[지구온난화와 북극 ⑥] 온난화의 해법, 지구공학과 CCUS
| 지구온난화가 심화하면서 북극곰의 위태로운 생존, 사라지는 북극의 얼음 등을 단골 소재로 북극이 기후위기의 지표로 자주 언급된다. 북극의 얼음이 사라지는 시점을 두고도 이런저런 혼란스러운 소식이 전해진다. 도대체 북극 얼음이 언제 다 녹는다는 것일까. 이런 궁금증에서 시작해 북극 얼음의 변화가 인간과 동물 그리고 지구에 어떤 영향을 미치는지, 되돌릴 수는 없는지 등 지구 극지방의 얼음과 지구온난화 사이의 상관관계 등을 6회에 걸쳐 시리즈로 준비했다.[기자말] |
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| ▲ SCoPEx 모델 상상도 | |
| ⓒ www.keutschg | |
빌 게이츠가 후원하는 이 프로젝트는[2] 풍선 형태의 열기구를 지상 약 20km 대기 중으로 들어올려 100g에서 2kg 사이의 에어로졸을 방출하여 가로세로가 약 1km x 100m인 기단을 생성하는 것을 목적으로 한다. 만들어진 기단은 태양광의 복사 에너지를 반사하는 '우주 거울'과 같은 역할을 하게 된다[3].
2019년 대기중 이산화탄소 농도는 과거 200만 년 중 최대였고 지구 표면 온도 상승세는 최근 2000년 중 가장 가팔랐다[4]. 지구 차원의 이런 온난화 문제를 광대한 범위에서 획기적인 방법으로 해결하려는 흐름이 생겨나고 있는데 지구공학(Geo-engineering)이 대표적이다. 기후공학(Climate engineering)이라고도 하는 지구공학은 기후 변화에 대응하기 위해 지구 자연 시스템에 인류가 의도적이고 대규모로 개입하는 것을 일컫는다[5]. 지구공학은 크게 태양복사관리(SRM, Solar Radiation Management)와 온실가스제거(GGR, Greenhouse Gas Removal의 두 범주로 구분된다.
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| ▲ 온실 효과 | |
| ⓒ www.nrdc.org | |
태양복사관리의 가장 대표적인 아이디어는 코이치 교수 팀의 SCoPEx와 같은 성층권 에어로졸 분사이다. 연구팀은 지난해 6월 스웨덴우주국이 운영하는 스웨덴 북쪽 이스레인지 우주센터에서 에어로졸을 실은 기구를 날릴 계획이었다. 그러나 스웨덴 환경단체와 지역 주민 등의 반대로 시험 비행이 취소된 상태다. 생태학자들은 섣부른 지구온난화 해법이 영화 <설국열차>에서 묘사한 것과 같은 지구냉각을 야기할 우려와 함께 지구 생태계에 미칠 영향이 검증되지 않았다는 이유로 반대하고 있다.
하늘에 특정 물질을 분사해 지구를 식힌다는 이른바 '피나투보 효과'는 1991년 필리핀 피나투보 화산이 폭발하면서 대기로 분사된 황산염 에어로졸이 온도를 끌어내린 것에 착안했다. 피나투보 화산의 분화로 생긴 성층권의 에어로졸이 15개월 동안 지구 평균 기온을 0.6°C 하강하게 만들었다[6].
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| ▲ 피나부토 화산의 분출 | |
| ⓒ pubs.usgs.go | |
'피나투보 효과'를 적용한 대표적인 프로젝트 SCoPEx는 '양날의 칼'이 될 수 있다는 우려에 따라 잠정 보류된 상태이지만 지구온난화 추세가 심각한 만큼 언제든지 재추진될 가능성이 크다. 온실가스를 고통스럽게 줄이는 대신 지구에 도달하는 태양에너지를 줄인다는 거대 프로젝트여서 논란과 기대를 동시에 받고 있다.
빙하를 보호할 거대한 장벽
그린란드와 남극 대륙 빙하는 이번 세기 해수면 상승에 다른 어떤 요인보다 많은 기여를 할 것으로 분석된다[8]. 특히 '종말의 빙하'란 별명이 있는 남극의 스웨이츠 빙하는 미래 해수면 상승의 주요 원인으로 추정되며 현재 빠른 속도로 녹고 있다[9]. 극지방 바다에서는 소금 농도가 더 진한 따뜻한 해수가 깊은 곳에 흐르고 더 차갑고 담수에 가까운 물은 위쪽에 있다. 이 따뜻한 물이 빙하의 밑부분을 공략해 빙하가 불안정해진다[10].
과학자들은 스웨이츠 빙하를 따뜻한 바닷물로부터 보호하는 거대한 수중 장벽 건설 프로젝트를 구상 중이다. 바위와 모래로 된 장벽은 온난한 해수가 빙하를 침식하는 것을 막아 빙하의 지반을 보호하게 된다. 용융 속도 또한 떨어진다.
