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서문

여러분은 석유 없이 살아가는 미래를 상상해 본 적이 있나요? 자동차는 더 이상 도로를 달리지 못하고, 비행기는 이륙할 수 없으며, 스마트폰이나 플라스틱 제품조차 만들 수 없는 세상이 온다면 우리는 어떻게 살아가야 할까요? 석유는 이제 단순한 연료를 넘어, 현대 문명의 거의 모든 부분을 지탱하는 핵심 자원이 되었습니다. 그런데 만약, 그 석유에도 '정점'이 존재한다면 어떨까요? 우리가 알고 있는 문명이 점차 느리게, 혹은 빠르게 멈춰버릴 수도 있다는 뜻입니다. 이번 기사에서는 이러한 질문에 과학적 경고를 던졌던 인물, '마리온 킹 허버트'와 그가 제시한 '허버트 피크 이론'에 대해 함께 살펴보고자 합니다!

마리온 킹 허버트

마리온 킹 허버트(Marion King Hubbert, 1903.10.5. ~ 1989.10.11.)는 미국의 지질학자이자 지구물리학자로, 경제전쟁위원회, 미국 지질조사국 등에서 근무하며 석유 탐사 기술 발전에 지대한 영향을 끼쳤습니다. 특히 석유 생산의 정점을 예측한 '허버트 피크 이론(Hubbert Peak Theory)을 제시한 인물로 유명합니다. 그는 석유 생산량을 수학적으로 모델링해 석유 자원 고갈을 예측하고, 당시 주요 석유 회사들과 지질학계가 가지고 있었던 기존 가정¹⁾에 도전장을 내밀었는데요, 이후 실제로 석유 생산량이 감소세로 접어들면서 학계와 산업계 양쪽에서 큰 주목을 받았습니다. 이 이론은 화석연료 시대의 지속 가능성에 최초로 경각심을 불러일으켰기에 허버트는 오늘날까지도 에너지 논의에서 중요한 인물로 평가받고 있습니다.

허버트 피크 이론(Hubbert Peak theory)

그렇다면 도대체 이 '허버트 피크 이론'이 뭐길래 당시 과학계를 떠들썩하게 만들었던 걸까요? 허버트 피크 이론은 1956년 마리온 킹 허버트가 처음 제시한 이론으로, 세계 원유 생산량이 시간이 지남에 따라 특정 정점에 도달한 후 종 모양 곡선을 따라 최종적으로 감소할 것이라는 주장입니다. 허버트는 꾸준하고 기하급수적인 화석연료 사용량 증가가 가져올 잠재적 영향을 제시했는데요, 특히 화석연료 소비 속도가 새로운 매장량이 발견되는 속도보다 빠르다는 점에 주목했습니다. 이러한 불균형 때문에 허버트는 원유 생산량이 1970년대에 정점을 찍은 이후 급격히 감소할 것이라 예측했습니다. 실제로 1970년에 미국의 생산량이 정점을 찍고 감소하는 추세를 보이게 되면서 그의 이론이 조명되기 시작했습니다.

허버트는 해당 이론에서 허버트 곡선(Hubbert Curve)과 피크 오일(Peak Oil) 등을 제안했는데요. 우선 '허버트 곡선'에 대해 알아보겠습니다. 허버트는 1965년과 1970년 사이의 미국 석유 생산량을 추정하고자 1956년에 처음으로 이 모델을 고안해냈습니다. 허버트 곡선은 시간에 따른 석유 생산량의 근사치로, 대칭적인 로지스틱 분포 곡선²⁾입니다. 허버트는 매장된 화석연료가 발견된 후에, 더 많은 채굴이 시작되고 채굴을 위해 더 효율적인 시설이 설치되기 때문에 초기에는 생산량이 매우 빠르게 증가하나, 어느 시점에 이르러 생산량이 최고치에 달하면 생산량은 감소하기 시작한다고 주장했습니다. 그리고 그 석유 생산량이 최고치에 달하는 시점(대칭의 기준이 되는 지점)의 석유 생산량을 '피크 오일'이라고 부릅니다.

