루틴 플레어링

Routine flaring
남중국해 베트남 앞바다의 원유 채굴장에서 생산 플라잉.

생산 플레어링이라고도 알려진 일상적인 플레어링은 원유 추출 중에 원치 않는 대량의 관련 석유 가스(APG)를 처리하는 방법이자 현재 관행이다. 이 가스는 먼저 유정 하류의 액체와 고형물로부터 분리되었다가 플레어 스택으로 방출되어 지구의 대기(보통 개방된 확산 불꽃에서)로 연소된다. 수행되는 경우, 원하지 않는 가스(대부분 메탄이 지배하는 천연가스)는 수익성이 없는 것으로 간주되어 좌초된 가스, 플레어 가스 또는 단순히 "폐기물 가스"라고 칭할 수 있다. 일상적인플레어링은 안전 플레어링, 유지보수 플레어링 또는 더 짧은 기간 또는 더 적은 양의 가스 폐기로 특징지어지는 플레어링 관행과 혼동해서는안 된다.[1]:1[2]

1450억 입방미터(5조 입방피트)가 넘는 천연가스가 2018년 한 해 동안 전세계적으로 폭발한 것으로 추정된다.[3] 이 중 대다수는 수천 개의 우물 부지에서 일상적으로 APG를 터뜨렸으며, 남미와 중미의 천연가스 사용량에 해당하는 폐기물이다. 2014년 이후 가장 많은 7명의 실무자는 러시아, 이라크, 이란, 미국, 알제리, 베네수엘라, 나이지리아 등이다.[4] 러시아의 외딴 지역에서의 활동이 가장 큰데, 정치적 갈등이 다른 나라들의 수준을 끌어올리고 있다. 미국은 2018년 세계 총액의 거의 10%를 기부했다.[5]

일상적인 플레어링은 의도적인 가스 배출 및 의도하지 않은 도망 가스 배출과 함께 심각한 부정적인 결과를 초래한다. 일차 자원의 낭비는 현재의 경제적 또는 미래의 부의 이익을 제공하지 않는 동시에, 온실 가스 및 기타 생물권의 해로운 오염물질의 축적을 통해 부채를 창출한다.[6][7] 예측 가능한 미래에 석유와 가스 사용이 증가한다는 대부분의 예측이 있는 가운데, 2002년 세계은행은 낭비적인 관행을 그만둘 목적으로 민관 협력인 GGFRP(Global Gas Flaring Reduction Partnership)를 출범시켰다.[8] 2015년에는 32개국, 37개 기업, 15개 은행기관이 2019년 말까지 보증한 2030년까지 제로 루틴 플레어링을 추가로 출범시켰다.[9] 미국에 기반을 둔 지지자들은 미국 연방정부, 캘리포니아 주, 세계은행이었다. 1996~2018년 전 세계 자료에 따르면 가스 폭발량이 10% 감소한 반면 석유 생산량은 40%[10] 증가했다.

원인들

노스다코타 주의 한 시골 원유 추출 현장의 생산 플레어링(이미지 센터)
텍사스 남동부를 가로지르는 일상적 비행의 광범위한 관행을 포착한 우주에서의 밤 이미지. 아래쪽 중앙에서 위와 왼쪽으로 뻗어 있는 산재된 광선의 넓은 호는 샌안토니오 남쪽 이글 포드 그룹의 시골 유정에서 나온 수백 개의 가스 플레어로 정의된다. 2015년 2월 국제우주정거장에서 찍은 이미지.

