LNG 사용을 늘리면 OPEC 의존도를 떨어뜨릴 수 있을 뿐만 아니라 환경보호에도 큰효과를 거둘 수 있다.
천연가스(NG)란 무엇일까?
천연가스는 석유를 채취할 수 있는 유전처럼 가스만을 담고 있는 지하 가스전에서 생산되거나 원유와 함께 생산(수반가스)되는 에너지 자원으로 그 성분과 성상이 나라마다 그리고 가스전마다 서로 다르다.
천연가스는 메탄(${CH}_{4}$)을 90%정도 함유 하고 있고 나머지는 에탄(${C}_{2}$${H}_{6}$), 프로판 (${C}_{3}$${H}_{8}$), 부탄(${C}_{4}$${H}_{10}$), 펜탄(${C}_{5}$${H}_{12}$) 등의 탄화수소계 물질로 이루어져 있다.
현재까지 알려진바 대로라면 지구상의 천연가스 확정매장량은 약 1백20조㎥로 약 60년간 사용할 수 있는 물량이다. 이는 석유의 채굴 가능년수 43년에 비해 40% 이상이 더 긴 것이고 또 확정 매장량도 계속 증가되고 있어 앞으로도 장기간 주요 에너지로서 사용 될 전망이다. 우리나라는 인도네시아와 말레이지아로부터 선박을 이용하여 LNG를 도입하고 있으며 발전소의 발전용 연료와 수도권의 도시가스로 공급하고 있다. LNG라 함은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 약자로 지하의 가스전에서 생산된 천연가스를 황화합물 탄산가스 수분 등의 불순물을 정제한 후 장거리 수송에 편리하게 액화시킨 -1백62℃의 극저온 유체다. 액화를 하게되면 부피가 약 6백분의 1로 감소하므로 가스 상태에서의 압축시보다 많은 물량을 저장하고 수송할 수 있다.
액화상태로 선박으로 도입된 LNG는 경기도 평택군 남양만에 자리잡은 한국가스공사 인수기지의 LNG 저장탱크에 저장한 후 바닷물을 가열원으로 이용하는 LNG 기화기를 통해 0℃로 기화시킨다. 이는 다시 경인지역까지 약 1백㎞ 거리의 직경 7백 60㎜(30인치) 지하배관을 통해 발전소와 도시가스회사에 공급되고, 경인지역 도시가스회사는 이 천연가스를 각 가정으로 공급하고 있다. 통상 일반가정에서는 LNG를 사용하는 것으로 생각하고 있으나 실제로는 액체 상태의 LNG를 기화시킨 천연가스(NG)를 사용하고 있는 것이다.
이러한 천연가스의 특징은 무엇일까?
첫째, 편리하다는 것이다. 천연가스는 백열전등으로부터 형광등으로의 전환처럼 연탄사용의 불편함을 해소시켜주는 편리한 선진 에너지원이다. 둘째, 청정성을 들 수 있다. 가스는 연탄의 일산화탄소(CO) 중독, 연탄재, 석유류의 불완전 연소에 따른 매연 및 산성비의 주요원인이 되는 SOx(황화합물) 등이 없는 청정연료다.
셋째, 에너지이용 효율이 높다. 가스는 직열을 사용함으로써 90%이상의 이용효율을 얻을 수 있는 반면, 전기는 발전소에서 조차 37% 정도의 효율밖에 못지닌다. 또한 LNG는 20년간이라는 장기 도입계획을 체결하므로 국내 1차 에너지원으로서 안정적 공급에 기여한다. 매장량도 풍부해 석유의 경우 전체생산량의 77%가 석유수출국기구(OPEC)에 편중되어 있는 반면, 천연가스는 42%만이 OPEC에서 생산되기 때문에 상대적으로 에너지 공급의 대OPEC 의존도를 크게 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다.
(표 1)은 LNG의 물리적 조성과 성상을 나타내고 있다.
천연가스는 어디에 사용되는가?
