지난여름 전 세계에 기록적인 폭염으로 일본과 터키, 북아일랜드의 일부 지역은 관측 사상 최고 기온을 경신했다. 전 지구의 기온이 상승하는 지구온난화에 대해 알아보자.
지구온난화란 무엇인가?
태양으로부터 지구로 유입되는 에너지는 대부분 가시광선의 형태이다. 이 중 약 30%는 지표나 지구대기에 의해 반사되어 우주로 나가고 70%는 지면까지 도달하게 되며 도달한 에너지는 다시 우주로 방출된다. 이때 대기에 포함되어 있는 이산화탄소, 메테인, 수증기 등의 온실가스가 이 열을 흡수해서 지구의 기온을 일정한 수준으로 유지시켜준다. 이를 통해 인간과 동식물이 살기 좋은 환경이 유지되어왔다.
<출처: 지식백과>
그러나 산업혁명 이후 화석연료와 화학물질의 사용이 증가하면서 이산화탄소와 아산화질소, 프레온가스 등의 온실가스가 대기 중에 배출됐고, 이로 인해 지구 밖으로 방출되는 복사열이 감소하게 되어 지구의 기온이 상승하고 기후변화가 일어나고 있다. 이렇게 장기간에 걸쳐 전지구 평균 지표면 기온이 상승하는 현상을 지구온난화라고 한다. 지구온난화는 결국 홍수, 폭우, 사막화, 태풍과 같은 이상기후를 유발했으며 이로 인해 발생한 자연재해는 인간의 목숨까지 위협하고 있다.
지구온난화의 원인은 무엇인가?
지구온난화를 일으키는 온실가스에는 이산화탄소, 메테인, 아산화질소, 수소불화탄소, 육불화황 등이 있다. 많은 사람들이 이산화탄소가 지구온난화에 가장 많이 기여한다고 알고 있다. 그러나 실제 주요 온실가스가 이산화탄소를 기준으로 지구온난화에 기여하는 정도를 나타낸 지구온난화지수는 다음과 같다.
| 종류 | 지구온난화지수 | 주요 배출원 |
| 이산화탄소(CO2) | 1 | 연료사업, 산업공정 |
| 메테인(CH4) | 21 | 폐기물, 농업, 축산 |
아산화질소(N2O) | 310 | 산업공정, 비료사용 |
수소불화탄소(HFCs) | 140~11700 | 반도체 제조 |
과불화탄소(PFCs) | 6500~9200 | 반도체 세정용, 냉매, 발포제 사용 |
육불화황(SF6) | 23900 | 자동차 생산공정 |
출처 : IPCC (기후 변화에 관한 정부간 패널) 제2차 평가보고서
지구온난화지수에서 이산화탄소 1을 기준으로 메테인은 21이다. 이는 메테인 1 kg이 이산화탄소 21 kg에 해당하는 정도로 지구온난화에 영향을 미친다는 의미이다. 이처럼 여러 온실가스 중 이산화탄소는 지구온난화지수가 낮은 편이다. 그럼에도 유독 이산화탄소량을 줄이는 것에 전 세계가 집중하는 이유는 무엇일까?
산업화의 확산으로 화석연료의 사용량이 증가하여 인위적으로 배출되는 온실가스가 증가하는 가운데 전체 온실가스의 80% 이상이 이산화탄소로 구성되어 있기 때문이다.
지구온난화지수를 고려하더라도 대기 중 이산화탄소량이 너무 많아 온실 효과에 많은 영향을 주고 있어 전 세계가 이산화탄소를 줄이고자 노력하고 있다.
이산화탄소를 줄이기 위한 방법은 무엇이 있을까?
대기 중 이산화탄소량을 줄이기 위해 이산화탄소를 여러 가지 방법으로 성분을 분리하여 모으는 포집으로 지하나 해저에 저장해두는 기술이 있다. 이 기술이 처음 등장했을 때는 혁신적인 기술처럼 보였으나, 문제점이 발견되었다. 해양에 저장할 경우 해양 산성화로 인한 해양 생태계 파괴가 될 수 있다는 문제점이 있었으며, 다른 기술까지 고려해야 한다는 점에서 들이는 노력에 비해 효과가 좋지 않다는 것이었다. 이러한 관점에서 이산화탄소를 감축할 대상으로만 여기는 것이 아니라 연료나 원료 등과 같이 새로운 자원으로 재활용해야 한다는 의견이 나오기 시작했다.
이산화탄소 재활용 기술
이산화탄소를 재활용하는 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage, 이산화탄소 포집, 활용 및 저장 기술) 기술이 연구되고 있다. 미국, 유럽연합, 중국 등 주요국들은 CCUS 기술을 적극적으로 연구 중이며, 우리나라 또한 온실가스 배출전망치를 기존보다 감축하고자 새로운 기술을 개발 중이다. CCUS 기술은 크게 CCS와 CCU 두 가지로 나뉜다.
CCS(Carbon Capture and Storage, 탄소의 포집·저장 기술)는 산업 및 발전에서 배출되는 이산화탄소가 대기에 배출되기 전에 먼저 포집하고 이를 옮겨 지중이나 해저 지층에 영구적으로 폐기·저장하는 기술이다. 이 기술은 비용에 비해 효과적인 온실가스 감축 방안이지만, 높은 초기 투자 비용과 처리에 드는 많은 에너지, 지층 저장의 안전성 등 기술적으로 보완할 과제가 많이 남아 있다.
다른 하나는 포집한 이산화탄소를 저장하는 것이 아니라 화학적, 생물학적 변환 과정을 거쳐 유용한 자원으로 재활용해 부가가치가 높은 물질로 전환하는 CCU 기술(Carbon Capture and Utilization, 탄소자원화 기술)이다. 현재 연구되는 CCU 기술에는 이산화탄소를 다른 물질로 변환시키는 방법에 따라 크게 화학반응을 이용한 방법, 미세조류 등 유기체를 이용한 방법, 광물과 반응시키는 방법이 있다. 이 기술들은 연구를 위해 장기적인 계획을 세우고 따라가야 하는 미래 기술이며, 조직화하고 장기적인 지원이 필요한 상황이다.
ㅣ글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 수학팀 김화은 연구원
#융합상식 #수학이야기 #과학이야기 #초등과학 #중등과학 #지구온난화#이산화탄소#이산화탄소재활용
지난여름 전 세계에 기록적인 폭염으로 일본과 터키, 북아일랜드의 일부 지역은 관측 사상 최고 기온을 경신했다. 전 지구의 기온이 상승하는 지구온난화에 대해 알아보자.
지구온난화란 무엇인가?
태양으로부터 지구로 유입되는 에너지는 대부분 가시광선의 형태이다. 이 중 약 30%는 지표나 지구대기에 의해 반사되어 우주로 나가고 70%는 지면까지 도달하게 되며 도달한 에너지는 다시 우주로 방출된다. 이때 대기에 포함되어 있는 이산화탄소, 메테인, 수증기 등의 온실가스가 이 열을 흡수해서 지구의 기온을 일정한 수준으로 유지시켜준다. 이를 통해 인간과 동식물이 살기 좋은 환경이 유지되어왔다.
<출처: 지식백과>
그러나 산업혁명 이후 화석연료와 화학물질의 사용이 증가하면서 이산화탄소와 아산화질소, 프레온가스 등의 온실가스가 대기 중에 배출됐고, 이로 인해 지구 밖으로 방출되는 복사열이 감소하게 되어 지구의 기온이 상승하고 기후변화가 일어나고 있다. 이렇게 장기간에 걸쳐 전지구 평균 지표면 기온이 상승하는 현상을 지구온난화라고 한다. 지구온난화는 결국 홍수, 폭우, 사막화, 태풍과 같은 이상기후를 유발했으며 이로 인해 발생한 자연재해는 인간의 목숨까지 위협하고 있다.
지구온난화의 원인은 무엇인가?
지구온난화를 일으키는 온실가스에는 이산화탄소, 메테인, 아산화질소, 수소불화탄소, 육불화황 등이 있다. 많은 사람들이 이산화탄소가 지구온난화에 가장 많이 기여한다고 알고 있다. 그러나 실제 주요 온실가스가 이산화탄소를 기준으로 지구온난화에 기여하는 정도를 나타낸 지구온난화지수는 다음과 같다.
