▲CO₂ 주입 원유 회수 증진 기술(CO₂ Enhanced Oil Recovery)의 개요. (자료=미국 에너지부)
기름이 고갈돼 가는 노후 유전에 이산화탄소(CO₂)를 집어넣어 남은 원유를 더 뽑아내는 기술이 다시 주목받고 있다. 원유를 추가로 생산하면서 CO₂를 지하에 저장할 수 있다는 점에서 ‘저탄소 석유’의 가능성까지 제기된다.
하지만 추가로 채굴한 석유를 태울 때 발생할 온실가스까지 생각하면 이것이 기후변화의 근본적인 해법이 될 수 있는지는 여전히 논란이다.
미국 휴스턴대 에너지 분야 연구진은 최근 ‘노후 유전의 재활성화: CO₂-EOR의 기회와 과제 (Revitalization of Mature Oil Fields: Opportunities and Challenges of CO₂-EOR)’라는 제목의 백서를 통해 미국 노후 유전의 재개발 가능성을 집중적으로 분석했다. CO₂-EOR는 CO₂ 주입 원유 회수 증진 기술 (CO₂ Enhanced Oil Recovery)을 말한다.
◇남은 석유 4140억 배럴…1370억 배럴은 추가 생산 가능
백서에 따르면 미국의 기존 재래식 유전에는 지금까지 생산되지 않은 원유가 약 4140억 배럴 남아 있다. 이 가운데 CO₂-EOR 기술 적용에 기술적으로 유리한 자원이 2840억 배럴, 실제 회수가 가능한 자원이 약 1370억 배럴에 이르는 것으로 추정됐다.
CO₂-EOR은 고압의 CO₂를 유전에 주입해 원유의 점도를 낮추고 유층의 압력을 유지하면서 지하에 남아 있는 원유를 생산하는 방식이다. 생산 과정에서 회수된 CO₂는 다시 분리해 주입할 수 있다.
기술 자체가 새로운 것도 아니다. 백서가 소개한 텍사스 새크록(SACROC) 유전은 1974년부터 CO₂-EOR을 시작했고 7500만t 이상의 CO₂를 지하에 저장했다. 콜로라도 랭글리 유전도 1986년부터 2200만t을 저장했다. 캐나다 웨이번 유전에서는 2001년부터 3000만t 이상이 저장됐다. 백서는 이들 사업에서 장기간 모니터링 결과 누출이 매우 적었거나 보고되지 않았다는 점을 근거로 노후 유전을 활용한 장기 CO₂ 저장이 가능하다고 평가한다.
◇문제는 CO₂도 ‘실어 나르는 상품’이라는 것
그러나 CO₂-EOR은 단순히 ‘버려질 CO₂를 유정에 넣는 기술’이 아니다. CO₂를 포집한 뒤 압축하고 유전까지 운송할 인프라가 필요하다. 주입시설과 생산 과정에서 회수된 CO₂를 다시 압축·재순환하는 시설도 필요하다.
백서가 사례로 든 와이오밍주 솔트크리크 유전은 CO₂-EOR을 위해 약 200㎞의 CO₂ 파이프라인을 건설했다. 1000개가 넘는 유정의 상태를 조사하고 기록에 없던 유정까지 찾아냈고, 지상 생산시설도 재건해야 했다. 그 결과 5600만 배럴 이상의 추가 원유를 생산하고 3200만t 이상의 CO₂를 저장했다.
이처럼 CO₂-EOR의 경제성을 평가할 때는 석유 생산량만 볼 수 없다. CO₂ 포집·압축·운송·주입·재순환과 유정 보수에 들어가는 비용까지 모두 계산해야 한다.
백서 역시 포집과 운송, 유전 재개발, 운영, 탄소 모니터링·검증(MMV), 세액공제 등을 사업성의 핵심 변수로 꼽는다.
◇노후 유정은 ‘탄소 저장고’이면서 잠재적 누출 통로
특히 오래된 유정은 CO₂ 저장의 아킬레스건이다. 과거에 건설된 유정의 시멘트와 케이싱이 현재의 저장 기준을 충족하지 못할 수 있기 때문이다.
백서가 인용한 연구에서는 캐나다 앨버타의 31만6439개 유정을 조사한 결과 4.6%에서 시멘트 부족, 부식, 케이싱 파손, 유정 누출 등 누출 위험이 확인됐다. CO₂가 지하수나 지층수와 만나 탄산이 되면 기존 포틀랜드 시멘트의 성능을 저하시켜 미세한 틈을 넓힐 가능성도 있다.
따라서 유정 상태 조사, 재시공, 압력시험, 지속적인 모니터링 등이 필요하다.
백서는 2024년 미국 일리노이주 ADM 디케이터 저장시설에서 잠재적인 유체 누출이 발견돼 작업이 중단된 사례도 소개했다. 기존 유정을 CO₂ 저장에 재활용하는 것이 가능하더라도 장기간 안전성을 별도로 검증해야 한다는 의미다.
◇’저탄소 석유’이지 ‘탄소중립 석유’는 아니다
CO₂-EOR의 가장 큰 논쟁거리는 결국 이것이다. CO₂를 지하에 저장했다고 해서 그 원유가 탄소중립이 되는 것은 아니다.