현재 평택인수기지 탱크에 저장된 LNG는 기화설비를 통해 천연가스로 기화된 후 2/3 정도는 평택 화력발전소와 인천 화력발전소의 발전용으로 공급되고, 1/3은 경인지역 난방용 가정취사용 업무용 및 산업용으로 공급되고 있으나 주요 용도로는 크게 가정용, 업무용과 산업용의 세가지로 대별된다.
가정용은 주로 취사용과 난방용, 업무용은 빌딩 냉난방용과 요식업, 그리고 산업용은 판재 혹은 페인트 건조로, 제철 용융로, 도자기 제조, 요업 등에 사용된다. 관련이용 기술분야로는 가스연소기기, 가정용/업무용 냉난방기기, 가스열병합발전, LPG차량과 비슷한 경우로 차량공해 해소가 가능한 압축천연가스(Compressed Natural Gas, CNG) 차량, 메탄올 등 석유화학원료 및 천연가스이용 연료전지 등을 들 수 있다.
무거운 LPG 가벼운 LNG
한편 LPG는 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)의 약자로 액체프로판과 액체부탄이 혼합된 것을 일컫는다. 이러한 액화석유가스는 일반 대기온도 및 압력 하에서는 기체상태로 존재하나 약간의 압력을 가하거나 온도가 낮아지면 쉽게 액화된다. 액화시 부피는 프로판은 2백74분의 1, 부탄은 2백32분의 1 정도로 감소된다.
국내 LPG는 천연가스(NG)가 공급되지 않는 지역의 가정이나 요식업소에 압축 용기에 충전한 형태로 공급되고 있으며 일부 대 도시의 경우 취사와 난방용으로 지역 도시가스와 배관망을 통해 소비자에 공급되는 구조를 이루고 있다.
압축 용기를 이용한 LPG 공급의 메커니즘을 살펴보면 용기속에 액체상태로 저장되어 있다가 용기에 부착된 밸브를 열면 LPG가 압력 조정기를 통과하면서 기화된다. (표 2)의 조성 및 성상에서 보여주고 있는 바와 같이 겨울철 온도가 영하로 하강할 때는 부탄의 경우 액체상태에서 기화되지 않기 때문에 소비자가 가스 용기내 잔여량을 추정하기에 어려움이 있다.
LPG의 생산은 프로판, 부탄을 포함하고 있는 천연가스 처리 과정에서 회수, 분리되는 것이 대부분이며 도입된 원류의 정제과정에서 발생되는 것 및 석유화학공정에서 생산 되는 것이 있다. LPG 역시 가스의 편리성, 청정성 등의 장점을 지니고 있으나 도입 가격변동이 심하고 안정적 물량 확보의 어려움이 적지 않다는 단점이 있다.
천연가스(NG)와 LPG 가스의 차이점은 무엇일까?
천연가스나 LPG 가스를 각각 풍선에 채웠을때 수소가스 풍선처럼 천연가스가 주입 된 풍선은 하늘높이 올라가는 반면 LPG 가스 풍선은 땅으로 내려앉는다. 이와 같은 특성은 천연가스가 공기대비 비교중량(비중) 이 0.626으로 가벼운 반면 LPG 가스는 1.5~2.0으로서 무겁기 때문이다. 만약 실내에서 가스를 사용할 때 부주의로 가스가 누출 되었을 경우 천연가스는 실내 천정으로 확산되어 창문을 통해 빠져나가 안전한 반면, LPG 가스는 공기보다 무거워 실내 바닥으로 가라앉게 되어 배출시키기가 어렵고 심할 경우 질식의 우려도 있다. 그러므로 특히 LPG 가스를 사용할 때는 실내 공기의 통풍이 원활하게 될 수 있도록 주의를 기울여야 한다. 천연가스와 LPG 가스는 누출시 쉽게 감지할 수 있도록 달걀썩은 냄새 비슷한 부취제라는 물질을 섞어 공급하고 있다.
