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- 시스템은 평균적으로 메탄의 91%만 이산화탄소로 연소시켜
- 임박한 과압을 피하기 위해 때때로 안전상의 이유로 발생
- 유전에서 부산물로 발생하는 천연가스는 처리, 운송할 가치 없어 일상적으로 소각
- 플레어링으로 인해 2020년에만 전 세계적으로 8백만 톤의 메탄 방출돼

천연 가스: 과소 평가된 플레어링의 기후 영향
Flaring은 업계 추정치보다 5배 더 많은 메탄을 방출한다.

과소평가된 배출량:
불과 몇 주 전에 러시아 공장에서 증가하는 천연가스 연소가 헤드라인을 장식했다. 최근 한 연구에 따르면 석유와 가스 산업에 널리 퍼져 있는 이러한 "플레어링"이 이전에 생각했던 것보다 기후에 훨씬 더 해롭다. 이러한 시스템은 평균적으로 메탄의 91%만 이산화탄소로 연소시키기 때문에 이 시스템 중 일부는 연소 없이도 강력한 온실가스를 방출한다. 연구자들이 Science에 보고한 바와 같이 미국에서만 가정한 것보다 5배 더 많은 메탄이 플레어링에서 방출된다. 

▲ 전 세계적으로 과잉 천연 가스는 안전상의 이유로 또는 이전에는 분리하여 운송하는 것보다 저렴했기 때문에 석유 및 가스 생산에서 연소되고 있다. © DigitalVision/게티 이미지

사실 천연가스는 우크라이나 전쟁이 발발한 이후 전 세계적으로 공급이 부족했고, 비러시아 매장지에서 나오는 액화 가스와 파이프라인 가스에 대한 수요가 급증했다. 그럼에도 불구하고 석유와 가스 산업에서는 많은 양의 천연가스를 연소시키는 것이 여전히 일반적인 관행이다. 이것은 임박한 과압을 피하기 위해 때때로 안전상의 이유로 발생한다. 그러나 유전에서 부산물로 발생하는 천연가스는 처리 및 운송할 가치가 없기 때문에 일상적으로 소각된다.

굴뚝을 찾아 분석

2022년 8월 말, 러시아 포르토바야 압축기 스테이션에서 증가하는 천연가스 폭발도 소동을 일으켰다. 이 시설은 Nord Stream 1 파이프라인의 시작 부분에 위치하지만 액화 천연가스 생산 공장도 포함한다. 추정에 따르면 Gazprom은 그곳에서 매일 400만 입방미터 이상의 천연가스를 태웠다. 이는 소위 "플레어링(flaring)"의 경우보다 훨씬 더 많은 양이다. 세계은행에 따르면 매년 전 세계적으로 1400억 입방미터 이상의 메탄이 방출된다.

문제:
메탄은 CO2보다 대기에서 수명이 짧은 강력한 온실가스이지만 기후에 20~30배 더 큰 영향을 미친다. 이러한 기후 손상 효과를 최소한 줄이기 위해 천연가스는 연소 중에 태워져 CO2를 형성한다. 석유와 가스 산업에 따르면 연소 효율은 규정에 따라 플레어링이 수행되는 경우 98% 이상이다.

천연가스 연소는 얼마나 "깨끗한" 것일까?

▲ 메탄은 연소될 때 이산화탄소로 전환되어 온실 효과를 최소한 약간 감소시킨다. © lanolan/ 게티 이미지

그러나 지금 명백한 바와 같이 플레어 시스템의 상당 부분이 업계에서 말하는 것만큼 효율적이지 않다. 연구를 위해 University of Michigan의 Genevieve Plant와 팀은 미국 3대 가스 와 석유 생산 지역인 텍사스의 Permian 및 Eagle Ford 광상과 노스 캐롤라이나의 Bakken 유전의 예를 사용해 천연가스 플레어링을 조사했다. 이 시설들은 함께 미국 플레어링의 80%를 담당한다.

