핵무기 없이 BP의 해양 플랫폼 딥 워터 호라이즌(멕시코 만) 사고로 인한 석유 유출 문제 해결책
해양 유출 문제 해결을 위한 탐색
2010년 6월 30일 ~ 2010년 7월 5일
루이지애나 해안에서 60km 떨어진 해저 플랫폼 딥 워터 호라이즌에서 발생한 참사의 원인은 블로우아웃(출구 폭발)에 기인한다. 이는 해저에서 우물을 뚫는 과정에서 암석 속의 석유 및 가스가 갑작스럽게 상승한 현상이다. 위키백과를 살펴보면, 육상이나 해저에서의 많은 플랫폼이 뚫는 과정에서 이런 급격한 유출 현상을 겪어온 것으로 나타난다.
일반적으로 모든 우물 머리에는 BOP(블로우아웃 방지 장치)가 설치되어 있으며, 이 장치는 우물관을 압착함으로써 즉시 밀봉할 수 있다. 이는 압력이 300~1000바까지 상승하더라도 제어할 수 있도록 한다.
이탈리아산 블로우아웃 방지 장치(BOP), 우물 머리에 설치됨
다음 사진은 장치의 크기를 보여준다:
블로우아웃 방지 장치(BOP)
인터넷에서 볼 수 있는 애니메이션은 두 개의 장치가 우물관을 절단하여 작동하는 모습을 보여준다.
두 개의 블로우아웃 방지 장치(BOP)가 우물관을 조여서 작동 중
우물관이 두 곳에서 절단된 후의 모습
이 장치는 플랫폼에서 작업 인력이 직접 작동시킬 수 있으며, 우물 머리 근처에 설치된 음향 센서가 압력 급상승을 감지하면 자동으로 작동하도록 설계되어 있다. 이는 드릴이 갑작스럽게 고압의 석유나 가스가 가득 찬 공간에 도달했을 때 발생하는 현상으로, 그 원인이 무엇이든 간에 발생할 수 있다. 10km의 깊이에서는 판구조학적 원인(판의 움직임)이 압력의 원인이 될 수 있다. 인터넷에 게시된 자료에 따르면, 딥 워터 호라이즌의 우물은 약 5000m의 깊이까지 뚫었다고 한다.
이유는 밝혀지지 않았지만, BP는 수동 제어 시스템을 고수하기로 결정했다. 이로 인해 블로우아웃이 발생했고, 이로 인해 거대한 메탄 기포가 해면으로 떠올랐으며, 이 기포는 해면에서 불꽃을 일으켜 플랫폼을 즉시 화재로 만들었고, 11명의 노동자가 사망하고 17명이 부상당했다. 불이 번진 해양 위에서 BOP를 작동시키는 것은 불가능했고, 화재는 플랫폼 전체를 태우며, 결국 플랫폼은 비상 대피를 하게 되었고, 2일 후 침몰했다.
환경 전문 변호사인 로버트 케네디 주니어는 2010년 5월 10일 허핑턴 포스트에 기고한 기사에서 이 플랫폼을 운영한 회사에 심각한 비난을 제기했다. 그는 이 장치가 많은 국가의 해양 플랫폼에 반드시 설치되어야 한다고 주장한다. 그러나 부시 행정부가 미국을 이끌게 되면서, 딕 채니의 개입으로 해양 석유 채굴 회사들은 이 장치를 설치할 필요가 없게 되었다. 이 장치의 비용은 약 50만 달러(해양 플랫폼에서 하루 반의 작업 비용에 해당)로 비교적 낮은 수준이었다. 로버트 케네디 주니어는 미국 행정부가 체계적인 부패를 일삼고 있으며, 가장 높은 제안을 한 자들에게 허가와 면제를 부여한다고 주장한다.
석유 채굴의 기본 원리에 대해 잠깐 정리해보자.
아래는 육상 드릴링 터렛의 작동 방식이다.
드릴링 터렛은 종종 세 개의 회전식 도구를 장착한 드릴 비트를 작동시킨다.
