기후 모델이 향후 수년간 지오엔지니어링의 중요성 증가를 예측한다

해수면 상승이 도전 과제로 떠오르면서, 과학자들은 지구 온난화로 인한 기후 변화의 이 영향을 극복할 방법을 찾았다. 지구 온난화라고 알려진 이 현상은 행성의 온도가 상승하는 것을 의미하며 오늘날 가장 큰 위협 중 하나이다.

기온과 기상 패턴의 장기적인 변동은 오래전부터 자연스럽게 일어나던 현상이다. 그러나 과학자들은 1800년대 이후 이 변화의 속도가 인간 활동 때문에 크게 가속화되었다고 주장한다.

이산화탄소, 아산화질소, 메탄과 같은 온실 가스가 햇빛과 태양 복사를 흡수할 때 지구 온난화가 발생한다. 이러한 오염 물질은 열을 가두어 온도가 상승하게 만든다. 과학자들은 이것이 더 강력한 폭염, 산불, 빈번한 가뭄, 더 파괴적인 허리케인, 강우량 증가 및 강화된 기상 패턴을 초래한다고 설명한다.

앞서 언급한 바와 같이 지구 온난화의 또 다른 영향은 빙하와 지구의 빙판이 녹아 해수면이 상승하는 것이다. 예측에 따르면 그린란드만으로도 2100년까지 약 10cm 정도 해수면이 상승할 수 있다. 그러나 빙판의 미래와 장기적인 안정성은 여름 온난화 정도에 달려 있다.

기후 변화의 영향을 완화하고 인구 밀집 해안 지역이 살기 어려워지는 것을 방지하기 위해 과학자들은 지오엔지니어링을 포함한 여러 해결책을 제시한다. 지오엔지니어링은 토양, 해양, 대기 등 지구 자연 시스템의 일부를 변경하여 기후 변화를 상쇄하려는 시도이다.

지오엔지니어링은 대규모, 의도적인 인간 개입을 포함하며, 최악의 온난화 시나리오를 피하기 위해 환경을 조작할 가능성을 제시한다. 지오엔지니어링 전략은 주로 두 가지로 나뉜다: 태양 복사 관리(SRM)와 이산화탄소 제거(CDR).

SRM, 즉 태양 지오엔지니어링은 태양 에너지의 일부를 우주로 반사하여 지구를 냉각시키려 한다. 제안된 방법으로는 반사율 향상, 우주 반사체, 성층권 에어로졸 등이 있다.

한편, CDR, 즉 탄소 지오엔지니어링은 조림, 바이오차, 대기 중 이산화탄소 포집, 해양 비료화, 해양 알칼리성 강화, 강화 풍화와 같은 기술을 통해 대기 중 CO2와 같은 온난화 물질을 제거하는 데 초점을 둔다.

또 다른 기술인 인공 강우는 겨울 강설량을 늘리고 산악 눈덩이를 증가시켜 오염 문제를 완화하고 주변 지역 사회에 자연적인 물 공급을 증대시키는 것을 목표로 한다. 인공 강우에 관한 수많은 연구가 상당한 성공을 보고했다.

지오엔지니어링을 통한 악화되는 빙하 구원

지오엔지니어링의 잠재력을 고려하여, 핀란드 라플란드 대학교와 홋카이도 대학 저온 과학 연구소의 국제 연구팀이 성층권 에어로졸 주입(SAI)이라는 지오엔지니어링 기법을 빙판 녹는 현상에 적용하기 위해 협력했다.

이 방법에서는 항공기나 고고도 풍선을 이용해 인위적으로 에어로졸을 지구 대기의 두 번째 층인 성층권에 주입한다. 이는 반사율을 높이고 전 지구적인 어두워짐을 유발해 냉각 효과를 만든다.

2015년 파리 협정에 따라 각국은 온실가스 배출을 줄여 현재 수준의 1/3~1/2 수준으로 빙판 손실을 감소시키겠다고 약속했다. 그러나 연구에 따르면, 필리핀의 피나투보 화산 폭발 규모의 약 1/4 정도의 속도로 성층권에 에어로졸을 주입해 추가 냉각을 유도하면 파리 협정의 배출 목표를 통해 달성 가능한 감소량보다 약 30% 더 빙판 손실을 줄일 수 있다고 주장한다.

필리핀의 피나투보 화산이 폭발했을 때, 주입된 황산화물은 약 1500만 톤에 달했으며, 그 결과 향후 15개월 동안 평균 지구 온도가 0.6도 섭씨 낮아졌다.

