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[IT뉴스][사이언스 스코프]"바다 막히면 육지로?"…파이프라인이 답이 아닌 이유

온카뱅크관리자

2026-04-26 07:07:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 유량 늘릴수록 필요한 압력과 동력 급증 사막의 온도 변화와 파이프 부식이 흐름의 한계를 만든다 
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 전 세계 원유 물동량의 약 20~30%가 통과하는 '에너지의 동맥' 호르무즈 해협에 전운이 감돌 때마다, 국제 사회의 시선은 자연스럽게 바다에서 육상으로 옮겨간다. 사우디아라비아 동부 유전지대에서 홍해 연안까지 사막을 가로지르는 '동서 파이프라인(East-West Pipeline)'은 그 대표적인 대안으로 자주 언급된다.
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 해법은 단순해 보인다. 유조선 대신 파이프라인을 깔아 원유를 보내면 된다. 해협이 막히더라도 사막을 가로질러 육상으로 우회하면, 해상 봉쇄나 공격이라는 지정학적 리스크를 피해 갈 수 있지 않느냐는 발상이기 때문이다.
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 그러나 현실은 그렇게 단순하지 않다. 바다 위에서는 '정치'와 '군사력'이 길을 막는다면, 땅에서는 전혀 다른 장벽이 등장한다. 눈에 보이지 않지만, 결코 피할 수 없는 압력과 열, 마찰이 지배하는 물리 법칙과 싸워야 한다.
 흐름을 만든다는 것… 점성과 마찰, 그리고 에너지의 폭증
 파이프라인 수송의 원리는 단순하다. 한쪽 끝에서 압력을 가해 액체를 밀어 보내는 것이다. 하지만 여기서 가장 먼저 등장하는 장벽이 바로 '점성(Viscosity)'이다. 원유는 물보다 훨씬 끈적한 액체다. 분자량이 다른 탄화수소들이 혼합된 점성이 높은 유체로, 관 내부를 흐르며 벽면과 강하게 마찰해 에너지를 지속적으로 소모한다.
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 이 현상을 공학적으로는 '압력 강하(Pressure Drop)'라고 부른다. 유체가 관을 따라 이동할 때 관 벽면의 거칠기와 유체의 끈적임이 만나 속도를 늦추는 저항을 만드는 것이다. 즉, 출발점에서 아무리 강하게 밀어도 이동하는 동안 마찰 때문에 에너지가 소멸하며 압력이 점점 떨어지고, 결국 흐름이 멈추게 된다.
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 <img alt="호르무즈 해협 지도를 배경으로 3D 프린팅된 송유관이 보이는 일러스트. 로이터/연합뉴스 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070216922ughj.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="WADna6yOo5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070216922ughj.jpg" width="658">
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 호르무즈 해협 지도를 배경으로 3D 프린팅된 송유관이 보이는 일러스트. 로이터/연합뉴스 제공
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 문제는 이 마찰 저항이 단순히 '조금 더 커지는 수준'이 아니라는 점이다. 수송량을 늘리기 위해 유속을 높이면, 유체 내부에서 입자들이 서로 충돌하며 소용돌이치는 '난류(Turbulence)' 상태가 발생한다. 공학적으로 난류에서의 저항은 유속의 제곱에 비례해 커진다. 예를 들어, 위기 상황에서 수송량을 2배로 늘리려 하면 필요한 펌프의 압력과 에너지는 단순히 2배가 아니라 4배 수준까지 급격히 치솟게 된다.
 이 때문에 1200㎞에 달하는 대장정에는 일정 거리마다 압력을 다시 충전해주는 '펌프 스테이션'이 필수적이다. 이는 파이프라인이 단순히 놓여 있는 관이 아니라, 수많은 엔진과 전력망이 유기적으로 결합해 끊임없이 에너지를 투입해야만 작동하는 '거대한 유체 기계'임을 의미한다.
 영국 옥스퍼드 에너지연구소(Oxford Institute for Energy Studies) 선임연구원 닐 앳킨슨은 "파이프라인은 겉보기에는 단순한 관처럼 보이지만, 실제로는 지속적인 에너지 투입이 없으면 흐름 자체가 유지되지 않는 복잡한 시스템"이라며 "물리적 제약이 경제성과 공급 능력을 동시에 제한한다"고 진단했다.
 노르웨이 에너지 분석기관 '리스타드 에너지(Rystad Energy)'도 2023년 보고서에서 "장거리 파이프라인은 단 하나의 펌프 스테이션만 마비되어도 전체 수송망의 효율이 급락하는 연쇄 가동 중단 구조를 갖는다"고 그 취약성을 짚었다.
