셰일가스와 질소비료의 연결고리

미국을 비롯한 많은 나라에서 지금 생산정점이다 뭐다 하면서 비싸지는 석유를 대신하는 에너지원으로 셰일가스에 주목하고 있다. 한국에서도 2020년까지 천연가스의 20%를 셰일가스로 확보하겠다는 계획을 세우고 있다(http://blog.daum.net/stonehinge/8726741). 가까운 중국과 일본의 경우는 우리보다도 성큼 앞서 달려가고 있다(http://blog.daum.net/stonehinge/8726024).

그런데 문제는 프랙킹으로 인한 환경오염 문제다(셰일가스가 야기하는 환경오염 문제에 대해서는 다음을 참조 http://blog.daum.net/stonehinge/8727440). 이 문제를 다루는 데에만 많은 이야기가 필요하니 일단 넘어가도록 하자. 

이 글은 그보다는 미국의 셰일가스 개발과 사용이 어떻게 농산업, 특히 비료업과 이어지는지 분석하는 아주 재미난 글이다. 이 글을 통해 간접적으로나마 화학비료의 생산이 어떤 방식으로 이루어지고, 경제에는 어떤 영향력을 미치는지 살펴볼 수 있다. 한마디로 정리하자면, 프랙킹-셰일가스-질소비료-옥수수-에탄올의 연결망을 잘 보여준다. 

아주 거대한 그림을 잘 설명하고 있는 좋은 글이지만, 오역과 의역이 난무하니 이상한 부분은 과감히 지적해주시길... 아니면 원문을 직접 보시는 걸 권한다.

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2006년 미국에서 프랙킹 기술이 발전한 이후, 미국의 에너지 상황은 시장이 적응하지 못할 정도로 급속히 바뀌었다.  지금까지 점차 천연가스를 대규모로 공급해 석탄 대신 전력 발생을 위해 사용했고, 이것이 산업용과 주택용 에너지 비용의 절감을 가져왔다.

현재의 천연가스 생산 수준은 다른 나라의 훨씬 비싼 에너지 가격과 비교하여 미국 산업에 경쟁력을 안겨주기에 제조업의 촉진을 돕는다. 아래의 2012년 평균 가격에서 보이는 최근 천연가스의 공급과잉은 수요와 공급 균형이 생산비와 평형을 이룸으로써 앞당겨질 예상이다. EIA에 따르면, 결과적으로 전력 발생을 위한 석탄 사용은 앞으로 몇 년에 걸쳐 몇 % 정도  후퇴할 것으로 예상된다.

프랙킹을 통한 현재의 천연가스 생산속도가 지속불가능하다고 생각하는 회의론자가 있지만, 다른 사람들은 몇 십 년은 이이질 것으로 예상한다. 천연가스(또는 수출용 LNG)의 국내 사용이 증가하는 것은 경제적 생존력을 보장하는 데 도움이 될 것이지만, 프랙킹 지역의 물과 토지가 오염된다는 윤리적이고 환경적인 과제는 남아 있다.

프랙킹의 물 수요는 내가 살고 있는 콜로라도에서는 직접적으로 농업용수와 경쟁하게 된다. 유정 하나에 총 1000만 갤론 이상의 물이 필요할 것이다. 이러한 유정에서 반환되는 물은 심하게 오염되어 있다. 여기 콜라라도 북부에서, 일부 깊이 있는 대수층은 이러한 오염된 물을 저장하는 데 사용되고 있으며, 그것이 대수층을 영원히 오염된 상태로 만들고 있다. 이러한 대수층이 현재 사용하는 물보다 더 깊이 있긴 하지만, 그것이 앞으로 가뭄이 들면서 사용될지도 모를 일이다.

천연가스는 오늘날 산업형 농업 체계에서 필수적인 역할을 한다. 질소비료는 공기에서 수수와 질소에 천연가스를 사용하여 최종적으로 암모니아의 형태를 만든다. 이 암모니아는 질산암모늄과 요소 같은 여러 질소비료의 원료로 사용된다. 이러한 농축 제품은 액체비료의 형태로 만들기 위해 물에 희석할 수도 있다. 

1960~2005년 사이 농업의 산업혁명과 함께 미국 농업에서 연간 화학적 질소비료의 사용은 455% 증가했다. 옥수수는 재배면적당 가장 많은 질소를 필요로 하는 작물인데, 2006년 이후 미국의 에탄올 정책으로 옥수수 재배면적이 늘어나면서 질소비료에 대한 수요도 증가했다.

천연가스는 암모니아 생산의 생산비 가운데 70~90%를 차지하는 주요한 원료이다.  화학적으로 1톤의 암모니아를 만드는 데에는 약 3300만 영국열량단위(mm Btu)의 천연가스가 필요하다. 농업용 질소비료에 대한 세계의 수요는 2013년 1억900만 메트릭톤으로 예상된다.  북미가 전체의 약 13%를 소비한다. 

2000년 이후 비싼 천연가스 비용 때문에 미국에서는 수입한 암모니아를 쓰는 게 더 이득이었다. 그 결과, 미국의 많은 소규모 암모니아 공장들이 문을 닫았다. 2000~2006년 사이 미국의 암모니아 생산은 44% 감소했고, 미국의 암모니아 수입은 115% 증가했다. 아래의 그래프에 보이듯이, 2009/10년 미국은 트리니다드토바고, 캐나다, 러시아, 이집트, 베네수엘라 및 기타 국가에서 질소를 수입했다. 

