공기보다 가벼운 가스 운반법부터 
무색무취 LNG에 악취 넣는 이유까지 
천연가스 궁금증 다 풀었죠

추운 겨울 실내 온도를 높일 때, 불로 음식을 만들 때 등 가스는 우리 생활 곳곳에서 사용합니다. 최근 우크라이나-러시아 전쟁 등으로 인한 글로벌 공급망 붕괴와 에너지 부족으로 인해 뉴스에서 천연가스 이야기를 심심치 않게 볼 수 있는데요. 여기에 탄소중립 전환까지 가속화하면서 각종 뉴스에 등장하고 있는 천연가스에 대해 알아봤습니다.

 
천연가스는 자연적으로 발생해 땅속이나 깊이 200m 내외의 완만한 경사 지대인 대륙붕 해역에 매장돼 있는 혼합기체이자 가연성(불에 타는 성질) 가스로, 탄화수소류를 주성분으로 합니다. 약 90%를 차지하는 메탄(CH4)과 소량의 에탄·수분·고분자 탄화수소·질소·헬륨·탄산가스·황화수소 등으로 이루어져 있어요. 천연가스는 중국 후한 시기 처음 사용했다고 알려졌는데요. 기체다 보니 한곳에 대량으로 저장하거나 수송하기 어려워, 에너지원으로 본격적으로 사용된 시기는 관련 기술이 개발된 제2차 세계대전 이후예요. 우리나라에서는 한국가스공사가 1986년 10월 처음 액화천연가스(LNG)를 도입해 경기도 평택화력발전소부터 공급을 시작했죠. 이후 1998년 10월 수도권·5대 광역시 공급을 완료했으며 2000년대부터는 지방 중소도시에도 공급했습니다.

천연가스 주성분인 메탄은 연소 시 온실가스·미세먼지가 나오는 화석연료지만, 석유·석탄보다 오염원이 상대적으로 덜 배출된다는 점에서 ‘친환경에너지’로 불려요. 산업통상자원부 에너지전환정보센터에 따르면 천연가스로 발전할 때 석탄화력발전보다 온실가스 배출량은 44% 수준, 미세먼지는 10% 수준에 불과해요. 태양광·풍력 등 신재생에너지나 수소 에너지처럼 탄소 발생이 없진 않지만, 석유·석탄에 비해 탄소 발생이 적어 온실가스 감축에 효과가 있죠. 2050년 탄소중립(탄소 배출량 제로) 달성이 목표인 유럽연합(EU)은 천연가스를 친환경에너지로 분류하는 내용이 담긴 ‘친환경 투자 기준 녹색분류체계'(Taxonomy·택소노미)를 올해 1월 1일부터 시행했죠. 택소노미는 특정 산업이 탄소중립에 도움이 되는지 규정한 목록인데, EU는 천연가스가 석유·석탄 사용에 의존하지 않고 탄소중립 달성으로 가는 중간 역할을 할 것이라고 판단한 겁니다.

 
한국가스공사 가스과학관서 살핀 천연가스  


고명성 학생모델·김도경·김하원 학생기자가 천연가스에 대해 알아보기 위해 인천광역시 연수구에 위치한 한국가스공사(KOGAS) 인천생산기지 내 가스과학관을 방문했어요. 이곳에서 천연가스 생산부터 공급에 이르는 전 과정과 천연가스 특성에 대해 배울 수 있죠. 가스과학관 정미현 홍보요원이 소중 학생기자단을 안내했습니다. “천연가스는 약 35억 년 전 만들어졌어요. 약 45억 년 전 지구가 탄생한 이래 많은 종류의 공룡·식물·삼엽충 등이 살았죠. 시간이 지나면서 여러 동식물이 죽고, 그 위에 흙이 덮였어요. 비나 눈이 오고, 지진도 일어나면서 죽은 동식물들이 땅의 압력을 받고, 미생물 분해를 거쳐 천연가스로 만들어졌죠.”

천연가스가 생성되려면 3가지 조건을 만족해야 해요. 첫 번째, 산소가 차단된 환경. 두 번째, 천연가스가 만들어지는 120~225도의 높은 지열. 세 번째, 천연가스를 저장할 수 있는 암석층. 미생물들이 죽어 쌓인 퇴적암에 압력이 가해지면 천연가스가 사암·탄산염암 등 빈 공간이 많은 저류암에 저장되죠. 천연가스가 밖으로 새어나가지 못하도록 셰일·이암 등 투수율이 낮은 덮개암도 필요해요. 지층의 산봉우리처럼 볼록하게 올라간 습곡 구조인 배사구조가 이런 조건을 충족해 이곳서 천연가스가 많이 발견됩니다. “우리나라에서는 1998년 울산광역시 남동쪽 58km 지점에서 천연가스층이 발견됐어요. 한국 최초 가스전인 ‘동해 가스전’으로, 천연가스가 약 500만㎘ 매장돼 있었죠. 2004년 7월부터 천연가스를 생산했는데, 매장량이 적어 주로 국내 연구·개발용으로 쓰였죠. 2021년 12월 가스 고갈로 공급이 종료됐어요. 지금은 전량 수입합니다.” 