APG의 일상적인 플레어링과 배기는 1850년대 후반에 최초의 유정이 상업화된 이후 실행되어 왔다. 액체 탄화수소와 가스 탄화수소는 질량별로 에너지 밀도가 유사하지만, 액체 연료의 부피에 따른 에너지 함량 1000배는 저장과 수송을 더 경제적으로 만든다.[11] 석유 가스의 이 상대적인 단점을 극복하기 위한 광범위한 수단이 지난 수십 년 안에 실현되었다. 예를 들어, 지역 수집 및 유통 네트워크와 연결된 대륙횡단 가스 파이프라인은 현재 전 세계로 퍼져 있다.[12] Wellpad에서 APG를 액체 또는 압축 연료로 처리하는 FGRS(Flear Gas Recovery Systems)도 점점 더 이동성이 높아지고 기능이 다양해지고 있다.[1]: 50

현대에 있어서 APG의 낭비로 이어지는 의사결정 과정은 지역 상황에 크게 좌우된다. 일반적으로 의사결정자의 단기 재무 및 리스크 관리 목표가 결과를 결정한다. 플레어링 및 환기 활동에 대한 어떤 형태의 허용 또는 기타 규제는 대부분의 관할구역에 존재하지만 세부사항은 매우 다양하다.[1]: 20 [13]: 7 낭비 활동을 증가시킬 수 있는 요인에는 다음이 포함된다(전체 목록이 아님):

2018년 통계

2018년에는 전 세계적으로 1억 톤(1,450억 입방미터)의 관련 가스가 폭발해 석유와 가스정 모두에서 생산되는 전체 가스의 약 3~4%를 차지했다.[18] 이 폐기물은 거의 3억 5천만 톤의 온실가스를 배출했는데, 이는 모든 화석연료를 태울 때 배출되는 이산화탄소 330억 톤의 약 1%이다.[19] 이러한 기체의 축적은 실질적으로 행성 탄소 순환을 방해하고 있으며, 피해의 정도를 평가하고 축적되는 경제적 비용을 정량화하기 위한 광범위한 국제적 노력이 진행 중이다.[20]

플레어링을 제거하기 위한 비용은 더 잘 이해되고 사례마다 매우 다양하다. 세계은행은 총 경감 비용을 미화 1,000억 달러로 추산하고 있다.[18] 만약 미국에서와 같은 선진 경제에서 천연가스 시장에 도입된다면, 폭발 가스는 미국 소비 30조 입방피트의 약 17%를 공급할 수 있고,[21] 잠재적으로 200억 달러에 가까운 가치가 있을 것이다.[18] 덜 발달한 국가에서는 그 혜택이 더 큰 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 그것은 남아메리카와 중앙 아메리카 전역에 현재 사용 중인 모든 용도를 공급할 수 있다. 7500억 kWh의 전기를 생산하는데 사용된다면 아프리카 대륙의 전체 수요를 공급할 수 있을 것이다.[18]

플레어링은 다른 화석 연료의 연소처럼 낭비적이고 해로운 부산물을 생산하지만, 주로 메탄으로 구성된 관련 가스를 방출하는 것보다 단기적으로 덜 파괴적이다. 대기 메탄의 증가는 이산화탄소에 비해 거의 100배 낮은 풍부함에도 불구하고 기후 강제력 변화의 약 25%를 차지한다.[22] 국제에너지기구에 따르면 석유와 가스산업이 배출과 탈피배출을 통해 배출한 메탄은 최소[23][24] 7500만t이며, 비효율성을 완화해 배출한 메탄은 약 400만t으로 추산된다.[25] 사람에 의한 화석연료의 사용은 메탄 방출의 약 20%를 책임지고 있으며,[26] 석유와 가스 산업으로부터의 화석연료의 사용은 모든 인류 유발원의 약 25%를 책임지고 있다.[22] 또한 천연가스는 전세계 1차 에너지의 가장 급속하게 증가하는 공급원이 될 것으로 예상되기 때문에 이러한 공급원은 더 광범위한 추적과 완화 노력이 필요하다.[27]

대안

크림반도의 이동식 천연가스 화력발전소.
휴스턴 텍사스 외곽의 모듈식 휴대용 GTL 공장. 설계 용량은 하루 100배럴이다.
캐나다 앨버타에 인접한 상류 가스 시설로 구동되는 비트코인 채굴 농장.