CO₂-EOR은 생산 과정에서 CO₂를 저장함으로써 원유 1배럴당 탄소집약도를 낮출 가능성이 있다.
그러나 추가로 생산한 원유가 정유되고 자동차나 선박, 항공기 등에서 연료로 사용되면 탄소는 다시 대기로 배출된다. 액체 상태의 고밀도 탄소인 원유를 빼내고 기체 상태의 저밀도 탄소인 CO₂를 저장한다면, 땅속에 묻힌 탄소의 양은 줄어들기 마련이다.
따라서 생산 과정의 탄소집약도가 낮아지는 것과 전 과정에서 온실가스 순배출이 없어지는 것은 전혀 다른 문제다. CO₂-EOR을 ‘탄소중립 석유’라고 부르는 데 신중해야 하는 이유다.
백서 역시 경제성의 핵심이 결국 추가 석유 생산에 따른 수익이라고 인정한다.
휴스턴대의 경제모델에서는 유가와 추가 원유 생산성이 사업 순현재가치(NPV)에 가장 큰 영향을 미쳤고, 45Q 세액공제 등 정책 지원도 중요한 변수로 나타났다.
NPV는 사업에 앞으로 발생할 현금 흐름을 현재 가치로 환산한 뒤 초기 투자비용을 뺀 금액으로, 0보다 크면 경제성이 있다고 판단할 수 있다. 45Q 세액공제는 미국의 ‘내국세법(Internal Revenue Code)’ 45Q 조항에 따라 포집·저장하거나 활용하는 이산화탄소 1t당 일정 금액을 세금에서 공제해주는 제도를 말한다.
◇한국의 고민과 선택: ‘어떤’ 미국산 원유를 살 것인가
에너지 안보와 대외 통상 압력 속에서 한국은 미국산 원유와 천연가스 등 화석연료 구매를 늘려야 하는 현실적인 상황을 마주하고 있다. 이 과정에서 단순히 수입량을 채우는 수준을 넘어, ‘어떤 미국산 원유를 선택할 것인가’를 고민할 필요도 있다.
미국산 원유라고 해서 모두 동일한 탄소발자국을 가지는 것은 아니기 때문이다. 수압파쇄를 거친 셰일오일인지, 기존 노후 유전에 CO₂를 주입해 생산한 CO₂-EOR 원유인지, 혹은 생산 공정에서 메탄 누출과 플레어링(Flaring)을 얼마나 통제했는지에 따라 원유의 탄소집약도(Carbon Intensity, CI)는 큰 차이를 보인다.
따라서 국내 정유업계는 단순히 ‘가격과 품질’이라는 전통적 거래 기준을 넘어, 생산부터 수송에 이르는 전 과정평가(LCA) 기반의 탄소집약도를 비교·검토하는 ‘기후 연계형 원유 조달 체계’를 선제적으로 구축할 필요가 있다. 원유 1배럴이 생산되어 최종 소비되기까지 대기 중으로 방출되는 전 주기적 온실가스의 총량을 따져봐야 한다는 얘기다.
CO₂-EOR 원유라 할지라도 포집원의 성격(산업용 포집 또는 직접 공기 포집), 압축·운송 과정의 배출량, 지중 격리의 안전성과 영구성 등을 철저히 검증해야만 ‘그린워싱’ 논란을 피할 수 있다.
한편, CO₂-EOR 원유가 다른 원유보다 가격이 높지 않을까 하는 우려도 없지 않다. 하지만 생산 과정에서 발생하는 세액 공제 혜택과 글로벌 환경 규제에 따른 ‘소비 단계의 징벌적 탄소 비용’을 종합적으로 고려할 때, 실질적인 경제성은 오히려 다른 원유보다 우수할 수도 있다.
◇LCA, 대미 에너지 협상의 강력한 외교적 카드
이러한 LCA 기반의 엄격한 탄소 검증 기준은 단순한 환경적 규제를 넘어 미국과의 통상 및 에너지 협상에서 강력한 실리적 카드가 될 수도 있다.
미국의 에너지 수출 확대 요구를 수용하면서도, “우리는 탄소발자국이 가장 낮은 친환경 원유를 우선 구매하겠다”는 명분을 선제적으로 제시하자는 것이다. 이는 기후 변화 대응이라는 글로벌 환경 규범에 부합하면서도, 미국의 통상 압박을 유연하게 받아치는 세련된 무역 외교 전략이 될 수 있다.
동시에, 미국 현지 생산기업들로 하여금 메탄 누출을 차단하고, 공정 효율을 개선하며, 포집한 이산화탄소를 지하에 더 안전하게 지중 격리하도록 강력한 시장 압박과 유인을 제공하는 일석이조의 효과도 거둘 수 있다.
CO₂-EOR 기술이 화석연료 소비 자체를 원천적으로 종식하는 근본적인 기후 해법으로 볼 수 없다. 오히려 막대한 사회적·기술적 비용을 투입해 석유 생산 수명을 인위적으로 연장한다는 기후 진영의 거센 비판도 존재한다.
그러나 완전한 무탄소 에너지 전환에 도달하기 전까지 화석연료 수입을 당장 멈추기 어려운 것이 우리의 현실이라면, ‘가장 탄소 배출이 적은 화석연료를 지혜롭게 선택하는 것’ 또한 현실적이고 강력한 기후 에너지 정책이 될 수 있다.
강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr
