헬륨 탐사가 늘어나는 서부 캐나다

세계는 지난 14년동안 3번째로 심각한 헬륨 부족을 경험하면서 과학과 산업계를 위협하고 있다.

헬륨은 우주탐사, 헬스 케어 그리고 첨단기술과 같은 산업에서 사용되는 핵심 가스이다. 모든 사람들이 파티에 사용하는 풍선에 헬륨을 주입한다는 것을 알고 있지만, 공기보다 가벼운 요소가 반도체 생산, 의료의 이미징 그리고 기타의 응용기술의 많은 분야에서 다양한 용도로 사용된다는 것에 대해서는 모르는 사람들이 많을 것이다.

헬륨은 방사성 물질인 우랴늄이나 토륨이 핵분열하는 과정에서 나오기 때문에 깊은 땅속에 있다. 헬륨을 발견하는 유일한 방법은 땅속 깊숙이 시추공을 삽입하는 것이다.

과학자들이 연구 프로그램에 필요한 헬륨을 안정적으로 공급받기 위해서는 여러가지의 새로운 도전에 직면해 있다. 이 가스의 부족으로 헬륨 가격이 꾸준히 상승했다. 가스 크로마토그래피, 질량 분석기 그리고 핵 자기 공명 분광기와 같은 응용 연구 프로그램은 헬스 케어에서 요구하는 헬륨의 공급을 충족시키지 못하게 만들고 있다.

나는 최근 사스캐치완에서 헬륨 탐사를 시작한 일부의 시추공에서 샘플을 회수하여 분석하는 일을 책임지고 있는 수석 연구원이다.

새로운 헬륨 소스들

꾸준한 공급을 보장할 수 없게 되면서, 연구에 사용하는 헬륨의 구입비용은 개별 탱크를 기준으로 지난 4년간 15 퍼센트나 상승했다. 대학들은 이러한 가격에서도 공급부족을 겪었으며, 배급을 받거나 도매로도 500 달러 이상을 지불해야만 했었다.

지난 몇 년간, 몇몇 스타트업 기업들이 서부 캐나다에서 새로운 탐사와 생산활동에 성공했다. 1970년대초반 Canadian Helium이 사스캐치완의 Swift Current 근처에서 생산을 중단한 이후, 한 미국 기업이 2016년에 캐나다에서 처음으로 새로운 헬륨 생산시설을 건설하기도 했다.

또한, 캘거리에 본사를 둔 North American Helium도 활발한 탐사활동을 시도한 덕분에 지난해 여름 6개의 시추공에서 헬륨을 찾아내는 성공을 거두었다. 이 회사는 1 밀리언 에이커에서 헬륨을 생산을 생산할 수 있는 허가와 임대 계약을 맺고, 첫번째 생산시설을 건설하기 위한 공사를 준비하고 있다.

미국에서는 지난 수십년 동안 소규모로 생산하는 활동을 계속해 왔지만, 발견에서 실제 생산으로 이어지기 위해서는 수년이 걸린다. U.S. Bureau of Land Management (미국 국토관리국)가 보유한 헬륨 판매가 끝나가고 있기 때문에 북미에서 새로운 헬륨 생산이 필요한 시점이다.

업계는 사스캐치완의 3개 지역을 포함하여 1960년대 석유탐사 업체에 의존해 왔다. 최근에 들어서야 헬륨 발굴을 목표로 탐사 시추작업을 시작했다.

(※ 참고사항: 우리가 사용하는 대부분의 헬륨은 천연가스전에서 얻어진다. 세계의 거대 석유화학 회사들은 천연가스전 개발을 통해 부산물로 헬륨을 획득한다. 이렇게 생산된 헬륨은 가스메이커에 넘겨져 정제 과정을 거친 뒤 다른 나라에 판매한다. 헬륨은 희귀 자원이므로 미국에서는 헬륨을 국가 전략물자로 취급해 Bureau of Land Management의 통제 아래 해마다 공급량을 조절하고 있다.)

사스캐치완의 장점

서부 캐나다의 헬륨 가스가 매우 매력적인 이유는 다른 지역에서 생산되는 헬륨과는 성분이 다르기 때문이다. 다른 지역에서 생산되는 헬륨은 높은 수준의 메탄과 이산화탄소를 함유하고 있지만, 서부 캐나다에서 나오는 헬륨은 다량의 질소를 함유하고 있다는 것이다. 질소는 지구 대기의 78 퍼센트를 구성하고 있기 때문에 메탄이나 이산화탄소를 처리하기 위한 대규모의 파이프 라인이 필요 없다. 그래서 환경에 미치는 부정적인 영향도 훨씬 약하다는 것이다.

서부 캐나다는 헬륨이 매장되어 있을 가능성이 높은 시베리아 또는 호주 중부와 같은 지역에 비해 이점이 있는 곳이다. 캐나다에서 헬륨이 발견된 주요지역은 석유와 가스 개발에서 중요한 역할을 한 지역이라는 것이다. 이것은 헬륨 탐사에 원유와 가스 회사가 수십년간 축적한 각종 자료들을 활용할 수 있기 때문에 비용을 대폭 줄일 수 있다는 것이다.

이것은 헬륨의 탐사와 생산에 대한 가능성을 입증하는 것이기 때문에 투자와 지속적인 활동 가능성을 높여 준다고도 볼 수 있다. 서부 캐나다는 원유와 가스 채굴을 하면서 축적된 노하우와 기반시설이 있기 때문에 생산한 헬륨을 시장으로 이동하는 것도 쉽다는 것이다.

동부 아프리카에 있는 탄자니아와 같은 국가에서 헬륨 가스전이 발견되기도 했지만, 재정적인 어려움과 석유 서비스 부문의 부재로 인해 아직 헬륨 생산을 위한 시추공 작업에 성공하지 못하고 있다.

헬륨 탐사와 생산 산업이 성숙기에 접어들면서, 매력적인 경제성과 환경에 미치는 작은 영향으로 서부 캐나다와 이곳에서 활동하는 몇몇 기업들이 미래 헬륨 생산의 선두주자가 될 태세이다. 이들 새로운 탐험가들은 공급격차를 메울 수 있는 위치에 있다.

(Source: The Conversation Canada: Scott Mundle is an assistant professor at the University of Windsor.)