이제, SLA를 이용해 과학자들은 그 화산 폭발을 모방하고자 한다. 이 에어로졸 지오엔지니어링 방법은 작은 빙하와 현재 크기 근처에 있는 빙하들의 규모를 유지한다.

남극에서 예상되는 빙하 손실을 늦추는 데 SAI 사용의 효과를 조사한 결과, 2023년 11월 연구에 따르면 SAI를 활용하면 해당 지역의 빙하 손실을 늦출 수 있다고 밝혀졌다. 그러나 결과는 에어로졸 주입 위치에 따라 달라진다. 입자를 북위 30도에서 남위 30도 사이, 특히 남반구에 많이 배치했을 때 남극 빙하 손실을 늦출 가능성이 가장 높은 것으로 나타났다.

현재 연구자들은 이 방법을 그린랜드에 적용하고 있으며, 여기서 Jakobshavn(79N), Zachariae Isstrøm, Petermann 빙하 등은 세계에서 가장 빠르게 악화되는 빙하 중 하나이다.

Journal of Geophysical Research에 발표된 연구에 따르면, 빙판과 표면 융해로 인한 동적 손실로 인해 지표면과 해수면(SLR)이 상승하는 현상은 태양 지오엔지니어링을 통해 빙판과 해양을 냉각함으로써 잠재적으로 완화될 수 있다.

그린랜드 빙판의 SLR 기여도를 추정하기 위해 팀은 표면 질량 균형(SMB) 변화에 기반한 두 개의 동적 모델을 사용했다. 하나는 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)에서 채택한 미래 기후 진화 가능성을 모델링하는 대표 농도 경로(RCP) 4.5를 포함한다. 다른 하나는 Geoengineering Model Intercomparison Project G4이다.

2020년부터 2090년까지의 기간 동안 G4 모델에 따른 질량 손실은 약 31%~38%로 나타났다. 빙산 파편 손실은 변동이 있지만, 두 모델 모두 15%~42% 사이의 상당한 빙하 방출 손실을 가리킨다. 빙하 가장자리에서 빙덩어리가 부서지는 빙산 파편 현상을 정량화하는 일은 그린랜드 빙하 손실과 관련해 여전히 어려운 과제이다.

SAI의 잠재적 영향을 연구하기 위해 연구진은 대형 빙판과 빙모의 진화를 시뮬레이션하는 3D/열역학 모델인 SICOPOLIS 모델을 사용했다. 팀은 1990년부터 2090년까지의 기간에 대해 RCP8.5, RCP4.5, 그리고 GeoMIP G4 시나리오 하에서 그린랜드 빙판의 변화를 시뮬레이션했다.

시뮬레이션 결과, 황산화물의 성층권 에어로졸 주입은 그린랜드 빙판에 “명확한 보호 효과”가 있음을 보여주었다.

RCP8.5 하에서는 가장 높은 배출량과 지속적인 온난화가 특징인 최악의 기후 변화 시나리오로, 예상되는 빙하 손실은 약 90mm의 해수면 상승에 해당한다. 중간 수준의 배출량이 가능한 RCP4.5 시나리오로 전환하면 예상 빙하 손실은 약 60.6mm의 해수면 상승에 해당한다. GeoMIP G4는 RCP4.5에 2020‑2070년 사이 연간 500만 톤의 황산화물 주입을 추가한 것으로, 빙하 손실은 해수면 상승 37.6mm로 제한된다.

이러한 시나리오들을 빠르게 변하는 빙판을 전용으로 모델링하는 Elmer/Ice 모델을 사용해 평가했을 때도 결과는 유사하게 나타났다.

“이 연구는 SAI가 그린랜드 빙판, 나아가 지구상의 모든 빙덮개 보호에 기여할 수 있음을 보여주지만, 지오엔지니어링은 매우 논쟁적인 주제이다.”

– 교수 랄프 그레베(Ralf Greve)와 존 C. 무어(John C. Moore) 교수가 공동으로 이끌었던 연구

He added:

“가장 큰 문제는 이것이 지구 온난화의 근본 원인이 아니라 증상만을 다루며, 오히려 원인을 해결하기 위한 변화를 지연시킬 수도 있다는 점이다. 또한 지구의 자연 시스템이 매우 복잡하기 때문에 긍정적·부정적 결과를 정확히 예측하는 것은 불가능하다.”

지오엔지니어링이 기후 해결책의 미래인가?

지오엔지니어링의 과학은 유망하지만 아직 대부분 탐구되지 않았다. 예를 들어, 태양열을 차단해 지속적인 지구 온도 상승에 맞서는 것은 명확하고 효과적인 방법처럼 보인다. 그러나 이러한 방안은 기후에 장기적인 다른 영향을 미칠 수 있다.

