미국이 최근 ‘셰일가스 혁명’을 통해 전통적으로 가스 시장을 지배하던 러시아와 중동의 영향력에서 탈피해 새로운 질서를 만드는 한편, 에너지 안보를 강화함으로써 전 세계 에너지 시장의 주도권을 거머쥐고 있다.

황인상 기자 his@

우리나라는 지난 2014년 세계에너지협의회(World Energy Council)가 조사한 ‘에너지 안보’ 순위에서 129개국 중 98위로 최하위권에 머물렀다. 또한 2014년 기준 우리나라의 에너지 수입액은 1436억 달러로 같은 해 반도체, 자동차, 선박 등 3대 수출 품목의 수출액과 맞먹는 수준이었다. 에너지 수입 의존도 역시 96.4%로 매우 높다. 국가 에너지 안보 차원에서 에너지 포트폴리오를 재구성하고 중장기적인 에너지 정책의 방향성을 정립하는 게 시급한 시점이다.

미래 에너지자원 대안의 핵심 기술 개발

▲ 신창수 교수

신창수 서울대학교 에너지자원학과 교수의 행보가 화제다. 신창수 교수는 석유 에너지 산업의 상류부문인 탐사, 개발 및 생산 분야에서 가장 핵심적인 기술인 지하영상화 기술의 새로운 영역을 넓혀온 인물이다. 완전파형역산기술의 발전과 더불어 지난 30여 년간 이 연구에 몰두해온 신 교수는 지금까지 SCI급 논문 126편을 발표했으며 다른 연구자들에 의해 3,455회 피인용 되었고, 해외유명학회지에 114편의 초록을 발표했으며 다른 연구자들에 의해 370회 피인용 되기도 했다. 뿐만 아니라 석유물리탐사 분야에서 영향력 있는 학술지 중 하나인 국제지구물리학저널(Geophysical Journal International)에 라플라스 영역 완전파형역산에 관한 논문을 2008년과 2009년 연이어 발표했다.

최근 신창수 교수는 진동파를 활용해 석유 매장 지점을 정확히 짚어내는 기술 개발에 성공, 전 세계의 이목을 한 몸에 받고 있다. 신 교수가 세계 최초로 선보인 석유탐사 ‘지하 영상화 기술’은 석유 에너지 분야의 탐사와 개발, 생산, 시스템 개발 등 미래 에너지자원 대안의 핵심 기술이다. 이 기술은 파동방정식을 이용해 컴퓨터로 시뮬레이션된 합성기록과 현장기록의 차이를 최소화하여 지하지층의 속도를 자동적으로 구해서 지구 내부의 물 성치를 분석하는 첨단기술로 평가받는다. 신창수 서울대학교 에너지자원공학과 교수는 “완전파형역산은 석유, 천연가스 등 에너지 자원이 매장되어 있는 장소를 지질학적 정보를 이용해 자원이 존재할 가능성이 높은 지역을 추정한다.”며 “정확한 데이터 분석과 측정을 기반으로 석유가 매장된 위치와 매장량의 평가를 위해 지하지층 구조를 시각화하는 기술이다”라고 설명했다.

일반적으로 완전파형역산 기법은 실제 현장에서 활용됨에 있어 국부 최소 점들의 존재로 인한 비유일해 문제, 수치분산의 억제를 위한 엄청난 계산량, 그리고 현장자료의 저주파수 부재로 인해 속도모델의 장파장 성분을 추정할 수 없다는 문제점과 한계가 있다. 이에 신창수 교수는 많은 사람들이 불가능하다고 생각했던 라플라스 변환을 파형역산에 도입함으로써 국부 최소점 문제를 완화시켜 완전파형역산의 수렴성을 향상시켰다. 특히 라플라스 변환의 특성으로 생성되는 영주파수 및 저주파수 성분을 이용해 주관적인 초기모델을 설정하지 않아도 장파장 속도모델을 효과적으로 얻을 수 있도록 만들었다. 뿐만 아니라 모델 격자 크기의 제약이 적어 계산량을 획기적으로 줄임으로써 최고성능의 슈퍼컴퓨터로도 불가능하였던 현실적인 3차원 탄성모델의 계산도 가능하도록 구현했다.

지하 영상화 기술의 새로운 영역 넓혀
최근 신창수 교수는 대한민국학술원상을 수상하는 쾌거를 거두었다. 대한민국학술원상은 인문학, 사회과학, 자연과학부문에서 학술연구 또는 저작이 우수해 학술발전에 공로가 있는 학자에게 수여된다. 신 교수는 완전파형역산(FWI: Full Waveform Inversion)을 이용하여 지하영상화 기술의 새로운 영역을 넓힌 공로를 인정받아 수상자로 선정되었다. 여기에 만족하지 않고 신 교수는 최근 인체를 영상화하는 장비인 MRI, CT, 초음파기기들과 원리가 동일한 지하영상화 기술 개발도 시작했다. 그는 “이 기술과 노하우는 기존에 사용되고 있는 초음파에 비해 훨씬 낮은 주파수를 가진 음파를 이용해 인체를 영상화하는 것”이라면서 “이것이 성공한다면 의료계의 큰 혁명이 일어날 것”이라고 전망했다. 에너지 고갈 위기의식이 점차 커지고 있는 상황에서 우리나라에서 석유를 발굴할 수 있도록 기술 개발과 연구에 매진하며 에너지 안보에 이바지하고 있는 신 교수는 “앞으로도 기술을 상업화하여 새로운 기술로 탐사해서 우리나라에서 석유를 찾을 수 있게 기술력과 연구력을 다해 매진할 것”이라고 계획을 밝혔다. NM