도경 학생기자가 “천연가스에는 어떤 종류가 있는지 궁금해요”라고 질문했어요. “천연가스(NG·Natural Gas)는 보관·운송 방법에 따라 배관천연가스(PNG·Pipeline Natural Gas)·액화천연가스(LNG·Liquefied Natural Gas)·압축천연가스(CNG·Compressed Natural Gas)로 구분합니다. PNG는 가스가 나는 지역인 가스전에서 배관을 통해 필요한 곳에 공급하므로 소비 지역과 거리가 가까운 곳에서 쓰이죠. LNG는 -162도에서 액화하는 천연가스의 성질을 이용한 거예요. 천연가스를 액화하면 부피가 600분의 1로 줄어 많은 양을 보관·운송할 수 있죠. LNG 수송선에 실어 먼 곳에 수입·수출해요. CNG는 LNG를 200기압 이상의 고압으로 압축한 기화가스죠. LNG보다 부피가 3배 이상 늘지만, LNG에 필요한 냉각·단열 비용을 절감할 수 있어요.”

 
PNG는 가스전에서 채굴한 가스를 배관으로 바로 보내 수송선 제조 등 추가 비용이 발생하지 않아 가격이 저렴한 편이에요. LNG는 액화·수송선 제조 등을 해야 하고, CNG는 LNG를 다시 기체로 압축한 뒤 압축용기에 보관해야 해 추가 비용이 들죠. 육로가 막혀 PNG를 사용하기 어려운 우리나라는 LNG를 수입합니다.

 
“수입된 LNG를 다시 기화해서 공급하는 건가요?” 하원 학생기자가 말했어요. “맞아요. 우리나라에 수입된 LNG는 인천·평택·통영·삼척·제주 등 5개의 LNG 생산기지에 저장하고, 기화해 땅속에 설치된 배관망으로 전국에 공급합니다. 한국도시가스협회에 따르면 2021년 LNG 용도별 공급 비율은 가정용 43.6%, 산업용 34.5%, 일반용 8%, 업무용 5.3%, 수송용 4.2% 등 순이에요. 차량 연료로 쓰려면 자동차에 -162도를 유지하는 초저온 탱크를 달아야 하는데, 이 탱크는 소형화가 어렵고 비용도 비싸 차체가 크고 운행거리가 긴 시외버스·대형화물차에 쓰여요. CNG를 차량 연료로 사용하면 LNG에 필요한 냉각·단열 비용을 절감할 수 있지만 저장량이 LNG의 3분의 1에 불과해 가까운 거리를 이동하는 시내버스용으로 쓰죠. 서울시의 경우 2014년 시내버스 차량 8750대를 모두 CNG버스로 교체했는데요. 경유버스와 비교해 CNG버스는 미세먼지 등 오염물질 배출량이 10분의 1 수준이에요.”

평소 일상에서 사용하는 ‘도시가스’는 LNG와 LPG가 있죠. LNG 배관망이 없는 일부 지역에서는 가스통 등에 담아 차량으로 LPG를 공급해요. 소중 학생기자단은 애니메이션을 통해 LNG·LPG 특성을 비교했죠. “LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 ‘액화석유가스’로, 천연가스가 아니라 원유 정제하는 과정에서 나오는 석유가스예요. 석유 속에 있는 부탄·프로판이 주성분이며, 각 성분 비율에 따라 프로판가스·부탄가스로 나뉘죠. 프로판가스는 -42도, 부탄가스는 -0.5도에서 액화해요. 프로판가스는 주로 가정용으로, 부탄가스는 자동차·휴대용 가스레인지에 쓰이죠. 기화한 LNG는 공기보다 가벼워 창문만 열어도 쉽게 환기되지만, LPG는 무거워서 잘 가라앉아요. 집에서 LPG 사용 시 창문을 열고 빗자루나 방석 등으로 쓸어주면서 환기해야 가스 누출 위험을 줄일 수 있어요. LNG는 발화온도도 540도로 프로판가스(450도)·부탄가스(405도)보다 높아 폭발 위험에서 비교적 안전하죠.” 

