지구 온난화의 대안 지구 공학

과학기술

지구 온난화의 대안 지구 공학
태양 빛 반사하고, 인공나무로 CO2 흡수

2021.07.08 09:00 조행만 객원기자

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태양 빛을 반사시키는 기술(CRM). 구글 프리 이미지.

지구가 점점 뜨거워지고 있다. 지구온난화로 지구촌이 몸살을 앓고 있는 가운데 북미 캐나다에선 열돔 현상으로 이미 2백 명 이상이 목숨을 잃었다.

과학자들은 이러한 현상의 주범으로 지구온난화를 꼽고 있다. 인류는 그동안 기후 변화의 경고에 대비하기 위해 온실가스의 전 지구적 감축 등의 노력을 해왔으나 아직은 기후 변화의 위협을 막기엔 역부족이다.

그렇다면, 아예 햇볕을 반사해 지구의 온도를 낮출 수는 없을까? 과거엔 비현실적인 상상에 불과했던 이 아이디어들이 최근엔 현실로 다가서고 있다.

지구온난화를 해결하기 위한 직접적인 해결책인 지구공학(Geo Engineering)이란 새로운 첨단 과학기술이 바로 그것이다.

옥스퍼드 지구공학 프로그램(Oxford Geoengineering Program)에 따르면, 지구공학은 기후 변화에 대응하기 위해 지구의 자연 시스템에 대한 인위적인 대규모 개입 기술이다.

일반적으로, 지구공학 기술은 두 가지 범주로 분류된다. 첫 번째, 태양 복사 관리(SRM) 기술이다. 이 SRM은 태양에너지의 작은 부분을 우주로 다시 반사하는 기술이다.

두 번째는 이산화탄소 제거(CDR) 기술로 기존의 나무에 비해서 이산화탄소를 대량 포집하는 인공나무를 개발하는 것이다.

성층권서 에어로졸 뿌려 태양 빛 반사

지난해 12월 4일 윌슨 센터(Wilson Center)의 환경 변화 및 보안 프로그램의 블로그 ‘New Security Beat’에서 기후공학자 사이먼 니컬슨(Simon Nicholson) 박사는 “일사량 관리가 잘 이루어졌다면, 태양 복사 관리(SRM)는 기후 변화에 대한 인류의 대응에 정말 중요하고 긍정적인 기여를 할 수 있을 것이다.”라고 주장했다.

태양 복사 관리(SRM)는 태양에너지가 온실가스에 의해 포착되어 온도가 상승하기 전에 태양에너지를 다시 우주로 반사해서 기후 변화에 대응하는 일련의 아이디어들이다. SRM 기술의 하나로 성층권 에어로졸 주입(Stratospheric Aerosol Injection, SAI)이 있다.

지난 2018년 12월 2일 자, 라이브사이언스닷컴(LiveScience.com)에 따르면, 하버드와 예일 대학의 연구팀은 SAI 기술 논문을 발표했다.

논문에 따르면, 연구팀은 지난 1991년에 일어난 필리핀 피나투보 화산 대폭발 당시, 태양열 반사에 의해 지구의 기온이 내려간 사실에서 아이디어를 얻었다.

화산 폭발에 의해 연기 속에 포함된 이산화황이 성층권에 살포되자, 이산화황은 성층권에서 황산 에어로졸로 변해 태양에서 쏟아지는 빛 일부를 반사했기 때문이다.

이 화산 폭발에 의한 냉각 효과에서 아이디어를 얻은 기술이 바로 SAI다. 태양열 반사 화학 물질을 인위적으로 성층권에서 분사해 지구온난화 영향을 막겠다는 의도다.

연구팀의 계산에 따르면 15년 동안 SAI의 연구를 진행한다고 가정하면 이에 드는 총비용은 약 35억 달러(약 3조9천억 원)로 조사됐다.

물론, 이산화황을 살포할 수 있는 고도인 성층권을 날 수 있는 항공기의 개발 등 여러 난제가 남아 있지만, 과학자들은 SRM 기술을 배포할 시기는 향후 20년 이후로 보고 있다.

한국과학기술연구원에서 개발한 인공 광합성 장치. KIST 제공.

인공나무는 CO2 흡수능력 수천 배

지난 2012년 5월 26일, 영국 기계공학 연구소(IMechE)는 온난화의 주범인 이산화탄소를 흡수하는 기술을 상용화시킬 수 있는 인공나무 개발 기술 시연회를 했다.

그 당시에 이 인공나무는 일반 나무보다 이산화탄소 흡수능력이 수천 배 뛰어난 것으로 알려졌다.

연구소의 환경부장 팀 폭스 박사는 “이 장비는 항공이나 운송 과정에서 배출되는 관리가 어려운 이산화탄소 배출에도 필수적인 기술이다.”며, “포획된 이산화탄소는 산업적으로 이용되거나 안전하게 지하에 저장될 수 있다.”라고 설명했다.

이후 인공 광합성 기술은 국내에서도 활발한 연구가 이뤄졌다. 지난해 6월 30일 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사 연구팀은 베를린공과대학(TU-Berlin)과 공동으로 이산화탄소 전환 시스템에서 일산화탄소를 얻는 데 사용되는 은 촉매 전극을 개발했다고 밝혔다.

탄소 결정에 텅스텐을 입히고 나뭇가지 형태로 은을 코팅한 나노 촉매는 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환할 수 있는 기술이다.

이어서 지난 3일 국내 주요 언론에는 한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 인공 광합성 기술을 이용해 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 바꾸는 데 성공했다는 보도가 나왔다.

동 연구원 청정에너지연구센터의 오형석, 이웅희 박사 연구팀은 경희대 유재수 교수팀과 함께 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노미터 크기의 가지 모양 텅스텐-은 촉매 전극을 개발했다는 것이다.

이 장치는 이산화탄소 전환 시스템을 상용 실리콘 태양전지와 결합해 실제 태양광에서 구동 가능한 대규모 인공 광합성 시스템으로 알려졌다.

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