또한 (표 3)의 발화점과 폭발범위 등에 차이가 있는데 여기서 발화점이라함은 불을 직접 가하지 않은 상태에서 가스 주위의 온도를 상승시킬 때 자연히 점화되는 온도이고, 인화점은 종이에 성냥불을 가까이하여 점화 시키는 것처럼 가스에 불을 가까이해서 점화 되는 온도를 말하는데, 두가지 가스의 정도가 비슷하다.
가스는 물질의 삼태인 고체, 액체와 기체 중 가장 분자간 거리가 멀고 운동이 활발한 상태의 물질로 탄화수소계의 아세틸렌 천연가스 프로판가스 부탄가스 그리고 두가지가 섞인 LPG 등은 모두 폭발성을 지니고 있다. 폭발범위는 폭발상한치와 하한치가 있는데 폭발범위가 5~15%라는 것은 공기중에 5~15%의 가스가 존재할 때 불꽃이 주어지면 폭발이 되는 범주를 말한다. 이 범위를 벗어나 5% 이내(하한치)로 존재하거나 15% 이상(상한치)의 가스가 공기중에 섞여 있으면 불꽃이 있어도 폭발은 일어나지 않는다.
안전성 확보위해 환기 필요
가정에서 전기제품 사용시 감전에 주의해야 하고 자동차 운전시 사고에 항상 유의해야 하는 것처럼 가스도 우리생활에 편리한 필수적인 에너지임에도 불구하고 사용시 항상 주의를 요하는 불편함을 지니는 양면성을 가지고 있다.
가스 취급상 유의점을 알아보자. 천연가스나 LPG가스는 연소할 때 공기중의 산소와 반응해 ${H}_{2}$O(수증기)와 ${CO}_{2}$(이산화탄소)를 생성한다. 실내에서 장기간 가스를 사용할 때는 실내문을 약간 열어 환기를 시켜 산소 공급이 원활히 되도록 해야 하며, 일반 취사 후에도 실내공기를 바꾸어줄 필요가 있다. 빌딩 냉난방용, 업무용, 특히 지하에 위치한 가스설비를 이용할 때는 항상 환기구를 통해 공기 주입이 되도록 해야한다. 또한 가스누출시 부취제 냄새를 감지하면 즉시 가장 주된 밸브(Main Valve)를 차단해 사용을 중지하고 점검하여 조치하거나 원인을 알 수 없을 때는 도시가스회사에 점검을 의뢰해야 한다.
LPG가스 경우 천연가스가 공급되지 않는 지역에서 대개 20㎏ 용기에 담아 사용하고 있는데, 통계치에 의하면 용기를 습기찬 곳에 설치한 경우가 14%, 용기를 받침대 없이 지면에 설치한 경우가 72% 에 이르고 있어 바닥부위의 부식이 발생하기 쉬우므로 사용할 때는 반드시 건조한 장소에 설치토록 하고 빗물이나 습기가 침입되지 않는 곳에 위치시켜 용기 수명연장 및 안전에 유의해야 한다.
장래 천연가스는 어떠한 역할을 할까?
우리나라가 1차에너지의 54% 이상을 석유에 의존하고 있고 우리나라 원유 수입의 74%를 중동에 의존하고 있다는 점을 감안 할 때, 에너지의 수입증가와 더불어 원유의 대OPEC 의존도는 더욱 심화될 전망이다.
이러한 석유 의존도 및 에너지의 대OPEC 의존도를 줄이기 위해, 장기간 안정적으로 공급할 수 있는 천연가스의 사용량과 역할은 더욱 증대될 것이며 산성비 등 공해를 유발하는 황화합물(SOx)및 지구온난화를 유발하는 이산화탄소(${CO}_{2}$)의 배출이 많은 석유류에 비해 이러한 물질이 배출되지 않는 천연가스는 공해방지와 청정환경 조성에도 크게 기여할 것이다. 또한 가스이용 기술의 지속적 개발로 가스를 이용한 열병합발전 가스냉난방 압축천연가스차량보급 등으로 그 사용영역이 크게 확대될 것이다.