2021년 에너지경제연구원의 ‘에너지통계연보’에 따르면 2020년 우리나라 1차에너지(생산·수출입 및 재고증감에 의해 국내 공급된 에너지) 공급률은 석유 37.7%, 석탄 24.7%, LNG 18.8%, 원자력 11.7%, 신재생 및 기타 6.5%, 수력 0.5%예요. LNG는 1986년 국내 첫 공급 이후 2001년 10%를 돌파했고, 2020년 18.8%를 기록하며 계속 늘고 있어요. 한국가스공사는 지역 간 균형 발전은 물론 에너지 복지 구현을 위해 2008년부터 ‘천연가스 미공급지역 확대 보급 사업’을 펼치고 있죠. 2008년 도시가스 보급 비율이 수도권은 95%였지만 비수도권은 65%였거든요. 이를 통해 2021년까지 전국 모든 지자체(229개 시군구) 중 216곳에 천연가스를, 13개 군에 LPG 배관망을 보급하는 사업을 진행 중입니다.

 
정 요원이 LNG의 특성을 자세히 알아볼 수 있는 실험실로 소중 학생기자단을 안내했어요. LNG와 성질이 비슷한 -196도의 액화질소를 활용해 먼저 ‘초저온’ 실험을 해봤죠. 안전장비를 착용한 정 요원이 유리통에 액화질소를 부었어요. 집게로 장미와 고무공을 집어 액화질소에 넣었다 꺼내 바닥에 내리쳤는데 유리처럼 산산조각이 났죠. 직접 조각을 만져본 소중 학생기자단은 “딱딱해요” “살짝 만졌는데 바로 깨져요”라고 말했어요. 정 요원은 “물체가 순식간에 얼어붙었지만, 시간이 지나면서 액화질소가 기화하면 물체는 원래 성질로 돌아가요. LNG도 마찬가지죠. 이러한 특성은 산업폐기물 처리나 식품 저온가공·분쇄 등에 이용됩니다”라고 말했어요.

온도가 내려가면 부피가 줄어들고, 온도가 올라가면 부피가 커지는 ‘기화’ 실험도 해봤습니다. 부푼 풍선에 액화질소를 부으면 쪼그라드는데, 시간이 지나 온도가 올라가면 다시 부풀어 오르죠. 이를 통해 LNG가 기화할 때 부피가 600분의 1로 축소되는 모습을 간접적으로 알 수 있어요. 다음으로 ‘청정성’ 실험을 진행했어요. 금붕어가 들어있는 어항에 액화질소를 부어봤는데요. 금붕어가 자유롭게 헤엄치는 모습을 보고 소중 학생기자단은 놀랐어요. “천연가스는 공기보다 가벼워요. LNG가 바다에 누출되면 바로 기화해 흔적을 남기지 않고 공기 중으로 빠르게 날아가죠. 그래서 해양 생태계에 미치는 영향이 미미해요.”

 
천연가스가 우리에게 오기까지

영상관에서 천연가스를 탐사하고 채굴하는 과정을 본 소중 학생기자단에게 정 요원이 다시 한 번 내용을 설명해줬죠. “천연가스는 탐사·시추·매장 확인·채굴·정제·액화·저장·수송 등의 단계를 거쳐 우리에게 오게 됩니다. 먼저 천연가스가 있는 곳을 찾기 위해 ‘탐사’를 하죠. 지표지질조사를 통해 땅의 나이와 움직임의 흔적 등을 조사해 천연가스가 있을 것 같은 땅을 찾고, 그 지역을 대상으로 탄성파(탄성매질을 통해 탄성 진동의 형태로 전파되는 파동)를 이용해 땅속에 천연가스가 있을 것으로 예상되는 암석층을 조사해요.” ‘탐사’가 끝나면 천연가스가 나는 지역인 가스전에 깊이 구멍을 파는 ‘시추’ 작업을 합니다. 단단한 땅을 파기 위해 비트(Bit)라는 기계를 쓰죠. 비트가 돌아가면서 암석을 뚫고 천연가스가 있는지 보는 ‘매장 확인’을 해요. 천연가스가 매장돼 있으면 뚫은 구멍에 배관을 설치하고 ‘채굴’을 합니다.

