대기 속 메탄을 잡아내는 기술, 성공할까

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대기 속 메탄을 잡아내는 기술, 성공할까
산업화 이전 수준으로 되돌릴 수 있다는 희망

2021.11.17 09:00 한소정 객원기자

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지구 온난화 문제는 갈수록 더 뜨거운 주제가 되고 있다. 전 지구적 생산과 소비는 당장 줄어들기 어렵고, 온실가스 배출량을 줄이는 방식으로 생산과정을 전환하고 친환경 에너지 생산 비율을 높이는 것이 생각처럼 빠르게 진행되지 않고 있다. 그러는 사이 홍수나 가뭄이 잦아지는 등의 전 지구적 현상들이 빈번하게 뉴스를 장식한다.

한줄기 희망은 온실가스 문제 해결을 위한 새로운 기술들이 개발 중이라는 것이다. 온실가스의 배출량을 줄이는 것에 그치지 않고 이미 배출되어 대기 중에 존재하고 있는 온실가스를 잡아서 대기 속에서 뽑아내는 기술들이 시도되고 있다.

이산화탄소를 포집해 활용하는 기술

대표적인 온실가스인 이산화탄소는 ‘탄소 포집 및 활용(Carbon capture and utilization)’ 기술이 개발되어 왔다. 이 기술은 말 그대로 이산화탄소를 ‘포집’, 즉, 공기 중에서 잡아내는 기술과 ‘활용’, 즉, 잡아낸 탄소를 재활용하는 기술로 크게 구분된다. 포집의 경우 물리적 흡착제나 화학적 흡착제를 이용하는데 효율을 높이기 위해 주로 석탄을 이용한 화력발전소나 대규모 산업 공정 시설을 위주로 시도되고 있다.

포집된 이산화탄소는 특수 파이프라인이나 운송시설을 이용해 이동된 뒤에 활용되게 된다. 대표적인 활용 기술은 포집된 이산화탄소를 석유나 천연가스 등이 있는 지층에 주입해 화석연료 자원으로 이용하는 것이다. 이른바 ‘재활용’ 기술인 셈이다. 또는, 포집된 이산화탄소를 메탄이나 메탄올, 합성가스 등의 연료로 ‘화학적 전환’을 시키거나 여러 화학물질과 함께 ‘합성’시켜 우레아, 폴리우레탄, 아크릴 등을 생산하는 기술도 있다.

경제적 가치도 높아

온실가스 문제 해결이 시급할 뿐 아니라, 위의 기술들이 완성되어 상용화될 경우 세계적으로 보급을 위해서나 포집된 탄소의 활용을 통한 경제 가치가 높을 것으로 기대되는 만큼, 관련 기술 개발을 위한 투자가 세계적으로 활발하다. 우리나라에서도 한국전력공사나 포항산업과학기술원 등 여러 기관에서 연구가 진행 중이다.

최근 ‘사이언스’에는 또 다른 온실가스 ‘메탄’을 포집하는 기술이 시도 중이라는 기사가 실렸다. 메탄은 축산업이나 쓰레기 매립 등의 과정에서 배출되거나 화석 연료와 천연가스 등을 운송하고 사용하는 과정에서 누출된다. 습지에서 자연적으로 발생하는 양도 상당한데, 지구 온난화가 진행되면서 습지가 많아져 자연 발생량도 많아지고 있다.

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메탄, 온실가스 효과가 이산화탄소보다 높아

메탄이 대기 중에 차지하는 비중은 이산화탄소보다 훨씬 낮지만, 지구 온난화 효과는 훨씬 강력하다. 지난 100년간 메탄이 일으킨 지구 온난화 효과는 이산화탄소보다 대략 30배가량 더 강했고, 최근 20년간을 비교하면 그 차이는 84배에 달한다고 전문가들은 말한다. 산업화 이후 대기 중 메탄의 양은 두 배 이상 증가했으며 지구 온도는 1.1°C가량 높였을 것으로 알려져 있다.

최근 열린 유엔 기후변화 총회에서 전문가들은 이른바 ‘마이너스 배출’ 기술이 실현되면 대기 중 메탄양을 산업화 이전의 수준으로 회복시킬 수 있을 것으로 전망했다. 메탄은 불안정해 대략 10년 이내에 물과 이산화탄소로 분해되기 때문에 메탄 배출량을 줄일 수 있다면 대기 중 메탄 비율도 비교적 쉽게 줄어들 수 있다. 연구자들이 시도하는 기술도 바로 이 메탄의 산화를 가속하는 방법이다.

메탄 분해를 가속하는 기술들

자연적으로 발생하는 ‘수산화 라디칼(hydroxyl radical)’은 대기 중의 메탄을 분해한다. 실험에 따르면, 햇볕이 바다 위로 비칠 때 생기는 소금 줄기 위로 ‘철분(iron)’을 뿌리면 생성되는 많은 양의 수산화 라디칼이 만들어진다. 그렇게 되면 당연히 메탄의 분해도 더 빨라지게 된다. 문제는, 이때 수산화 라디칼을 파괴하는 염소도 많이 생성된다는 것이다.

연구자들은 이 같은 대양 환경에서 쉽고 안정적으로 철분을 공급해 수산화 라디칼을 대량으로 생산해 메탄을 분해하는 기술을 시도하고 있다. 선박들이 사용하는 화석 연료에 철분이 있다는 것에 착안해, 배의 배기구에서 배출되는 철분과 염소, 메탄의 구성을 측정하는 한편, 배기구에 철분과 소금 에어로졸 혼합물을 뿌리는 메커니즘을 고안해 메탄 배출량을 줄이는 방법도 시도하고 있다.

또 다른 방법은 자외선과 함께 대기 중의 메탄을 산화시키는 티타늄디옥사이드 페인트를 이용하는 것이다. 연구자들에 따르면, 건물이나 풍력 발전용 풍차를 이 페인트로 칠해 메탄 분해를 시도할 수 있다. 비교적 적용이 쉽지만, 대기 중 메탄의 농도가 옅은 만큼 매머드급의 규모로 활용하는 게 아니라면 그 효과를 보기 쉽지 않다.

다만, 이 기술들이 실현되고 도입되면 대기 중 메탄양이 빨리 줄어들 것이라는 전망은 매우 희망적이다.

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한소정 객원기자
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저작권자 2021.11.17 ⓒ ScienceTimes

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전체 댓글 (1)

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김용한 2021년 December 6일2:16 pm

학창 시절, 대기 중 이산화탄소가 지구온난화를 일으키는 거라면 대기 중에서 이산화탄소를 뽑아내면 되지 않을까라는 막연한 생각을 한 적이 있는데 이렇게 기술로 발전될 날이 얼마 남지 않았다니 신기하군요. 또 이산화탄소를 재활용할 방안까지 만들어내다니… 그렇다면 대기 중에서 메탄을 분해시킨 뒤에 나오는 이산화탄소도 같이 처리 할 수 있겠네요. 과학자들의 실천력은 정말 대단한 것 같습니다. 응원합니다 연구팀!