위험할까, 아니면 기발할까? 지구공학이 기후변화와 싸우는 열쇠가 될 수 있다

지구공학이라는 용어는 처음에 대담하게 들릴 수 있습니다. 어떻게 자연이나 지질을 설계할 수 있을까요? 그러나 이는 자연의 흐름에 반하는 것이 전혀 아닙니다. 오히려 그 반대입니다. 흔히 ‘기후의 플랜 B’라고 불리며, 지구 온난화 또는 기후변화와 싸우는 방법입니다.

하버드 대학교의 태양 지구공학 연구 프로그램은 지구공학을 ‘환경을 조작하고 기후변화의 일부 영향을 부분적으로 상쇄할 수 있는 신흥 기술들의 집합’이라고 정의합니다.

하버드 대학교 지구공학 프로그램은 이 분야를 두 가지 넓은 범주, 즉 탄소 지구공학 또는 이산화탄소 제거(CDR)와 태양 지구공학 또는 태양 복사 관리(SRM)로 구성된 복합 영역으로 보고 있습니다.

일부 연구에서는 세 번째 범주인 기상 변화를 포함하기도 합니다. 이러한 범주들은 추가적인 하위 범주를 가질 수 있습니다. 그러나 더 깊이 파고들기 전에, CDR과 SRM이 무엇을 의미하는지 살펴보겠습니다.

탄소 지구공학, 즉 이산화탄소 제거는 이름에서 알 수 있듯이 대기 중의 이산화탄소를 제거하는 것을 목표로 합니다. 이 접근법은 대기 중 이산화탄소의 축적을 기후변화의 근본 원인으로 봅니다. 이산화탄소는 농도에서 온도, 그리고 영향에 이르는 배출 연쇄 과정을 통해 환경에 해를 끼칩니다. 탄소 지구공학의 목표는 배출량과 농도 사이의 연결 고리를 끊는 것입니다.

농도에서 온도로 이어지는 연결 고리를 끊는 것이 바로 태양 지구공학 또는 태양 복사 관리가 목표로 하는 바입니다. 보다 정확히 말하면, 햇빛의 일부를 우주로 반사하는 것을 목표로 합니다. 우주로 되돌아가는 태양 복사량을 늘림으로써 이 과정은 지구를 냉각시키려 합니다.

하지만 이 두 가지 지구공학 유형은 적용 위치와 영향을 받는 영역에 따라 여러 하위 유형으로 나눌 수 있습니다.

지구공학 유형

태양 복사 관리는 성층권 에어로졸 주입, 표면 알베도 수정, 마이크로버블 등 다양한 기술을 통해 작동합니다.

반면 이산화탄소 제거는 탄소 포집 및 저장, 직접 공기 포집, 탄소 포집 활용 및 저장, 탄소 포집 및 저장이 포함된 바이오에너지, 해양 비료화, 강화 풍화, 강화 광합성과 같은 기술적 개입을 통해 이루어질 수 있습니다. 이들 각각의 기술은 서로 독립적입니다.

성층권 에어로졸 주입

이 과정은 작은 반사 입자를 대량으로 성층권에 분사하여 햇빛을 우주로 반사함으로써 지구를 냉각시키는 것을 목표로 합니다. 제안된 반사 입자에는 이산화황, 미세 분말 형태의 소금, 또는 탄산칼슘이 포함됩니다. 분사는 항공기에서 대포나 대형 호스를 사용해 하늘까지 도달하도록 할 수 있습니다.

인디애나 대학교 연구진이 주도한 연구에 따르면, 대기 중에 햇빛을 반사하는 입자를 퍼뜨이면 서남극의 급속한 빙하 녹는 속도를 늦추고 재앙적인 해수면 상승 위험을 감소시킬 수 있다고 합니다. 연구의 주요 저자인 인디애나 대학교의 폴 고다드 연구원은 이 접근법의 잠재적 이점을 다음과 같이 설명합니다. 그는 다음과 같이 말합니다:

“햇빛이 지구 기후 시스템에 흡수되기 전에 우주로 반사하는 방법을 탐구하면 기후변화에 대응할 시간을 더 확보하고, 서남극 빙상 붕괴와 같은 기후 전환점을 피하거나 지연시킬 수 있습니다.”

표면 알베도 수정

이 제안된 지구공학 기술은 지구 알베도를 높여, 즉 지표면에서 반사되는 태양빛의 양을 증가시켜 더 많은 햇빛을 우주로 반사하는 것을 목표로 합니다.

이는 빛을 더 많이 반사하는 작물을 재배하거나, 넓은 사막이나 빙하 지역을 반사 재료로 덮고, 산 정상과 지붕을 흰색 페인트로 칠하는 등 다양한 방법으로 구현될 수 있습니다.

추가 설명을 위해, 높은 알베도는 대부분의 복사가 반사되는 상태를 의미합니다. 반대로 낮은 알베도 표면은 어두운 해양 표면을 가리키며, 작은 비율만 반사하고 대부분의 태양 복사를 열 형태로 흡수합니다.