 
“가스전에서 채굴된 천연가스는 지상 또는 해상플랫폼에서 공해를 유발할 수 있는 분진·황·질소 등 불순물을 ‘정제’한 후, 배관을 통해 PNG로 공급되거나 가까운 LNG 생산기지로 이동해 -162도 초저온으로 ‘액화’해요.” LNG를 저장하려면 -162도를 유지하는 탱크가 필요합니다. 저장탱크는 거대한 보온병과 같은 이중구조예요. 외부는 강화 콘크리트, 내부는 LNG가 새어 나오지 못하도록 9%니켈강·스테인리스강 등으로 특수 제작된 밀폐형 벽으로 이뤄져 있죠. 외부와 내부 사이에는 단열 특성이 우수한 단열재를 채워 열을 차단해 저장·수송 시 기화하는 걸 막아요.

“천연가스를 어느 나라에서 수입할지 정하는 조건이 궁금해요.” 명성 학생모델이 다시 질문했죠. “한국가스공사는 국민에게 천연가스를 저렴한 가격에 공급하기 위해, 적은 금액으로 LNG를 공급하겠다고 제안하는 국가와 우선적으로 협상하고 있어요. 다만, 지리적·정치적 리스크를 줄이기 위해 특정 지역이나 국가로부터 지나치게 많이 수입하진 않으려고 해요. 메탄의 비율이 높을수록 품질이 좋은(열량이 높은) 천연가스인데, 그런 부분이 고려 대상이 되기도 합니다.” 국제에너지기구(IEA)의 ‘에너지 아틀라스’ 데이터에 따르면 2020년 기준 천연가스 생산 국가 1위는 미국, 2위 러시아, 3위 이란, 4위 중국, 5위 캐나다, 6위 카타르, 7위 호주 순이에요. ‘에너지통계연보’에 따르면 우리나라는 2020년 기준 약 4000만㎘의 천연가스를 수입했어요. 수입국 비중은 카타르 23%(908만7000㎘), 호주 20%(797만6000㎘), 미국 14%(577만5000㎘), 말레이시아 12%(491만9000㎘), 오만 10%(390만㎘), 인도네시아 7%(269만9000㎘) 등의 순으로 나타났죠.

LNG 수송선에 실린 LNG는 각국의 LNG 생산기지(이하 생산기지)에 하역됩니다. 한국가스공사에서는 인천·평택·삼척·통영·제주 등 전국 5개 생산기지에서 이를 저장·기화하죠. 기화된 천연가스는 서울·인천·강원·경기·대전충청·전북·대구경북·부산경남·광주전남 등 전국 9개 지역본부가 전국 5027km 배관망을 통해 발전소와 도시가스사에 공급합니다. 2022년 1월 기준 전국 5개 생산기지에 총 77기(1216만㎘)의 저장탱크가 있으며, 현재 당진 생산기지가 2025년 완공을 목표로 건설 중이죠. “1996년 10월부터 천연가스 생산·공급을 시작한 인천생산기지는 국내 천연가스 수요의 40%를 공급합니다. 육지로부터 5km 떨어진 바다 한가운데에 42만 평을 매립해 조성한 세계 최초의 해상 천연가스 생산기지죠.”  
소중 학생기자단은 가스과학관 전망대에서 엄청난 크기의 저장탱크부터 LNG 수송선이 들어오는 하역부두까지 인천생산기지를 둘러봤어요. 도경 학생기자가 “우리나라는 천연가스를 수입하는데 왜 ‘생산기지’라고 부르나요?”라고 질문했죠. “생산기지에서 ‘생산’은 수입한 LNG를 기화해 재생산한다는 뜻이 담겼어요.”

 
국내 수요 40% 공급하는 인천 LNG 생산기지

가스과학관과 전망대는 누구나 예약 및 관람이 가능하지만, 인천생산기지에 들어가 볼 수는 없습니다. 한국가스공사 인천생산기지에서 허가한 특정 목적이 있는 인원만 버스를 타고 돌아볼 수 있죠. 또한 인천생산기지는 국가보안시설이어서 전망대 관람과 버스 투어 시 사진 촬영을 할 수 없습니다. 소중 학생기자단은 취재를 위해 버스 투어를 할 수 있었죠. 생산기지 내부를 찍지 못해 아쉬워한 것도 잠시, 버스에 타자마자 가까이서 시설들을 볼 수 있다는 것에 기뻐했어요. 버스가 첫 번째로 이동한 곳은 하역부두입니다.

“인천생산기지에는 1하역부두와 2하역부두가 있어요. 1하역부두는 평균 7만5000톤, 2하역부두는 12만5000톤급의 LNG 수송선이 입항하는데 동시 입항이 가능하죠. LNG 수송선이 입항하려면 수심이 13m 이상 돼야 해요. 인천생산기지의 수심은 간조 시 14m, 만조 시 24m인데, 안전을 위해 보통 만조 때 입항해요. 또한 입항 시 엔진 과열로 인한 화재 위험을 예방하기 위해 1km 전방에서 엔진을 꺼야 하죠.” 