드릴 비트 (조금 마모됨). 중심부는 드릴링 블랙의 주입구
드릴링 튜브는 표준 길이(30피트, 약 9m)를 가진다. 예비 튜브는 일반적으로 드릴링 터렛 근처에 놓여 있으며, 표준 나사 단계에 따라 하나씩 조여서 연결한다. 마지막 튜브는 상단부에 단단한 '정사각형 튜브'와 결합되며, 이는 회전식 테이블에 고정되어 있다. 새로운 튜브를 설치하고 조인 후, 정사각형 튜브를 다시 회전식 테이블에 고정한 후, 모터를 다시 작동시켜 드릴링을 계속한다.
이러한 방식으로 1000m 깊이의 암석을 드릴링할 경우, 100개의 드릴링 튜브가 필요하다. 딥 워터 호라이즌의 드릴링 깊이가 5000m이고, 작업 기간이 78일이라면 하루에 약 7개의 튜브가 사용된 셈이다.
드릴링의 지름은 드릴 비트의 절단 지름에 따라 결정되며, 이는 드릴링 튜브보다 크다. 이로 인해 암석이나 퇴적물에 드릴링된 통로와 튜브 사이에 공간이 생기며, 이 공간은 절단된 암석의 상승과 동시에 케이싱(튜빙)의 설치를 가능하게 한다. 케이싱은 암석과 콘크리트로 접촉한다.
드릴 비트는 냉각이 필요하다. 이 냉각은 드릴링 튜브를 통해 압력으로 주입된 액체가 튜브 외부로 올라오면서 암석 조각을 끌고 올라오게 한다. 석유 채굴에서는 점성과 티크토로피 특성을 갖춘 점토와 고분자 기반의 드릴링 블랙(드릴링 블랙)을 사용한다. 이 블랙은 움직일 때 유동성을 유지하지만, 움직임이 멈추면 고체처럼 굳는다. 따라서 드릴링을 멈추면 이 물질은 그 자리에 머무르게 된다. 이 필수적인 특성이 없었다면 드릴링은 불가능했을 것이다. 드릴링을 재개하면 블랙은 다시 유동성을 회복한다.
이것은 브르타뉴의 베노데트 강 하구에서 볼 수 있는 '움직이는 모래'의 특성과 정확히 같다. 나는 11살 때 캠프에서 이와 같은 곳에 빠져들었고, 핀 나뭇가지 하나를 들고 있지 않았다면 지금 이 글을 쓸 수 없었을 것이다.
조수 저조 시, 검은 흙탕물 위를 걷고 있었는데, 그 위는 단단해 보였지만 갑자기 허리까지 빠져들었다. 내 발걸음이 순간적으로 상태 변화를 유발한 것이다. 그러나 정지한 상태에서 이 티크토로피적 흙은 다시 고체 상태로 되어 내 몸의 절반을 단단히 고정했다. 나는 생각을 정리하고 나뭇가지를 지지대 삼아 탈출했다. 그러나 이 과정은 결코 쉬운 일이 아니었다. 믿어주기 바란다.
석유 채굴용 블랙의 일반 성분은 베놀라이트로, 점토 기반으로 밀도는 약 1.8이다. 이 밀도는 압력 수치를 통해 석유의 상승을 막는 데 핵심적인 역할을 한다.
10미터의 물 = 1기압, 즉 1바
10미터의 베놀라이트 = 1.8기압, 즉 1.8킬로그램/제곱센티미터
딥 워터 호라이즌의 해양 플랫폼을 예로 들어보자. 이 플랫폼은 바닥에서 1500~1600미터 높이에 위치해 있다. 이 깊이와 채굴 깊이(약 5000미터)를 합치면 총 6600미터가 되며, 이로 인해 드릴 비트에서의 블랙 압력은 1188바가 된다. 이 압력은 석유가 플랫폼으로 상승하는 것을 막는다. 이 압력은 블랙이 바다물로 교체되면서 660바로 감소하게 된다.
초기의 석유 플랫폼은 몇 십 미터의 수심에서 고정된 다리 위에 설치되었다. 왜 해양 채굴이 필요한가? 바다에 덮인 지각 지역에도 석유가 존재할 가능성이 있기 때문이다. 텍사스 해안 근처의 해양 채굴은 육상 석유 시추지의 해저 연장선에 해당한다. 초기 해양 채굴은 멕시코 만에서 이루어졌으며, 1970년대 초 에너지 위기 당시 영국과 노르웨이가 북해의 가스 및 석유 자원을 개발하기 시작했다. 이 지역은 수심이 낮은 해저였다.