해양 구름 밝기 향상

이 기술의 목적은 더 하얀 구름을 생성하여 햇빛을 더 많이 우주로 반사하는 것입니다. 이를 위해 제안된 기술은 더 작은 구름 물방울의 농도를 높이는 것을 목표로 합니다.

이 기술의 옹호자들은 해양 구름에 대량의 미세 입자, 예를 들어 바다 소금 에어로졸을 투입하여 구름 응결핵으로 작용하도록 권장합니다.

입자가 구름에 도달하도록 하기 위해, 이 제안은 선박에서 소금물을 미세 입자로 변환시킬 수 있는 노즐을 사용해 해수 를 분사함으로써 해양 구름층에 염분 에어로졸을 주입하는 방식을 제시합니다.

마이크로버블

이 지구공학 기술은 물속이나 해양 거품에 마이크로버블을 주입하여 해수면에 뿌리는 방식을 제안합니다. 목표는 물 표면의 알베도를 변화시켜 더 많은 햇빛을 우주로 반사하는 것입니다.

밝은 물 표면은 알베도가 높아져 흡수가 감소하고 태양 에너지의 열 변환이 줄어듭니다. 이제 몇몇 이산화탄소 제거 기술을 살펴보겠습니다.

탄소 포집 및 저장

이 과정은 원래 석유 산업에 의해 개발되었으며 종종 향상된 석유 회수 기술(EDR)이라고 불립니다. 고압 이산화탄소를 석유 저장소에 주입하여 노후된 유전에서 남은 매장량을 추출하고, 그렇지 않으면 접근할 수 없던 석유를 회수하는 방식으로 작동합니다.

직접 공기 포집

또 다른 제안된 온실가스 제거(GGR) 기술인 직접 공기 포집은 대규모로 대기 중 이산화탄소를 제거할 수 있습니다. 이 기술은 화학 반응을 이용해 선택적 이산화탄소 필터 역할을 하는 물질로 대기 중 이산화탄소를 정화하려 합니다. 현재 두 가지 방식이 개발되어 있습니다: 액체 용매와 고체 흡착제.

액체 용매의 예로는 이산화탄소가 용해될 수 있는 강한 수산화물 용액이 있습니다. 반면 고체 흡착제의 경우, 플라스틱 수지와 같은 물질 표면에 이산화탄소가 달라붙을 수 있습니다.

탄소 포집 활용 및 저장

이 기술은 산업 배기 가스 또는 대기 중에서 직접 가스를 포집하여 이산화탄소를 제거하는 것을 제안합니다. 포집된 가스는 제조 원료로 사용됩니다. 제조된 제품에 저장된 채로 있다가 다시 대기 중으로 방출됩니다.

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탄소 포집 및 저장이 포함된 바이오에너지

이름에서 알 수 있듯이, 이 제안된 기술은 바이오에너지 활용에서 이산화탄소를 포집하고 탄소 포집 및 저장을 통해 저장하거나 재활용하는 것을 목표로 합니다.

해양 비료화

이 이론적 기술은 생물학적 생산성이 낮은 해양 지역에 대량의 미량 및 다량 영양소를 투입하는 것을 제안합니다. 목표는 대기 중 이산화탄소를 흡수하고 저장할 수 있는 식물성 플랑크톤의 성장을 촉진하는 것입니다. 이용 가능한 데이터는 지난 30년 동안 최소 16개의 개방 해양 비료화 실험이 있었습니다.

강화 풍화

제안된 강화 풍화 개입은 선택된 미세하게 분쇄된 암석 조각을 넓은 육지, 해변 및 해양 표면에 퍼뜨려 이산화탄소를 제거하려 합니다. 이 과정은 규산염 및 탄산염 암석의 자연 풍화 과정을 모방합니다.

이 이론의 옹호자들은 매년 대기 중 약 10억 톤의 이산화탄소를 서서히 소비하고 흡수하는 느린 탄산화 과정을 만들고자 합니다.

강화 광합성

강화 광합성은 식물과 조류를 유전적으로 조작함으로써 목적을 달성합니다. 이는 쌀, 밀, 면화, 나무와 같은 작물에 적용될 수 있습니다. 목표는 이러한 작물이 추가적인 탄소를 토양에 저장할 수 있다는 가정 하에 더 많은 이산화탄소를 대사하도록 만드는 것입니다.

이러한 모든 지구공학 개입이 준비된 상황에서, 실제 적용 시 얼마나 유익하거나 위험할 수 있는지 신중히 평가해야 합니다. 우리는 보다 대중적인 기술 몇 가지와 그 장단점을 살펴볼 것입니다.

지구공학의 잠재적 이점과 위험

성층권 에어로졸 주입의 장단점

이 과정은 이산화탄소가 두 배가 될 때 발생하는 지구 온난화를 상쇄함으로써 해결책이 될 수 있습니다. 대규모 화산 폭발이 지구를 냉각시키는 모델을 기반으로 하기 때문에 알려진 과정이며, 비용도 저렴하고 실행 가능합니다.