과거 석유 발견 및 생산 데이터가 주어지면, 데이터를 근사하는 허버트 곡선을 구축하여 미래 생산량을 추정할 수 있습니다. 특히, 석유 생산량 정점이나 최종적으로 생산되는 총석유량을 이 곡선을 통해 추정할 수 있습니다. 이후 허버트 곡선 모델의 변형을 통해 다른 유한 자원의 생산량도 추정 가능하게 되었습니다.

Cavallo라는 사람은 허버트 곡선을 다음과 같은 미분값으로 정의하기도 했는데요. 이 곡선은 누적 생산량 Q(t)를 시간 t에 따라 다음과 같은 식으로 표현합니다.

여기서 Q_max는 사용 가능한 총 자원(원유의 최종 회수율)을 의미하고, Q(t)는 시점 t까지의 누적 생산량, 여기서 a는 초기 조건을, b는 성장 속도를 조절하는 상수입니다. 이 식의 구조를 보면, 시간이 지나 t → -∞일 때 Q(t) → 0, 반대로 t → +∞일 때 Q(t) → 가 됩니다.

이 곡선은 S자 형태로 증가하며, 시간이 충분히 지나면 누적 생산량이 일정 한도에 수렴합니다. 이 식을 미분하면 생산량이 되고, 이에 연간 최대 생산량(피크 오일) 시점은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

허버트 피크 이론의 의미와 그 영향

그렇다면 이 피크 이론이 당시 왜 그렇게 주목받고 엄청난 정치적 파급을 불러일으켰을까요? 이는 피크 이론이 단순히 석유가 고갈된다는 문제를 넘어서. 당시 자원 기반 사회의 구조적 불안정을 드러내는 데 매우 중요한 역할을 했기 때문입니다.

우선 피크 오일이 임박하면 세계 경제에 심각한 영향을 미칠 것이 분명했습니다. 자원이 한정되어 있다는 전제로 인해, 끝없는 경제성장은 실질적으로 불가능했고 이는 곧 정점 도달 이후 자원 감소로 인한 생산성 하락, 비용 증가, 산업 붕괴 등의 문제가 발생할 가능성을 의미했습니다. 시간이 지날수록 점점 연료 부족은 심화될 것이고 이로 인한 에너지 비용 상승은 거의 모든 산업에 부정적인 영향을 미치게 되겠죠. 마치 도미노처럼 경제 시스템이 결국에 무너져 내리게 될 것입니다. 실제로 1970년대 석유 위기로 인해 많은 국가가 경기 침체를 겪었고, 이는 세계 경제와 화석연료의 상호 의존성을 강조하는 계기가 되었습니다.

또한 피크 이론에 따라 자원이 줄어들수록 자원의 불평등 문제가 세계적으로 심화될 것이라는 예측도 그려졌습니다. 허버트는 자원의 유한성뿐만 아니라 채굴 한계에 대해서도 지적했는데요, 지역별 석유 매장량, 유전 유무에 따라 고갈 시점은 달라지게 될 것이고, 더 빨리 피크 오일을 맞이한 국가와 아닌 국가 간 격차가 더욱 커지게 되겠죠. 결국에 석유 분쟁, 에너지난과 같은 문제로 이어질 것입니다.

이처럼 피크 이론은 화석연료 의존이 얼마나 위험한지를 보여주었고, 단일 자원 의존에대한 구조적 취약성을 조망했습니다. 단순한 자원 관리가 아닌, 에너지 전환, 순환 경제, 대체 기술 개발 등 에너지 사회의 구조적 전환이 필요하다는 경고를 날린 것이죠. 실제로 허버트는 생애 전반에 걸쳐 재생 가능 에너지로의 전환을 적극적으로 옹호했으며, 궁극적으로 태양 에너지를 화석연료를 대체할 수 있는 지속 가능한 자원으로 인정하기도 했습니다.

