천연가스는 지하의 지층에서 자연적으로 생성되어 분출되는 가연성 기체 탄화수소 혼합물이다. 주성분은 메테인(CH₄)이며, 에테인, 프로페인, 뷰테인 등의 고분자량 탄화수소와 소량의 이산화 탄소, 질소, 황화 수소, 헬륨 등의 불순물을 포함한다. 자연 상태에서는 무색무취이므로 누출 감지를 위해 머캅탄(유황 냄새)과 같은 방향제를 인위적으로 첨가한다.
생성 과정
천연가스는 석탄, 석유와 같은 화석연료로, 수백만 년에 걸쳐 유기물(주로 해양 미생물)이 혐기성 조건에서 분해되고 지하의 열과 압력을 받아 형성된다. 크게 두 가지 생성 경로가 있다. 바이오제닉 가스는 습지, 매립지 등 얕은 퇴적물에서 미생물의 혐기성 분해로 만들어지며, 열발생 가스는 유기물이 지하 깊은 곳에서 고온고압에 오래 노출되어 생성된다.
발견 및 이용 역사
고대 중국에서는 기원전 400년경부터 염수 시추 과정에서 나온 가스를 대나무 파이프라인으로 운반하여 소금물을 끓이는 데 사용한 기록이 있다. 최초의 상업적 천연가스 이용은 1785년경 영국에서 석탄으로부터 생산된 가스로 가로등을 밝힌 사례이다. 1821년 미국 뉴욕 프레도니아에서 윌리엄 하트가 최초의 천연가스전을 개발한 이후 본격적인 산업화가 시작되었다.
특성
천연가스는 공기보다 가벼워(밀도 약 0.58~0.79, 공기 대비) 누출 시 대기 중으로 쉽게 확산된다. 옥탄가가 높고(RON 135) 연소 시 매연이나 미립자가 거의 발생하지 않으며, 다른 화석연료에 비해 이산화 탄소와 질소산화물 배출량이 적다. 표준 입방 미터(scm)나 표준 입방 피트로 측정하며, 액화 시 부피가 약 1/600로 줄어들어 운송과 저장이 용이하다.
용도
천연가스는 난방, 요리, 발전을 위한 연료로 널리 사용된다. 가정용 도시가스, 산업용 보일러 및 오븐, 발전소의 전력 생산에 활용되며, 플라스틱과 같은 유기 화학 물질 제조의 원료(화학 공급 원료)로도 사용된다. 차량 연료로는 압축천연가스(CNG)나 액화천연가스(LNG) 형태로 사용되나 보편화 정도는 낮다.
유통 형태
생산지에서 소비지까지의 유통 방식에 따라 다음과 같이 구분된다.
- PNG(Pipeline Natural Gas): 배관을 통해 기체 상태로 공급
- LNG(Liquefied Natural Gas): -162℃로 냉각하여 액화한 후 선박 등으로 운송
- CNG(Compressed Natural Gas): 높은 압력으로 압축하여 가스 상태로 저장·운송
장점
연소 시 매연과 미립자가 거의 없고, 이산화 탄소 배출량이 석유나 석탄 대비 40~50% 수준으로 적다. 질소산화물 생성도 적으며, 공기보다 가벼워 누출 시 확산이 빠르고 발화온도가 높아 폭발 위험이 상대적으로 낮다. 전 세계적으로 고르게 분포되어 있고 매장량이 풍부하여 약 100년간 사용 가능할 것으로 추정된다.
단점
휘발유나 경유에 비해 혼합기 발열량이 낮아 엔진 출력이 약 12~15% 감소한다. 1회 충전 시 주행거리가 짧고, 고압(400~500bar) 가스탱크가 필요하여 설치 공간이 크다. 충전소 인프라가 아직 부족하며, 생산·운송 과정에서의 메탄 누출은 기후 변화의 주요 원인 중 하나로 지적된다.
환경적 영향
천연가스는 연소 시 다른 화석연료보다 대기 오염물질과 이산화 탄소를 적게 배출하지만, 공급망 전반에서 발생하는 의도하지 않은 비산 배출(메탄 누출)로 인해 전체 탄소 발자국은 다른 화석연료와 유사한 수준에 이를 수 있다. 메탄 자체와 연소 시 생성되는 이산화 탄소 모두 강력한 온실기체로, 천연가스의 추출과 소비는 기후 변화의 주요 원인으로 지목된다.
