기후 공학

3. 기술

기후 공학에는 크게 두 가지 주요 기술이 있다. 하나는 지구 대기에서 온실 기체, 특히 이산화 탄소(CO₂)를 제거하는 것이고, 다른 하나는 지구로 들어오는 햇빛의 양을 줄이는 것이다.

• 이산화 탄소 제거(Carbon Dioxide Removal, CDR): 대기 중 이산화 탄소를 직접 제거하는 기술이다.
• 직접 공기 포집 기술(Direct air capture=DAC): 장치를 통과한 공기에서 CO₂를 추출한다. 스위스의 클라임웍스, 캐나다의 카본 엔지니어링 등이 연구하고 있다.^[47]
• 인공 광합성.
• HNLC 해역에 철분을 살포하여 식물 플랑크톤의 생육을 촉진하고, 광합성을 통해 CO₂를 고정하는 기술.
• 지각 및 해저에 이산화탄소 저장:
• 지각에서의 이산화 탄소 저장: 유전에서 원유 채굴 시 지각에 CO₂를 주입하여 유압을 유지·상승시키는 기술을 CO₂ 저장 목적으로 이용한다.
• 해저에서의 이산화 탄소 저장: 고압의 해저 부근에 CO₂를 저온으로 주입하면 액체 상태의 CO₂를 장기간 보관할 수 있다.
• 재녹화 및 식생 회복: 상업용 수림대 등의 식생 회복 및 사토야마 보전 운동 등이 있다. 현재는 재녹화 자체보다는 관련 작업 및 기계의 간략화, 절전화 등이 주를 이루고 있다. 천연 숲과 같은 다양성을 가진 산림 회복이 이상적이지만, 현재는 상업적 이용이 가능한 나무의 재육성 및 토질 회복이 우선시되며 식물 다양성은 부차적인 문제로 여겨진다. 이로 인해 효과에 대한 회의적인 시각과 개발 비용 회수 문제 등이 제기되고 있다.^[47]

3. 1. 태양 복사 관리 (Solar Radiation Modification, SRM)

• 성층권 에어로졸 주입: 성층권에 황산화물 등의 에어로졸을 살포하여 지구에 쏟아지는 태양광을 차단한다. 화산재에 의한 온도 저하(일산 효과)를 인공적으로 일으키는 기술로, 파울 크루첸이 제안했다.
• 해양 구름 밝게 하기: 특수 선박으로 해수를 분사하여 해양 위의 구름을 밝게 하여 지구에 쏟아지는 태양광을 차단하여 지구의 기온을 낮춘다.
• 우주 거울: 우주 공간의 정지 궤도나 라그랑주 점 등에 스크린이나 금속 조각 등을 다수 발사하여 지구로 향하는 태양광의 몇 퍼센트를 차단한다.^[49]
• 지표면 알베도 변화: 빙설의 태양광 반사 효과를 응용하여 지표를 거울이나 흰 천 등으로 대규모로 덮는 기술이다. 모든 건물을 하얗게 칠하는 것만으로도 효과가 있다고 한다.

3. 1. 1. 성층권 에어로졸 주입 (Stratospheric Aerosol Injection, SAI)

3. 1. 2. 해양 구름 밝게 하기 (Marine Cloud Brightening, MCB)

3. 1. 3. 우주 거울 (Space Mirrors)

3. 1. 4. 지표면 알베도 변화

또한, 장래에는 일반 가정에서도 이와 같은 의무화, 더 나아가 반사 효율이 좋은 특수 코팅의 의무화, 검은색 자동차의 판매를 금지하는 등의 안도 검토되고 있다.

3. 2. 이산화탄소 제거 (Carbon Dioxide Removal, CDR)

탄소 제거(Carbon Dioxide Removal, CDR)는 대기에서 이산화 탄소를 제거하여 대기 중의 탄소 부하를 줄이는 기후 공학의 한 분야이다. 인간 활동으로 발생하는 온실 가스 배출을 완화하기 위해 사용될 수 있지만, 배출량 감축만으로는 지구 온난화를 1.5°C로 제한하기 어려울 수 있어, 배출량 감축을 보완하는 데에도 사용된다. 기후 변화 영향을 완화하기 위한 CDR 방법 개발과 배치는 기후 목표 달성에 중요하다.

이산화 탄소(CO₂)는 주요 온실 기체로, 이를 지구 대기에서 줄이는 기술을 "CO₂ 제거"(:en:Carbon dioxide removal)라고 통칭하며, 다음과 같은 방법들이 있다.

• 인공나무: 화학반응을 통해 공기 중 이산화탄소를 흡수하는 인공 나무 설치 방안.
• HNLC 해역 철분 살포: 식물 플랑크톤이 부족한 HNLC 해역에 철분을 살포해 생육을 촉진하고, 광합성을 통해 CO₂를 고정하는 기술.

3. 2. 1. 직접 공기 포집 (Direct Air Capture, DAC)

특수한 장비를 사용하여 대기 중의 이산화 탄소를 직접 포집하는 기술(Direct air capture, DAC)이다. 스위스의 클라임웍스(Climeworks)와 캐나다의 카본 엔지니어링(Carbon Engineering)이 이 기술을 연구하고 있다.^[47]

3. 2. 2. 인공 광합성 (Artificial Photosynthesis)

인공 광합성은 태양광 에너지를 이용하여 이산화탄소를 유용한 화합물이나 연료로 전환하는 기술이다.^[47]

3. 2. 3. 해양 시비 (Ocean Fertilization)

해양 시비(Ocean Fertilization)는 해양에 철분과 같은 영양염류를 공급하여 식물 플랑크톤의 성장을 촉진하는 방식이다.^[14] 이는 광합성을 통해 대기 중 이산화 탄소를 흡수하고 탄소 고정을 유도하여, 궁극적으로 지구 대기에서 이산화탄소(CO₂)를 줄이는 것을 목표로 한다.^[47]

철분 시비는 바다에 철을 첨가하여 플랑크톤(주로 조류)의 성장을 촉진하는 기후 공학 기술이다. 이 기술은 해양 생태계의 탄소 순환에 영향을 미쳐 이산화 탄소를 대기에서 제거하는 것을 목표로 한다. 특히 남극해에서 해양 시비는 다이메틸 설파이드 생산을 촉진하여 구름의 반사율을 높일 수 있다.^[16][17] 이는 남극 얼음의 용해를 늦추는 태양 복사 조절(SRM) 방법으로 활용될 수 있다.

3. 2. 4. 해양 알칼리화 (Ocean Alkalinity Enhancement)

해양 알칼리화는 해수에 수산화칼슘(생석회) 등의 알칼리성 물질을 첨가하여 해양 산성화를 완화하고 이산화 탄소 흡수 능력을 높이는 방법이다. 이는 굴과 같은 해양 생물에 가해지는 압력을 줄이고 이산화탄소를 흡수한다. 첨가된 생석회는 물의 pH를 높여 이산화탄소를 탄산수소칼슘 또는 연체동물 껍데기에 침전되는 탄산염 형태로 포집한다.^[14]

2022년 미국 플로리다주 아팔라치콜라에서 굴 개체수 감소를 막기 위한 실험이 진행되었는데, pH 수치가 약간 증가했으며, 이산화탄소는 70ppm 감소했다.^[14] 2014년에는 수산화나트륨 (잿물)을 호주의 그레이트 배리어 리프 일부에 첨가하는 실험이 진행되었으며, pH 수치를 산업화 이전 수준으로 높였다.^[14]

하지만 알칼리성 물질을 생산하는 과정에서 일반적으로 다량의 이산화탄소가 배출되어, 탄소 포집 효과가 부분적으로 상쇄된다. 알칼리성 첨가제는 한 달 안에 희석되고 분산되어 지속적인 효과가 없으므로, 필요하다면 장기적인 영향을 남기지 않고 프로그램을 종료할 수 있다.^[14]

3. 2. 5. 탄소 포집 및 저장 (Carbon Capture and Storage, CCS)

지구 대기에서 이산화 탄소(CO₂)를 줄이는 기술을 "CO₂ 제거"(:en:Carbon dioxide removal)라고 통칭한다. 이산화탄소 저장은 지각이나 해저에 CO₂를 주입하여 장기간 보관하는 방식으로 이루어진다.

• 지각에서의 이산화 탄소 저장: 유전에서 원유 채굴 시 지각에 CO₂를 주입하여 유압을 유지·상승시키는 기술을 CO₂ 저장 목적으로 이용한다.
• 해저에서의 이산화 탄소 저장: 고압의 해저 부근에 CO₂를 저온으로 주입하면 액체 상태의 CO₂를 장기간 보관할 수 있다.

3. 2. 6. 조림 및 재조림 (Afforestation and Reforestation)

숲을 조성하거나 복원하여 대기 중 이산화탄소를 흡수하는 것은 자연 기반 해결책(Nature-based Solutions)이다.^[47] 사토야마 보전 운동 등에 대표되는 상업용 수림대 등의 식생 회복 및 재녹화, 회복 기술이 이에 해당한다.^[47] 현재는 재녹화 자체보다는 녹화에 필요한 활동에 관한 작업 및 기계의 간략화, 절전화 등이 주로 이루어지고 있다.^[47]

원래는 천연 숲에서 보이는 것과 같은 다양성을 가진 산림 회복 기술이 바람직하지만, 현재는 주로 생활에 밀접하고 상업적 이용이 가능한 나무의 재육성 및 토질 회복이 중심 과제이다.^[47] 식물의 다양성은 차선으로 밀려나는 딜레마를 가지고 있어, 그 효과에 대한 회의적인 의견이나 개발 비용 회수 등의 문제점도 많이 제기되고 있다.^[47]

3. 3. 기타 기술

해양 지구 공학은 해수면 상승의 영향을 줄이기 위해 해양을 수정하는 것을 포함한다. 다른 방안으로는 따뜻해지는 물로부터 남극 빙하를 보호하기 위해 수중 "커튼"을 설치하거나, 얼음에 구멍을 뚫어 물과 열을 퍼내는 방식이 있다.^[15]

3. 3. 1. 수동 주간 복사 냉각 (Passive Daytime Radiative Cooling, PDRC)

태양 반사율과 열 방사율을 수동 주간 복사 냉각을 통해 대기 창에서 향상시키는 것은 기후 공학에 대한 대안 또는 "세 번째 접근 방식"^[12]으로 제안되었으며, 이는 성층권 에어로졸 주입보다 "덜 침투적"이고 예측 가능하거나 되돌릴 수 있다.^[13]

3. 3. 2. 빙하 안정화 (Glacier Stabilization)

해양 지구 공학은 해수면 상승의 영향을 줄이기 위해 해양을 수정하는 것을 포함한다. 다른 방안으로는 따뜻해지는 물로부터 남극 빙하를 보호하기 위해 수중 "커튼"을 설치하거나, 얼음에 구멍을 뚫어 물과 열을 퍼내는 방식으로 해수면 상승을 억제하는 것이 있다.^[15]

4. 문제점 및 윤리적 측면

기후공학 기술은 대규모로 적용될 경우 예측 불가능한 부작용을 초래할 수 있다는 우려가 제기되고 있다.^[9] 대규모 개입은 자연 시스템에 의도치 않은 교란을 일으킬 위험이 더 크며, 이러한 교란이 상쇄하려는 기후 피해보다 더 심각할 수 있다는 것이다.^[9]

기후공학은 도덕적 해이의 한 형태인 탄소 배출 감소의 긴급성을 줄일 수 있다는 비판도 존재한다.^[18] 우려하는 과학자 연합은 기후 공학 기술의 사용이 기후 변화의 근본 원인을 해결하지 않고 배출량 감소를 늦추며 저탄소 경제로 전환하지 않는 변명이 될 위험성을 지적한다.^[20]

만약 기후 공학이 기후를 변화시킬 수 있다면, 인간이 의도적으로 기후를 변화시킬 권리가 있는지, 그리고 어떤 조건에서 그러해야 하는지에 대한 윤리적 질문도 제기된다.^[28]

