포항 지진은 정말 지열발전소 때문일까
[주장] 지열발전이 포항 지진 원인이라고 단정할 순 없지만... '신중한 접근'이 필요하다

(서울=오마이뉴스) 이창희 기자 = 주말을 맞아 서울로 피신했다. 숙소 창밖으로 고층의 건물들을 내려다보면서, 영국 의회 '총리에게 물어보세요 (PMQ: Prime Minister's Questions)'의 난장판을 감상하고 있다. 별다를 것 없는 일요일 아침이지만, 다시 만나지 못할 수도 있다는 두려움으로 기다렸던 일요일이기도 하다.

나는 지금 포항에 살고 있다. 우리는 아직도 여진에 시달리고 있고, 어떻게든 이 문제를 '이해'하고 '대비'하려 애쓰고 있다. 이 글은 그 행동의 연장선에 놓인 또 다른 형태의 '질문하기'이다. 원인이 무엇이든, 나는 피해의 '당사자'이기에 자격이 있지 않을까?

2017년 11월 15일 오후 2시 29분. 포항에 규모 5.4의 강진이 발생했다. 일상은 틀어져 버렸고, 당장 내일을 기약하기가 힘들어 불안하다. 매 순간의 현실을 이어가는 것마저 사치로 느껴지는데, 갑자기 <맨 오브 스틸>(2013)의 첫 장면을 떠올리는 논쟁이 벌어지고 있다.

영화에선 슈퍼맨의 고향인 크립톤 행성이 '소멸'한 이유가 무분별한 자원 개발로 인한 지층의 불안정이 원인이라고 설명했다. 당시 미국에서 셰일층을 수평시추 후 고압의 액체를 분사하는 '셰일 가스 (Shale Gas)' 개발에 대한 우려가 부각되고 있었기 때문인지 몰라도, 꽤나 신뢰가 가는 장면이었다. 그런데, 한참의 시간이 지난 후, 이곳 포항에서 비슷한 걱정을 하게 될 줄은 '꿈에도' 상상하지 못했다.

지열발전으로 지진, 해외선 과학자가 법정까지 갔으나 '무죄'

11월 15일 JTBC의 전문가 인터뷰를 통해 '지열 발전소'가 하나의 가능성으로 언급된 후[1], 포항 지역에서는 지열 발전소와 지진의 관계에 대한 격한 논쟁이 벌어지고 있다. 21일, 지열발전소와 포항 지진의 연관성에 대한 데이터까지 공개되며 후속 보도가 이어지고 있다. 게다가 최근의 기사[2]에서는 진앙 주변의 토양이 늪지화되는 '액상화' 현상까지 언급되며, 지열 발전을 위해 지하에 투입한 대량의 물이 지하 심층부의 안정성에 영향을 미친 것은 아닌지 의심하고 있는 상황이다.

또한, 신방식으로 제안된 지열 발전인 '인공 저류 지열 발전 방식 (EGS: Enhanced Geothermal System, 이하 EGS, '심부 지열 발전'으로 불리기도 함)'을 적용한 경우 지진을 유발할 수 있다는 사례가 이미 보고된 바 있고[3], 미국 에너지부에서는 EGS를 적용한 지열 발전소 건설을 위한 가이드라인을 발표하기도 하였다.

포항에 지어지고 있다는 '지열 발전소'의 원리는 의외로 어렵지 않다. 지구는 땅속으로 깊이 들어갈수록 점점 온도가 높아지는데 이 고온의 열을 이용하는 것이 '지열 발전 (Geothermal Power Plant)'이다. 보통은 화산대 부근의 간헐천과 퇴적층 주변의 안정적인 지하수가 지열을 통해 가열된 후, 가열된 증기를 회수하여 지상의 터빈을 돌려줌으로써 전기를 얻게 된다. 하지만, 발전소의 건설이 가능한 지역의 조건이 제한적이라는 한계를 지니고 있었다. 현재까지 건설된 주요 지열 발전소가 캘리포니아와 아이슬란드, 필리핀, 인도네시아와 같이 일부 제한적인 지역에 집중된 것도, 기존 발전 방식의 한계 때문이라고 짐작할 수 있다[4].

이러한 한계를 뛰어넘기 위해 제안된 기술이 '인공 저류 지열 발전 방식'인 EGS인데, 이는 지상에서 대량의 차가운 물을 지하의 건조한 화강암 층에 흘려보낸 후, 고온에 의해 가열된 증기를 회수하여 발전을 수행하는 방식이다. 이를 위해서는 기존 방식에 비해 1에서 2킬로미터 정도를 더 깊게 수직으로 시추하는 기술이 필요하며, 건조한 지하 화강암층이 안정적으로 유지될 수 있는 지역을 선정하는 것이 매우 중요하다.