보완 설명: 영국과 노르웨이의 이러한 채굴 작업에서는 모든 블로우아웃 방지 장치(BOP)가 자동으로 작동되며, 음향 센서에 의해 제어된다. 이는 그곳에서 필수적인 안전 조치로 간주된다.
폭풍을 견디기 위해 플랫폼은 처음부터 거대한 크기를 가져야 한다.
300미터 이상의 해저에 플랫폼을 설치하려면 바닥에 고정하는 것이 불가능해졌다. 이에 따라 부유 구조물로 전환되었다. 초기에는 플랫폼이 해저에 고정되었지만, 수심이 깊어지면서 모터를 이용해 위치를 조정할 수 있게 되었다. 구조물은 자동으로 해저의 우물 머리 위로 정렬된다. 최신 플랫폼은 '반 잠수형' 구조로, 거대한 캐빈에 의해 떠다니며, 이 캐빈은 밀도가 약 0.9인 유체를 저장한다. 이 거대한 질량은 플랫폼의 관성을 높여 가장 강한 파도와 폭풍에도 거의 영향을 받지 않게 한다. 딥 워터 호라이즌도 이와 같은 구조이다. 해결해야 할 기술적 문제 중 하나는 플랫폼의 수면 위 부분인 '리저(리저)'가 자체 무게로 인해 기계적 저항을 견뎌야 한다는 점이다.
이 기술은 빠르게 발전했으며, 현재는 2000미터 깊이의 해저에서도 채굴이 가능하다(현재 기록은 알래스카의 2500미터). 석유 회사는 '3000미터의 경계선'을 목표로 삼고 있다. 앞으로 수년간, 해저 깊이에 대한 경쟁이 벌어질 것이다. 왜냐하면 브라질 해안에서 수백 킬로미터 떨어진 3,000~7,000미터 깊이의 해저에서 매우 큰 자원이 발견되었기 때문이다.
간단한 부가 설명: 브라질 대통령 루라(Lula)는 이 석유 자원을 외국 기업에 위탁하는 기존 방식을 바꾸고자 한다. 그는 브라질 자원이 브라질 국민이 직접 개발하기를 원하며, 수익도 브라질 국민 전체가 공유하기를 원한다. 이는 해안 근처 도시, 특히 리우데자네이루와 같은 지역에만 국한되지 않도록 하기 위한 것이다.
향후 '항공기 사고'가 예상되는가?
아지프 (이탈리아 국가 석유 회사)는 1926년 이탈리아에서 설립되었다. 2차 세계대전 이후 1950년, 1943년부터 독일과 싸웠던 에리코 마테이가 이탈리아 파시즘 정권의 구조를 해체하는 임무를 맡았다. 그러나 이때 폴리 밸리에서 천연가스가 발견되었고, 마테이가 이 계획을 포기하고 당시 이탈리아 정부에 에너지 산업의 국유화를 제안했다. 이는 엔이 (국가 석유청)의 설립과 함께 이루어졌으며, 마테이가 초대 회장이 되었다.
1962년 암살된 에리코 마테이
마테이가 이후 석유 탐사, 정제 및 유통을 매우 역동적으로 추진하며, 자원 보유국과 '50-50' 협약을 통해 자원국이 이익을 얻을 수 있도록 했다. 1950년대 후반, 이탈리아 전역에 유명한 로마 여우 상징을 가진 주유소가 등장했다. 위키백과의 무지한 사용자는 이를 '여섯 발을 가진 개'라고 표현했다.
마테이가 자원 보유국에 제공한 혜택은 카르텔에 불쾌감을 주었고, 결국 그는 자신의 비행기 폭파 사고로 제거되었다. 1972년 영화 마테이 사건이 칸 영화제에서 황금종을 수상했으며, 주연은 지안 마리아 볼론테가 맡았다. 그러나 영화가 개봉된 후, 미국 파라마운트사가 영화를 인수하여 묻어버렸다. 현재 이 영화의 CD나 DVD 복제본은 전혀 존재하지 않으며, 영화관에서도 찾을 수 없다.