원유와 비슷하게, APG는 현대 세계 경제에서 내재가치가 높은 기체 연료와 액체 연료 상품의 일차 에너지 자원이다.[28] APG를 추출한 후, 소비의 나머지 물류 장벽은 비용 효율적인 정제 및 소비자 시장에의 공급이다. 석유회사들이 선호하는 플레어링 및 배기 대안에는 고부가가치 석유 생산을 방해하지 않고 관련 가스에 대한 이러한 장벽을 제거하는 대안이 포함된다.[1]: 55

전통적인 용법

2012년도의 글로벌 데이터에 따르면 전체 관련 가스의 15%가 폭발 또는 방출된 반면, 85%는 다음과 같은 경제적 이익을 위해 활용 또는 절약된 것으로 나타났다.[18]

1.[29]: 542 2차 복구, 3차 복구 및/또는 장기 보관을 위해 오일 저장소에 재입고 (58%)
2. 단기 저장 및 정유 시장으로의 분배를 위해 무역 중심지로의 전송. (27%)

기타 용도

다음 목록은 현장 또는 근처에서 수행될 수 있는 일상적인 플레어링 및 벤팅에 대한 기존의 다른 상업적 대안들을 포함한다.

1. 플레어 가스 회수 시스템(FGRS)을 이용한 액체 연료 생산과 소비 시장으로의 트럭 운송.[29]: 542 [1]: 50
a. 이동식 장비를 사용한 플레어 스트림에서 천연가스 액체(NGL) 추출
b. 휴대용 압축 천연 가스(CNG) 생산.
c. 휴대용 액화천연가스(LNG) 생산.
d. 소형 가스에서 액체로의 전환(GTL)
2. 휴대용 엔진이나 마이크로 터빈이 있는 전기 발전.[29]: 548 [1]: 51
3. 웰패드에서 수처리 또는 기타 산업 처리를 위한 열 발생.[1]: 52

미국 에너지부의 2019년 보고서에 따르면 석유회사들이 기존 또는 고급 FGRS 기술을 더디게 수용하는 것은 "합법적이고 규제된 플레어링은 가장 위험하지 않으며 신기술 적용 방법을 배우거나 기존 계약 및 운영 관행을 수정할 필요가 없다"[1]: 55 고 한다.

암호화폐 '마이너스'가 최근 에너지 집약적인 컴퓨팅의 잠재적 저비용 공급원으로 플레어 가스를 지목했다. 각각의 실질적인 탄소 발자국을 최소화하기 위한 추가적인 목적으로 이 두 광부들 사이에 많은 협력 관계가 생겨났다.[30][31]

효과

인도네시아의 한 현장에 메탄을 분출하고 또한 검은 탄소를 생성하는 불완전한 가스 플레어링.

확산 화염을 사용하는 가스 플레어는 연소를 극대화하기 위해 분출된 가스 흐름 전체에 걸쳐 철저한 공기 가스 혼합에 주로 의존한다. 플레어 스택의 끝에서 기체가 빠져나갈 때 기체의 속도와 압력 강하는 적절한 난류 확산을 위해 최적의 범위 내에서 유지되어야 한다. 이러한 범위를 보존하는 것은 엔지니어링 설계 프로세스와 그에 수반되는 제어 전략의 핵심 목표다. 상당한 양의 수분, 질소, 이산화탄소 또는 기타 비탄화수소는 연소를 방해할 수 있다. 반면에, 뜨거운 공기와 증기의 적절한 설계와 제어된 주입은 연소율과 효과를 향상시킬 수 있다.[32][33]

