Shale gas The promise and the Peril Ch.11

 

Chapter 11. “Chemical Industry Prodigals Can Return”

Get back to where you once belonged

 

지속적으로 유지되는 낮은 가격의 shale gas 공급과 NGL은 미국의 화학산업에 큰 변화기를 가져 왔고 가져오고 있다.

 

최근 중동의 정치적 불안은 석유값 급등을 가져왔고 이는 즉각적으로 가솔린 가격 급등에 큰 영향을 미쳤다. 반면 천연가스 가격은 안정된 상태로 오랫동안 유지되고 있는데 이러한 오일의 가격 변화가 계속 됨에도 불구하고 가스가격은 안정되어 유지되는 것을 볼 때 오일과 천연가스의 근본적인 차이점을 알 수 있다.

 

오일은 세계적으로 거래되는 상품(world commodity)이지만 천연가스의 경우 지역적(regional)으로 거래되고 사용되며 최종적으로 사용되는 용도 또한 차이가 있다. 따라서 열량기준으로 봤을 때 천연가스 가격이 오일가격의 1/4이라는 사실은 작은 연관성(has little relevance)이 있다

 

그러나 업계에서는 이런 오일과 가스의 가격 차이가 지속 될 경우 기술적인 측면에서 대전환이 생길 것이라고 생각된다. 이번 챕터에서는 shale gas가 향후 미래의 가스가격을 지속적으로 낮게 유지시켜 줄 것이라는 점과 오일 생산이 정점에 달하면서 오일가격이 지속적으로 높게 유지될 것이라는 두 가지 트렌드는 천연가스와 오일의 가격차이(high oil to gas price ratio)를 지속시킬 것이다.

 

높은 오일 가격과 불확실성으로 해외로 이전했던 회사들은 점진적으로 미국으로 회귀할 것이며 이는 미국 경제에 전반적으로 순기능을 할 것으로 예상되며 특히 고용안정성에 큰 역할을 할 것으로 보인다.

 

화학산업과 철강산업은 연료의 가격에 가장 직접적으로 영향을 받는 사업특성이 있으며 그중에서도 천연가스를 공급원료(feedstock)로 사용하는 사업이 연료의 가격에 가장 큰 영향을 받는다. 또한 기존 오일의 정제를 통해 얻은 납사를 이용한 사업보다 ethane에서 얻을 수 있는 ethylene을 얻는 공정을 채택할 것이며 Propylene 생산 역시 큰 영향을 받을 것으로 예측된다.

 

The Propylene Story

Propylene과 polypropylene을 통해 얻은 부산물들은 우리 생활 속 어느 곳 에서나 쉽게 찾아 볼 수 있다. (roofing, carpets, bottles, bendable plastic). 2007년 이전 열량 기준 gas와 oil의 가격차이가 없었을 때 (parity condition), 프로필렌은 오일의 정제과정에서 나오는 에틸렌 제품의 부산물로 얻을 수 있었다. (또한 촉매를 이용한 크레킹 과정을 통해서도 얻을 수 있다). 정제공정은 잠재적인 각 제품들의 수익성을 따져 최종 상품 및 부산물의 비율을 조정한다.

 

그러나 오일과 가격의 차이가 점점 벌어진 2007년 이후 ethylene 상품이 기존 오일의 정제 과정에서 생산되던 것이 ethane 공급원료를 통해서 생산되는 공정으로 바뀌게 되었다. (/즉 오일 대신 천연가스를 이용하여 화학제품을 얻는다는 말). 그러나 ethane을 이용한 공정에서는 매우 소량의 propylene만 얻을 수 있고 이러한 한계점은 2년간(2010~2011) 프로필렌의 가격을 150% 급등시키는 결과를 가져왔다.

 

Propane을 함유하고 있는 shale gas는 수소이탈 반응(dehydrogenation) 공정을 통해서 ethane을 cracking 공정을 통해서 ethylene으로 바꾸는 것처럼 propane을 propylene으로 쉽게 바꿀 수 있다. propylene은 상품가치가 높은(high-value commodity) 화학제품이며 오일의 가격과 거의 동일하기 때문에 향후에 낮은 가스가격 가정시 정제 공장들은 가스를 이용한 propylene 공정에 더 많은 투자를 할 것으로 예상된다. Lurgi, Total, UOP가 이미 이와 관련 발전된 공정 기술을 보유하고 있다.

 

 

 

Ethylene

에틸렌 제품은 플라스틱과 섬유 산업에 지배적으로 이용되어 온 공급원료(feedstock)이다. 약 10년 전에 가스가격의 요동(fluctuation)으로 인해 가스를 이용해서 크레킹 공정이 가능한 공장이 대부분 폐쇄 되었고 비교적 저가격에 공급원료(feedstock)를 공급 받을 수 있는 중동과 아시아 지역에 집중적인 투자가 이루어졌다. 그 결과 미국은 ethylene 부산물의 순수입국이 되었다. 그러나 지금 셰일가스에서 유발된 저렴한 천연가스로 인해 미국과 캐나다의 에틸렌 가격은 대부분의 소비국가들의 가격보다 낮아졌으며 대형 화학회사들은 자국내의 가동을 멈췄던 공장을 재가동 하거나 새로운 공장의 건설을 계회하고 있다.

