[공학저널 김하늬 기자] 최근 해외 플랜트 건설시장의 수주감소와 관련 산업의 침체가 플랜트 산업의 중요한 문제로 부각되고 있다. 단기적인 회복 추세에도 불구하고 지역적, 공종적 편중과 EPC(일괄도급공사) 수주형태로 인해 우리나라 건설·엔지니어링사의 해외 플랜트 수주액과 수익성 향상에 한계가 있는 실정이다.
2009년 UAE에서 수주한 원자력 발전 프로젝트에서는 총공사비 46.5억 달러 중 EPC를 제외한 종합설계와 기술 자문을 위해 미국 Bachtel 사에 27.9억 달러를 소모한 사례가 이를 방증하고 있다. 이러한 문제 해결을 위해 수주 다변화 전략의 추진과 수익성 향상을 위한 FEED (Front End Engineering Design) 엔지니어링 핵심기술 개발이 시급하다는 것이 전문가들의 의견이다.
이러한 상황을 타개하기 위해, 지난 2017년 10월 국가과학기술연구회는 ‘비전통 자원 기술 실증 플랫폼 기술개발 연구기획과 기술 동향’ 보고서를 발표했으며, 이 보고서를 통해 연구회는 미탐사·미개발 오일 및 가스의 잠재력을 북방지역(러시아, 중앙아시아, 캐나다 등)에서 확장할 수 있음을 확인했다. 석유와 같은 전통오일 대신 비(非)전통 방식의 석유 시추 방법 외 경로를 통해 얻어지는 오일을 새로운 플랜트 자원으로서 확인한 것이다.
이후 2020년 4월 국토교통부가 ‘비전통오일 생산플랜트 건설 핵심기술 개발사업’ 보완기획을 완료하고, 2021년 국토교통과학기술진흥원이 상세기획을 통해 사업을 창출하면서 2022년 4월 비전통오일 생산플랜트 건설 핵심기술 개발 사업단(이하 비전통오일 사업단)이 공식 출범, 본격적인 비전통오일 기술개발 사업이 시작됐다.
비전통오일 사업단 장암 단장(사진, 성균관대학교 건설환경공학부 교수)은 “현재 FEED 엔지니어링을 포함한 핵심·원천 기술의 미확보로 인해 기본설계 및 핵심기술에서는 국내 플랜트 산업이 해외 기업에 의존하고 있는 상황”이라며 “이로 인해 기자재의 낮은 국산화율과 국산 조달률로 외화 부담과 수익성 저하가 발생하며, 해외수주가 둔화되고 있다. 이에 따라 국내 중소기업은 기술과 가격경쟁력을 강화하기 위해 정부의 적극적인 지원이 필요한 시점”이라고 설명했다.
비전통오일 사업은 비전통오일 생산플랜트 기술 중상류부문에 해당하는 ‘생산·순환, 수집·분리, 수처리, 부분개질’ 분야에서 핵심기술을 확보함으로써 국내 중소기업 등 연관 기업들과 산업발전의 중요한 마중물 역할을 할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 이는 대체 원유 공급망 확보와 에너지 위기극복에 기여하며, 2050년 탄소 중립 실현에 일조할 전망이다.
현재 사업단의 우선 과제로는 오일샌드 생산플랜트의 모듈화와 핵심장비의 국산화율을 높이고, 300 BPD 파일럿 플랜트를 3개월 이상 연속 운전해 운영실적을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 또한, 오일샌드를 20,000 BPD 가량 생산할 수 있는 상용급 FEED 설계기술을 확보하는 것이 최종 목표다.
이를 바탕으로 현재 비전통오일 사업은 육상의 지하 저류층에 부존하는 오일샌드 시추와 지상 처리, 이송 기술개발, 생산현장 실증을 목표로 하며, 플랜트 산업 중상류 부문에서 기술 경쟁력을 확보하기 위한 일환으로 고부가가치화를 통해 개념설계, 기본설계, FEED 엔지니어링 기술 확보에 중점을 두고 있다.