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| ▲ 해저 인공 장벽의 원리는 다음과 같다. 1. 안정된 빙하에서는 해저에 있는 자연 장벽이 따뜻한 물로부터 빙상을 차단한다. 2. 역방향 경사면을 따라 흘러내리는 따뜻한 물이 빙붕을 깎아내려 불안정한 상태로 만든다. 3. 따뜻한 물을 차단하기 위한 인공 장벽을 건설하면 얼음이 녹는 속도가 줄어들어 빙붕이 두꺼워지고 바다까지 길게 이어질 시간을 벌어준다. 4. 만약 빙붕이 길게 이어져 인공 장벽 위까지 도달할 수 있을 정도로 두꺼워진다면 빙하는 다시 질량을 회복하기 시작한다. | |
| ⓒ European Geosciences Unio | |
바다 밑에 건설될 장벽은 얼음의 엄청난 무게를 견딜 수 있을 만큼 튼튼해야 하며 정확한 위치에 배치되어야 한다. 벽의 크기는 빙하의 크기에 따라 달라진다. 스웨이츠 빙하와 같이 큰 빙하는 가로세로 50km x 300m가량의 장벽이 필요하다. 비교적 작은 규모인 그린란드 서부의 야콥스하운 빙하엔 가로세로 약 5km x 100m의 벽으로 충분하다[11]. 장벽의 재료는 그린란드의 대륙붕에서 확보할 계획이다[12].
스웨이츠 빙하의 인공 장벽의 효과를 시뮬레이션한 결과 수중 장벽은 따뜻한 물이 빙붕에 도달하는 것을 약 70% 정도 차단했다[13]. 이에 따라 스웨이츠 빙하는 400세기 더 유지되며 서남극 빙상의 붕괴를 약 30%의 확률로 막을 수 있을 것으로 추정됐다[14].
인공 장벽 건설 계획은 이처럼 지연이지 예방은 아니다. 잠깐의 시간을 벌어줄 뿐 다른 지구공학 프로젝트와 마찬가지로 이산화탄소 배출량 자체를 줄이는 노력을 대신할 수는 없다. 따뜻해진 바다를 막아도 결국 따뜻한 대기가 빙하를 녹일 것이기 때문이다. 해양 생태계에 어떤 부정적인 영향을 미칠지가 검증되지도 않았다[15].
앞으로 기후변화의 10년은 메탄에 달렸다
지구온난화와 관련하여 메탄의 효과가 과소평가됐다는 게 중론이다. 이산화탄소는 수백 년에서 수천 년까지 대기 중에 남아있기에 이산화탄소 배출량을 즉각적으로 줄여도 21세기 후반까지는 기후에 영향을 미치지 않는다. 하지만 메탄이 분해되는 데는 10년 정도가 걸린다. 당장 메탄 배출량을 줄이면 단기적으로 온실가스가 줄어드는 효과를 볼 수 있다[16].
메탄은 자체로 강력한 온실가스인 동시에 지상 오존 형성에 주된 원인이다. 메탄의 지구온난화지수(GWP)는 21로 같은 양의 이산화탄소 대비 21배 온난화 효과가 있다. 오존 대기 오염은 호흡기 질환을 유발해 연간 100만 명의 조기 사망과 관련한다[17]. 또한 향후 20년간 메탄은 이산화탄소보다 지구온난화에 80배 더 강력한 영향을 미칠 것으로 전망된다.
유엔환경계획(UNEP)과 '기후 및 청정대기연합(CCAC)'은 최근 농업 관련 메탄 배출량을 줄이는 것이 기후변화와의 싸움에서 핵심이라고 평가했다. 전 세계 메탄 배출량의 절반 이상이 주로 화석연료, 폐기물, 농업 등 인간의 활동에서 비롯한다. 인간 활동에서 비롯한 메탄 배출량에서 농업이 약 40%를 차지한다. 거름과 장내 발효로 인한 가축 배출량이 약 32%이며 쌀 재배는 8%이다[18].
UNEP 식량 시스템 및 농업 고문 제임스 로맥스는 농업 재배와 가축 생산에 대한 접근 방식부터 재고해야 한다면서 새로운 기술을 활용하고 육식을 줄이며 대체 단백질원을 이용해야 한다고 말했다. 농업 부문의 메탄 배출량을 줄이기 위해서 우선적으로 건강하고 생산적인 목축 환경을 만들어야 한다. 동물에게 더 영양가 있는 사료를 제공해서 더 적은 것으로 더 많은 것을 효과적으로 생산해야 한다[19].