위와 같은 결과를 가져온데는 크게 두 가지 요인을 들 수가 있는데

1) 저가격에 공급 될 수 있는 풍부한 량의 ethane

2) 수년 내 지속적으로 예상되는 ethane의 수요

 

수년 내에 shale gas에서 공급되는 ethane의 양이 cracking 공정 가능양을 초과할 것으로 예측되며 이에 따라 Marcellus 지역 인근에 cracking 공정을 위한 새로운 공장이 지어질 예정이다.

 

Marcellus Assumption   Marcellus shale gas 지역의 liquid-rich(wet gas가 많이 포함된)에 대한 일반적인 상식   1) 1mcf의 가스에서 약 7gallon의 NGLs이 생산된다 (지역에 따라 4~12 gal로 다양), 이 중 약 60%가 ethane 2) Marcellus 지역의 한 유정은 보통 하루 1,500 mcf의 wet gas를 생산한다. (최근 발견된 매우 유망한 지역인 Utica에서는 이보다 약 2배의 양이 생산될 것으로 예상됨, 깊은 심도에 따른 더 높은 압력에 기인) 3) 1pad는 평균 15개의 유정을 포함한다. pad drilling은 총 개발 계획이 완성된 후에 실시되며 초기에 유정 하나를 뚫어 경제적 환경적 사회적 문제나 이익을 따져서 본격적인 작업이 시작된다. 4) 그러므로 한 개의 pad에서 생산되는 ethane은 94,500 gal/day (or 2,250 bbl/day)이다. (계산법, 7 galllons ×0.6×1,500×15wells=94,500 gallons) 5) 공급량이 년 백만톤인 Cracker의 경우 63,000bpd 또는 1.3 million tonnes per year의 ethane이 필요하다(Seddon, 2010). 그러므로 계산 시 하나의 Cracker가 요구하는 well pad는 28개이며 유정의 개수는 420개이다. 6) 63,000 bpd의 천연가스 processing plant는 자본비(capital cost)가 약 $700 million 정도이다. 7) 매년 소요되는 운영비(operating cost)는 $35 million 수준이다.

 

Cracker가 본격적으로 가동되기 까지는 수년이 소요되므로 2014년쯤의 생산규모를 예측하여 크레킹 공장을 지어야하는데, 2014년경 Marcellus 지역에서의 shale gas는 5~10 billion barrels per day(bbd)가 생산될 것으로 예상되므로 7.6bbd로 가정하고 계산시 wet gas는 1.9bbd가 생산되며 317,000bpd의 NGL이 생산된다. 이 중 190,000 bpd가 ethane이 될 것이며 이는 백만톤 규모의 ethylene cracker 3개가 필요한 규모이다.

 

크레킹 공장을 짓기 위해서는 financing이 필수적이며 이에 대한 보장을 위해서는 미래에 예측되는 일정규모의 생산성을 가진 유정에 대한 평가가 필수적이다. 천연가스 가격이 낮게 유지 될 것으로 가정할 때 수익성을 높이기 위한 wet gas 생산이 선호 될 것이며 ethylene이나 그에 따른 부산품 (polyethylene, PVC, polystyrene)등얼 판매하여 많은 수익을 올릴 수 있다.

 

Nitrogen-Based Fertilizers

 

현대 농업은 합성비료(synthetic fertilizer)에 대한 의존도가 높아지고 있다. 그 중에서도 가장 중요한 물질이 질산암모늄(ammonium nitrate)인데 이는 폭발물에 이용되는 물질이기도 하다. 그 외에 쌀생산에 많이 이용되는 요소(urea)등이 있다. 미국은 세계에서 가장 많은 곡물을 생산하는 나라로 합성비료의 막대한 소비국이기도 하다. (미국은 세계인구의 5%를 차지하지만 전세계 오일소비량의 12%를 차지하고 있다). 

막대한 합성비료의 수요를 위해서는 암모니아의 안정적인 공급이 필수적인데 이 암모니아는 천연가스에서 대부분이 생산된다. 비싸고 불규칙한 천연가스 가격으로 인해 절반 이상의 산업(화학산업을 말하는 듯)은 더 낮은 가격으로 천연가스를 공급할 수 있는 나라를 찾아 공장을 이전하였다. 트리니다드 토바고, 캐나다, 러시아 순으로 가장 큰 공급을 하고 있다( 천연가스 or 암모니아???)

그러나 셰일가스로 인해 불어닥친 낮고 안정적인 천연가스 가격은 이런 해외로 이전했던 기업들의 자국으로 회귀를 유혹하고 있고 지속적으로 낮게 생성되는 비료가격으로 인해서 곡물 가격 역시 안정 될 가능성을 보인다. 반면 옥수수를 에탄올로 변환하는 신재생에너지로 인하여 소고기 가격이 상승할 염려도 역시 가지고 있다.