mining)에서, 정유 회사는 얕은 모래를 파헤치는데 트럭을 사용하고, 뜨거운 물로 모래를 씻어내 역청을 분리하기 위하여 혼합물을 흔든다.
보다 더 깊은 매장층에 대하여, 정유 회사는 유정을 시추하고, 모래로부터 역청을 분리하기 위하여 스팀을 주입하고 이후 주입된 스팀을 펌프로 끌어올린다.


이 방법은 현장 회수(in situ recovery)라고 불린다. 일단 무거운 역청이 회수되면, 역청은 더 가벼운 탄화수소와 희석되어, 정유 공장으로 보다 더 쉽게 수송될 수 있거나, 합성유(synthetic crude)라고 불리는 혼합물로 현장에서 부분적으로 정유될 수 있다.
모델을 이용하여, 연구진은 네 가지 다른 생산 시나리오를 고려했다. 노천 채광 또는 현장 회수를 이용한 생산 및 역청 또는 합성 원유의 생산 등이다.
각각의 시나리오에는 휘발유 또는 디젤 및 연소 등을 위하여 미국 정유소로 수송하는 수송관 이동(pipeline transportation)이 포함됐다.


연구팀은 오일샌드로부터 얻어진 휘발유와 디젤 생산이 상용 원유에서 유래한 연료 생산과 비교했을 때, 평균적으로 약 20% 더 큰 온실가스 배출을 발생시킨다는 사실을 확인했다.
이러한 수치는 이전의 추정과 유사한 수준이다. 가장 집중적인 배출은 합성 원유의 현장 회수에서 발생하고, 가장 적게 온실가스가 배출되는 공정은 역청의 노천 채광에서 유발됐다.
산업에서 가장 일반적으로 사용되는 방법인 역청의 현장 회수와 합성유의 노천 채광은 상용 원유 생산과 비교했을 때 각각 약 20% 더 높은 온실가스 배출을 기록했다.
오일샌드 추출, 분리 및 개질 등으로부터 경로 평균 온실가스 배출은 ~6.1 to ~27.3 g CO2 e/MJ(equivalents per megajoule)의 범위를 나타냈다.
이러한 범위는 미국 상용 원유 회수에 대한 ~4.4 g CO2e/MJ과 비교되는 것이다.


추출 기술(extraction technology)과 오일샌드 프로젝트의 제품 유형 출력에 따라, 미국 정유소에서 역청과 합성유로부터 생산되는 휘발유와 디젤에 대한 WTW GHG 배출은 각각 100-115 CO2e/MJ, 99-117 g CO2e/MJ의 범위를 나타냈으며, 이러한 수치는 평균적으로 각각 약 18%와 약 21% 미국 상용 원유로부터 유래한 배출보다 더 높다는 것을 보여준다.
희석된 역청으로부터 유래한 휘발유와 디젤의 WTW GHG 배출은 각각 97-103 CO2e/MJ과 96-104 g CO2e/MJ의 범위를 나타냈으며, 이러한 결과는 연료 배기가스에 대한 희석물질 사용의 효과를 보여 주었다.


이 연구는 전 과정 배출 추정에 대한 포괄적이고 우수한 추정을 이끌어 내는데 상당한 성과를 이루었다고 하버드 대학에서 기후 과학 및 에너지 정책 전문가로 활동하고 있는 David W. Keith는 밝혔다.
이것은 정치적으로 주목할 만한 주제이며, 이 연구가 공평한 견해를 제공하는데 도움을 주었다고 그는 제안했다.
위 자료는 KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』의 발표자료를 요약한 것이다.


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