이상은 잠깐의 산책. 브라질 해안 근처의 깊은 해저에서 발견된 놀라울 정도로 풍부한 석유 자원은 '석유 정점'에 대한 편향된 사고를 되묻게 한다. 해양 채굴이 확대된다면, 여전히 수많은 자원이 발견되고 개발될 수 있다. 따라서 이 지구상에서 석유의 희귀성은 먼 미래의 문제일 수 있다. 일부 추정에 따르면, 해양 채굴이 확대된다면, 앞으로 수십 년 내에 새로운 수요의 80%를 충당할 수 있을 것이다.
이러한 깊은 해양 채굴의 가능성은 한계를 알 수 없으며, 석유 회사들의 모든 노력이 집중되고 있다. 정치적 의의는 분명하다: OPEC(석유 수출국 기구) 국가들에 대한 에너지 자립이다. 이 문제의 중요성은, 인터뷰에서 회사 관계자들이 깊은 채굴을 중단할 수 없다고 말할 정도로 크다. 그러나 오바마 대통령은 최근 6개월간 깊은 해양 채굴을 일시 중단하는 금지령을 내렸다. 회사들은 플랫폼의 하루당 운영 비용을 고려해 분노하고 있다. 그러나 미국 세금 납부자들이 이 손실을 감당하게 될 가능성이 높다.
이러한 수익을 얻기 위해 회사들은 우리에게 모든 위험을 지우려 한다.
한편, BOP(블로우아웃 방지 장치) 배터리가 우물 머리 근처의 해저에 설치되어 있다.
해양 채굴에서의 블로우아웃 방지 장치(BOP) 배터리
해양 채굴은 육상 채굴보다 비용이 더 높다. 딥 워터 호라이즌과 같은 플랫폼의 운영 비용은 하루에 100만 달러에 달한다. 또 다른 측면은 위의 그림에서 쉽게 알 수 있다. 드릴링 블랙은 일반적으로 회수할 수 없다. 이는 드릴링 튜브를 통해 아래로 떨어지고, 상승 후 해양 표면에 쌓이게 된다.
이 블랙의 높은 밀도는 석유의 급격한 상승을 방지하는 데 필수적이다. 예를 들어, 딥 워터 호라이즌의 채굴 깊이가 5000미터라고 가정하면, 드릴 비트 아래의 암석에 가해지는 압력은
(1600미터의 수심 + 5000미터의 채굴 깊이) × 1.8 = 1,188바
이 된다. 만약 블랙 대신 해수를 사용해 냉각 및 윤활을 한다면(비용 절감), 시스템은 660바의 압력만 유지할 수 있다. 사고 당시, 경비 절감을 위해 전문가들의 반대에도 불구하고 블랙 대신 해수를 사용했다는 소문이 돌고 있다.
드릴 비트가 석유 호수(밀도 0.9)에 도달하면, 그 위에 있는 암석과 퇴적물의 무게를 견뎌야 한다. 이를 상상해보면, 물로 채워진 주머니 위에 흙이나 모래를 올려놓고, 그 안에 바늘을 찌르면 주머니 안의 액체가 분출되는 것을 상상해볼 수 있다. 따라서 이러한 '상승'을 제어하는 것이 매우 중요하다. 석유 회사들은 채굴 과정에서 채굴된 암석의 특성과 밀도를 지속적으로 분석한다. 또한 석유는 항상 특정한 호수 안에 존재하는 유체가 아니라, 흐르는 암석 속에 포함된 귀중한 유체일 수 있다. 이 유체는 압력에 의해 추출된다.
딥 워터 호라이즌 사고는 1979년의 해양 채굴 사고인 IXTOC 사고의 전조였다.
http://en.wikipedia.org/wiki/Ixtoc_I_oil_spill
1979년 유카탄 반도 북쪽, 해안에서 100km 떨어진 IXTOC 채굴 사고로 인한 기름 유출. 지속 기간: 9개월
이 지도는 멕시코 만에서 석유 탐사가 가능한 해저 지역의 범위를 보여준다.
IXTOC 참사 당시 인터넷은 존재하지 않았으며, 환경 문제에 대한 대중의 인식도 오늘날과는 달랐다. 대중은 언론을 통해 알려진 정보만을 접했고, 이 언론은 강력한 재정적·정치적 영향력이 있는 사람들의 조작을 쉽게 받았다. 게다가 처음 피해를 입은 것은 멕시코 사람들이었다. 시간이 지나면서 텍사스 주민들도 영향을 받게 되었으며, 이들은 사고 현장에서 1000km 떨어져 있었다. 해류는 오염