 사막이라는 변수… 온도가 만드는 '보이지 않는 힘'
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 사막은 엔지니어들에게 가장 가혹한 열역학적 시험대다. 낮에는 기온이 50℃에 육박하고 밤에는 0℃ 가까이 급락하는 극단적인 일교차는 파이프라인의 재료인 강철에 엄청난 물리적 스트레스를 가한다.
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 금속은 온도가 올라가면 팽창하고 내려가면 수축한다. 이 선팽창의 변화량은 1㎞당 수㎝에 불과할지 모르나, 길이가 수천㎞에 이르면 이야기가 달라진다. 전체 구간에서 수백m 단위의 길이 변화가 발생하며, 이 힘이 적절히 해소되지 않고 축적되면 강철관이 거대한 압력을 이기지 못해 휘어지거나 지면 위로 솟구치는 '좌굴(Buckling)' 현상이 발생한다.
 이를 방지하기 위해 파이프라인은 직선으로 설계되지 않는다. 중간중간 'Z'자나 'U'자 형태로 굽은 '팽창 루프(Expansion Loop)'를 배치해 온도 변화에 따른 길이 조절을 흡수하도록 만든다. 하지만 이러한 설계는 관로의 총 길이를 늘리고, 곡선 구간에서 발생하는 추가적인 와류(소용돌이)로 인해 유체 저항을 다시 높이는 기술적 딜레마를 낳는다.
 또한, 온도는 원유의 물리적 성질 자체를 바꾼다. 고온의 사막 열기는 원유의 점도를 낮춰 흐름을 좋게 만들기도 하지만, 반대로 휘발성 성분을 가스화시켜 관 내부 압력을 비정상적으로 높인다. 반대로 온도가 급격히 떨어지는 밤에는 원유 내부의 파라핀 성분이 굳어 관 벽에 달라붙는 '왁싱' 현상이 발생해 관 지름을 좁히기도 한다.
 미국 에너지부(U.S. Department of Energy) 산하 에너지효율·재생에너지국(EERE)은 파이프라인 설계 지침에서 장거리 송유관의 핵심 위험 요인으로 '압력'보다 '온도 변화'를 지목한다. 지침은 "금속은 온도에 따라 팽창과 수축을 반복하며, 이 과정에서 축적되는 피로가 구조적 손상으로 이어질 수 있다. 따라서 설계 단계에서부터 이를 흡수할 수 있는 구조를 반드시 고려해야 한다"고 설명한다.
 눈에 보이지 않는 파괴… 부식과 시간의 문제
 여기에 또 하나의 위험이 더해진다. 파이프라인의 가장 큰 위협은 한 번에 드러나는 파손이 아니라, 시간이 지남에 따라 서서히 진행되는 '열화(劣化, Degradation)'다. 열화는 재료가 반복되는 온도 변화와 화학 반응, 마찰 등에 의해 점차 약해지는 과정이다. 사막 환경에서는 미세한 모래와 염분이 외벽 코팅을 깎아내고, 원유 속 황 성분과 수분이 관 내벽의 화학적 부식을 가속한다.
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 특히 고압으로 흐르는 원유 속 미세 불순물들이 관 벽을 지속적으로 타격하며 깎아내는 '침식 부식(Erosion Corrosion)'은 관의 수명을 획기적으로 단축시킨다. 이 부식은 매우 서서히 진행돼 겉으로는 멀쩡해 보이지만, 관 벽이 얇아진 특정 지점이 내부 압력을 견디지 못하는 임계점에 도달하면 순식간에 거대한 폭발과 누출 사고로 이어진다.
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 <img alt="파이프라인 검사용 스마트 피그(PIG). 피그(PIG, Pipeline Inspection Gauge)는 파이프라인 내부를 점검하고 유지관리하기 위해 사용되는 지능형 장치다. 이 장치는 파이프라인 내부를 따라 이동하면서 부식, 균열, 막힘, 변형 등 내부 상태에 대한 데이터를 수집한다. 센서와 때로는 카메라까지 장착된 피그는 파이프라인 운영을 중단하지 않고도 이상 징후를 조기에 탐지할 수 있도록 해주며, 안전하고 효율적인 파이프라인 관리에 필수적인 기술로 꼽힌다. Ocean Prime Systems 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070219459xyoq.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="GyQB2tNdNX" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070219459xyoq.jpg" width="658">
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 파이프라인 검사용 스마트 피그(PIG). 피그(PIG, Pipeline Inspection Gauge)는 파이프라인 내부를 점검하고 유지관리하기 위해 사용되는 지능형 장치다. 이 장치는 파이프라인 내부를 따라 이동하면서 부식, 균열, 막힘, 변형 등 내부 상태에 대한 데이터를 수집한다. 센서와 때로는 카메라까지 장착된 피그는 파이프라인 운영을 중단하지 않고도 이상 징후를 조기에 탐지할 수 있도록 해주며, 안전하고 효율적인 파이프라인 관리에 필수적인 기술로 꼽힌다. Ocean Prime Systems 제공
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 이를 감시하기 위해 투입되는 기술이 바로 '스마트 피그(Smart PIG)'다. 원유의 흐름에 몸을 맡긴 채 관 내부를 여행하는 이 로봇은 자기누설탐상(MFL)이나 초음파 센서를 활용해 관 벽의 두께를 마이크로미터(㎛) 단위로 정밀하게 스캔한다.
