석유란어떤물질일까요?
이질문에누군가는검은색기름을떠올릴지모릅니다.흔하게보았던모습이기때문이죠.인류가석유를발견하고주에너지원으로채택해사용하기시작한지100년이넘었습니다.석유는주요성분이탄소와수소의결합체인탄화수소입니다.석유는1900년대석탄이단일에너지원으로서전체에너지시장의90%이상을차지하며누렸던독점권을탈환한천연자원입니다.1950년대가되자석유는전체에너지시장에서30%가넘는비율을차지했습니다.1970년대는석유의부흥기라고할수있으며,에너지공급원으로서시장영향력이정점을찍은시기였습니다.그파급력은오늘날까지도이어지고있으며,우리가먹고마시고입고자는모든순간에석유에너지가활용되고있습니다.말그대로현대사회를지탱하는필수자원이라해도과언이아니죠.미래에도인류는석유에너지에의지하게될것입니다.아직도많은양의석유가땅속암석에남아서생산되지못하고있으며,그러한천연자원의경제적규모는오늘날에너지공급불안에따르는위험을제거해줄수있을정도입니다.
석유와기름은어떻게구분할까요?
oil(오일,기름)은모든기름을의미하며,식용유(VegetableOil),윤활유(LubricatingOil),원유(CrudeOil)등다양한종류가있습니다.원유는땅위로뽑아낸그대로의정제하지않은기름을말해요.오일은상온에서액체상태이며물보다가벼운가연성물질이며문맥에따라넓은의미로사용할수있어요.
Petroleum(페트롤리엄,석유)은지하에서채굴되는원유와천연가스의혼합물을의미합니다.땅속암석에서자연발생적으로생성된탄화수소혼합물질이지요.정제과정을거쳐휘발유(Gasoline),디젤(Diesel),등유(Kerosene)같은연료로사용되지요.‘Petroleum’은과학적·산업적인측면에서주로사용하는용어예요.
즉,Petroleum(석유)은특정한종류의Oil(기름)이며,Oil은더넓은개념이에요.예를들어,모든Petroleum은Oil이지만,모든Oil이Petroleum은아니죠!
‘공룡’은우리에게어떤흔적을남겼을까요?
석유는주로땅속깊은곳에서발견되는데,그곳의지층이만들어질때환경을생각해보면보통바다나강과같은곳이었어요.이런환경에는많은해양생물들이살았고,그생물들이죽어서쌓인유기물질이많았어요.시간이지나면서이유기물질이쌓이고변하여석유가될수있는재료가되었다는가설이과학자들의생각이에요.지금까지는가장유력한이론으로인정받고있습니다.그이유는탄소화합물인유기물이있었던환경과석유가발견되는암석층의퇴적환경이매우비슷해보이기때문입니다.
여기서말하는유기물은공룡이아니라바다에살았던플랑크톤,해조류,식물에서나온유기물질에가깝습니다.호수,늪,강,바다등에살았던다양한수중생물,특히플랑크톤과해조류가주요한유기물공급원이되었다는것이에요.이들이지각을구성하는광물들과함께퇴적되어석유생성의근원을이루었습니다.물론어릴적꿈속에나오던다이너소어공룡들도미미하긴하지만이바지했을거라고봅니다.실제로는전세계에서사용되는엄청난양의석유를만들기엔공룡의숫자가너무적었어요.공룡을포함한모든생명체는유기물과무기물로구성되어있습니다.유기물은탄수화물,단백질,핵산,지질등으로이루어져있지요.유기물은탄소의화합물인데,탄소가포함되어있지않은무기물과구분합니다.무기물에는물과무기염류가있습니다.
휘발유,경유,LPG가스는어떻게소비자에게올까요?
석유는오랜기간에걸쳐오로지자연의영향아래에서만들어집니다.지구의탄생이후대기가형성되며지각이만들어지고생명체가나타난머나먼과거여행에서확인했습니다.
과거에서현대로돌아와볼까요?오늘날인류가과학기술을이용하여땅속에숨은석유자원을찾아내고우리가사용할수있게하기까지어떤과정을거치는걸까요?석유는탐사,개발,생산,운송,정제,판매라는단계를거치며사용자가구매할수있는제품으로상품성을갖춥니다.
“유기물에서시작하여주유소에판매하는휘발유로소비자에게전달되기까지여러단계를거쳐야하므로오랜시간이걸리지만,우리의에너지시스템을작동시키기위해꼭필요한과정이지요.공룡이사라진자리에주유소가생겼습니다.”
①‘탐사’는땅속에묻혀있는석유를찾는활동입니다.
②‘개발’은탐사에서발견한석유를땅위로퍼내는데필요한설비를설계·구매·설치하는작업입니다.
③‘생산’은생산설비를통해생산된석유에서부터물,유해가스등이물질을분리하고임시저장하는과정입니다.
④‘운송’은정유사나운송업체가원유를석유회사로부터사들여정제시설이있는곳으로운반하는산업입니다.
⑤‘정제’는정유사가증류공정을거쳐휘발유,경유,항공유,가스,윤활유등의제품으로분류하는단계입니다.
⑥‘판매’는각제품이판매처를거쳐소비자가구매할수있도록유통하는서비스입니다.