또한, 순간적으로 지하의 암반층에 대량의 물이 투입되는 경우의 지반 안전성 및 내부의 압력 형성이 주변의 지층에 미치는 영향에 대해서도 면밀하게 검토해야 한다. 최근 많은 사람들이 궁금해하는 포항에 건설된 지열 발전소의 경우에도, 발전소 입지의 제한점을 고려하여 EGS 방식을 채택하여 건설되었다[5].

포항 지역에 건설되는 지열 발전소에 대한 정보는 인터넷에 공개된 자료[6]를 통해 일부 확인할 수 있었다. 정부의 기술 개발 과제로 진행된 포항의 지열 발전소 프로젝트는 2010년 말 시작되어 2012년 말에 시추에 들어갔다고 알려져 있다. 자료에 의하면, 1단계에는 지하 3킬로미터까지 수직 시추를 통해 발전 가능한 지열을 평가하는 연구를 수행하고, 2단계에는 지하 4킬로미터에서 5킬로미터 수준의 수직 시추를 통한 시범 발전을 추진하는 단계로 진행되고 있다. 올해 2월의 관련 기사[7]에 따르면, 지하 4.4킬로미터 지점에서 170도 정도의 온도를 확인하였으며, 실증 및 시험 운전을 수행할 계획이라고 발표한 바 있다.

EGS를 적용한 지열 발전과 '유발 지진 (Induced Seismic event)'의 영향에 대한 유명한 사례 중 하나가 스위스 바젤에 건설되었던 지열 발전소에 대한 연구이다[8]. 바젤은 라인강과 유라 산맥이 교차하는 지역으로써, 1356년에 있었던 진도 6.5의 대지진 이후로는 지진으로부터 매우 안정적인 지대로 보고되어 왔었다. 지열 발전소는 2006년 12월 2일부터 8일까지 1주일 동안 지하 5킬로미터까지 수직으로 뚫린 파이프를 통해, 최대 유량으로 볼 때, 초당 50리터의 물을 흘려보내면서 발전을 진행하였는데 이후로 이 지역에서 지진의 발생 빈도가 크게 증가하였다고 보고된 바 있다.

문헌에 따르면 1982년부터 2004년까지는 규모 1 이상의 지진이 30여 차례 발생한 것으로 관측되었으나, 2006년 12월 이후로 2007년 11월까지 1년 동안 해당 지역의 지진을 모니터링한 결과 195회 이상의 강한 지진을 확인할 수 있었다. 본 문헌은 이와 같은 지진 발생에 대해, 다양한 데이터를 취합하여 심화 분석한 후 2009년 9월에 발표한 논문으로써, 지열 발전을 위해 지하에 투입한 대량의 물이 지진의 원인이 될 수 있다고 결론을 내리고 있다.

보고서에 따르면, 2006년 12월 8일에 지하수 투입되는 과정에서, 지하 5킬로미터에 위치한 고온 저장소 ('우물 (Well)'이라고 부르고 있음)의 압력이 최대 29.6MPa까지 형성되었던 것으로 보고되어 있고 이는 대기압으로 환산하면 약 300기압 정도의 고압이다.

결국, 2006년 12월 바젤의 지열 발전 프로젝트는 취소되었으며[9], 개발을 주도했던 과학자는 지진으로 인한 손해배상을 이유로 재판에 회부되었다. 결론적으로는 '지진을 일으키고자 하는 의도는 없었다'라며 무죄로 종결되었으나[10], 바젤의 사례는 이후 EGS 기술을 적용한 지열 발전소 설립에 대한 가이드라인을 제시하는데 중요한 동기가 되었다[11, 12].

원인 단정할 순 없지만... 이제라도 신중하게 접근해야

인류는 한정적인 지하자원을 가장 효과적으로 활용할 수 있는 방향으로 기술을 진보시켜왔다. 때로는 이러한 기술적인 진보가 '지속 가능한' 인류의 발전에 위협요인이 되지 않을까 하는 우려가 있었던 것도 사실이다. 특히, 지열 발전이나 셰일가스와 같이 새로운 기술이 도입되는 경우에는 모든 것이 '처음'이기 때문에 더욱더 불안을 느낄 수밖에 없다.

