우리는 석유를 아주 오래전에는 난방용 기름으로, 또한 현재는 자동차를 움직이는 연료정도로 단순하게 생각합니다
그러나 사실 석유는 현대 우리 생활에서 없어서는 안 되는 플라스틱, 비누, 타이어, 접착제, 옷감등등 석유가 만들어내는 제품들은 수천 가지가 넘습니다
자연 속에서 왔지만 자연과는 별로 어울리는 것 같지 않은 독특한 성격을 가진 석유
이 석유는 바다 깊은 곳, 또는 땅 속 깊이에서 어떻게 만들어지며, 또한 아주 오래전 사람들은 이 깊은 곳에 숨겨져 있던 석유라는 물질을 어떻게 발견했을까요
이 글에서는 석유가 만들어지는 원리, 그리고 인류가 석유를 발견하고 사용해온 역사, 그리고 현대, 석유를 이용해서 만들어내는 물질들에 대해서 알아보겠습니다
석유는 어떻게 만들어지는것일까
석유는 바다나 호수에 사는 플랑크톤, 조류, 미생물들이 죽으면 바다의 가장 깊은 곳에 쌓이게 됩니다
산소가 풍부한 육지에서는 이러한 것들이 쉽게 부패되어 사라지지만 바다 밑은 산소가 부족한 곳이기 때문에 이 유기물들이 썩지 않고 진흙과 섞여서 퇴적층이 되는데, 시간이 흐르면서 점점 더 많은 퇴적층이 되어 쌓이게 됩니다
그리고 어느 순간이 되면 지구 중심의 뜨거운 열과 퇴적된 층의 높은 압력으로 유기물들이 화학적인 변화를 일으켜 '케로젠'이라는 반고체 상태의 물질로 변합니다
케로젠이라는 물질로 변한 유기물은 다시 바다의 깊은 곳에서 수백만 년이라는 긴 세월 동안 압력과 열을 받으면서 분해되어 액체 상태의 석유와 기체 상태의 천연가스로 변하게 되는데 온도가 낮은 상태에서는 주로 액체 상태인 석유가 되고, 온도가 높으면 기체 상태인 천연가스로 바뀌게 된다고 합니다
이러한 현상은 마치 참깨나 들깨를 압착하여서 기름으로 짜내는 과정과 흡사하다고 할 수 있을 것입니다
석유는 언제부터 사용하였을까
그렇다면 고대의 사람들은 바다 깊은 곳에 묻혀있는 석유를 어떻게 발견할 수있었을까요
지구는 여러 개의 판으로 이루어져있다고 합니다
그런데 이 판들은 고정되어 있는 것이 아니라서, 이 판들이 충돌하면 그 판들 사이에 있는 바다가 사라지며 판들이 엉키며 산맥이 형성되기도 하고, 바다였던 지역이 판의 움직임으로 점차 융기되어 육지가 되기도 한다고 합니다
현재 석유가 가장 많이 나오고 있는 중동 지역은 아주 오래전에는 기온이 따뜻한 얕은 바다였기 때문에, 바다생물들이 번성하기 좋은 환경이었을 것이고 많은 바다 생물들이 죽어서 쌓인 퇴적층이 많이 쌓여있었을 것입니다
오랜 세월을 거치는 동안, 유기물들은 석유라는 물질로 변화하였고, 또한 땅까지 융기하면서 오늘날 많은 양의 석유가 매장되어 있는 땅이 된 것입니다
그렇지만 고대의 중동 사람들이 석유를 액체인 원유로써 알게 된 것은 아니었습니다
왜냐하면 석유는 공기 중에 노출되면 증발되어서 나중에는 검고 끈적끈적한 반고체 상태의 물질로 변하기 때문입니다 이 상태의 석유를 역청이라고 하는데 아주 오래전 시대의 사람들은 석유를 기체가 증발하여서 남은 역청의 상태로서 접하였습니다
역청에 관한 기록은 고대 문서와 기록에 아주 많이 남아있는데 고대 수메르와 바빌로니아 지역에서는 땅 속에서 흘러나오는 역청을, 건축할 때 벽돌과 벽돌을 붙이는 용도로 사용하였다고 합니다
또한 고대 메소포타미아 지역을 배경으로 기록된 성경에도 역청에 대한 이야기가 많이 나오고 있는데, 바벨탑을 지을 때 구운 벽돌을 역청으로 붙였다고 하며, 노아가 방주를 지을 때에도 방수를 위해서 역청을 발랐다고 기록되어 있습니다
또한 창세기 14장에는 소돔과 고모라 시대, 싯딤이라는 골짜기에 역청 구덩이가 많았다고 쓰여져있는데 이 지역은 지금의 사해 부근으로 지금도 사해에서는 역청 덩어리가 떠오르곤 한다고 합니다