예상되는 단점은 강수량 감소 또는 지역 기후 변화로 인한 자연 재해가 발생할 수 있다는 점입니다. 이 과정은 해양 산성화를 멈추지 못하며, 과정을 중단하면 이산화탄소 농도가 계속 상승할 경우 지구가 급격히 따뜻해질 수 있습니다.

해양 구름 밝기 향상의 장단점

해양 구름 밝기 향상의 주요 장점은 이산화탄소가 두 배가 될 때 발생하는 모든 온난화를 상쇄한다는 것입니다. 또 다른 중요한 장점은 열대 지방보다 극지를 더 많이 냉각시켜 빙하 손실을 늦추거나 멈출 수 있다는 점입니다. 이 과정은 독성 화학 물질을 필요로 하지 않으며 비용도 저렴하고 실행 가능합니다.

하지만 해양 구름 밝기 향상은 아직 이론 단계에 머물러 있으며, 실제 테스트가 이루어지지 않았고 필요한 기술도 대부분 이용 가능하지 않다는 점을 기억해야 합니다. 이 과정은 강수량을 감소시키고 지역 기후를 변화시켜 아마존 건조와 같은 재앙적인 영향을 초래할 수 있습니다.

강화 광합성의 장단점

이 계획은 식물을 바이오차로 전환하고 탄소를 흡수하게 하여 최종적으로 토양에 혼합되도록 하는 것입니다. 이 과정의 가장 큰 장점 중 하나는 안전하며 기후 변화를 급격히 되돌리려 하기보다 완만하게 늦추는 것을 목표로 한다는 점입니다. 다른 많은 지구공학 기술과 달리, 강화 광합성은 해양 산성화 속도를 늦출 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

하지만 강화 광합성의 효능은 아직 입증되지 않았습니다. 많은 전문가들은 이 기술이 이산화탄소가 두 배가 될 때 발생하는 온난화의 최대 10%만을 상쇄할 수 있다고 보고 있습니다. 또한 이 과정은 큰 해수면 상승을 방지할 수 없다고 판단됩니다.

해양 비료화의 장단점

해양 비료화는 안전하며 급격히 변화를 일으키기보다 변화 속도를 늦추는 것을 목표로 합니다. 또한 해양 산성화 속도를 늦출 수 있습니다.

하지만 과학자들은 그 효능이 크게 제한될 수 있으며 이산화탄소가 두 배가 될 때 발생하는 온난화의 겨우 5%만을 상쇄할 수 있다고 믿습니다. 이 과정을 적용하면 해양 탈산소화와 해양 생태계 손상을 초래하거나 가속화할 수도 있습니다.

많은 지구공학 기술이 아직 이론 단계이며 실제 적용을 기다리고 있지만, 일부 기업은 이미 어느 정도 시작했습니다.

지구공학 적용에 참여하는 기업들

1. Make Sunsets

Make Sunsets는 주로 성층권 에어로졸 주입 기술을 활용합니다. 회사가 공개한 데이터에 따르면, 28개의 풍선을 발사하여 4,791 톤-년의 온난화를 상쇄했습니다. 이 회사는 성층권 에어로졸 주입이 지구를 냉각시키는 즉각적이고 필수적인 해결책이며, 인류가 보다 지속 가능한 미래로 전환할 시간을 벌어줄 수 있다고 믿습니다.

Make Sunsets는 고고도에서 생분해성 반사 구름을 만들어 지구를 냉각시키는 햇빛 반사 회사로 자리매김하고 있습니다. 본사는 미국 사우스다코타 주 박스 엘더에 있습니다. 이 기업은 2022년 12월 Boost VC와 Pioneer Fund로부터 75만 달러의 프리시드 자금을 유치했습니다.

지구공학: 위험할까, 아니면 기발할까

기후변화는 현실이며, 이러한 문제를 과학적·기술적 방법으로 가능한 한 신속히 해결해야 할 긴급한 필요가 있습니다. 지구공학이 해답이 될지는 미래가 결정할 일입니다. 아직 구현 초기 단계에 있으며, 많은 기술이 이론적 개념에만 머물러 있습니다.

긍정적인 측면에서, 성층권 에어로졸 주입(SAI)의 구현은 다른 대규모 기후 완화 전략에 비해 비교적 저렴한 것으로 나타났습니다. 완전한 해결책은 아니더라도, 다른 전략을 보완하는 임시 조치로서 온실가스 배출 감소를 위한 장기 노력이 개발·배포되는 동안 활용될 수 있습니다.

하지만 모든 조치는 신중히 진행되어야 합니다. 과정이 중단될 때 오존 고갈이나 급격한 반등과 같은 해로운 부작용이나 의도치 않은 결과가 발생하지 않도록 해야 합니다.

지구공학의 실현 가능성을 확인하기 위해 더 많은 과학·기술 연구가 필요합니다. 그러나 이는 확실히 과학적 사고의 지평을 넓혀 기후변화에 효과적으로 대응할 수 있는 아이디어를 얻는 데 기여합니다.