 문제는 이러한 정밀 점검 체계가 전시 상황에서도 정상적으로 작동할 수 있느냐는 점이다. 에너지 컨설팅업체 우드맥켄지(Wood Mackenzie)의 분석가들은 최근 보고서에서 "지정학적 불안정 지역에서는 유지보수 체계가 붕괴되면서 기술적 리스크가 기하급수적으로 커진다"고 지적했다.
 노르웨이 기반 글로벌 에너지 인증·리스크 평가 기관 DNV도 2024년 보고서에서 "지정학적 리스크가 고조된 지역에서는 이러한 정밀 점검 장비의 정기적인 투입과 데이터 분석 인프라 유지가 사실상 불가능해지며, 이는 결국 통제 불가능한 환경 재앙의 위험을 비선형적으로 증폭시킨다"고 경고했다.
 고정된 인프라의 역설… 정밀 타격 시대의 구조적 취약성
 파이프라인은 지정학적 리스크를 피하기 위한 대안이지만, 그 자체가 다시 지정학적 표적이 되는 역설을 안고 있다. 유조선이 위기 상황에서 항로를 변경하거나 속도를 조절할 수 있는 '가변적 자산'이라면, 파이프라인은 위치가 낱낱이 공개된 '움직이지 않는 표적'이 되는 것이다.
 위성 영상과 정찰 드론이 일상화된 현대전에서 수천㎞에 달하는 강철 선을 숨기는 것은 불가능하다. 특정 구간의 펌프 스테이션이나 주요 밸브 노드 하나만 정밀 타격당해도 전체 공급망이 마비될 정도로 파이프라인은 구조적으로 취약하다.
 이런 구조적 한계 때문에 미국 싱크탱크 전략국제문제연구소(CSIS)는 2024년 중동 에너지 안보 보고서에서 "파이프라인은 은밀해 보이지만 사실상 노출된 인프라며, 드론과 미사일이 난무하는 현대전에서는 유조선보다 훨씬 더 공격하기 쉬운 고정 표적에 불과하다"고 분석했다.
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 최근에는 이를 보완하기 위해 광섬유 센서를 이용해 파이프 주변의 미세한 진동을 감지하고, 압력의 파형 변화를 실시간 AI로 분석해 침입이나 타격 징후를 탐지하는 첨단 보안 기술이 도입되고 있다. 그러나 글로벌 투자은행 골드만삭스는 "이러한 보안 기술은 피해를 감지하고 차단하는 '방어적 수단'일 뿐, 물리적 타격으로 인한 에너지 공급망의 중단이라는 본질적인 취약성을 완전히 해결하지는 못한다"고 지적했다.
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 <img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070220721nayf.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="HtMLNPWIaH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/26/akn/20260426070220721nayf.jpg" width="658">
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 결국 남는 것, 물리 법칙의 정직함
 결국 사막을 가로지르는 파이프라인은 해상 운송의 완벽한 대체재가 될 수 없다. 그것은 서로 다른 리스크와 공학적 한계를 가진 '보완적 수단'으로 이해돼야 한다.
 에너지를 안전하게 수송하는 문제는 지도 위에 새로운 선을 긋고 정치적 협상을 마치는 것으로 끝나지 않는다. 그 선 위를 흐르는 원유는 여전히 유체역학적 마찰을 겪고, 사막의 온도에 정직하게 반응하며, 시간이 지남에 따라 부식의 길을 걷는다.
 전쟁은 인간의 필요에 의해 경로를 바꿀 수는 있지만, 그 경로가 실제로 작동해 에너지를 실어 나르기 위해서는 반드시 물리 법칙이라는 까다로운 검문소를 통과해야 한다. 그리고 이 가장 단순하고도 냉정한 사실이야말로, 정치가 넘지 못하는 '물리라는 벽'이다.
 김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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