재미있는 이야기로는 19세기 미국의 대부호인 록펠러는 성경을 보다가 싯딤의 역청에 대한 구절을 보고 영감을 받아 땅 속에 이 물질이 많을 것이라는 확신을 가지고 석유사업에 뛰어들었다고 합니다
또한 1920년 경 고고학자들이 발굴한 메소포타미아 지역, 우르의 지구라트 유적에서도 벽돌 사이에 역청의 흔적이 발견되었다 하며 신비로운 정원으로 알려진 바빌로니아의 공중 정원도 역청으로 지어졌다고 합니다
역청은 이집트에서도 유용하게 사용되는 물질이었는데 미라를 만들 때 역청을 발라 시신의 부패를 막는 데 사용되었으며 고대 페르시아(이란)에서는 석유와 천연가스가 흘러나오는 곳을 불타는 샘이라고 부르며 거룩한 불로 숭배하였습니다
중국에서도 석유에 대한 기록이 있는데, 기원 전서부터 중국 사람들은 석유를 불에 탈 수 있는 물이라고 부르면서 사용하였으며 10세기 경부터는 대나무로 파이프를 만들어 석유를 뽑아내서 사용했다고 합니다
땅 속에 숨어있는 석유를 언제부터 끌어올려 사용하였을까
이렇게 고대부터 19세기 중반까지 사람들은 석유를 땅에서 스며 나오는 검은색의 역청의 형태로 사용하였습니다
그러다가 19세기 중반이 되면서, 미국에서 등불에 사용하는 기름의 수요가 폭발적으로 늘어나는 시기가 있었습니다
그때까지만 해도 등불을 붙이는 기름으로 고래 기름을 사용하고 있었는데 고래를 포획하는 데는 한계가 있어서 이를 대체한 물질을 찾고 있었습니다
그러다 조지 비셀이라는 변호사가 펜실베이니아 지역에서 예전부터 조금씩 흘러나오는 검은 액체에 관심을 갖기 시작하고 이 액체를 정밀분석하였습니다
그리고 분석 결과, 이것을 정제하면 등불의 기름으로 사용할수있을 거라는 확신을 갖게되었고, 이것을 땅 속에서 대량으로 뽑아낼수만 있다면 큰 돈을 벌수 있을거라는 생각을 하게 됩니다
그는 이 아이디어를 제안하고 투자자들을 모아 석유회사를 만듭니다
그리고 땅 속에 묻혀있는 석유를 끌어낼 수 있는 기술자를 물색하다가, 기술자는 아니었지만 우연히 철도원이었던 에드윈 드레이크를 알게 되어 이 일을 맡기게 됩니다
드레이크는 어떻게 석유를 끌어올릴 수 있을까를 생각하다가 고대부터 땅 속 깊이 있는 소금물을 끌어올려 소금을 얻었던 것을 생각하고 이 방법으로 석유를 뽑아낼 것을 생각합니다
그는 철로 된 파이프를 땅에 박고 깊이 뚫어 1859년 8월 석유가 샘처럼 솟아 나오도록 하는 데 성공하였습니다
참고로, 파이프에서 석유가 뽑아져 나오도록 하는 방법은 두 가지가 있는데 하나는 석유가 있는 땅 속은 원래 높은 압력을 받고 있는 곳이 많으므로 파이프를 대서 강한 압력에 의해서 저절로 원유가 솟아 나오게 하는 방법이며 또 하나는 압력이 높지 않은 곳에서 우물물을 끌어내는 것처럼 펌프를 사용하여 끌어올리는 방법입니다
이렇게 1859년 에드윈 드레이크가 석유를 시추해 내는 데 성공한 이후, 1860~70년 대 록펠러를 중심으로 스탠더드 오일이라는 회사를 설립됩니다
초기의 석유산업은 수요보다는 석유의 양이 많아서 다른 나라로 판로를 만들어야 할 지경이었으나, 19세기말 기차와 산업용품뿐 아니라 헨리포드가 자동차를 대량 생산하기 시작하면서 미국에서 나오는 석유만으로는 수요를 감당할 수 없게 되었습니다
그래서 석유가 나올 수 있는 지역을 탐색하기 시작하는데, 지질학자들을 통해서 세계의 지질을 분석한 결과, 중동지역에 석유가 매장되어 있을 가능성이 매우 크다고 판단하게 되어 이 지역을 탐사하기로 결정합니다
그리고 중동 지역의 국가들과 계약을 체결하여 석유가 있는지를 탐사하고 석유가 나올 경우, 일정의 로열티를 내겠다고 합니다