지열발전이 이번 지진에 얼마나 직접적인 원인이 되었는지는 명확하게 '정량화' 할 수 없다. 하지만, 그동안의 다양한 사례와 분석을 통해서도 볼 수 있듯이, 지열 발전소의 건설을 위한 장소의 선정이나 지하 심부의 지층에 영향을 미칠 수 있는 행위가 유발되는 경우에는 좀 더 신중할 필요가 있지 않을까 생각한다.

만약, 그동안은 '한반도'의 지진 가능성에 대한 안심으로 인해 신중하게 접근하지 못했던 부분이 혹시라도 있다면, 지금부터라도 아래의 질문들을 다시 던져본 후 '돌다리도 두드려' 보고 가는 것이 어떨까? 불안감을 완벽하게 해소하는 것은 불가능하지만, 좀 더 많은 정보를 공유함으로써 예상되는 위험에 미리 대비할 수 있다면, 불안은 분명히 '완화'될 수 있기 때문이다.

아래의 가이드라인은 미국 에너지부가 2012년에 발간한 'EGS 적용에 의한 유발 지진에 대한 프로토콜 (Protocol for Addressing Induced Seismicity Associated with Enhanced Geothermal Systems)[11]'에서 발췌한 내용이다. 보고서의 도입부에서도 언급된 바와 같이, 본 가이드라인의 취지는 '지열 발전을 하지 말자'라는 것이 아니라 EGS가 적용된 지열 발전의 위험성을 충분히 검토함으로써, 좀 더 효과적으로 확대해 나가는 데 도움을 주기 위해서라고 밝히고 있다.

또한, 이러한 단계를 통해 지열 발전소의 입지 및 운영에 대해 지속적으로 검토하는 것은, EGS 기술의 적용에 대한 지진 유발 가능성 및 예상되는 위험에 대해 대비하기 위해 필수적인 사항이라고도 언급하고 있다.

1단계: 설치 지역에 대한 충분한 예비 심사 및 평가
지열 발전소가 설치될 지역의 규제나 법령을 확인하고, 위험이 발생하여 영향을 미칠 수 있는 유효 영역에 대해 적절한 사전 평가를 수행하였는지를 확인한다.

2단계: 대외 인식 제고 및 적극적인 소통
지열 발전소를 설치하는 경우, 지역 공동체의 협조 및 호의적인 지지는 매우 필수적이다. 이를 얻어내기 위해서는, 정확한 정보를 다양한 방식으로 지역공동체에 충분히 알리고, 기술적인 사안에 대한 소통뿐만 아니라 비기술적인 소통도 적극적으로 수행해야 한다.

3단계: 지반의 진동과 외란에 대한 검토 및 판정 기준 확립
설치될 지역의 건물, 거주자 생활 환경 및 설치 위치의 지질학적 안정성 등을 충분히 검토함으로써, 지반의 자체적인 안정성 파악 및 예상되는 위험 상황을 고려하여 대응 가능한 위험 완화 모델을 수립한다.

4단계: 설치 지역의 지진 상황 미세 모니터링 시스템 구축
지열 발전소의 설치를 위한 수직 시추가 이루어지는 파공홀 주변으로 일정 영역에 대해서는 강도 0에서 1사이의 미세 지진에 대한 평가뿐만 아니라, 2 이상의 강도를 갖는 지진에 대해 모니터링이 가능한 상시 모니터링 시스템을 구축한다.

5단계: '자연 지진'과 '유발 지진'의 위험을 정량화
자연적으로 발생하는 '자연 지진 (Natural Seismic event)'과 인공적인 상황에 의해 발생하는 '유발 지진 (Induced Seismic event)'로 구분하여 검토하고, 해당 지진에 의해 발생 가능한 위험성을 정량적으로 평가할 수 있어야 한다.

6단계: 유발 지진에 의한 위험을 파악
집, 산업 기반 시설, 지역 주민들의 생활 및 사회 전반적인 위험을 미리 예상하고, 위험 상황의 특징을 파악함으로써 신속하게 회피할 수 있는 대안을 수립하고 예상되는 비용 계획을 포함한 대응 방안을 확보한다.

7단계: 위험 상황에 기반한 완화 계획 수립
위험 상황이 발생한 경우, 지열 발전소의 운전과 관계되는 '직접적인 완화 (Direct Mitigation) 계획'을 확보하고 신속하게 적용한다. 또한, 지진에 대한 지속적인 모니터링, 정보 공유 범위의 확대 및 투명성 제고, 지역 사회 지원 및 보상을 포함하는 '간접적인 완화 (Indirect Mitigation) 계획'을 수립하여, 피해를 최소화할 수 있도록 한다.

