Update2024.05.02 (목)
셰일가스, ‘가스화학’ 시대를 연다
■화학원료, 가스비중 확대 가속
미국에서는 2006년 셰일가스 개발이 본격화 된 이후 석유화학산업은 저렴한 원료를 바탕으로 이미 부흥기에 진입했다, 즉 타 지역에서는 고유가로 인해 수익성이 크게 악화된 반면, 북미 지역에서의 석유화학산업체들은 기존의 나프타 대신 가스원료로 전환함으로써 원가를 하락시킬 수 있었다. 에틸렌 생산원가가 북미에서는 2005년 580달러/톤에서 2010년에는 510달러/톤으로 개선된 반면, 동북아 지역에서는 2005년 190달러/톤에서 2010년에는 고유가로 인해 560달러/톤까지 크게 증가한 것이다. 기존 나프타 원료를 가스원료로 대체함에 따라 파산신청까지 했던 리온델바젤은 2010년 순이익이 100억달러를 상회하는 흑자로 전환될 수 있었다. 또한 미국내에서는 그간 경기침체로 말미암아 중단되었던 신규 설비투자도 확대되는 추세를 나타내고 있다.
이처럼 향후 석유화학산업은 가스원료 설비 중심으로 점진적으로 전환될 전망이다. 이미 중동과 북미의 에틸렌 공장은 가스원료 설비 중심으로 전환되었으나(85~90%), 우리나라를 포함해 중국과 동북아 지역은 아직도 나프타 원료설비가 대부분을 차지하고 있는 실정이다. 그러나 향후 북미의 셰일가스 도입이 늘어나는 추세와 에탄과의 상대적인 가격 차이에 따라 가스원료 설비는 증가될 것으로 예상되며, 중국의 셰일가스 생산이 본격화 될 것으로 예상되는 2020년을 전후해서는 가스 원료 설비의 비중도 크게 증가할 것으로 전망 된다.
■수소 수요·가격 상승에 셰일가스 ‘주목’
일반적으로 수소는 미래의 청정 에너지원으로서 인식되고 있다. 그러나 현실적으로 아직까지는 수소가 에너지원으로 사용되는 예는 거의 없는 상황이다. 다만 연료전지의 경우 도시가스를 원료로 하여 시스템 내부에 설치되어 있는 개질기(Reformer)에서 수소를 추출하여 발전하고 있는 정도이다.
미래의 청정에너지로서의 수소에 대한 일반적인 인식과는 달리 실제로는 현재 산업용으로 주로 쓰이고 있는 상황이다. 현재 수소시장에 대한 일반적인 사업 밸류체인(Value Chain)을 살펴보면 석유정제(나프타 크래킹) 공정에서 발생되는 부생수소를 수소전문회사가 정제하여 고순도 수소를 제조하고 이를 배관(대용량 인근 수요처, 90%)이나 트레일러(중소용량, 10%)를 이용하여 석유화학, 반도체, LED, 전자재료, 열처리, 식품 등의 산업체에 공급하고 있다. 2010년을 기준으로 국내 수소시장의 규모는 14억㎥로 파악되고 있다. 그러나 최근 수소시장에 수급을 불안정하게 만들고 가격을 상승시키는 몇가지 요인이 발생하고 있다.
북미 석화업체, 저가 가스원료 전환
수소價 상승, 천연가스 개질 ‘부상’
첫번째 요인으로서 우선 석유정제고도화시설의 증가이다. 석유 정제는 크게 단순 정제와 고도화 정제로 분리하여 생각할 수 있는데 기존의 단순 정제는 통상 원유를 섭씨 340도 이상으로 가열해 원유에 포함된 성분들의 끓는점 차이를 이용(상압증류방식)하여 프로판, 부탄, 나프타, 등유, 경유, 아스팔트, 벙커C유 등의 석유제품을 생산하는 방식이다. 이 때 고유황 벙커C유가 40~50% 정도 나오게 되는데 고유황 벙커C유는 유황성분이 많고 효율이 낮아 경제성이 떨어진다. 이러한 고유황 벙커C유를 원료도 다시 가공, 분해, 탈황 등의 공정을 통해 휘발유, 등유, 경유, 저유황 벙커C유를 생산하는 공정이 고도화 정제 공정이다. 이 고도화 정제공정은 수소와 촉매를 이용해 고유황 벙커C유에 화학반응을 일으키게 된다. 즉 기존의 단순정제시에는 나프타개질공정에서 부생수소가 발생하여 이를 다시 정제하여 다른 수소 소요처에 공급원으로서의 역할을 하였다면, 고도화 정제공정은 오히려 수소를 투입하여야 하는 공정이다. 즉, 고도화 정제공정의 증가는 기존의 부생수소의 생산량은 줄면서 오히려 수소의 수요는 늘리는 결과를 가져와 수소 수급 측면에서는 불안정성을 증가시키고 수소가격을 증가시키는 요인이 된다.
두번째 요인으로서는 수소를 생산공정에 사용하는 산업의 성장에 따른 수소 수요량 증가이다. 태양전지, 디스플레이 산업의 발달로 인한 폴리실리콘, LED의 수요가 증가하면서 이와 함께 제조공정용 수소의 수요도 함께 증가하고 있는 상황이다. LED 산업의 경우 2018년까지 평균 104%의 높은 성장률이 예상되고 있으며, 폴리실리콘의 경우 2015년까지 평균 27%의 성장률을 기록할 것으로 예상되고 있어 앞으로도 수소 수요량은 지속적으로 증가할 것으로 판단된다.
세번째 요인으로서는 고유가에 따른 운송비 증가이다. 앞서 기술하였듯이 부생수소는 주로 배관을 이용하여 인근 화학산업단지에 대용량으로 공급되고 있고, 상대적으로 중부권과 수도권의 경우 튜브트레일러로 운반하여 중소용량 수요처에 공급하고 있는 실정이다. 따라서 고유가로 인해 튜브트레일러 운송비가 증가함에 따라 그 증가분이 고스란히 수소 가격에 반영되어 수소 가격 인상의 요인으로 작용하고 있다.
상기와 같은 요인으로 인한 수소의 수급불안과 가격상승으로 인해 최근 새로운 사업모델이 부각되고 있다. 즉, 수소수요처 인근에 천연가스를 원료로 하여 수소를 제조하여 공급하는 사업이다.
일반적으로 천연가스 개질(Reforming)을 통한 수소제조는 비교적 고가의 제조 시스템과 기존 부생수소 대비 경제성이 부족했던 천연가스 단가로 인해 특수용도 외에는 시장에서 경쟁력이 부족하였다. 그러나 최근 수소의 수급불안과 가격변동이 심화되면서 수소 공급의 대안으로서 다시 재조명 받고 있다. 이미 수십년 동안 상업화 운전을 해온만큼 기술적으로 성숙단계이므로 향후 천연가스의 지속적인 가격 안정화와 제조시스템의 저가화가 이루어진다면 계속 성장하고 있는 수소시장에서의 한 축을 담당할 수 있을 것으로 예상된다. 특히 수송 분야에서 언급한 HCNG(수소혼합천연가스)의 보급이 원활하게 이루어진다면 수소 공급용 천연가스의 역할은 더욱 더 커질 것으로 기대된다.
