에너지와 환경

목차

자원과 문명

자원의 정의

두 가지 견해
1) 성장의 한계 - 비관론
2) 석유 20년설 - 낙관론
3) 생산량과 매장량과의 관계

자원의 유한성
1) 지각 중의 원소
2) 재생 불가능한 자원

자원의 장래
1) 자원의 절약
2) 자원의 확보
3) 미이용 자원의 활용
4) 대체 에너지 개발

광물 자원의 배태

광상의 종류

화성 광상

판의 경계와 광상

석탄(Coal)

석유(Petroleum)과 천연가스(Natural Gas)

본문내용

탄, 갈탄 및 토탄으로 분류된다, 석탄의 휘발 성분이 5% 이하, 고정 탄소가 80% 이상으로 되면 흑연으로 변성된다.
무연탄: 탄화 정도는 90% 이상이며, 휘발 성분이 10% 이하이고 착화(着火)가 늦으며 불꽃을 일으키지 않고 타는 것이 특징이다.
역청탄: 탄화 정도는 80~90%이고, 휘발 성분은 10~40%이다. 착화는 쉽고 노란 불꽃을 일으키며 타서 화력이 세다.
갈 탄: 탄화 정도는 70~80%이고, 수분은 6~30%이다. 갈색을 띠고 아직도 수목의 구조가 보이는 부분이 있다.
토 탄: 탄화 정도는 70% 이하다. 땅 속에 묻힌 지 얼마 오래 되지 않는 것으로(수십 만 년 미만) 아직 식물의 구조가 그대로 남아 있다.
14. 석유(Petroleum)과 천연가스(Natural Gas)
19세기 후반 석유가 처음 개발된 후, 처음 불을 밝히는데 사용되던 석유는 가솔린 엔진의 발명으로 자동차나 항공기의 연료로 사용되면서 급격히 사용량이 늘었다. 특히 제 2차 세계 대전 후, 중동의 여러 나라에서 대규모의 유전이 발견되므로 인하여 세계 각국에 안정된 가격으로 석유를 공급하게 되면서 석유 사용량은 기하급수적으로 증가하였다. 석유는 오늘날 에너지 자원으로 가장 많이 이용되며, 우리 나라도 총 에너지의 약 60%를 석유에 의존하고 있다. 석유는 에너지 자원으로서 뿐만 아니라, 석유 화학의 기초 재료로서 많이 사용되고 있다.
이와 같이 석유의 수요가 전 세계적으로 급증하면서 자원의 고갈을 우려하게 되었다. 잘 알다시피, 석유 매장량은 중동과 북부 아프리카에 편중되어 있어, 석유 비생산국은 자국 에너지 소비에 충당할 석유의 확보에 노력해야 하는 실정이다.
15. 석유의 성인
석유와 천연 가스는 대체로 함께 산출되며, 같은 화합물을 가지고 있어서, 그 기원은 동일한 것으로 본다. 석유와 가스는 지질 시대에 살던 생물이 남긴 유해이다. 석유와 가스는 탄화수소로 되어 있으며, 퇴적암층 내에 부존 하는데, 담수성 퇴적물보다는 해양성 퇴적물에 풍부하게 부존 한다. 원유와 가스는 고생대 이후의 모든 지층에서 산출되나 신생대 지층에 총 석유 매장량의 60%가 들어 있고, 중생대 지층에 25%, 고생대 지층에 15%가 들어 있다. 유기물을 함유한 지층이 석유를 생성하는 과정은 다음과 같다.⑴ 퇴적물에 섞인 유기물이 호수나 바다 밑에 퇴적된 후, 환원 환경 속에서 박테리아의 작용을 받아 산소질소기타 원소가 제거되고 탄소와 수소가 남는 고분자 화합물인 케로젠(kerogen)이 된다.
⑵ 지층이 계속 쌓여서 유기물을 포함한 지층이 깊이 묻혀 열과 압력을 받아 원유로 변할 화학작용을 받는다.
⑶ 유기물이 점점 원유로 변해 가면서, 즉 성숙해 가면서 오랫동안 원유가 보존될 장소로 진입한다.