무엇보다 육류 소비를 줄이는 것이 중요하다. 2022년 5월 네이처에 실린 연구에 따르면 향후 30년 내에 세계 소고기 소비량의 20%만 대체육으로 전환해도 삼림 벌채와 관련한 탄소 배출량을 절반으로 줄일 수 있다. 소고기 농장은 세계적으로 삼림 벌채의 가장 큰 요인 중 하나이며 소가 메탄의 주요 배출원이기 때문이다.
2020년부터 2050년까지 인구, 소득 및 수요의 증가를 고려한 수학적 모델을 바탕으로 분석한 결과 지금처럼 소고기 소비의 세계적인 증가가 이어진다면 세계적인 연간 삼림 벌채 비율이 두 배로 증가한다. 2050년까지 전 세계 1인당 소고기 소비량의 20%를 균류 단백질로 만든 대체육으로 전환하면 시나리오에 비해 메탄 배출량을 11%까지 줄이고 연간 삼림 벌채와 이산화탄소 배출도 절반 이상으로 줄일 수 있다. 1인당 소비되는 소고기의 80%를 대체육으로 바꾸면 메탄은 50% 가까이, 이산화탄소는 85% 가까이 줄어든다[20].
대체육뿐 아니라 대체 사료를 이용하는 것이 메탄 배출량을 줄이는 하나의 방법이 된다. 5개월 동안 소의 사료에 소량의 해초를 넣었을 때 소가 대기 중으로 내뿜는 메탄가스가 82%까지 줄었다[21].
북극곰을 보호하기 위한 유일한 해결책, 이산화탄소
국제북극곰협회(Polar Bears International)는 북극곰을 보호하기 위한 유일한 해결책은 이산화탄소와 다른 온실가스의 증가를 막는 것이라고 말했다[22]. 탄소 포집 활용 및 저장(CCUS) 기술은 온실가스를 줄이는 핵심 기술로 평가받는다. 오늘날 전 세계 CCUS 시설은 매년 이산화탄소 40mt(Metric Ton) 이상을 포집할 수 있는 능력을 갖췄다[23].
직접공기포집(DAC)은 대기 중 이산화탄소를 바로 잡아채는 기술이다. 포집된 이산화탄소는 파이프라인, 선박 등에 의해 압축 및 운송되어 다양한 용도로 사용된다. 수소와 결합되어 식품 가공이나 합성 연료를 생산하는 데 사용되기도 한다. 또한 깊은 누층에 주입하여 사실상 영구적으로 저장할 수 있다[24].
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| ▲ Global Algae의 조류 농장 사진 | |
| ⓒ 사이트 내 캡쳐 | |
조류 농장(algae farm)은 DAC의 유망한 사례로 꼽힌다. 대표적인 조류에는 미세 조류인 식물 플랑크톤과 대형 조류인 해초가 있다[25]. 글로벌 조류 이노베이션(Global Algae Innovation)은 미국 캘리포니아의 쉔던에 약 20만 평의 조류 농장을 지을 예정이다.
원리는 간단하다. 광합성을 하는 조류의 특성을 이용해 공기 중 이산화탄소를 포집해 조류에 고정시킨다[26]. 조류 농장에서 수확된 조류는 기름과 단백질로 분리되어 고분자 제품, 연료, 음식, 사료 등 다양한 제품을 만드는 데 이용된다. 고분자 제품은 이산화탄소를 수백 년 격리할 수 있다[27]. 이산화탄소 직접 포집 외에 조류는 이처럼 사료와 바이오 연료로 전환돼 추가로 이산화탄소를 줄일 수 있다.
이산화탄소를 석유 및 가스의 매장층에 저장하는 석유회수증진(EOR) 기술은 화석연료 생산과 관련되어 순수성을 의심받고 있지만 이미 현장에서 사용되고 있다[28].
오늘날 미국에서 생산되는 석유의 배럴당 300~600kg의 이산화탄소가 석유회수증진 과정에서 주입된다. 1배럴의 석유가 연소할 때 약 400kg의 이산화탄소가 배출되고 석유 생산, 가공 및 운송 과정에서 평균 약 100kg의 이산화탄소가 배출되는 것을 고려하면, 석유 생산 과정 전반에서 이론상 넷 제로 또는 탄소 역배출을 달성할 가능성이 있음을 시사한다[29].
이산화탄소를 다양한 제품 안에 넣어 격리하려는 시도가 늘어나고 있다. 이산화탄소를 주입하거나 화학반응을 일으켜 만든 건축자재는 이산화탄소를 영구적으로 격리시킴으로써 제거한다. 콘크리트 제조 과정에 이산화탄소가 이용되면 시멘트 함량을 약 5% 줄일 수 있어 경제적인 이점이 있고 더 강화한 콘크리트를 얻을 수 있다[30].