현대 기술의 발전에 따른 변화

그렇다면 우리는 그저 하염없이 언제 피크 오일이 다가올지 모른 채 불안에 떨어야 하는 걸까요? 그렇지는 않습니다. 허버트의 이론 등장 이후 많은 과학자가 해당 문제를 해결하기 위해 다양한 시도를 해왔기 때문입니다. 오늘날 기술이 이 한계를 얼마나 극복했는지 알아볼까요?

기술 발전 측면에서 살펴보자면, 석유나 석탄을 채굴할 때 쓰이는 측량, 시추, 정제 기술의 발전으로 석유 고갈 시기가 늦춰지고 있습니다. 시추 기술은 퇴적물을 채취하기 위해 땅을 굴착하는 기술을 말하는데요, 초기 육상의 시추 기술은 자원 조사 장비 개선을 위해 노력하면서 계속 발전하였습니다. 그러다 바다에서 석유가 발견되면서 해양 시추 기술이 발전하기 시작했습니다. 대표적 예시로는 해상 시추선을 이용한 해저 암석층 원유/천연가스 채취 기술이 있습니다. 드넓은 바다에서도 시추가 가능해지면서 석유 매장지를 새로이 발견할 수 있게 된 것이죠.

또한 기술의 발전으로 기존 방식으로는 채굴할 수 없었던 비전통자원도 채굴할 수 있게 되었습니다. 기존에 우리가 쉽게 생산하던 석유, 가스 자원은 전통자원이라고 부르고, 비전통자원은 전통자원 외 천연자원을 통칭하는 것으로, 기존 화석연료 채굴 방식으로는 채굴할 수 없었지만 수평 시추, 수압 파쇄 등의 새로운 기술 개발로 채굴할 수 있는 자원을 말합니다.

수압 파쇄 기술은 많은 양의 물과 모래, 소량의 화학품을 섞어 고압으로 셰일층에 주입해 지하 바위를 분해하는 방법이고, 수평 시추는 수직으로 땅을 파고 들어가던 기존 방식에서 벗어나 일정 깊이까지만 수직으로 내려간 후 특정 각도로 비스듬히 뚫고 가는 방식을 말합니다.

비전통자원인 셰일 가스와 셰일 오일은 말 그대로 셰일층에 분포하는 석유나 가스를 의미합니다. 원료의 종류만 다를 뿐 시추 방법이나 특징 등이 매우 유사하기 때문에 대표적으로 셰일 오일에 대해 알아보도록 하겠습니다. 셰일 오일(shale oil)은 퇴적암의 한 종류인 셰일(shale)층이 퇴적될 때 같이 묻힌 고대 생물들이 열과 압력을 받아 변형된 액체 탄화수소입니다. 우리가 전통자원이라고 부르는 석유는 주로 사암층에서 채취되지만, 셰일층은 사암층에 비해 투수율³⁾이 매우 낮아 생산 비용이 더 많이 듭니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수압 파쇄 기술이 도입되었습니다. 셰일 암석을 인위적으로 파쇄해 오일이 흐를 통로를 만들어 생산의 경제성을 확보하는 데 중요한 역할을 했습니다. 또한 오일을 함유한 셰일층은 일반적으로 얕고 넓게 분포하기 때문에, 생산량을 늘리기 위해서 수평 시추 기술이 도입되었습니다.

실제로 같은 비전통자원인 셰일 가스는 미국, 중국, 중동, 러시아 등 세계 31개국에 약 187조 4,000억 ㎥가 매장되어 있는 것으로 추정되는데, 이는 전 세계가 향후 60년간 사용할 수 있는 양이라고 합니다. 이를 열량으로 확산하면 1687억 TOE(Tonnage of Oil Equivalent, 연료 간 비교를 위해 석유 기준으로 환산한 단위)로 석유 매장량 (1888억 TOE)과 비슷한 수준입니다.