APG는 주로 적은 양의 에탄, 프로판, 부탄, 그리고 다른 알칸과 함께 메탄으로 이루어져 있다. 플레어가 효과적으로 작동할 때 연소 부산물은 주로 물과 이산화탄소, 소량의 일산화탄소 및 질소산화물(NoX)을 포함한다. 따라서 이러한 플레어는 평균적으로 약 2%의 APG만 빠져나갈 정도로 높은 변환 효율을 보여준다. 플레어가 효과적으로 작동하지 않을 때, 때로는 40%에 달하는 더 많은 양의 APG가 빠져나갈 수 있다.[18] 또한 휘발성 유기화합물(VOCs), 독성 화합물 및 기타 유해 오염 물질이 생성될 수 있다. VOCs와 NoX는 대기질 기준을 초과하는 수준에서 지상 오존을 생성하는 작용을 할 수 있다. 연기의 존재는 제대로 작동하지 않는 플레어를 나타내며,[29]: 534–537 그 결과로 단명하는 검은 탄소는 눈과 얼음이 녹는 것을 가속할 수 있다.[34][35]

APG 스트림의 다른 대부분의 오염물질은 미량량으로 발생한다. 그것들은 자연적으로 발생하는 수은과 라돈과 같은 독성 원소를 포함할 수 있다. 수압파쇄와 같은 향상된 오일 회수 노력이 다른 사람들을 소개할 수도 있다. 흔한 자연 오염 물질인 황화수소는 가스 플레어 안에서 아황산 이산화황과 황산을 만들 수 있게 한다.[36] 농도가 높을 경우 부식 및 기타 대기질 문제를 일으킬 수 있으며, "sour gas" 및 "acid flare"와 같은 특성화를 유발할 수 있다. 실제적인 문제로서, 황 오염도가 높은 가스 흐름은 경제적 가치가 낮기 때문에 활용되는 경우보다 (허용되는 경우) 폭발할 가능성이 더 높다.[17]

모니터링

NASA의 아쿠아 위성
2012년부터 2016년까지 서부 텍사스주 퍼미언 분지의 플레어링 활동 확대. NASA 지구 관측소의 VIRS 이미지

가스 플레어링 볼륨에 대한 이용 가능한 글로벌 데이터는 1995년경까지 매우 불확실하고 신뢰할 수 없다. 2002년 GGFR의 결성 이후, NOAA와 학술 기관의 참여 연구자들은 위성 관측을 활용하여 데이터 수집을 단순화하고 측정 정확도를 향상시켰다.[37] 과학기술의 진보에도 불구하고, 산업 참여자들이 보고하고 규제 관계자들이 사용하는 양은 여전히 부정확할 때가 있다.[38][39] 부적절하게 작동되는 플레어, 의도적인 가스 배출 활동 및 기타 장비 누출로 인한 메탄 배출량을 계량화하고 위치를 파악하는 것도 GGFR 파트너십, 글로벌 메탄 이니셔티브 및 경제 및 환경적 범위를 모두 수용하는 기타 그룹의 최우선 과제다.[40]

위성 조사

대부분의 플레어는 개방된 불꽃으로 작동하기 때문에, 방출되는 빛의 양을 측정함으로써 공중조사에서 부피를 추정할 수 있다. 1995년까지 연장된 첫 번째 글로벌 데이터는 2006년 국방기상위성프로그램(DMSP)과 구글 어스 데이터를 이용해 생성됐다.[37] 약 2010년 이후에는 NOAA-20 및 수오미 NPP 위성의 VIRS 계측기, NASA 지구 관측소의 아쿠아 및 테라 위성의 MODIS 계측기 데이터를 사용하여 개별 측정의 정확도를 +/- 10% 이상으로 더욱 향상시켰다.[41][42] 데이터 분석은 다른 학술 및 임무 특정 집단의 기여를 통해 지속적으로 개선된다.[43][44] 글로벌 활동 맵은 머신러닝(machine learning)과 같은 고급 방법으로 자동 생성되고, 유추된 볼륨은 간헐적 클라우드 커버와 같은 장애에 대해 조정된다.