그러나 초기의 탐사에서는 깊이, 압력, 지형 특성 등의 문제로 원류가 쉽게 나오지 않았습니다
그러나 몇 년간 시도와 실패를 반복하면서 지하의 구조와 깊이를 정확하게 알게 되면서, 1908년 드디어 페르시아에서 원유를 뽑아내는 데 성공하게 됩니다
이후 정유 시설을 건설하고 수송할 수 있는 철도, 항구 등의 라인을 구축하여 원유를 판매할 수 있게 되었는데, 그러나 이 모든 과정은 미국이나 영국의 기술과 자본으로 만들어졌기 때문에 판매 이익은 거의 이들의 석유회사들이 가져갔고 중동의 국가들에게는 세금과 로열티만을 분배하였습니다
그러나 1960년대 들어서면서 중동의 국가들이 '석유는 우리 자원이다'라는 의식이 강하여져 가면서, 서방의 석유회사에 휘둘리지 않고, 원유의 가격과 생산량을 조정할 수 있는 OPEC라는 국제기구를 만들게 됩니다
이 기구를 통해 중동의 국가들은 자신들의 입지를 강화시키면서, 점점 석유를 국유화하려는 움직임이 시작되었으며, 1970년 대 초 사우디아라비아, 쿠웨이트, 리비아, 알제리 등은 스스로 석유회사를 만들어 외국 회사들의 지분을 인수해 나갔습니다
그러다가 1973년 석유시장에 아주 큰 사건이 발생하였는데, 중동지역의 이집트, 시리아등의 아랍국가들이 이스라엘을 공격하는 사건이 일어나게 된 것입니다
이때, 미국과 서유럽의 국가들이 이스라엘을 지원하자, 중동지역의 산유국들은 OPEC를 통하여 보복 조치를 결정하며 미국등 이스라엘을 지원한 나라들에게 석유 수출을 중단하겠다고 합니다
이로 인하여 석유값이 폭등하여, 미국과 서유럽은 심각한 경제적인 타격을 입게 됩니다
그러나 중동의 산유국들은 경제적으로 큰 이득을 취하였는데 이 오일 쇼크 파동을 겪으면서 세계는 석유가 국제 정치에서 무기가 될 수 있음을 절감하게 되었다고 합니다
이후 OPEC국가들은 점차 자신들 나라의 땅에서 나오는 석유를 직접 관리하겠다는 움직임이 강하여져 1980년 대 초 사우디 아라비아는 미국의 석유회사가 세운 아라비안 아메리칸 오일 컴퍼니를 완전히 인수하였습니다
이어서 쿠웨이트, 이라크, 이란, 등도 점차 외국회사의 지분을 빼앗고 자국이 직접 운영하는 석유회사를 설립합니다
현재, 중동의 산유국들은 나라가 운영하는 석유회사가 직접 원유를 시추하고 생산하여 수출하고 있습니다
석유가 나오기 전의 중동은 약소국에 속하였으나, 석유로 인하여 중동지역의 나라들은 부를 축척하였고 세계 무대에서 영향력을 가지는 나라들이 되었습니다
석유로 만드는 연료의 종류
석유는 바닷속의 생물들이 죽어서 만들어진 물질이기 때문에 여러 가지 다양한 성분이 혼합되어 있습니다
그래서 끓는점에 따라서 나오는 물질이 다르기 때문에 끓는 온도를 나누어 연료를 추출해 내는데 이 과정을 증류라고 합니다
끓는점이 가장 낮은 것부터 높은 순으로 나열해 보겠습니다
●천연가스
가장 가볍고 친환경적인 연료이기 때문에 가스레인지, 난방용, 온수기 등에 사용되면 천연가스 버스에 사용되기도 합니다
●LPG
우리가 많이 사용하는 부탄가스나 프로판 가스는 압력을 주면 액체로 변한다고 합니다 그래서 우리가 사용하는 부탄가스는 처음에는 액체로 되어있다가 가스레인지등에 넣고 밸브를 열어주면 액체가 나오는데 압력이 낮아지니까 가스로 변하면서 불이 붙는 것인데 이렇게 하는 이유는 기체보다는 액체 상태로 있을 때 더 많은 양을 담을 수 있기 때문이라고 합니다
프로판, 부탄 등 이런 식으로 저장하고 사용하는 가스가 LPG이며 가스레인지나 보일러 등에 많이 사용합니다
●휘발유
낮은 온도에서도 빨리 연소되어 버리기 때문에 자동차나 오토바이 엔진에 사용됩니다
●등유