케로젠은 생물의 유해가 박테리아나 지열 작용에 의해 변성된 것으로 생각되지만 이 케로젠을 뽑아 실험실에서 가열시키면 석유나 가스를 생성한다. 이 사실로 미루어 석유는 케로젠의 열 분해에 의해 생성되는 것으로 추정된다. 따라서 땅 속에서 생성된 케로젠이 석유가 되기 위해서는 열 에너지가 어떻게 공급되는 지를 알면 석유 생성 시기를 알 수 있다.
석유 지질학적 연구에 의하면, 석유가 생성되는 지온은 약 50~150℃이며, 평균적인 지온 상승률이 2℃/100m로 하면 석유 근원암이 매몰하여 깊이 1,000~3,000m에 달하면 석유 생성이 진행되게 된다. 평균 토사의 퇴적 속도를 2cm/100년으로 하면 석유 생성을 위한 소요 시간은 500만년 이상이 된다. 따라서 이와 같은 시간은 신생대 초기에 해당되며, 전 세계 석유의 60% 이상이 신생대에서 산출되는 이유가 여기에 있는 것이다.
16. 근원암(Source Rock)과 저류암(Reservior Rock)
유기물을 많이 포함하고 있다가 원유를 생성시키는 케로젠을 풍부히 포함한 암석을 석유 근원암 도는 모암(母岩)이라고 하는데, 근원암은 유기질을 다량으로 포함한 흑색 내지 흑회색 셰일이나 이암이 적당하다.
근원암에서 생성된 케로젠이 지열을 받아 성숙되어 석유가 되면, 함께 만들어진 물과 함께 석유는 근원암을 둘러싼 다공질 암석층 (많은 경우는 사암이지만 가끔 석회암)으로 쥐어짜듯이 이동한다. 이것을 석유의 제 1차 이동이라고 하며, 근원암 주위의 다공질 암석을 저류암이라고 한다. 전 세계의 확인된 저류암의 종류를 살펴보면, 약 60% 정도가 사암이며, 나머지는 공극이 많은 탄산염암(40%)이고, 일부 파쇄암(<1%)이 되기도 한다.
17 석유의 이동과 집적(集積)
생성된 석유가 경제적으로 가치를 가지려면 퇴적암층 내에서 분산되지 않고 이동해서 집적되어야 한다. 석유의 이동 메커니즘은 아직 확실하게 밝혀지진 않았지만, 지하수의 유동처럼 퇴적암의 속성 작용에 의해서 또는 모세관 현상의 연속적인 진행에 따라 극히 느린 속도로 지층의 압력경사에 의해 계속 이동하며 이것을 석유의 제 2차 이동이라고 한다. 이동 도중에 석유가 분산되는 일이 없고, 대규모의 석유 광상을 형성하기 위해서는 저류암 위쪽에 치밀하고 침투율이 낮은 암석층 (예를 들어, 셰일, 암염, 석고 등)이 덮개암(cap rock)으로 존재하여야 하며, 석유를 가두어 놓을 장애물 또는 트랩(trap; 집적시키는 장소) 구조가 반드시 있어야 한다. 그리고 일단 형성된 석유 집적체는 지각 변동 등으로 파괴되거나 유실되지 않고 잘 보존되어야 한다.
석유를 집적할 트랩 구조로는 크게 4가지 유형이 있는데, ① 배사형, ② 단층형, ③ 돔형, ④ 층서형 등이 있다. 그 중 80% 이상이 배사형 트랩을 보여주는데, 실제 석유 탐사는 석유를 찾는 것이 아니라, 바로 석유를 배태할 만한 트랩 구조를 찾는 것이며, 대부분은 배사 구조를 갖는 지형을 탐사하는 것이다.
한편, 현재 확인된 전 세계 유전의 트랩의 깊이를 알아 보면, 트랩의 위치는 1,200m에서 2,400m 사이의 깊이에 존재하는 것이 약 90% 이상을 차지한다. 일반적으로 3,000m 이상의 깊이에서는 석유가 거의 없는데, 석유를 찾기 위한 시추를 할 때도 대부분의 경우 3,000m 정도 내려가면 멈추는 이유가 여기에 있다.

키워드

에너지,   환경,   석유,   자원