에너지 자원 개요: 종류와 분류 알아보기

에너지 자원 개요

• 에너지의 어원은 그리스어 '에네르게이아'로, 내재된 힘을 의미하며, 이는 일을 할 수 있는 근원적인 힘을 지칭
• 에너지 자원은 인간의 생활과 산업 활동에 필요한 힘을 얻을 수 있는 자연적 또는 인공적인 요소들을 의미
• 이러한 자원은 연소, 화학 반응, 핵 반응, 태양 복사 등을 통해 에너지를 방출하거나 변환할 수 있음

에너지 자원의 분류

• 에너지 자원은 화석 연료, 핵 에너지, 자연 에너지로 분류됨
• 화석 연료는 지질시대에 존재하던 동식물 잔해가 변질되어 만들어진 재생 불가능한 에너지원
• 핵 에너지 자원은 핵분열용(우라늄)과 핵융합용(중수소)으로 구분
• 자연 에너지 자원은 수력, 조력, 파력, 풍력, 지열, 태양광, 수소, 바이오매스 등을 포함하는 재생 가능한 청정 에너지원임

신에너지와 재생에너지

• 신에너지는 화석 연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학 반응을 통해 전기 또는 열을 얻는 에너지를 포함
  • 수소에너지, 연료전지, 석탄 액화·가스화 에너지 등이 해당
• 재생에너지는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물 유기체 등 재생 가능한 에너지원을 변환시켜 이용하는 에너지
  • 태양 에너지, 풍력, 수력, 해양 에너지, 지열 에너지, 바이오 에너지 등이 해당

조력, 조류, 파력 발전

• 조력 발전은 해수면의 상하 운동을 이용
• 조류 발전은 울돌목과 같이 유속이 빠른 해역에서 조류의 흐름을 이용
• 파력 발전은 파도의 에너지를 이용

에너지 자원의 분류 기준

• 발생 원천에 따라 1차 에너지(자연에서 직접 획득)와 2차 에너지(1차 에너지를 변환)로 분류
  • 1차 에너지 예시: 석탄, 석유, 태양광, 풍력, 수력, 원자력
  • 2차 에너지 예시: 전기, 수소, 석유 제품(휘발유, 경유, 등유)
• 재생 가능 여부에 따라 재생 가능 에너지(지속적인 공급)와 비재생 에너지(한정된 양)로 분류
  • 재생 가능 에너지 예시: 태양광, 풍력, 수력, 바이오매스, 지열
  • 비재생 에너지 예시: 석탄, 석유, 우라늄
• 석탄, 석유, LNG는 화석연료, 원자력은 핵에너지, 수력등은 재생에너지에 해당
• 사용 형태에 따라 화석 연료, 핵 에너지, 대체 에너지로 구분
  • 화석 연료 예시: 석탄, 석유, 천연가스
  • 핵 에너지 예시: 원자력 발전 (우라늄, 플루토늄)
  • 대체 에너지 예시: 수소 에너지, 연료 전지, 인공 광합성 기술

화석 연료 자원: 석탄

• 석탄은 오랜 기간 동안 동식물이 퇴적되어 탄화 과정을 거쳐 형성된 퇴적암으로, 탄소, 수소, 산소 등으로 구성
• 매장량이 풍부하지만 환경적으로 불리한 화석 연료임
• 석탄은 탄소 함량, 휘발성 물질, 불순물 함유량, 기공 구조, 색상과 광택으로 특성을 구분
• 탄소 함량이 높을수록 열량이 높고 품질이 좋음
• 석탄은 습지, 늪지대에서 유기물이 축적된 후 부패 및 탄화 과정을 거쳐 생성

석탄의 분류

• 석탄은 탄소 함량과 변질 정도에 따라 이탄(Peat), 갈탄(Lignite), 아역청탄(Sub-bituminous coal), 역청탄(Bituminous coal), 무연탄(Anthracite)으로 분류
• 이탄은 초기 단계의 석탄으로, 탄소 함량이 낮고 수분 함량이 높음
• 갈탄은 이탄보다 탄화도가 높으며, 역시 수분과 휘발성 물질이 많음
• 아역청탄은 갈탄보다 탄소 함량이 높고, 주로 발전용 연료로 사용
• 역청탄은 탄소 함량이 80~90%로, 열량이 높아 화력 발전, 제철, 시멘트 생산에 사용
• 무연탄은 탄소 함량이 가장 높고, 연소 시 연기가 적어 난방용 연료 및 산업용으로 사용

전세계 석탄 매장량 분포 (2020년 기준)