중점 개발 분야 중 하나인 생산·순환은 오일샌드 시추를 위한 첫 번째 과정으로 비전통오일 생산증진을 위한 하이브리드 열공법과 ES-SAGD (Extended solvent-SAGD) 공법 기술개발이 포함된다. 기존 저류층에 스팀을 주입해 오일을 생산하는 방식인 SAGD (Steam-assisted gravity drainage) 공법에 비해 원유 회수율을 60% 이상까지 증대시킬 수 있는 기술이다.
두 번째로 수집·분리 공정은 시추되는 다상 혼합물질 내에 존재하는 물, 오일, 모래, 솔벤트 등을 적정분리하는 기술로 여기서 분리된 물은 후속 공정인 수처리 공정에서 스팀 제너레이터에 공급될 수 있는 고품질로 처리돼 재이용된다. 이는 스팀생산에 필요한 수원을 충족시킬 수 있는 재이용률 90% 이상 달성이 가능한 국내 기술을 적용해 개발하고 있다.
이렇게 분리된 오일은 부분개질 공정을 거쳐 최종 생산물인 PUB (Partially upgraded Bitumen)이 되는데, 원거리 파이프라인 이송을 위해 기존에 첨가되는 희석제의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 방법으로 별도 정제시설(Upgrader)을 거치지 않고 수요처까지 직접 공급이 가능해졌다. 이와 함께 비전통오일 사업단은 오일샌드 생산 플랜트 핵심설비 모듈화로 캐나다와 같은 극한지역에서의 어려운 현장시공 조건을 만족할 수 있는 스마트한 시공기술을 함께 개발하고 있다.
이러한 사업을 통해 여러 가지 기대효과로 기술적·사회적·경제적인 측면에서 다음과 같이 나타날 전망이다.
기술적 효과로는 고부가가치 영역인 개념·기본설계(Pre-FEED)를 통해 다수의 공정설비를 패키지화하는 설계기술과 상용화 기술을 확보할 수 있다는 점이 장점으로 손꼽히며, 오일샌드 생산과 개질 공정의 운영 및 시뮬레이션 기술을 개발해 타 공정에서도 활용 가능한 경쟁력 있는 핵심기술 기반을 마련할 수 있다는 점 또한 마찬가지다.
또한, 사회·경제적 측면에서 이번 사업은 플랜트 운영 시 소비되는 에너지의 최적화를 통한 비튜멘 생산과 개질 공정에서 발생하는 온실가스 배출량을 줄여 탄소중립 정책에 이바지하며, 통합 진단 및 모니터링 기술을 통해 CAPEX-OPEX 내 비용 절감을 가져올 수 있다는 점에서 많은 주목을 받고 있다.
이뿐만 아니라 공정기술과 FEED 설계기술 자립화, 핵심장비의 국산화로 수입 대체 효과가 나타나 플랜트 분야의 새로운 먹거리를 창출할 수 있는 마중물을 기대할 수 있을 것으로 보인다.
현재 미국 등 非OPEC 국가들은 원유(Crude oil) 공급 불균형을 비전통오일을 통해 유가 안정을 도모하기 위해 비전통오일 개발을 활발히 추진 중인 상황이다. 이러한 상황 외에도 탄소중립 2050 목표를 달성하기 위해 에너지 기반 제조산업의 비중이 큰 국내 경제시장에서 비전통오일의 공급망 확대와 확충은 필수적이라는 것이 전문가들의 의견이다.
현재 본사업은 1단계(2022~2025)와 2단계(2026~2028)로 구분돼 진행되고 있으며, 2025년까지 비전통오일 생산플랜트 건설 핵심기술에 대해 중점분야별로 상세설계를 완료할 계획이다.
장 단장은 “올해 9월 정도에 캐나다 현지에 실증시설 구축을 위한 기초시설(전기, 도로, 가스 등)이 완공될 예정이며 실증장소인 캐나다 알버타주의 Bigstone 광구에 방문할 예정”이라며 “내년이 사업단 1단계 마지막 차년도로 오일샌드 300 BPD 실증생산시설에 대한 최종 상세설계가 완료되고, 국내에서 조달돼 공급되는 핵심설비에 대한 캐나다 인증 및 PE-Stamp가 완료될 예정”이라고 전했다.
