사회과학부 우영재

1.What’s Oil Sand? 2.Oil Sand Process 3.Economic Model -Externality & Benefit/cost Analysis 4.Economic Factor in Oil sand Process 5.Benefit/Cost Analysis in Oil sand Process 6.Conclusion & Reference

★오일 샌드 ? - 비투맨 (Bitumen)+ 물 + 점토 =Oil Sand - 액체로 채굴되는 원유 (Crude oil) 과 다르게 모래와 혼합된 상태로 채굴이 된다 - 섞여있는 비투맨에서 원유와 유사한 성분을 얻어낼 수가 있다. 출처 :Rob Engelhardt & Marius Todirescu “An Introduction to development In Alberta’s Oil sands”, Univ.Alberta School of Business,FEB.2005.Page3

오일샌드 공정의 핵심 비투맨 모래 점토 물 및 미네랄 물 및 미네랄 정제 비투맨

채굴 (Mining) 조건 잡기 1 차 원심 분리 2 차 원심 분리 정제 (Upgrading) 분리 (Separating)

∴과연 oil sand 채굴 비용에 환경 오염의 대가가 지불되고 있는가 ? - 어떤 경제활동과 관련하여 다른 사람에게 의도하지 않은 혜택이나 손해 를 가져다 주면서도 이에 대한 대가를 받지도 않고 비용을 지불하지도 않 는 상태를 말한다. 다른 사람 - 외부효과는 외부경제와 외부비경제로 구분된다. 외부효과 외부경제 외부비경제 외부효과 (Externality)

Negative Externality : 오일샌드 개발 과정에서 발생하는 오염처리 비용 연구의 핵심 Internalizing : Negative Externality 를 비용 (Cost) 에 반영 Benefits & Costs Analyze : 갱신된 비용을 가지고 비용 - 편익 분석

Negative Externality price Quantity Q1Q2 사회적 균형점을 위한 양 (Q2) 보다 개인이 생산하 는 양 (Q1) 이 더 많다. => 별도의 비용을 지불 하지 않기 때문에 ‘ 과대 생산 ’ 된다. 사회적 균형점 개인 균형점

Internalizing 출처 : Suduk kim, “lecture2 Economic & Energy Environment Energy”, Ajou Univ,2012,Page 20 Negative Externailty 가 반영되어 생 산되고 있는 재화의 PMC( 개인 한계비 용 ) 을 사회적으로 요구되는 바람직한 SMC( 사회적 한계 비용 ) 으로 옮기게 하 는 것 → 균형점이 Em 에서 E* 으로 이동 → 외부효과를 한계비용에 반영함으 로써 Internalizing 할 수 있다.

- 이산화탄소 처리비용, 찌꺼기 보상 비용 등 - 환경 오염 가격 (Price) 규모 (Quantity)… Benefits & Costs Analyze B: 편익 C: 비용 NPV=∑B t /(1+R) t - ∑ C t /(1+R) t 미래의 편익에서 미래의 비용을 빼는 것 (B: 편익,R: 가치 증가율,C: 비용,t: 시간 ) (1) B-C > 0 (2)B-C=0 (3)B-C<0 수익성 있는 사업 본전만 뽑는 사업 손해 보는 사업

◈오일 샌드 생산 과정에 있어서 Negative Externality - 생산과정에서 발생되는 GHG(GreenHouse Gas) - 파이프 라인이 지나가는 지역의 토양 오염 - Mining 과정에서 발생하는 지하수 오염 등

(1) 비용편익 분석에 가정되는 기간은 30 년으로 정한다 (2) 편익 추산 - 과거의 유가자료를 바탕으로 30 년 후 유가 가격 예측 - 앨버타 파이프라인의 종착지가 미국 텍사스주 휴스턴인 점을 감안 유가 추산에는 서부 택사스산 중질유의 가격을 참고한다 (3)Internalizing 과정 -GHG( 온실가스 ) 처리비용 (*GHG 중 가장 대표적인 물질인 이산화탄소를 대표로 설정 ) - 이산화탄소 : 톤당 발생량을 추산한 후 생산량을 곱하여 톤당 가격 을 다시 곱해준다 ( 톤당 가격 : 유럽 기후 거래소 가격 이용 ) ʘChicago Climate Exchange 는 2012 년 3 월을 끝으로 폐장됨. 비용 편익 분석에서 고려해야 할 점들

출처 : 캐나다 에너지 센터 ( 서부 택사스 산 중질유를 기준으로 거래된다고 명시.

