지구 온난화 지수

3. 지구 온난화 지수 (GWP) 값

3. 1. IPCC 6차 평가 보고서 (2021)

IPCC 보고서에는 위 표에 포함되지 않은 다른 많은 온실 기체에 대한 정보도 포함되어 있다.^[13][12][14] 이들 중 일부는 매우 높은 GWP 값을 가지지만, 현재 대기 중 농도는 상대적으로 낮다.

3. 2. IPCC 4차 평가 보고서 (2007)

3. 3. 시간 척도의 중요성

GWP 값은 대기 중 가스 농도가 시간에 따라 어떻게 감소하는지에 대한 모델링에 의존하며, 이는 지속적인 연구를 통해 업데이트된다. 따라서 GWP 값은 항상 약간의 불확실성을 내포하고 있으며, 인용 시 출처(예: 특정 IPCC 보고서)를 명시하는 것이 좋다.

4. 지구 온난화 지수 (GWP) 계산 방법

지구 온난화 지수(GWP)는 특정 온실 기체가 지구 온난화에 기여하는 정도를 이산화 탄소(CO₂)를 기준으로 나타내는 지표이다. 이는 특정 기간 동안 동일한 질량의 가스가 이산화 탄소보다 얼마나 많은 열을 가두는지를 비교한 값이다.^[2] GWP 계산은 해당 기체의 복사 강제력과 관련이 깊다. 복사 강제력은 지구의 에너지 균형에 영향을 미치는 요인들을 정량적으로 비교하기 위한 개념으로^[3], 특정 요인(예: 온실 기체 농도 증가)이 지구의 에너지 흡수량과 방출량 사이의 균형을 얼마나 변화시키는지를 나타낸다. 이는 단위 면적당 에너지 변화량(W/m²)으로 측정된다.^[4]

GWP 값은 다음 세 가지 주요 요인에 따라 결정된다.

• 적외선 복사 흡수 능력: 해당 기체가 지구 표면에서 방출되는 적외선 복사를 얼마나 효율적으로 흡수하는지 나타낸다. 특정 파장의 복사를 강하게 흡수하더라도, 대기가 이미 해당 파장의 복사를 많이 흡수하고 있다면 GWP에 미치는 영향은 제한적일 수 있다. 반면, 대기가 비교적 투명한 파장대("대기의 창")에서 복사를 흡수하는 기체는 GWP에 더 큰 영향을 미친다.^[30] 온실 기체의 적외선 복사 흡수 특성을 연구하는 적외선 분광법은 기후 변화 이해에 중요하다.
• 대기 수명: 해당 기체가 대기 중에 얼마나 오랫동안 머무르는지를 나타낸다. 대기 수명이 길수록 더 오랫동안 온난화에 영향을 미치므로 GWP 값이 높아지는 경향이 있다. 예를 들어, 메탄(CH₄)은 이산화 탄소보다 강력한 온실 효과를 가지지만 대기 수명(약 12년^[12])이 짧아 20년 GWP는 높지만 100년 GWP는 상대적으로 낮아진다. 반면, 아산화 질소(N₂O)는 대기 수명(약 109년^[12])이 길어 20년과 100년 GWP 값이 동일하게 높게 나타난다.^[9]
• 시간 지평선 (Time Horizon): GWP를 계산하는 기간을 의미한다. 일반적으로 20년, 100년, 500년의 시간 지평선이 사용된다. 어떤 시간 지평선을 선택하느냐에 따라 GWP 값은 달라질 수 있다. 단기적인 영향을 중시하면 20년 GWP를, 장기적인 영향을 고려하면 100년 또는 500년 GWP를 참고한다. 이산화 탄소는 기준 물질이므로 모든 시간 지평선에서 GWP가 1로 정의된다.^[8]

• $\backslash mathit\{TH\}$: GWP를 계산하는 시간 지평선 (년)
• $a\_x$: 기체 x의 단위 농도 증가당 복사 강제력 변화 (복사 효율, W m⁻² kg⁻¹)
• $[x](t)$: 시간 t에서 대기 중 기체 x의 농도 변화 (초기 1kg 방출 후 시간에 따른 감소 고려)
• $a\_r$: 기준 기체(이산화 탄소)의 복사 효율
• $[r](t)$: 시간 t에서 대기 중 기준 기체(이산화 탄소)의 농도 변화