아산화질소(N2O)
수소불화탄소(HFCs)
과불화탄소(PFCs)
육불화황(SF6)
출처 : IPCC (기후 변화에 관한 정부간 패널) 제2차 평가보고서
지구온난화지수에서 이산화탄소 1을 기준으로 메테인은 21이다. 이는 메테인 1 kg이 이산화탄소 21 kg에 해당하는 정도로 지구온난화에 영향을 미친다는 의미이다. 이처럼 여러 온실가스 중 이산화탄소는 지구온난화지수가 낮은 편이다. 그럼에도 유독 이산화탄소량을 줄이는 것에 전 세계가 집중하는 이유는 무엇일까?
산업화의 확산으로 화석연료의 사용량이 증가하여 인위적으로 배출되는 온실가스가 증가하는 가운데 전체 온실가스의 80% 이상이 이산화탄소로 구성되어 있기 때문이다.
지구온난화지수를 고려하더라도 대기 중 이산화탄소량이 너무 많아 온실 효과에 많은 영향을 주고 있어 전 세계가 이산화탄소를 줄이고자 노력하고 있다.
이산화탄소를 줄이기 위한 방법은 무엇이 있을까?
대기 중 이산화탄소량을 줄이기 위해 이산화탄소를 여러 가지 방법으로 성분을 분리하여 모으는 포집으로 지하나 해저에 저장해두는 기술이 있다. 이 기술이 처음 등장했을 때는 혁신적인 기술처럼 보였으나, 문제점이 발견되었다. 해양에 저장할 경우 해양 산성화로 인한 해양 생태계 파괴가 될 수 있다는 문제점이 있었으며, 다른 기술까지 고려해야 한다는 점에서 들이는 노력에 비해 효과가 좋지 않다는 것이었다. 이러한 관점에서 이산화탄소를 감축할 대상으로만 여기는 것이 아니라 연료나 원료 등과 같이 새로운 자원으로 재활용해야 한다는 의견이 나오기 시작했다.
이산화탄소 재활용 기술
이산화탄소를 재활용하는 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage, 이산화탄소 포집, 활용 및 저장 기술) 기술이 연구되고 있다. 미국, 유럽연합, 중국 등 주요국들은 CCUS 기술을 적극적으로 연구 중이며, 우리나라 또한 온실가스 배출전망치를 기존보다 감축하고자 새로운 기술을 개발 중이다. CCUS 기술은 크게 CCS와 CCU 두 가지로 나뉜다.
CCS(Carbon Capture and Storage, 탄소의 포집·저장 기술)는 산업 및 발전에서 배출되는 이산화탄소가 대기에 배출되기 전에 먼저 포집하고 이를 옮겨 지중이나 해저 지층에 영구적으로 폐기·저장하는 기술이다. 이 기술은 비용에 비해 효과적인 온실가스 감축 방안이지만, 높은 초기 투자 비용과 처리에 드는 많은 에너지, 지층 저장의 안전성 등 기술적으로 보완할 과제가 많이 남아 있다.
다른 하나는 포집한 이산화탄소를 저장하는 것이 아니라 화학적, 생물학적 변환 과정을 거쳐 유용한 자원으로 재활용해 부가가치가 높은 물질로 전환하는 CCU 기술(Carbon Capture and Utilization, 탄소자원화 기술)이다. 현재 연구되는 CCU 기술에는 이산화탄소를 다른 물질로 변환시키는 방법에 따라 크게 화학반응을 이용한 방법, 미세조류 등 유기체를 이용한 방법, 광물과 반응시키는 방법이 있다. 이 기술들은 연구를 위해 장기적인 계획을 세우고 따라가야 하는 미래 기술이며, 조직화하고 장기적인 지원이 필요한 상황이다.
ㅣ글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 수학팀 김화은 연구원
#융합상식 #수학이야기 #과학이야기 #초등과학 #중등과학 #지구온난화#이산화탄소#이산화탄소재활용