추가적인 인공위성과 계기들은 메탄과 다른 더 강력한 온실가스를 측정하고 분해능을 향상시키는 능력을 가지고 온라인에 계속 접속할 예정이다.[40][45] 유럽우주국이 2017년 발사한 트로포미[46] 악기는 지구 대류권의 메탄, 이산화황, 이산화질소, 일산화탄소, 에어로졸, 오존 농도를 수 킬로미터 해상도로 측정할 수 있다.[47][48][49] 캐나다 기업 GHGSat가 2016년 발사한 클레어 위성은 이산화탄소와 메탄을 최소 50m(160ft)까지 해결할 수 있어 고객들이 배출원을 정확히 파악할 수 있다.[40]

지상 및 공중 조사

FLIR Systems와[50] Picarro와[51] 같은 공급업체의 휴대용 기기 또한 부적절하게 작동하는 플레어로부터 눈에 보이지 않는 누출과 배출물을 감지할 수 있다. 그것들은 장기간에 걸쳐 메탄 및 기타 VOC 농도를 모니터링하는 데는 다소 덜 실용적이지만, 산업 수리 기술자, 규제 공무원 및 기타 조사자가 배출원을 실시간으로 찾아 문서화할 수 있다.[52]

환경보호기금의 연구원들은 2019~2020년에 걸쳐 미국 퍼미언 분지의 석유와 가스 사업에서 발생하는 메탄 방출량을 광범위하게 지도화했다. 그들의 결과는 운영자가 보고한 것보다 최소 3배 더 큰 배출량과 10% 이상의 플레어의 오작동 정도를 보여준다.[53][54] 오작동하는 플레어 스택의 약 절반은 불이 꺼지지 않고 가스를 방출하는 것으로 밝혀졌다.[55]

환원진행률

유엔,[9] 국제에너지기구,[56] 그리고 세계은행은 상당한 경제적, 환경적, 그리고 인간 건강상의 혜택을 고려하여 일상적인 살빼기 노력을 낮은 목적인 과일로 인식하고 있다. 그 영향은 특히 저개발 인프라와 천연가스 시장으로 인해 플레어링 강도(즉, 생산된 석유 단위당 가스 폭발)가 종종 더 높은 개발도상국에서 크다. 감축 대상 국가로는 인도네시아, 이라크, 카자흐스탄, 멕시코, 나이지리아, 카타르, 러시아의 칸티만시 자치구 - 유그라 지역 등이 포함됐다.[37]

1996년부터 2018년까지 전 세계 석유 생산량이 40% 증가(정수치)한 반면 전 세계 플랜링 용량은 10% 감소(입방미터 - m로3 측정)했다.[10] 또한 전지구적 플레어링 강도가 35% 감소하였다(생성된 배럴당 세제곱미터로 측정됨 - m3/bbl).[57] 이는 특히 러시아와 나이지리아와 같은 GGFR 협력국들의 이전 감축 노력에 일부 기인했다.[37] 2018년 현재 캐나다, 브라질, 그리고 몇몇 중동 국가들은 세계 평균 4.1m3/bbl에 비해 1m3/bbl 미만의 강도로 폭발했다. 카메룬을 포함해 아프리카 여러 나라가 10m/bbl에서 계속 맹위를 떨치고 있으며, 카메룬은 40m33/bbl 이상이다.[58]

불과 4개국만이 전체 가스 폭발의 거의 50%를 책임지고 있다. 러시아, 이라크, 이란, 그리고 미국.[59] 이들의 플레어링 강도는 약 3~10m3/bbl이며, 지난 몇 년 동안 크게 개선되지 않았다.[60] 각 나라는 광범위한 인프라와 첨단 기술에 대한 접근성을 가지고 있지만, 또한 변화에 더 저항할 수 있는 복잡한 비즈니스와 정치 문화도 가지고 있다.

미국의 성장

미국에서 추출, 폭발 및 배출된 가스의 양에 대한 과거 차트. 미국 에너지 정보국의 데이터

미국 에너지정보국(Energy Information Administration Administration, Energy Information Administration)의 자료를 근거로 2차 세계대전 이후 수십 년 동안 미국에서 플레어링과 배기가스가 감소했다고 보고되었다.[5] 20세기 말경에는, 추출한 APG의 1.5%, 석유와 가스 우물에서 추출한 모든 가스의 0.5%에 가까운 저점에 도달했다.