앨버타 주의 석유를 30 년 동안 퍼올린다면 얻을 수 있는 편익은 어떻게 될까 ? 출처 :Indexmundi(

1982~2012 년 동안의 서부 택사스 중질유의 가격 증가율은 연간 1.03% 앞으로 30 년 동안 매년 1.03% 씩 증 가한다고 가정한다면, 현재 91.44$ 인 유가가 2042 년에는 124$ 에 이를 것으로 예상할 수 있 다. 출처 : indexmundi 의 유가자료, 계산은 본인이 직접 1. 직접 계산 시에 유가 예측

논문 출처 :Yulia Reuter 외, “Canada’s Oil Sands Shrinking Window of Opportunity”,RiskMatrix Group,2010,page21 2.EIA 와 AEO 의 유가 예측 지속적으로 상승하여 2035 년에 약 135$ 에 이를 것으로 전망

그렇다면, 30 년 동안 얼마나 뽑아낼 것인가 ? 논문 출처 :Yulia Reuter 외, “Canada’s Oil Sands Shrinking Window of Opportunity”,RiskMatrix Group,2010,page27 현재 연구되는 것이 긍정 적인 결과를 가져온다는 낙관적인 전망치 현재 건설된 공정법이나 수용도를 고려한 생산량 현실적인 전망치 낙관치를 따를 경우 : 일간 380 만 베럴 (in-situ+mining) 현실치를 따를 경우 : 일간 190 만 베럴 (in-situ+mining) 낙관치를 따를 경우 : 일간 380 만 베럴 (in-situ+mining) 현실치를 따를 경우 : 일간 190 만 베럴 (in-situ+mining)

가정 : 유가 및 생산량은 미래 측정치를 사용한다. 편익 (Benefits) 유가 ( 베럴당 ) 연간 생산량 전망치 유가 계산 방식 낙관적인 성장 전망치 ( 일일 380 만 bbls 생산 ) 현재 설비에 근거한 예측 ( 일일 190 만 bbls 생산 ) 직접 계산 방식 ($124 / bbls ) 5,159,640,000,000 $ ( 약 5 조 1600 억 $) 2,579,820,000,000 ( 약 2 조 5800 억 $) 미국 에너지 정보부 (EIA) 와 에너지 예측 (AEO) 치 ($135 / bbls ) 5,617,350,000,000 $ ( 약 5 조 6200 억 $) 2,808,675,000,000 ( 약 2 조 8100 억 $) 30Year

앨버타 주의 석유를 30 년 동안 퍼 올린다면 들어가는 비용은 어떻게 될까 ? - 오일 샌드를 개발하는데 지불하는 대가를 비용이라고 가정한다 생산과정서 소요되는 비용 이산화탄소 처리 비용 규제 관련 비용 토양, 수질 오염 처리 비용 Internalizing 해야 할 Negative Externality

생산 과정에서 발생하는 비용 오일샌드를 땅에서 파낼 때 증기의 압력을 이용해서 땅으로 퍼올리는 방식을 사용 수증기에 사용되는 물 수증기를 끓이는데 드는 가스 Government of Alberta, Canadian Energy Research Institute (CERI), 출처 본 연구에서는 이미 내재화되어 있다고 가정하고 시작함.

이산화탄소 처리 비용 박성권,” CaO 침지법을 거친 폐오일샌드를 이용한 이산화탄소 광물고정화 반응 공정 모사 = (The) Study on the Process Simulation of Carbon Dioxide Mineral Carbonation using Spent Oil Sand through CaO Soaking”, 아주대학교 에너지시스템학부, 2010, pp2, table1 CaO 침지법을 거친 폐오일샌드를 이용한 이산화탄소 광물고정화 반응 공정 모사 = (The) Study on the Process Simulation of Carbon Dioxide Mineral Carbonation using Spent Oil Sand through CaO Soaking 오일 샌드 1 배럴당 일반 원유의 3 배의 이산화탄소가 발생 한다. 계산에 사용 In-situ : 137kg Mining : 113kg ( 평균치 )

이산화탄소 처리 비용 년 6 월 이후에 큰 폭으로 하락하였고 계속 하락하는 추세에 있다. - 이러한 추세를 나타 낸다면 직접적인 추세 예측을 30 년 동안 하기 에는 어려움이 따른다. 출처 :Global Markets In Clear View ( ml?reportId=83#report/87)

이산화탄소 처리 비용 탄소 배출권 가격 예측 : 지난 6 개년간의 자료 (06.6 월 ~12 년.5 월 ) 들의 평균값으로 30 년 동안의 탄소배출권 가격을 가정. ◎17.33€ ◎14.80€ 1€=1.3$