암모니아 생산 공장은 아래의 2006년 지도에서 보듯이 천연가스 공급지 근처에 위치하고 있다. 또한 공장은 많은 양의 물을 필요로 한다. 화학비료는 중서부의 옥수수 지대에서 가을과 이듬해 봄에 매우 짧은 시간 안에 소비된다. 수요가 집중되는 이 기간에 많은 양의 화학비료를 처리하고 옮기려면 수송관,  바지선, 철도가 필요하다.  따라서 최근 미시시피강의 수위가 낮아지면서 바지선이 제대로 다니지 못하는 걸 농민들이 걱정했다. 

천연가스 공급을 증가시켜 활용하자는 논리는 우리 스스로 질소비료를 더 생산하자는 데에 있다. 미국 농무성에 따르면, 2011년 우린 미국 농업에 사용할 54% 또는 1079만 톤(기록상)의 질소비료를 수입했다.  .

그래서 2012년 몇몇 기업에서 질소비료를 생산하기 위한 새로운 공장을 건설, 확장하겠다고 발표한 일은 그리 놀랍지 않다. 새로운 공장은 새로운 천연가스 공급지인 프랙킹 지역에 건설될 것이다. 이러한 고가의 공장 건설사업이 위험은 하지만, 전년 동기 8% 오른 1톤에 887달러에 이르는 현재 미국의 암모니아 비료 가격이라면 큰 수익을 낼 잠재성이 있다. 

2012년 발표된 새로운 암모니아와 요소비료 공장 프로젝트의 하나는 2015년까지 아이오와주 동남부에 건설될 것이다. 그 위치는 천연가스 수송관 옆이고, 미시시피강의 바지선이 지나다니는 곳이며, 화학비료 사용의 중심지이다. 그 공장은 이집트 기업인 Orascom 건설산업의 자회사가 될 것이고, 14억 달러가 들 것이다. 2b1 St Consulting에 따르면, 아이오와주는 그 프로젝트에 1억 달러에 달하는 세제혜택을 제공하고, 농민은 지역에서 화학비료를 구입하고 현물시장 정점을 피함으로써 1년에 7억4000만 달러를 절약할 수 있을 것으로 예상한다. 생산능력은 1년에 암모니아 200만 톤과 요소 질산암모늄 200만 톤에 이를 것이다.

또한 2012년 발표에서는 인디애나주에 10억 달러를 들여 새로이 질소비료 공장을 건설한다고 했다. 그곳은 하루에 암모니아 2420톤과 요소  3000톤을 생산한다. 

Photo credit: Ascension Business Journal.

루이지애나 도널드슨빌의 CF Industries(위의 사진)는 북미 최대의  질소 생산단지이다. 2012년 말, 그들은 이 공장에 연간 약 500만 톤의 질소를 생산하고 선적할 수 있도록 새로이 20억 달러의 자금을 지출하겠다고 발표했다. 이런 양을 생산하기 위하여 하루에 약 24만 mmBTU의 천연가스를 사용한다. 

CHS Inc.는 2012년 노스다코다 동부에 2016년 운영을 목표로 12억 달러 규모의 암모니아 공장을 건설하려 한다고 발표했다. 그곳의 생산량은 하루에 암모니아 2000톤이 될 것이다. 노스다코다에서 생산하는 천연가스의 약 1/3이 기간시설과 판매처의 부족으로 소진되고 있었다. 이 공장은 그 낭비되는 가스를 소비하는 데 도움이 될 것이다. 

기타 공장들이 어려운 승인 과정을 통과한다면 오클라호마, 텍사스, 루이지애나, 오하이오, 조지아에서 재개되거나 확장할 것이다. 그러나 일부 계획은 대규모 투자를 받지 못해 탈락할 것 같다.

결론적으로, 몇 년에 걸친 질소비료 산업의 후퇴가 반영하는 것은 에너지와 관련하여 계속된 호황과 파산의 순환을 떠올리게 한다.  2012년 우린옥수수 산업의 호황과 농민이 지불하는 암모니아 가격의 상승과 결합된 천연가스의 공급과잉을 겪었다. 이는 미국에 새로운 공장을 건설하는 위험을 감수할 만큼 이윤이 날 것이라고 비료산업의 의사결정자들을 설득했다. 앞으로 어떤 시점에 우리는 다시 한번 높은 가격에 대한 치유책은... 가격 상승이라는 점을 볼 수 있을 것이다.  

그 사이에 우리는 프랙킹으로 미친듯이 더 많은 천연가스를 채굴할 것이다. 우리는 우리가 필요로 하는 것보다 더 많은 옥수수를 재배하기 위하여 프랙킹으로 뽑은 가스를 질소비료로 전환시킬 것이다. 우리는 과잉 생산된 옥수수를 에탄올로 전환시키기 위하여 프랙킹으로 얻은 가스를 사용할 것이다. 그리고 마지막으로, 우리는 식품에 더 비싼 가격을 지불하기 위하여 우리의 자동차를 식료품점으로 몰고 가며 그 에탄올을 태워버릴 것이다. 

이건 가장 효율적인 모델의 모습이 아니다.

http://www.bigpictureagriculture.com/2013/01/u-s-will-again-produce-more-nitrogen-fertilizer-for-agriculture-311.html