5. 지구 온난화 지수 (GWP) 활용

지구온난화 지수(GWP)는 다양한 온실가스가 기후 변화에 미치는 상대적인 영향을 비교하기 위한 핵심 지표로 사용된다. 이는 특정 기간(주로 100년 또는 20년) 동안 동일 질량의 이산화 탄소(CO₂) 대비 해당 가스가 얼마나 많은 열을 가두는지를 나타내는 값이다.^[33] GWP는 서로 다른 온실가스의 기후 영향을 이산화 탄소 환산량(CO₂e)이라는 공통된 척도로 변환하여 비교하는 것을 가능하게 한다.^[33]

GWP 값은 교토 의정서나 파리 협정과 같은 국제 기후 협약에서 국가별 온실가스 배출량을 보고하고 감축 목표를 설정하는 표준 기준으로 활용된다. 또한 기업 및 제품 수준에서 탄소 발자국을 산정하는 등 다양한 분야에서 온실가스 관리의 기초 자료로 쓰인다. GWP 값 자체는 평가 기준이 되는 시간 척도에 따라 달라질 수 있다.^[36][37]

5. 1. 이산화탄소 환산량 (CO₂e)

예를 들어, 메탄(CH₄)의 20년 기준 GWP는 86이고, 아산화 질소(N₂O)의 GWP는 289이다. 따라서 메탄 1백만 톤 배출은 86백만 톤 CO₂e와 같고, 아산화 질소 1백만 톤 배출은 289백만 톤 CO₂e와 같은 온난화 효과를 가진다고 볼 수 있다.

5. 2. 교토 의정서 및 UNFCCC 보고

6. 기타 온실 기체 비교 지표

'''지구 온도 변화 잠재력'''(GTP)은 온실 기체를 비교하는 또 다른 방법이다. GWP가 흡수된 적외선 열 복사를 추정하는 반면, GTP는 온실 기체가 향후 20년, 50년 또는 100년 동안 지구의 평균 표면 온도를 상승시키는 정도를 동일 질량의 CO₂가 유발하는 온도 상승과 비교하여 추정한다.^[13] GTP 계산에는 세계, 특히 해양이 열을 어떻게 흡수할지 모델링하는 과정이 필요하다.^[24] GTP는 GWP와 함께 IPCC 보고서의 동일한 표에 게시된다.^[13]

GWP*라고 불리는 또 다른 지표는 메탄과 같은 단기 기후 오염 물질(SLCP)을 더 잘 고려하기 위해 제안되었다.^[48] SLCP 배출율이 영구적으로 증가하는 것은 일회성 CO₂ 배출량과 비슷한 효과를 가지는데, 이는 두 경우 모두 복사 강제력을 영구적으로, 또는 (CO₂의 경우) 사실상 영구적으로 증가시키기 때문이다 (CO₂가 오랫동안 공기 중에 남아 있기 때문이다). 따라서 GWP*는 SLCP 배출율의 '증가'를 해당량(톤)의 CO₂와 동일하게 취급한다.^[45] 그러나 GWP*는 지표로서의 적합성과 불공정 및 불평등을 영속화할 수 있다는 설계상의 문제점 때문에 비판을 받기도 한다. SLCP 배출량이 증가하는 개발도상국은 불리한 평가를 받을 수 있는 반면, SLCP 배출량이 안정적인 호주나 뉴질랜드와 같은 선진국은 이러한 방식으로는 불이익을 받지 않을 수 있다 (물론 CO₂ 배출에 대해서는 불이익을 받을 수 있다).^[46][47][48]

7. 수증기

수증기(H₂O)는 인위적인 지구 온난화에 기여하지만, 지구 온난화 지수(GWP) 정의에 따르면 H₂O의 GWP는 거의 무시할 수 있는 수준이다. 한 추정에 따르면 100년 GWP는 -0.001에서 0.0005 사이이다.^[26]

수증기는 매우 효과적인 온실 기체로, 강력한 적외선 흡수 스펙트럼을 가지고 있으며 이산화 탄소(CO₂)보다 더 많고 넓은 흡수 띠를 가지고 있다. 그러나 대기 중 수증기 농도는 기온에 의해 직접적으로 조절된다. 이 때문에 수증기에 의한 복사 강제력은 지구 온난화가 진행됨에 따라 함께 증가하는 양성 되먹임 효과를 나타낸다.