광산 개발하고 남은 찌꺼기 ( 광미 ) 를 처리하는 비용 토양, 수질 오염 처리 비용 토양 개선 비용 ( 광미 개선 비용 ) - 캐나다 오일 샌드 산업은 하루에 310 만 베럴의 찌꺼기 (tailing) 을 배출하고 있다. - 이 것은 각종 중금속과 유해물질이 함 유된 유독성 물질로 토양 및 수질오염을 일으키는 주된 요인으로 작용한다. 출처 : :Yulia Reuter 외, “Canada’s Oil Sands Shrinking Window of Opportunity”,RiskMatrix Group,2010,page58 paragraph 2

토양, 수질 오염 처리 비용 1 베럴의 석유에서 17.5 베럴의 찌꺼기가 생성

토양, 수질 오염 처리 비용 1.re-vegetation: 파괴된 산림을 복원하는 비용 2. bioremediation : 미생물 이용한 환경 개선 개선비용 ($114,000/ha) ( 면적 : 53,000 ha) (mid 2009 기준 ) 개선비용 ($114,000/ha) ( 면적 : 53,000 ha) (mid 2009 기준 ) The high-end figure of CAD $50/ton for solids remediation cost (i.e. ARO eff ect) is broadly accepted within the industry, while the low end comes from consultation with a bioremediation expert, Fiton Technologies.83 This low-end quote assumes that Fiton Technology’s proprietary biocatalysis process, when applied to existing tailings accumulations, would produce economies of scale and drop the remediation cost to CAD $15/ton. Yulia Reuter 외, “Canada’s Oil Sands Shrinking Window of Opportunity”, RiskMatrix Group,2010,page71,paragraph 5 -bioremediation 1. 최대 : $50/ton 2. 최소 : $15/ton ( 계산 시 : $32/ton 으로 계산 ) -bioremediation 1. 최대 : $50/ton 2. 최소 : $15/ton ( 계산 시 : $32/ton 으로 계산 ) ( 추가적인 폐기물 투입이 없다고 가정할 때 ) 토양이 복원되는 데 40 년이 걸린다.

Low Carbon Fuel Standards (LCFS) – 저 탄소 연료 기준 2007 년 알버타에서 탄소배출에 대해 부과되는 톤 당 15 캐나다 달러의 추가 부담금 규제 관련 비용 규제 1 규제 2 탄소를 많이 배출하는 오일샌드 사업자 미국, 캐나다 연방정부 가 정한 탄소 배출 기준 을 충족하지 못할 경우 1.LCFC 구매 = $100/ton ( 매우 큰 부담 ) 2. 탄소 처리 ( 탄소 배출권 구매 or 처리 기술 ) = $11.4/barrel 가격 상승 2. 탄소 처리 ( 탄소 배출권 구매 or 처리 기술 ) = $11.4/barrel 가격 상승

비용 (Costs) 생 산 비생 산 비 이산화 탄소 거래 비용 오염 처리 비용 규제 비용 Internalizing 된 cost 30Year

비용 요소들 처리 공정들 생산 비용 이산화 탄소 거래 비용 오염 처리 비용규제 비용 합계 Steam-assisted Gravity drainage (In-situ) 1,539,570,000,000 $ ( 배럴 당 37$ 씩 380 만 t) 16,496,309,466,000 $ ( 일 380 만 b 생산 ) ( 톤당 14 유로 추정 ) 4,275,000,000 $ ( 녹화 비용 ) + 182,418,240,000 (bioremediation) =186,693,240,000$ 1,299,600,000 $ (380 만 배럴 생산 시 ) (LCFS 에 의해 상승된 가격 ) + 271,890,000( 앨버타주 ) =573,593,850,000 $ 18,796,166,556,000$ ( 약 18 조 8 천억 $) 769,785,000,000 $ 10,015,616,461,500 $ (190 만 b 생산 ) ( 톤당 17 유로 추정 ) ( 녹화비용 )+91,209,120,000 =95,484,120,000 $ 649,800,000(190 만 bbl) + 135,945,000( 앨버타주 ) =286,796,925,000$ 10,474,876,006,500$ ( 약 10 조 4700 억 $) Cyclic steam Stimulation (In-situ) 1,747,620,000,000 $ 16,496,309,466,000 $186,693,240,000 $ =573,593,850,000 $ 19,004,216,556,000$ ( 약 19 조 42 억 $) 873,810,000,000$ 10,015,616,461,500$ 95,484,120,000$ =286,796,925,000$ 11,271,707,506,500$ ( 약 11 조 2700 억 $) Mining (Mining) 2,621,430,000,000 $13,588,195,034,000 $186,693,240,000 $ =573,593,850,000 $ 16,969,912,124,000$ ( 약 16 조 9700 억 $) 1,310,715,000,000$8,261,055,913,500 $95,484,120,000$ =286,796,925,000$ 9,954,051,958,500$ ( 약 9 조 9500 억 $) SCO Integrated (Mining and Upgrading) 4,077,780,000,000$13,588,195,034,000 $186,693,240,000 $ =573,593,850,000 $ 18,426,262,124,000$ ( 약 18 조 4300 억 $) 2,038,890,000,000$8,261,055,913,500$95,484,120,000$ =286,796,925,000$ 10,682,226,958,500$ ( 약 10 조 6800 억 $)