이외에도 석유 대체 에너지 기술 발전도 석유 고갈 시기를 늦추고 있습니다. 수소 연료전지, 석탄 액화 및 가스화와 같은 신에너지, 태양광, 풍력, 지열 등과 같은 재생에너지를 예로 들 수 있습니다. 이러한 기술들은 화석연료 고갈 문제를 해결할 뿐만 아니라 환경오염 문제를 해결하고 에너지 자립도를 높이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

이와 같은 기술의 발전들은 기존의 피크 이론을 반박하는 데 보탬이 될 수도 있습니다. 피크 이론을 회의적으로 여기는 사람들은 "현대 기술의 발전으로 석유 채굴 가능량은 계속 늘어나고 있으며, 우리가 피크를 맞이할 것이라는 생각은 기술 발전을 무시한 것이다."라고 주장할 수도 있겠죠.

우리에게 주어진 자원, 에너지, 지정학적⁴⁾ 과제

하지만 그럼에도 우리가 여전히 직면해야만 하는 과제들이 존재합니다. 셰일 오일과 같은 대체 석유 자원이 개발되며 일시적으로 채굴 한계가 늦춰졌다는 한들, 현재 수준의 경제성을 유지한 채 석유를 계속 사용할 수 있을지는 여전히 의문입니다.

기술 개발은 에너지 생산 방식을 변화시켰지만, 동시에 새로운 문제도 낳고 있습니다. 특히 채굴 비용 증가, 환경 부담 심화, 에너지 수익률(EROI)⁵⁾ 감소와 같은 문제들은 석유 의존형 경제의 지속 가능성을 위협하는 핵심 요소들입니다. 앞서 제시된 셰일 오일의 경우 수압 파쇄와 같은 고비용 기술이 요구되며, 짧은 시간 내 유정⁶⁾이 고갈되고 지속적인 설비 교체가 필요하다는 단점이 있습니다. 이러한 높은 비용 구조는 EROI 측면에서도 뚜렷하게 드러납니다. 과거 사우디아라비아의 전통 유전은 EROI가 50~100:1에 달했던 반면, 현대 셰일 오일의 EROI는 평균 5:1 이하로, 투입 대비 얻는 에너지 효율이 매우 낮은 수준입니다. 이는 단순히 경제적 부담뿐만 아니라, 에너지 자원으로서 지속 가능성에서도 한계를 드러낸다는 점을 의미합니다.

이처럼 기술 개발을 통한 자원 과제 극복은 한계점들이 있습니다. 우리 에너지 사회는 앞으로 기술을 발전시키기보다는 석유 의존형 경제 구조에서 벗어나는 근본적인 전환이 필요합니다. 실제로 중동의 주요 산유국들도 원유·가스 수출에 대한 과도한 의존을 인식하고, 신재생에너지 개발과 수소 생산 등 친환경 도시 조성에 힘쓰고 있습니다.

그리고 석유 외에도 다양한 자원의 의존성에 대해서도 경각심을 가져야 합니다. 리튬, 코발트, 니켈과 같은 광물 자원들은 전기차 배터리, 풍력발전기, 스마트폰 등 다양한 첨단 기술 제품에 필수적이기에 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 하지만 이러한 자원들은 공급망이 취약하고 특정 국가 의존도가 높아 자원 안보 우려가 커지고 있습니다. 특히 리튬의 경우, 한국은 전량 수입에 의존하고 있으며 중국 의존도가 매우 높아 공급망 편중 문제가 심각합니다. 이는 가격 급등 시 국내 기업의 부담을 가중시키고, 자원 안보 측면에서 큰 리스크로 작용할 수 있습니다. 이를 대비해 주요국들은 공급망 다변화와 자원 자립화 전략을 추진 중이기도 합니다.