GWP는 특정 기체의 배출량을 기준으로 계산하며, 간접적인 영향은 고려하지 않는다. 냉각탑이나 관개 등 인간 활동으로 인해 배출된 수증기는 대기 중에 오래 머무르지 않고 보통 몇 주 안에 강수 과정을 통해 제거된다. 이러한 이유로 인위적인 수증기 배출이 지구 온난화에 미치는 직접적인 영향은 매우 작으며, GWP 계산에서는 일반적으로 제외된다.

참조

_[1] 간행물 7.SM.6 Tables of greenhouse gas lifetimes, radiative efficiencies and metrics https://www.ipcc.ch/[...] IPCC 2021
_[2] 간행물 Annex VII: Glossary https://www.ipcc.ch/[...] IPCC 2021
_[3] 서적 Radiative Forcing of Climate Change: Expanding the Concept and Addressing Uncertainties The National Academic Press
_[4] 웹사이트 Climate Change 2013: The Physical Science Basis – Working Group 1 contribution to the IPCC Fifth Assessment Report: Radiative Forcing in the AR5 http://climate.envsc[...] Rutgers University 2016-09-15
_[5] 문서 Amendment to the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer https://treaties.un.[...]
_[6] 웹사이트 Understanding Global Warming Potentials https://www.epa.gov/[...] 2024-08-08
_[7] 웹사이트 Global warming potential of greenhouse gases relative to CO2 https://ourworldinda[...] 2023-12-18
_[8] 간행물 Annex VII: Glossary https://www.ipcc.ch/[...] IPCC 2021
_[9] 논문 Analyzing the mechanism of nitrous oxide production in aerobic phase of anoxic/aerobic sequential batch reactor from the perspective of key enzymes https://link.springe[...] 2022
_[10] 서적 Intergovernmental Panel on Climate Change Fifth Assessment Report 2017-11-06
_[11] 서적 IPCC Fourth Assessment Report 2008-12-16
_[12] 간행물 Chapter 7: The Earth's Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity https://www.ipcc.ch/[...] 2021
_[13] 문서 IPCC AR5 WG1 Ch8 2013
_[14] 웹사이트 IPCC Sixth Assessment Report: The Physical Science Basis Ch7.Supp Mat Table 7 https://www.ipcc.ch/[...]
_[15] 문서 This is so, because of the reaction formula: CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O. As mentioned in the article, the oxygen and water is not considered for GWP purposes, and one molecule of methane (molar mass = 16.04 g mol−1) will yield one molecule of carbon dioxide (molar mass = 44.01 g mol−1). This gives a mass ratio of 2.74. (44.01/16.04 ≈ 2.74).
_[16] 보고서 Atmospheric implications of increased hydrogen use https://www.gov.uk/g[...] UK Department for Business, Energy & Industrial Strategy (BEIS) 2022-04-08
_[17] 문서 IPCC SAR WG1 Ch2 1995
_[18] 문서 IPCC AR4 WG1 Ch2 2007
_[19] 논문 Assessment of methane emissions from the U.S. oil and gas supply chain http://ws680.nist.go[...] 2018
_[20] 논문 Radiative forcing of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide: A significant revision of the methane radiative forcing 2016-12-28
_[21] 뉴스 Methane released in gas production means Australia's emissions may be 10% higher than reported https://www.theguard[...] 2020-08-26
_[22] 웹사이트 Report of the Conference of the Parties on its 19th Session http://unfccc.int/re[...] 2014-01-31
_[23] 문서 Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases http://eur-lex.europ[...]
_[24] 웹사이트 Understanding Global Warming Potentials https://www.epa.gov/[...] United States Environmental Protection Agency 2016-01-12
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_[26] 논문 The global warming potential of near-surface emitted water vapour
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