SAI와 같은 기술의 임의적 사용은 지속 가능한 개발과 양립하지 않을 뿐만 아니라 기후 정의에도 반한다는 주장이 있다. 이러한 문제는 새로운 지정학적 긴장의 원인이 될 수 있다. 게다가 이러한 조치를 시행하면 식량 생산에 다양한 영향을 미친다.

한 연구에 따르면, 중간 정도의 기후 개입을 선택할 경우, 중위도 지역인 북미와 유라시아에서는 SAI 덕분에 식량 생산성이 증가할 것으로 보인다. 반면, 대량의 대기 황분사(스퍼레이)는 중앙아메리카, 멕시코, 카리브해, 남미 상반부, 중동 일부, 대부분의 아프리카와 인도, 동남아시아 전체, 그리고 대부분의 호주에서 급증을 초래할 수 있다.

이는 추운 지역이 기후 변화로 인한 온난화에서 이익을 얻을 수 있기 때문에 개입을 원하지 않을 수 있음을 보여준다. 반면, 열대 국가들은 더 많은 작물을 재배하기 위해 온도를 낮추는 높은 수준의 개입을 선호할 수 있다.

하지만 이것이 전부는 아니다. 2020년 MIT 과학자들은 태양 지오엔지니어링 제안이 외부 열대 폭풍 경로를 약화시킬 수 있음을 발견했다. 이는 겨울 폭풍이 약해지고 여름에 정체된 상황을 초래한다. 또한 해양 순환과 빙판 안정성에도 영향을 미친다. 따라서 단순히 기후 변화를 되돌리는 것이 아니라 새로운 기후 변화를 유발할 잠재력이 있다.

이 때문에 많은 사람들은 지오엔지니어링이 기후 위기에 대한 일시적인 해결책이라고 믿는다. 그러나 지난 10년간 다수의 연구자들이 지오엔지니어링이 실제로 심각한 대안을 제공할 수 있는지 조사해 왔다.

배출량 감소가 매우 느리게 진행되고 있어 기후 변화에 즉각적인 영향을 주기 어렵기 때문에 이러한 기술을 탐구할 가치가 있다. 또한, 빛을 반사하는 방법과 같은 일부 기술은 가역성, 신속성, 상대적인 비용 효율성이라는 장점을 제공한다.

최근에 시카고 대학교 지구물리학 교수이자 기후 시스템 엔지니어링 이니셔티브 설립 교수인 David W. Keith와 예일 환경 학교 강사이자 하버드 케네디 스쿨 연구원인 Wake Smith는 MIT 기사에서 지오엔지니어링 배치를 소규모로 시작해야 한다고 언급했다.

SAI와 관련해, 저자들은 약 5년 안에 몇몇 국가가 소규모 배치를 시작해 성층권 구성에 명확한 변화를 일으키자고 제안한다. 그들은 다음과 같이 썼다:

“잘 관리된 소규모 배치는 SAI에 대한 중요한 불확실성을 줄여 연구에 도움이 될 것이다.”

전면적인 대규모 배치를 바로 시작하는 것은 현명하지도 현실적이지도 않으며, 느린 시작은 점진적인 온난화 역전을 가능하게 한다. 이는 최적화를 촉진하고 예상치 못한 영향을 줄이는 데 도움이 된다.

10년에 걸친 소규모 배치는 대규모 배치를 위한 저장 및 확산 기술을 입증할 것이다. 또한 모니터링 능력을 평가하고 황산염이 성층권을 어떻게 이동하며 오존층과 어떻게 상호작용하는지 명확히 할 것이다. 전반적으로 이는 대규모 배치에 대한 과학적·기술적 장벽을 더 잘 이해하는 데 도움이 된다. David는 다음과 같이 말했다:

“만약 이러한 소규모 배치가 실현 가능하다고 판단한다면, 정책 입안자들은 현재 널리 가정되는 시점보다 더 일찍 태양 지오엔지니어링—그 약속과 파괴적 잠재력, 그리고 전 세계 거버넌스에 대한 심대한 도전—에 직면해야 할 것이다.”

현재로서는 모두가 더 많은 연구에 집중하고 있다. 기후 초과 위원회는 실험적 지오엔지니어링 방법을 충분히 연구될 때까지 중단할 것을 촉구함으로써 이를 보여주었다.