• 총 매장량: 약 1조 69억 6,360만 톤
• 주요 매장 국가:
  • 미국: 23.2%
  • 러시아: 15.1%
  • 호주: 14%
  • 중국: 13.3%
  • 인도: 10.3%
• 상위 5개국이 전체 매장량의 약 76%를 차지

전세계 석탄 생산 동향 (2022년 기준)

• 총 생산량: 약 85억 8,200만 톤
• 주요 생산 국가:
  • 중국: 전 세계 총생산량의 52%
  • 인도: 11%
  • 인도네시아: 13%

석탄소비

• 2023년 석탄 소비는 전년 대비 2.2% 증가할 것으로 예상
• 2024년에는 소비량이 역대 최고치를 기록할 것으로 예상
• 주요 소비국은 중국과 인도이며, 이들 국가에서는 경제 성장 및 전력 수요 증가로 석탄 소비가 증가
• 반면, 서방 국가에서는 청정 에너지원으로 전환을 추진하며 석탄 의존도를 감소시키는 추세
• 미국과 유럽연합(EU) 등 선진국에서는 석탄 발전량이 이미 정점을 지났으며 2024년에는 각각 5%와 12% 감소할 것으로 예상

화석 연료 자원: 석유 (Petroleum)

• 석유는 오랜 기간 동안 유기물이 지하에서 분해 및 변형되어 형성된 액체 화석 연료로, 탄화수소로 구성
• 원유(Crude Oil) 상태로 존재하며, 정제 과정을 거쳐 휘발유, 경유, 등유 등의 다양한 석유 제품으로 가공
• 경질유는 휘발성이 강해 쉽게 증발하고 경질유와 중질유의 중간 성질을 갖는 석유도 있다

석유의 특징

• 밀도는 물보다 낮아 물 위에 뜨고, 탄화수소 성분에 따라 휘발성이 강해 휘발유와 같은 경질유는 쉽게 증발한다
• 연소 시 높은 열량을 발생시키며, 원유의 종류에 따라 점도 차이가 크다
• 다른 석유 제품과 쉽게 혼합되어 다양한 연료와 제품 생산이 가능하고, 유출 시 환경 오염을 유발할 수 있다

석유 생성 과정

• 바다와 호수에 서식하던 해양 미생물과 플랑크톤이 사멸 후 퇴적물 속에 매몰되어 분해되면서 원유와 천연가스로 변환
• 생성된 석유는 다공성 암석 (저류암)에 갇히게 되며, 개발 가능한 유전(Oil Field)을 형성

원유의 분류

• 원유는 성질, 유황 함량, 산지에 따라 분류
• 경질유 (Light Crude Oil): WTI(West Texas Intermediate), 브렌트유 (Brent Crude)
• 중질유 (Medium Crude Oil): 경질유와 중질유의 중간 성질
• 초중질유 (Extra Heavy Crude Oil): 점성이 매우 높으며 고온 처리 후 운송, 매장량은 풍부, 베네수엘라 원유
• 저유황 원유(황 함량 5% 미만)와 고유황 원유(탈황 공정 필요)로 나뉨
• 산지별 분류: WTI(미국 텍사스), 브렌트유(북해), 두바이유(중동)

석유 발견의 필수 조건

• 근원암 (Source Rock): 유기물이 풍부한 퇴적암
• 저류암 (Reservoir Rock): 석유가 모여 저장되는 다공질 암석 (사암, 석회암, 돌로마이트 등)
• 덮개암 (Cap Rock, Impermeable Rock): 석유가 새어 나가지 않도록 덮는 불투수성 암석

전 세계 석유 매장량 분포

• 2020년 말 기준, 확인된 매장량은 약 1조 7천억 배럴
  • 중동 지역: 약 50%
  • 아메리카 대륙: 약 30%
  • 아프리카: 약 8%
  • 유럽 및 아시아: 각각 약 8%
• 사우디아라비아, 이란, 이라크 등 중동 지역에 석유 자원이 집중

전 세계 석유 생산 동향

• 2024년, 세계 석유 공급량은 전년 대비 약 120만 배럴/일 증가하여 평균 5,300만 배럴/일에 도달할 것으로 예상
• 미국은 셰일 오일 생산 증가로 생산량이 지속적으로 증가
• 캐나다는 오일샌드 개발 확대로 생산량이 늘어나고 있다

전 세계 석유 소비 동향

• 2024년, 세계 석유 수요는 전년 대비 약 80만 배럴/일 증가하여 총 1억 360만 배럴/일에 도달할 것으로 예상
• 중국의 경제 성장 둔화로 석유 수요 증가세가 약화
• 전기차 보급 확대가 석유 수요에 영향을 미치고 있음
• 석유 수요가 2029년에 정점을 찍고 이후 감소 전망