5. 사회적 인식 및 연구 동향

빌 게이츠가 재정적으로 지원하는 하버드 대학교 연구진의 '스코펙스(SCoPEx)' 프로젝트처럼, 기후공학 기술은 아직 많은 실험을 거치지 않아 부작용이 예상된다는 주장이 있다.^[18] 이는 도덕적 해이를 유발하여 탄소 배출 감소 노력을 저해할 수 있다는 우려도 제기된다.^[19] 우려하는 과학자 연합은 기후공학 기술이 기후 변화의 근본 원인을 해결하지 못하고, 저탄소 경제로의 전환을 늦출 수 있다고 지적한다.^[20]

하지만 여러 여론 조사와 연구에 따르면, 기후공학 기술이 오히려 탄소 배출 감축 노력을 늘리거나, 적어도 영향을 주지 않을 수 있다는 결과도 보고되고 있다.^[21][22][23] 일부 모델링 연구는 기후공학의 전망이 배출량 감축 가능성을 높일 수 있음을 시사한다.^{[24][25][26][27]}

2018년 미국, 영국, 호주, 뉴질랜드에서 실시된 대규모 연구에 따르면, 기후공학에 대한 대중의 인지도는 낮은 편이며, 응답자의 5분의 1 미만이 사전 지식을 가지고 있었다.^[29] 기후공학 방법에 대한 인식은 대체로 부정적이었으며, '위험한', '인위적인', '알 수 없는 영향'과 같은 속성과 연관 짓는 경향이 있었다. 태양 복사 관리보다는 이산화탄소 제거 방법이 더 선호되었으며, 국가 간 인식 차이는 크지 않았다.^[29][30]

지구의 벗이나 그린피스와 같은 일부 환경 단체들은 태양 복사 관리에 대해서는 유보적인 입장을 보이지만, 조림이나 이탄지 복원과 같은 자연 기반 이산화탄소 제거 프로젝트는 지지하는 경향을 보인다.^[18][31]

미국 의회,^[32] 미국 국립 과학 공학 의학 아카데미,^[33] 왕립 학회,^[34] 영국 의회,^[35] 기계 기술자 협회,^[36] 기후 변화에 관한 정부 간 패널 등 여러 기관에서 기후공학의 잠재력을 평가하기 위한 연구를 진행해 왔다.

2009년 영국의 왕립 학회는 기후공학 방법을 검토한 보고서에서 "UNFCCC 당사국은 기후 변화 완화 및 적응 노력을 강화해야 하며, 특히 전 세계적인 배출량 감소에 동의해야 한다"고 강조하면서도, "저위험 방법을 금세기 온난화 속도를 줄여야 할 필요가 있을 경우 사용할 수 있는지 조사하기 위해 기후공학 옵션의 연구 개발을 수행해야 한다"고 권고했다.^[37]

2015년 미국 국립 과학 공학 의학 아카데미는 기후공학의 잠재적 영향, 이점 및 비용을 연구한 ''기후 개입'' 보고서를 발표했다.^[39][40][41]

2023년 6월 미국 정부는 성층권 에어로졸 주입과 해양 구름 밝기 향상에 대한 연구를 권고하는 보고서를 발표했다.^[44] 2024년 현재, CAARE 프로젝트는 구름의 반사 능력을 높이기 위해 바다 소금을 해양 하늘로 발사하는 실험을 진행하고 있다.^[45]

6. 한국의 관점

대한민국은 기후변화의 심각성을 인지하고 탄소중립을 위한 정책을 적극적으로 추진하고 있다. 기후공학 기술은 탄소중립 목표 달성을 위한 보조적인 수단으로 고려될 수 있지만, 그 잠재적 위험성과 부작용에 대한 충분한 검토가 필요하다. 특히 한반도의 지정학적 특성과 주변국과의 관계를 고려할 때, 기후공학 기술의 적용은 신중하게 접근해야 할 문제이다.

더불어민주당은 기후공학보다는 탄소 감축과 재생에너지 확대 등 근본적인 해결책에 집중해야 한다는 입장을 견지하고 있으며, 기후 위기 대응을 위한 국제 협력의 중요성을 강조하고 있다.

참조

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