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2017년 11월 18일 토요일

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독도 주변수역의 미래형 광물자원

독도 주변수역의 미래형 광물자원

세계적으로 가까운 장래에 다가올 화석에너지 자원(석유·천연가스 등)의 고갈에 대비해 선진 각국은 자국 해양의 배타적 경제수역(EEZ) 내에서 신자원 개발에 박차를 가하고 있다. 그 중 중요한 비재래식 미래형 에너지자원인 해저 메탄수화물은 메탄이나 에탄 등 저분자가스가 어떤 온도·압력조건하에서 물분자와 결합해 형성되는 결빙상태의 고체물질로, 메탄수화물 1m3에는 메탄가스가 164 가 농축돼 있으며, 특히 심해환경 같은 고압하에서는 0  이상의 온도에서도 안정하게 존재하는 것이 특징이다. 또한 메탄수화물층의 투과성은 현저히 낮기 때문에 덮개암의 역할을 하여 그 하부에 유리(游離)가스의 저류층이 존재 가능한 것도 주목할 만한 일이다.

메탄수화물의 기원은 두 가지로 설명될 수 있는데, 첫 번째는 해저 미생물의 발효에 의해 발생되는 생물분해 기원과, 두 번째는 가스와 생물의 유해가 지층 속에서 열과 압력을 받아 발생되는 열분해 기원이다. 전 세계적으로 가스수화물이 부존된 지역에서 심해 시추자료에 의해 확인된 천연가스 수화물의 대부분은 생물분해에 의해 형성되는데, 이는 박테리아가 생물의 유해를 분해시키고 메탄가스를 분비해 물분자와 결합하여 수화물을 형성하게 되는 것이다. 따라서 유기물의 유해가 풍부하고 이들 물질이 산화되기 전에 빠른 퇴적작용이 일어나는 환경에서 메탄수화물의 생성이 용이하다.

우리는 가스가 보통 기체상태로 존재하고, 천연가스의 경우에는 섭씨 영하 162  정도에서 액체로 존재하는 것으로 알고 있는데, 영하 10  정도에서 안정된 얼음 형태로 존재하는 메탄수화물에 대해서도 깊은 관심을 가질 필요가 있다. 실제로 해저에서 메탄수화물이 안정되게 얼음과도 같은 결빙상태의 고체물질로 존재하기 위해서는 저온·고압의 조건이 이루어져야 한다. 즉 0 에서는 26기압, 10 에서는 78기압이 필요하므로 해저 온도가 0 일 때는 260m 이상의 수심이, 10 일 때는 780m 이상의 수심이 필요하다. 그리고 지층 심도가 2,000m를 넘어서면 지온의 증가로 인해 수화물이 형성되지 못하는 것으로 알려져 있다. 따라서 메탄수화물이 안정되게 존재하기 적합한 지형은 영구 동토지역이나 심해저 하부 퇴적층으로 온도·압력의 평형이 이루어진 영역이라고 할 수 있다.

메탄수화물은 95% 이상이 메탄으로 이루어져 열량이 우수하며 연소시 천연가스와 알코올보다도 적은 이산화탄소의 발생으로 다른 화석연료에 비해 공해를 크게 감소시키는 효과가 있다. 예를 들면 단위칼로리당 발생하는 이산화탄소의 양을 천연가스가 1이라 할 때 석유는 1.4배, 석탄은 2배 발생시킨다.

가스수화물의 존재는 이미 100년 전 프랑스에서 실험실적으로 알려졌지만, 자연상태에서 발견된 것은 1930년대에 천연가스 생산파이프가 막히는 원인의 물질이 메탄수화물이란 것을 알았고, 1967년에는 시베리아의 동토대에서 채취·확인했다. 지구 표면의 약 71%에 해당하는 해양에는 미래의 신에너지자원인 메탄수화물 자원이 막대하게 매장돼 있다. 지금까지 밝혀진 세계의 총매장량은 약 1,650조m3로, 이는 1993년에 확인된 재래형 천연가스의 확인 매장량 138조m3의 12배에 해당되는 양이다.

수화물의 분포는 일반적으로 석유나 천연가스와 달리 덮개암 없이도 집적이 가능하므로 매우 다양한 형태로 나타난다. 특히 심해저 메탄수화물의 경우 일반적으로 심해저 천부층에서부터도 존재하기 때문에 전 세계적으로 매우 광범위하게 분포하고 있다. 특히 메탄수화물은 북극을 중심으로 한 알래스카, 캐나다, 시베리아, 노르웨이뿐만 아니라 동토대 지역 육상과 알라스카 주변해, 미국 동서부, 멕시코만, 일본 근해, 인도 근해 및 흑해 등 500m 이하의 심해저 퇴적층에서 대량 발견되고 있다. 메탄수화물층은 또한 매우 낮은 투수율을 가지므로 하부에 존재하는 석유 혹은 천연가스의 방출을 억제하는 좋은 덮개 역할을 하기도 한다.

우리나라 동해에서 메탄수화물의 존재는 1992년 동해에서 실시한 한국·러시아 국제공동 지구물리 탐사를 통해 러시아의 오호츠크해와 유사한 지질구조 특성과 함께 그 존재 가능성이 처음으로 확인됐으며, 일본 주변해역에서도 막대한 양의 메탄수화물이 매장돼 있음이 확인됐다. 한국 동해의 울릉분지 주변해역은 해저수온이 0~1 , 지온구배는 37∼39 /㎞, 해양퇴적물의 열수치는 2.35HFU(heat flow unit)이고, 코아 퇴적물로부터 측정된 평균 유기탄소 함유량은 2~3%로 충분히 메탄을 함유하고 있으므로 가스수화물의 부존이 가능한 환경이다.

또한 간접적인 지질학적 증거로는 울릉분지의 퇴적물을 불안정하게 하는 해저사태와 같은 것의 원인이 메탄수화물의 방출에 의한 것으로 추정되고 있다. 또한 지구 물리탐사 자료로부터 가스분출에 의해 해저면이 움푹 파인 형태로 나타나는 폭마크(pock mark)로 추정되는 것도 여러 곳에서 관측된 바 있다. 그리고 90년대 말 동해 대륙붕, 대륙사면과 울릉분지 내에서 획득한 심부 탄성파자료와 코아자료로부터 메탄수화물의 존재 가능성을 확인했다. 특히 탄성파 기록에서는 메탄수화물의 존재를 시사하는 강한 반사면을 확인했다. 그리고 시추시료에서 메탄수화물로부터 이동한 표층가스에 의한 가스맥의 발견과 시추 퇴적물의 팽창 등을 관측했다.

현재 우리나라의 메탄수화물 자원 탐사능력은 탐사 전문가, 탐사장비의 대부분이 확보돼 국내 기술수준에 의한 탐사가 가능하게 됐다. 그러나 현재 실질적이고 체계적인 정밀연구가 뒤따르지 않고 있는 실정이다. 그러므로 에너지자원이 빈약한 우리나라에서는 시급히 메탄수화물에 대한 각 분야 전문가로 구성된 전문팀을 구성해 선진국에서 유출을 꺼리는 자료의 확보는 물론이고, 미국, 러시아, 일본 등과 연계해서 기초적이고 체계적인 연구활동을 벌임으로써 우리 자체의 기술수준을 향상시키고 자체의 탐사·검층·회수·생산기술을 확보함으로써 21세기 미래형 신자원 확보에 총력을 펼쳐야 할 것이다.
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