지구공학이나 CCUS가 지구온난화 문제의 해결사가 될 수 있을까. 기대를 걸지 않을 이유가 없지만 우리 인류 문제의 근본 원인이 탐욕인 것을 떠올리면 문명 구조의 근본적 개조 없이는 어떤 찬란한 기술도 미봉책에 그치지 않을까 하는 직관적 판단이 앞선다.
글: 안치용 ESG코리아 철학대표, 정민주·안신우·소진영 바람저널리스트, 이윤진 ESG연구소 연구위원
[관련기사]
[지구온난화와 북극①] 2050년 전에 '얼음 없는 북극' 현실화... 점점 빨라진다http://omn.kr/208pe
[지구온난화와 북극②] 기상학자들 "무섭다"... 머잖아 지도에서 사라질 나라들http://omn.kr/20a8k
[지구온난화와 북극③] 펭귄 떼죽음... '종말의 빙하' 붕괴 속도에 과학자들 탄식http://omn.kr/20c70
[지구온난화와 북극④] 불쌍한 북극곰들... 이렇게 죽어간다 http://omn.kr/20etz
[지구온난화와 북극⑤] 언 땅이 녹는다... 건물 무너지는 러시아 도시들http://omn.kr/20gv9
덧붙이는 글 | 출처
[1] https://www.keutschgroup.com/scopex
[2] https://www.forbes.com/sites/arielcohen/2021/01/11/bill-gates-backed-climate-solution-gains-traction-but-concerns-linger/?sh=632966f3793b
[3] https://www.forbes.com/sites/arielcohen/2021/01/11/bill-gates-backed-climate-solution-gains-traction-but-concerns-linger/?sh=632966f3793b
[4] IPCC 6차 보고서 A.2.2, http://www.climate.go.kr/home/cc_data/2021/IPCC_Report.pdf
[5] http://www.geoengineering.ox.ac.uk/www.geoengineering.ox.ac.uk/
[6] https://earthobservatory.nasa.gov/images/1510/global-effects-of-mount-pinatubo
[7] John C. Moore외 3명. (2018.03.14). “Geoengineer polar glaciers to slow sea-level rise”. Nature.
[8] John C. Moore외 3명. (2018.03.14). “Geoengineer polar glaciers to slow sea-level rise”. Nature.
[9] Charles Corbett. (2019.12.06). “Glacial Geoengineering and Law of Antarctica”. Legal Planet.
[10] David Cox. (2018. 03.29.) “Two audacious plans for saving the world’s ice sheets”. Mach.
[11] David Cox. (2018. 03.29.) “Two audacious plans for saving the world’s ice sheets”. Mach.
[12] John C. Moore외 3명. (2018.03.14). “Geoengineer polar glaciers to slow sea-level rise”. Nature.
[13] Fiona Harvey. (2018.09.20.). “Build walls on seafloor to stop glaciers melting, scientists say”. The Guardian.
[14] David Cox. (2018. 03.29.) “Two audacious plans for saving the world’s ice sheets”. Mach.
[15] John C. Moore외 3명. (2018.03.14). “Geoengineer polar glaciers to slow sea-level rise”. Nature.
Charles Corbett. (2019.12.06). “Glacial Geoengineering and Law of Antarctica”. Legal Planet.
[16] UNEP. (2021.08.20.) “Methane emissions are driving climate change. Here’s how to reduce them”
[17] https://www.ccacoalition.org/en/slcps/tropospheric-ozone “2022년 8월 25일 확인”
[18] CCAC, UNEP. (2021). [Global Methane Assessment (full report)] 9쪽.
[19] UNEP. (2021.08.20.) “Methane emissions are driving climate change. Here’s how to reduce them”
[20] Giorgia Guglielmi. (2022.05.04). “Eating one-fifth less beef could halve deforestation”. Nature.
[21] Oliver Milman. (2021.03.18.) “Feeding cows seaweed could cut their methane emissions by 82%, scientists say”. The Guardian.
[22] Mrinalini Erkenswick Wasta. (2014.10.08). “The only solution for polar bears: ‘stop the rise in CO2 and other greenhouse gases”. Mongbay.
[23] https://www.iea.org/reports/about-ccus “2022년 8월 25일 확인”
[24] https://www.iea.org/reports/direct-air-capture “2022년 8월 25일 확인”
[25] Kris Walker. (2013.11.06.) “What are Algae Farms?”. AZO Cleantech.
[26] https://www.globalgae.com/climate “2022년 8월 26일 확인”
[27] https://www.globalgae.com/copy-of-join-us
[28] 한국에너지기술연구원. (2021.). [CCUS 심층 투자 분석 보고서]. 39p.
[29] Christophe McGlade. (2019.04.11.). “Can CO2-EOR really provide carbon-negative oil?”. IEA.
[30] Zoe Corbyn. (2021.12.05.). “From pollutant to product: the companies making stuff from CO2”. The Guardian.
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