기술적인 진보가 눈부실수록, 신기술이 적용되어야 하는 상황에 대해서는 불안과 우려가 증대되는 것도 무시할 수가 없다. 하지만, 앞에서 요약한 프로토콜에 따르면, (1) 가능한 정확한 정보를 수집하고, (2) 투명한 절차를 통해 정보를 공개하며, (3) 지역사회의 공감대와 지지를 확보한 후 개발을 추진하는 것만이 '불안'을 '완화'시키는 가장 좋은 방법이 아닐까? 정보가 의도적으로 통제되는 상황에서는 '의심'과 불안이 괴물처럼 자라날 수 밖에 없음을, 이미 지난 10년의 대한민국을 통과하며 확인하지 않았는가?

'소 잃고 외양간 고친다'라는 말은 이런 때에 적합한 얘기는 아니다. 하지만, '소를 잃고도 외양간을 고치지 않는 것'보다는 낫다고 믿는다. 지금이야말로, 2010년부터 진행된 '지열 발전소 개발'에 대해 '지역사회'와 '전문가 집단'이 어떤 역할을 수행하였는지 살펴봐야 할 시점이다.

어떠한 절차를 통해 건설되었으며 발전소를 건설하고 시험 발전을 수행하는 동안 지역사회와 어떤 방식으로 소통을 진행해 왔는지 확인해야 할 것이고, 앞으로는 어떻게 안전을 인증할 수 있으며 무엇을 담보로 개발을 지속할 수 있는지 논의해야 할 때라고 생각한다. 그리고, 우리 스스로도 지역의 사안에 대해 '직접적인 나의 일'이 아니라며 외면하고 있었던 것은 아닌지도 돌아봐야 한다.

'걱정하는 과학자들'이라는 모임이 있다. (정식 명칭은 '미국 참여 과학자 연맹 (Union of Concerned Scientists)'이라고 한다[13].) 그들은 과학의 입장에서 새로운 기술의 적용에 대해 끝없이 의문을 제기하지만, 무조건적으로 '반대만을 위한 반대'를 하는 집단은 아니다. 그들은 과학과 기술이 소수의 전문가 집단에게 독점되는 상황을 경계하며, 투명한 정보 공개를 통해 과학 기술이 특정 이해관계에 의해 '오용'되는 것을 저지하고자 끝없이 질문하고 행동한다.

우리도 그런 '질문하기'를 시작해 보자. 그동안 '전문가 집단'에게만 의사 결정을 맡겨놓았던 나태함이, 혹시라도 지금의 '혼란'을 가져온 것은 아닐까 하는 생각이 들어서 두렵기도 하다. 현실 세계에서 나 자신이 '공범'이 아니라고 말하기는 쉽지 않겠지만, 앞으로는 좀 더 '적극적으로 질문할 것'을 잊지 말아야겠다. 위원장이 목이 터져라 '정숙'을 외쳐야 할 만큼 시끄러운 영국 의회의 '총리에게 물어보세요'가, 150년 가까이 싸움에 가까운 '질문하기'를 멈추지 않는 것에는 다 이유가 있을 테니 말이다.

참고자료 (References)

[1]http://news.jtbc.joins.com/html/438/NB11550438.html
[2]http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2017/11/19/2017111900818.html
[3]https://www.theguardian.com/science/2013/jul/11/fracking-water-injection-major-earthquakes
[4]http://www.power-technology.com/features/feature-top-10-biggest-geothermal-power-plants-in-the-world/
[5]http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3377327&cid=43667&categoryId=43667
[6]"국내외 심부지열발전사업 및 기술 현황 : '15년 지열 품질향상 및 보급활성화 워크숍" (2015.3월)
[7]http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201702212225025&code=620115
[8]https://scits.stanford.edu/sites/default/files/784.full_.pdf
[9]https://en.wikipedia.org/wiki/Induced_seismicity_in_Basel
[10]http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EC%A7%80%EC%A7%84-%EC%9D%BC%EC%9C%BC%ED%82%AC-%EC%88%98-%EC%9E%88%EB%8A%94-%EC%A7%80%EC%97%B4%EB%B0%9C%EC%A0%84-%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C
[11]https://www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/geothermal_seismicity_protocol_012012.pdf
[12]https://escholarship.org/uc/item/3446g9cf
[13]http://100.daum.net/encyclopedia/view/47XXXXXXXXb4
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