그러나, 2005년경부터, 동봉된 차트에서 보여지듯이, 가스 플레어링 활동은 다시 한번 증가하고 있다. 32개 주가 가스 플레어링 및/또는 배기를 주최하고 규제한다.[61] 1990년경 이후 가장 큰 물량의 변화는 서부텍사스와 뉴멕시코의 퍼미안 분지, 노스다코타 주의 바켄 형성, 남동부의 텍사스 주의 이글 포드 그룹이었다.[62]

미국에서 가스의 비율에 대한 역사적 도표가 폭발하여 분출되었다.

미국에서 가스 플레어링은 부피와 퍼센트로 측정되면서 증가하였다. 2018년 가스 플레어링은 거의 50년 만에 최고치에 달했고, 이는 APG의 10%에 해당하는 5,000억 입방피트의 가스 플레어링이 발생했다. 천연가스에 대한 생산자물가의 부정적인 보고와 페미안의 활동이 더욱 두 배로 증가했다는 보고가 미국에서 2019년 이러한 파괴적인 관행에서 지속적인 성장을 이끌었다.[16][63] 2018~2019년, 페미니언에서만 매일 낭비되는 가스의 양은 텍사스 주 전체의 주거 수요를 충족시킬 수 있었다.[64][65] 2019년 3분기 첫 서비스를 개시하고 2020~2022년 1차 서비스를 개시하는 등 이 지역 장거리 가스관 5개가 새로 건설 중이다.[66][1]: 23

2017년부터 시작된 미국 연방정부의 규제 완화는 공공 및 민간 토지 모두에서 APG 낭비를 더욱 증가시킬 수 있게 했다.[1]: 17–19 이는 미국 에너지부의 2019년 6월 보고서에 요약되어 있으며, 가장 중대한 변화는 다음과 같다.[1]: 17

1) "...의 롤백" 연방 토지의 석유 및 가스 우물에서 누출, 배출 또는 폭발한 메탄에 대한 제한" 및
2) "업체들이 누출을 찾아 수리해야 하는 요건, 다양한 요소 또는 장비 요소에서 배출되는 배출을 줄이기 위한 요건, 시추 허가를 받기 전에 폐기물을 최소화하는 방안을 마련하도록 요구하는 사항"

대중의 기만

에너지 산업 지도자들은 그들의 산업이 날리고 있는 천연 가스의 양이 어마어마하다는 것을 알고 있었지만, 그들의 기업 선전 노력의 일환으로 산업 플레잉이 "통제되고 있다"고 미국 정부와 대중에게 의도적으로 홍보했다. 이는 2017년 연방규제 완화에 성공한 메탄 플레어링에 대한 연방규제 축소를 위한 에너지산업 캠페인의 일환이었다. 그러나 론 네스 노스다코타 석유협의회 회장은 2019년 업계 리더 회의에서 "우리는 엄청난 양의 가스를 날리고 있을 뿐"이라고 인정했다. 네스 씨는 에너지 산업에 의한 엄청난 양의 가스 폭발과 그 파괴적인 효과를 대중이 이해한다면, 특히 젊은이들 사이에서 천연가스에 대한 대중의 인식이 더 깨끗하고 기후 친화적인 에너지 대안으로 심각하게 훼손될 것이라고 인식했다. 메탄은 이산화탄소보다 대기에 80배 이상의 열을 가둔다. 에너지 업계 선두주자들은 콜로라도에서 유압식 프래킹이 그랬던 것처럼 에너지 산업이 이 문제를 주로 "건강과 안전"에 관한 것으로 돌리는 기만적인 광고로 대중을 범람시킬 필요가 있다고 강조했다. 이 견해에 따르면 핵심은 감정에 호소하는 광고였다.[67]

참고 항목

참조

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