휘발유보다 끓는점이 조금 높으며 냄새도 없고 깨끗하게 연소되어서 실내의 난방용 보일러나 항공기 연료로 사용됩니다
●디젤(경유)
끓는 점이 조금 높으며 트럭이나 기차와 같은 무거운 차량이나 산업용 기계에 사용됩니다
●중유
원유 중에서 가장 무거운 연료 중에 하나이며 끓는점이 350 ºC 이상으로 매우 높으며, 공장의 보일러 등으로 사용됩니다
석유가 만들어내는 대표적인 물질; 플라스틱, 나일론
석유가 만들어내는 물질들은 수천 가지가 되지만, 우리 생활에서 가장 많이 접하고 있는 플라스틱, 나일론이 만들어지는 과정에 대해서 알아보겠습니다
먼저 석유를 끓여서 에틸렌, 프로필렌 같은 분자를 뽑아내는 과정부터 시작을 합니다
그리고 이 분자 하나하나를 연결시키는데 이 과정을 중합이라고 하며 연결시키는 과정은 크게 두 가지로 나뉩니다
●첨가중합
에틸렌 분자를 예로 들자면, 에틸렌은 탄소와 탄소가 연결된 구조를 가지고 있습니다 그런데 이 결합은 강한 결합과 약한 결합이 있는데 열이나 압력, 촉매등의 방법으로 끊어주면 약한 결합이 끊어집니다
그러면 강한 결합끼리만 남게 되고, 이 결합들은 끊어진 결합의 전자들을 통해 강한 결합끼리 연결되게 됩니다
플라스틱이나 비닐봉지, 페트병등은 이러한 방법으로 만들어지는데, 이들은 이렇게 강한 결합으로만 이어지기 때문에
자연적인 방법으로는 분해가 잘 되지 않아 환경문제를 일으키는 것입니다
●축합 중합
서로 다른 두 가지의 분자를 섞어놓으면 서로 반응하면서 물과 같은 작은 분자를 내보내고 남은 부분들이 결합되어서 만들어지는 방식인데 나일론이 이런 방법으로 만들어집니다
나일론은 가볍고 튼튼해서 의류로서도 많이 이용이 되는데, 우리가 몸에 직접 닿게 착용하였을 때는 천연에서 나온 실크나 면 등에 비해서는 약간 이질감을 느끼곤 합니다
그 이유는 면이나 울 같은 섬유들은 아미노산으로 이루어져 있어서 우리 몸과 단백질의 구조가 비슷하다고 합니다
그래서 피부에 닿아도 편안한 느낌인데, 나일론은 우리와 단백질 구조가 다르기 때문에 우리 몸에서 약간의 이질감을 느끼는 것입니다
이렇게 중합과 축합 반응으로 얻어진 분자들은 처음에는 가루나 덩어리 같은 모양인데, 이것을 다시 작은 알갱이 모양으로 나누어서 제품을 찍어내는 공장에 보냅니다 그러면 공장에서는 이 작은 알갱이들을 녹여서 병이나 컵, 비닐봉지, 페트병등의 모양으로 찍어내는 것입니다
마무리
한 때 사람들은 석유가 중생대에 지구를 지배하였던 공룡의 사체가 쌓여서 만들어진 것이라는 주장을 믿기도 하였습니다 이러한 주장이 나왔던 이유는 석유가 형성된 시기가 공룡이 살았던 시기와 같은 시기인 데다가 석유의 검은 기름이 동물의 지방이나 기름과 연관 지어져서 생각되었기 때문 일 것입니다
아무튼 이렇게 깊게 숨겨져 있던, 자연이 빚어낸 기름은 현대의 기술과 문명의 필요와 맞아떨어져서 땅 속의 기름을 마치 금맥을 캐내듯이 뽑아서 정말 유용하게 사용해 왔습니다
그리고 석유라는 검은 금맥을 찾아낸 사람들과 나라들은 경제적인 부를 이루기도 하였습니다
그러나 석유라는 자원은 계속 만들어지는 것이 아니라 수천 년에 걸쳐서 만들어지는 것이기 때문에 지금 지구에서 석유를 사용하는 속도를 생각하면 언젠가는 분명히 한계가 올 것이며, 또한 석유에서 만들어지는 제품들은 많은 환경문제를 낳고 있다는 것을 우리는 잘 알고 있습니다
일부 과학자들은 석유는 바닷속의 유기물들인 만들어내는 것이 아니라, 지구 중심의 맨틀에서 만들어진 화학물질이 흘러나온 것이라는 주장도 있지만 아직까지 이러한 주장은 증명된 것이 아니기 때문에 석유라는 자원을 대체할만한 자연친화적인 새로운 물질과 기술을 기대해 봅니다