과학자들은 2020년과 2021년에 이 지역에서 300개 이상의 플레어를 통해 측정 비행을 수행하고 방출된 CO2 및 메탄의 양을 결정했다. 두 값을 비교해 방출된 메탄의 양이 플레어링에 의해 CO2로 전환되는 양을 계산할 수 있었다. "플레어가 제대로 작동한다면 큰 이산화탄소 피크와 비교적 낮은 메탄 값을 측정해야 한다"고 Plant는 설명했다.

메탄의 9%가 타지 않고 빠져나가

그러나 평가 결과 다른 것이 밝혀졌다. 측정에 따르면 플레어 시스템의 상당 부분이 비효율적으로 작동하고 메탄의 일부만 연소해 CO2를 형성한다는 사실이 밝혀졌다. 일부 공장에서는 메탄 제거율이 60%에 불과했다. 연소되지 않은 상태에서 빠져나가는 메탄의 비율은 그에 상응하여 높다. "우리는 이 세 곳의 퇴적물에서 연소 플레어의 메탄 배출 속도를 연간 27만 톤으로 추정한다"고 연구원들은 보고했다.

그러한 많은 통풍구는 때때로 전혀 타지 않아 천연가스를 대기 중으로 직접 방출한다. 조사한 지역에서 활활 타오르는 굴뚝의 3~5%가 측정 비행에서 보여주듯 꺼지거나 불이 켜지지 않았다. 그 결과, 연소되지 않은 메탄이 이러한 시스템에서 빠져나갔다. "이러한 타지 않는 플레어를 포함하면 이 지역의 메탄 배출량이 연간 49만 톤의 메탄으로 증가한다"고 팀이 말했다.

Plant와 그녀의 동료들이 결정한 바와 같이 전체적으로 천연가스 연소의 효율성은 91.2%에 불과하다. "이는 가스 및 석유 산업에서 보고한 98%보다 상당히 낮은 수치다"고 그들은 지적한다.

예상보다 5배 높은 배출량

이것이 의미하는 것은, 미국에서만 천연가스의 연소로 인해 이전에 생각했던 것보다 5배 더 많은 메탄이 방출된다. 미국의 총 메탄 배출량의 4~10%가 플레어링 때문일 수 있다. Plant의 동료 Eric Kort는 "이것은 이전에 과소평가되었던 메탄 발생원에 대한 정보를 제공한다"고 말했다. "현재 조사 및 추정치에서 기록된 것보다 훨씬 더 많은 메탄이 대기로 방출되고 있다.”

연구원들에 따르면, 상황이 다른 나라에서도 유사하게 보일 것이라는 점을 배제할 수는 없다. 천연가스의 발화는 다른 엄격한 규정이 적용되는 경우에도 대부분의 석유와 가스 생산 지역에서 발생한다. 국제 에너지 기구(IEA)는 현재 플레어링으로 인한 메탄 배출량이 전 세계적으로 더 높을 것이라고 가정하고 있다. 플레어링으로 인해 2020년에만 전 세계적으로 8백만 톤의 메탄이 방출될 것으로 추정된다.

피할 수 있는 기후 피해

연간 거의 4억 톤에 달하는 총 인위적 메탄 배출량과 비교할 때 이것은 많지 않은 것처럼 보일 수 있지만 피할 수 있고 또한 낭비다. "이 메탄 배출원은 쉽게 해결할 수 있다"고 Plant는 말했다. 한편으로는 시스템의 모니터링 및 유지 관리가 개선되어야 한다. 반면에 석유 산업은 천연가스를 단순히 태우는 대신 지속적으로 가로채서 계속 사용해야 한다.

예를 들어 노르웨이는 이것이 어떻게 작동하는지 보여준. 그곳에서 석유를 생산하는 동안 천연가스는 비상시에만 연소된다. 석유로 생산되는 천연가스의 99%가 분리되어 재사용된다.
(Science, 2022; doi:10.1126/science.abq0385)
출처: Science, University of Michigan

[더사이언스플러스=문광주 기자] "Green Soul, Beautiful Science"

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