이제 에너지 과제에 대해서도 한번 이야기해 볼까요? 우리가 석유 자원 대체제로 생각 중인 재생에너지는 기후 위기 대응의 핵심 열쇠로 주목받고 있지만, 현실적으로는 여러 기술적 제약을 안고 있습니다. 그중에서도 간헐성과 공급 불안정성은 화석연료 기반 에너지 시스템을 전면적으로 대체하기에 가장 큰 걸림돌로 지적됩니다. 예를 들어 태양광은 날씨와 시간대에 따라 출력이 급격히 변화하며, 밤에는 에너지 생산조차 불가능합니다. 재생에너지는 탄소 중립을 위한 필수 수단이지만, 현실적으로는 기존 화석연료 시스템을 대체할 수는 없습니다. 이 문제를 극복하기 위해서는 전력망, 저장 기술, 수요 관리 체계 등 전체 에너지 시스템의 재설계가 병행되어야 합니다.

마지막으로 글로벌 에너지 전환이 본격화되면서, 단순한 기술의 문제가 아닌 지정학적 권력 구조의 변화가 전개되고 있습니다. 화석연료를 수출하며 국가 권력을 유지해 온 중동 산유국, 러시아 등은 에너지 자산을 '무기화'하는 전략을 강화하고 있습니다. 예를 들자면 러시아-우크라이나 전쟁 이후, 러시아는 유럽에 대한 천연가스 공급을 급감시켜 유럽 에너지 위기를 유발시켰죠. 에너지 안보가 단지 경제 문제가 아닌 국가 생존 문제로 부상하게 된 것입니다.

또한 화석연료 중심 세계 질서에서 재생에너지·저탄소 체제로 이동함에 따라, 에너지를 둘러싼 권력과 무역의 중심축도 변화하고 있는데요. 탄소 배출 감축을 둘러싼 정책들이 새로운 무역 장벽으로 작용하면서, 기후 규제가 경제 패권 경쟁 도구로 변질될 우려도 커지고 있습니다. EU의 탄소국경조정제도는 탄소 배출이 많은 수입 제품에 추가 관세를 부과하는 제도를 말하는데요. 철강, 시멘트, 알루미늄을 생산하는 탄소 다배출국의 수출 산업에 직격으로 피해를 줍니다. 이러한 경우 개발도상국은 기술, 가본의 장벽에 막혀 기후 불평등의 피해자가 될 위험이 있습니다.

이처럼 지정학적 관점으로 바라봤을 때 에너지 권력의 재편이 앞으로 더더욱 중요해질 것이고, 이로 인해 새로운 갈등과 협력이 만들어질 것입니다. 각국은 더 포용적이고 안정적인 에너지 질서를 구축하기 위한 장기적 전략과 다자 협력 체계를 마련해야 할 것입니다.

마무리

허버트가 '피크 오일' 이론을 발표한 지 수십 년이 흘렀습니다. 기술은 눈부시게 발전했고, 태양광과 풍력 같은 대체 에너지도 등장했죠. 하지만 오늘날의 세계는 여전히 석유를 중심으로 운영되고 있습니다.

지금 우리에게 필요한 질문은 단순히 "석유를 더 채굴할 수 있는가?"가 아닙니다. 자원을 어떻게 지속 가능하게 사용할 것인가, 누가, 어떤 구조로 자원을 설계하고 관리할 것인가에 대한 고민이 시작돼야 할 때입니다

기술은 분명 중요한 해답이 될 수 있지만, 공학은 단지 기계를 설계하는 일이 아닙니다. 사람과 자원의 관계를 다시 재구성하고, 나아가 시스템의 전환을 꿈꾸는 일. 그것이 오늘날 공학자의 역할입니다.

"우리는 석유 이후의 세상을 어떻게 설계할 것인가?"

허버트의 오래된 질문은 여전히 유효합니다. 공학자를 꿈꾼다면, 지금 이 질문에 여러분의 답을 더해보는 건 어떨까요?