2023년 11월 UNESCO 보고서는 이러한 방법들의 윤리적, 사회적, 문화적 위험을 평가하고 무기화 금지를 촉구했다. 또한 효과의 공간적 불균형 위험을 피하기 위해 국가들이 협정을 체결할 것을 권고했다.

또한 보고서는 정치적·경제적 이익이 지오엔지니어링에 대한 과학 연구에 개입해서는 안 된다고 밝혔다. 그리고 다음과 같이 덧붙였다:

“기후 연구, 특히 기후 엔지니어링에 참여하는 모든 사람은 과학 지식과 연구 데이터를 공유하는 것이 전 세계적인 책임이며, 이는 정보에 기반한 정책 결정과 기후 변화에 대한 공공 토론을 보장하기 위함이다.”

지오엔지니어링 방법에 대한 지속적인 비판이 특히 지난해부터 급증하고 있으며, 이는 지구 기후를 수정하는 새로운 방식에 대한 논의와 토론이 확대되고 있음을 보여준다.

실제로, 지난해 말 발표된 연구에 따르면 기후 변화 정보에 대한 노출이 논란이 되는 기후 정책 조치에 대한 대중의 지지를 예측한다. 연구에 따르면, 정보 노출은 연구 및 배치에 대한 지지를 뒷받침하며, 이는 미국에서 더 강하게 나타났다.

연구에 따르면, SAI에 대한 지지는 중국에서 가장 높고 캐나다와 미국에서 가장 낮으며, 독일, 스위스, 영국은 그 사이에 위치한다. 또한, SAI에 대한 지지는 글로벌 남반구에서 글로벌 북반구보다 높게 보고되었다. 글로벌 북반구에서는 호주보다 일본과 한국에서 지지가 약해 동서 간 격차를 시사한다.

미국 정부는 2022년에 태양 지오엔지니어링을 연구해 지구 온난화 영향을 일시적으로 감소시키기 위한 5년 계획을 발표했다. 이는 기후 정책 논의에서 지오엔지니어링의 중요성이 커지고 있음을 명확히 보여준다. 그리고 지오엔지니어링이 위험해 보일지라도, 확실히 기후 변화에 대응할 시간을 더 확보하는 데 도움이 된다.

기후 변화와 싸우는 기업들

이제 혁신적인 방법으로 기후 변화에 맞서 싸우는 몇몇 기업을 살펴보자.

#1. Climate AI

이 회사는 머신러닝, 기후 데이터, 기후 모델 및 현장 위성 영상을 활용해 미래 날씨 패턴에 대한 상세한 통찰을 제공함으로써 농부들이 정보에 입각한 결정을 내리고 농업의 미래를 구축하도록 돕는다. 기후 회복력 기술은 공급망과 글로벌 경제를 기후에 강하도록 만드는 것을 목표로 한다. Climate.AI는 전 세계 식품 및 농업 기업들과 협력해 왔다.

#2. Microsoft

이 기술 대기업은 2030년까지 탄소‑네거티브를 달성하고, 또 다른 20년 안에 지금까지 배출한 모든 온실가스를 상쇄하겠다고 약속했다.

2017년에 Microsoft (MSFT ) 는 AI for Earth를 시작해 지구 자연 시스템을 관리하는 혁신적인 솔루션을 개발하고 있다. 현재 950개 이상의 프로젝트를 지원하고 전 세계에 20개 이상의 솔루션을 배포했다.

이 회사의 시가총액은 3조 달러이며, 주식(MSFT)은 현재 $406.60에 거래되고 있어 연초 대비 7.83% 상승했다. 회사는 연간 매출(TTM) 2275.8억 달러, 주당순이익(EPS, TTM) 11.06, 주가수익비율(P/E, TTM) 36.67을 기록했으며, 배당수익률은 0.74%이다.

마무리

지오엔지니어링은 기후 완화, 온도 감소, 농업 생산성 및 생물다양성 보존 측면에서 많은 이점을 제공한다. 연구에 따르면 이는 궁극적으로 기후 변화의 영향을 완화하고 지구를 구하는 데 도움이 될 수 있다.

하지만 위험이 없지는 않으며, 그 영향이 광범위하기 때문에 이 아직 초기 단계인 분야는 광범위한 탐구가 필요하다. 더 많은 연구와 충분한 투자, 감독이 이루어진다면 이러한 혁신적인 솔루션은 향후 몇 년간 통제된 전 세계 완화 노력의 중요한 부분이 될 수 있다.

대기 중 CO2를 어떻게 다룰지—예방을 선택할 것인가, 치료를 선택할 것인가—에 대해 읽으려면 여기를 클릭하세요.