과학으로풀어내고탐사하고탐구하고들여다보는석유
과학은우리생활을움직이는시스템이라고할수있습니다.초기과학은‘자연을이용하고통제하는모든시도’로정의되었고,고대문명과함께시작되었습니다.오늘날에는‘체계적인지식’으로그의미가한층깊어졌죠.나사(NASA)의우주·항공,자율주행자동차,수소에너지만과학이아닙니다.내가살아가면서자는집,먹는음식,입는옷을포함해생활속하나하나에과학기술이숨어있으니과학은우리생활과떼려야뗄수없습니다.덕분에우리는발전된기술로부터혜택을받으며살아갑니다.
이책에서‘과학과친해지기’와‘에너지인사이트’코너는다각적인관점에서현상을관찰할수있는사고를유도합니다.교과서에서배운과학이우리산업에서실제어떻게응용되는지알수있어흥미로울거예요.글자로만배우는어려운과학이아니라,우리가실제로사용하는에너지원인석유를통해과학이어떻게활용되는지살펴보세요.
‘1부생명과학으로풀어낸석유에너지’에서는생명과학의관점에서생물의발자취를따라가며천연에너지자원의기원을살펴봅니다.이는지구생태계를이루었던수천만종의생명체가남긴흔적을찾아가는흥미로운여정입니다.
‘2부지구과학으로탐사한석유에너지’에서는46억년의지질시대를구분하며지구의시스템을탐구합니다.지각,대기,해양,환경등지구를구성하는요소와다양한자연현상을설명하며,지각의움직임이만들어낸오늘날의지형과구조를이해할수있도록돕습니다.또한,지구과학을통해땅속에숨겨진비밀을밝히고,인류에게필요한석유에너지가어디에존재하는지탐색합니다.
‘3부화학으로탐구한석유에너지’에서는물질을이루는기본입자와그결합방식을살펴보고,이를통해새로운기체,액체,고체상태로변화하는특성을관찰합니다.또한,화학반응과물질의특성을연구하면서우주초기의원소부터현대사회에서에너지원으로활용되는복잡한화합물까지,화학이밝혀낸신비로운원리를이해할수있도록합니다.
‘4부물리학으로들여다본석유에너지’는우리가일상에서접하는운동과에너지,전기와자기,파동과빛과같은물리적개념을통해석유에너지의원리를탐구합니다.이를바탕으로,전세계가사용하는에너지가자연속에어떻게숨겨져있는지이해할수있도록돕는길잡이역할을합니다.
책속에서
(30쪽)만약공룡이석유를만들어냈다고믿었다면아쉬운이야기지만,실제로는전세계에서사용되는엄청난양의석유를만들기엔공룡의숫자가너무적었어요.또한수많은공룡들이같은날같은장소에서한꺼번에죽고,짧은시간안에땅속에묻혀야해요.그래야베네수엘라,사우디아라비아,이란,캐나다,미국처럼석유가많이매장된지역이나올수있죠.유기물을가진생명체인공룡으로부터석유또는천연가스가생성된다는가정은사실상불가능합니다.
(51쪽)석유가발견되는깊이는대개땅속수백미터에서수킬로미터아래입니다.지구내부의구조는구성성분에따라여러부분으로나뉘어있는데,그중에서‘지각(地殼)’은우리가딛고있는땅의가장바깥부분이에요.최근에는지각안에서깊이3~4킬로미터쯤되는곳에부존(賦存,천부적으로존재)하는석유를찾는사례가많습니다.심지어더깊은곳에서찾을때도있죠.이깊이를쉽게생각해보면제주도한라산이지표면에서1,950미터높이인데,그보다2배정도더깊은곳이라는뜻이에요.
(66쪽)전세계적으로석유는여러암석중퇴적암에가장많이매장되어있습니다.퇴적암이갖는특성이석유나천연가스를땅속에담아놓는데뛰어나기때문입니다.(…)공극률이높을수록많은양의석유가지층에묻혀있을가능성이크다는의미입니다.석유가많은대형유전을발견했다고하면공극률이클확률이높습니다.
(90쪽)석유의양은여러이름으로불립니다.원시부존량,자원량그리고매장량이라는명칭이있습니
다.마치파스타에도펜네와스파게티처럼각각다른이름이있고,의미하는정의가다르듯이요.이름이하나가아닌이유는땅속에있는석유의양을명확히산정할수없어서분류체계에따라기준을정해야하기때문입니다.
(138쪽)케첩,꿀,석유를미끄럼틀에태우면어떤물질이더빠르게내려올까요?세가지물질이받는힘은중력만존재한다고가정할때점성에따라물질이도달하는시간이달라집니다.석유,꿀,케첩순으로빠르게내려옵니다.물론하나의석유가물질전체를대표할수는없습니다.석유를구성하는화학적성분에따라다양한특성의탄화수소혼합물이만들어지기때문입니다.
(149쪽)천연가스는사실우리에게친숙한에너지원입니다.대다수가정에서난방을하거나조리할때도시가스라고불리는LNG(액화천연가스)를사용하고있습니다.도로에서달리는택시중에는LPG(액화프로판가스)연료를사용하는차량이많이있어요.캠핑장에서사용하는부탄가스도있습니다.LNG는발전소연료로도많이도입되고있습니다.
(188쪽)가스는액체석유위에쌓이며가스층을이룹니다.이렇게모인가스층은석유사이사이에서
기포로활동할때보다높은에너지원역할을합니다.뭉치면커지고흩어져도팽창에너지는작용하지만,액체내기포상태인가스는액체와의경계면에서작용하는표면장력등또다른힘으로가스층을형성할때보다에너지가작습니다.