전망치 유가 계산 방식 낙관적인 성장 전망치 ( 일일 380 만 bbls 생산 ) 현재 설비에 근거한 예측 ( 일일 190 만 bbls 생산 ) 직접 계산 방식 ($124 / bbls ) 5,159,640,000,000 $ ( 약 5 조 1600 억 $) 2,579,820,000,000 ( 약 2 조 5800 억 $) 미국 에너지 정보부 (EIA) 와 에너지 예측 (AEO) 치 ($135 / bbls ) 5,617,350,000,000 $ ( 약 5 조 6200 억 $) 2,808,675,000,000 ( 약 2 조 8100 억 $) 약 5 조 $ (380 만 bbl 기준 ) 약 2 조 ~3 조 $ (190 만 bbl 기준 ) 편익의 수준 (B) 약 17 조 7500 억 $ (380 만 bbl 기준 ) 약 10 조 $ (190 만 bbl 기준 ) 비용의 수준 (C)

Negative Externality 를 Internalizing 해본 결과 Oil sand Process 는 비용이 편익보다 더 크다 Result - 생산 비용 만으로 따진다면 오일 샌드는 국제 유가가 지속적으로 현재 상태를 유지하 며 증가할 경우 편익 (5 조 ) 이 비용 (1~2 조 ) 보다 크다 - 그러나 이산화탄소 처리 ( 본 연구에서는 탄소 배출권 거래로 해결한다고 가정 ), 폐기물 처리, 규제 비용 지불 등 따로 고려되지 않았던 비용들 (Negative Externality) 을 Internalizing 하게 되면 비용이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. - 생산 비용 만으로 따진다면 오일 샌드는 국제 유가가 지속적으로 현재 상태를 유지하 며 증가할 경우 편익 (5 조 ) 이 비용 (1~2 조 ) 보다 크다 - 그러나 이산화탄소 처리 ( 본 연구에서는 탄소 배출권 거래로 해결한다고 가정 ), 폐기물 처리, 규제 비용 지불 등 따로 고려되지 않았던 비용들 (Negative Externality) 을 Internalizing 하게 되면 비용이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다.

- 편익을 측정하는 요소가 빈약함. - 탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture and Sequestration, CCS) 기술에 대한 미흡한 고려 -30 년간의 기술 발전도를 고려하지 않은 미흡한 모형 -Negative Externality 에 대한 모호한 개념 정의로 인해 범주가 넓어짐 - 환경 오염 이외에도 원주민 보상 문제, 수송 파이프라인 비용 등을 고려하지 못함 -NPV 에서 가치 증가율 (r) 을 제대로 반영하지 못하였음. 유의점 및 아쉬운 점

- 박용기 외 3 명, “ 오일샌드 고부화기술 동향 ”,korean Chem.Eng.Res,Vol45,No.2,April,2007,pp Rob Angelhardt,Marius Todirescu, “An Introduction to Development in Alberta's Oil Sands”, University of Alberta School of Business,pp1- pp15 - 박성권,” CaO 침지법을 거친 폐오일샌드를 이용한 이산화탄소 광물고정화 반응 공정 모사 = (The) Study on the Process Simulation of Carbon Dioxide Mineral Carbonation using Spent Oil Sand through CaO Soaking”, CaO 침지법을 거친 폐오일샌드를 이용한 이산화탄소 광물고정화 반응 공정 모사 = (The) Study on the Process Simulation of Carbon Dioxide Mineral Carbonation using Spent Oil Sand through CaO Soaking 아주대학교 에너지시스템학부, 2010, pp2, table1 - 김수덕, “lecture2 Economic & Energy Environment Energy”, Ajou Univ,2012,Page 20 - 캐나다 에너지 센터 ( -Indexmundi( -Yulia Reuter 외, “Canada’s Oil Sands Shrinking Window of Opportunity”,RiskMatrix Group,2010 ( 다수 페이지 인용 저널 ) -Government of Alberta, Energy Research Institute (CERI), Global Markets In Clear View (