명성 학생모델이 “엔진을 끄면 배가 어떻게 들어오나요?”라고 질문했어요. “인천생산기지에는 예인선이 4척 있는데요. 2척은 LNG 수송선 앞에서 끌고, 나머지 2척은 뒤에서 밀어줘요. 출항할 때도 마찬가지죠. 예인선 4척 중 한 척은 국내 최초의 LNG 예인선 ‘송도호’로, LNG를 연료로 써서 대기오염물질 배출 저감 효과가 있어요.” 가까운 동남아시아 국가에서 인천생산기지를 왕복하는 LNG 수송선은 약 보름, 먼 중동 국가에서 왕복하는 LNG 수송선은 한 달 정도 걸려요. 여름철에는 한 달 최대 15척, 겨울철에는 25척까지 들어오죠. LNG를 하역하고 선원 교체 및 생필품을 챙기는 시간 등을 포함해 24시간 부두에 정박해요.

 
다음으로 저장탱크를 둘러봤어요. 인천생산기지에는 10만㎘ 10기, 14만㎘ 2기, 20만㎘ 11기 등 총 23기의 지상식·지중식(지하) 저장탱크(총 348만㎘)가 있는데요. 규모 6~7 강진에도 견딜 수 있게 설계됐죠. 10만㎘ 저장탱크 1기로 수도권 지역에 여름철 3일, 겨울철 하루 공급이 가능해요. 소중 학생기자단이 녹색으로 칠해진, 3기의 지상식 저장탱크를 보고 “크기가 정말 커요”라고 놀라워했죠. “이 3기의 지상식 저장탱크는 2020년 10월 완공된, 가장 최근의 것이에요. 1기당 20만㎘를 저장하고 높이 52m, 직경 84m죠. 내벽은 9%니켈강, 외벽은 두께 1m 특수 콘크리트, 내벽과 외벽 사이는 두께 1m 특수 단열재로 구성돼 있어요.”

 
하원 학생기자가 “저장탱크 바로 옆에 도로가 있어요”라고 말했어요. “저장탱크가 크기 때문에 도로를 설치해, 점검차량이 돌아다니면서 저장탱크 점검을 합니다.” 저장탱크 상단에는 내부 압력 유지를 위한 압력 조절 밸브·장치가 설치돼 있고, 저장탱크 주변에는 불이 나거나 저장탱크가 복사열을 만들었을 때 탱크에 물을 분사하는 장치가 설치돼 있죠. 바닷가에는 연소탑이 있는데요. 저장탱크 내 압력이 기준치 이상으로 높아졌을 때 가스를 빼서 압력을 유지하고, 뺀 가스를 그냥 기화시키지 않고 연소탑으로 옮겨 태워서 안전을 유지해요. 또한 압력과 상관없이 저장탱크 내 조금씩 증발하는 가스를 재액화설비로 보내 다시 사용할 수 있도록 해주는 증발가스압축기도 있죠.

액체인 LNG를 기체로 만들려면 기화기가 필요해요. 크게 해수식기화기·연소식기화기·공기식기화기가 있죠. 소중 학생기자단은 버스 안에서 해수식기화기를 볼 수 있었어요. “해수식기화기는 바닷물의 열을 이용해 LNG를 기체로 만드는 설비예요. 연소식기화기는 혹한기 바닷물의 온도가 낮아져 기화가 더딜 경우 천연가스로 데운 바닷물로 LNG를 기화합니다. 천연가스 수요량이 많은 겨울철엔 해수식과 연소식기화기를 동시 가동해요. 공기식기화기는 공기를 열원으로 사용해 LNG를 기화하는데, 제주생산기지에서 운영하죠.”

 
이외에도 소중 학생기자단은 24시간 운영하는 인천생산기지 내 소방서, 생산기지 설비 유지·보수 업무를 맡은 가스기술공사, 모든 설비를 최첨단 원격 감시 시스템으로 24시간 모니터링하는 기지조정실, 국산 저장탱크 및 액화 기술을 만들고 미래산업 대체에너지를 연구하는 가스연구원 등을 둘러봤습니다. “천연가스는 무색무취인데요. 전국 배관망으로 내보내기 전에 양파·마늘 썩는 냄새가 나는 부취제라는 약품을 일부러 넣어 사용 시 가스가 새는지 안 새는지 알 수 있게 하죠. 이를 통해 여러분이 안전하게 천연가스를 사용할 수 있답니다.”