온실가스 – 메탄 식별 및 재활용

온실가스는 우리 행성을 살기 적합하게 만드는 데 매우 중요합니다. 그러나 이러한 열을 가두는 가스들의 높은 농도로 인해 현재 지표면 온도가 크게 상승하고 있어, 지구 온난화와 기후 변화를 초래하고 있습니다.

이산화탄소가 가장 중요한 인간 활동에 의한 온실가스이지만, 메탄(CH4)은 훨씬 더 강력합니다. 이 비교적 단명한 가스는 20년 동안 이산화탄소보다 80배 더 많은 열을 가두며, 유엔 환경 프로그램에 따르면 산업화 이전부터 메탄은 기후 변화의 약 30%를 차지해 왔습니다.

두 번째로 풍부한 온실가스인 메탄은 천연가스와 바이오가스의 주요 구성 요소입니다.

메탄은 무색, 무취이며 매우 인화성이 높습니다. 천연 메탄은 지하에서 발견되며, 습지가 가장 큰 공급원입니다. 또한 해저, 남극 빙하 아래, 그리고 바다에서도 발견됩니다. 이 가스는 화산 활동과 식물·동물 유기물의 부패에도 의해 생성됩니다.

메탄이 환경으로 방출되는 주요 원인 중 하나는 인간 활동으로, 매립지, 농업 활동, 가축, 분뇨, 석탄 채굴, 그리고 석유·가스 생산이 포함됩니다.

공기 중에 배출될 때 메탄은 위험한 방식으로 반응합니다. 산화를 통해 이산화탄소 배출을 일으킬 뿐만 아니라 오존 형성에도 기여합니다. 이로 인해 대기 질이 악화되어 조기 사망, 작물 수확량 감소, 동물의 건강 문제를 초래합니다.

인간에게 이 강력한 온실가스는 천식, 심혈관 질환, 뇌졸중 위험 증가와 같은 문제를 일으킬 수 있습니다. 한편 메탄 가스 중독은 질식으로 이어질 수 있습니다.

높은 메탄 농도는 기억력 상실, 언어 장애, 메스꺼움, 안면 홍조, 두통, 구토, 기분 변화, 시력 문제 등을 유발할 수 있습니다. 또한 압력 하에 방출된 액화 메탄과 접촉하면 동상에 걸릴 수 있습니다.

메탄의 해로운 영향을 고려할 때, 메탄 오염을 보다 정확히 측정하고 급격히 감소시키는 데 더 큰 관심이 집중되고 있으며, 이는 최악의 기후 영향을 방지하기 위함입니다.

분뇨에서 발생하는 메탄 배출량은 훨씬 더 큽니다

농업에서 메탄 배출의 주요 원천은 농장 가축이며, 현재 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC) 추정에 따르면 이는 인간이 유발한 온실가스 배출량의 12%에서 14.5%를 차지합니다.

한편, 온실가스 배출 국가 재고에 따르면 동물의 소화계(장내 발효)에서 직접 발생하는 배출량이 슬러리와 분뇨를 저장·분산하는 분뇨 관리 배출량보다 3배에서 9배 더 많다고 보고됩니다. 그러나 이 두 경우의 배출량 비율은 50:50에 훨씬 가깝게 될 수도 있습니다.

새로운 연구에 따르면, 낙농 농장의 슬러리 저장소에서 실제 메탄 배출량은 공식 통계가 제시하는 것보다 최대 다섯 배 더 많을 수 있습니다.

동부 앵글리아 대학교(UEA)와 비영리 단체인 국제 누출 배출 감소 협회(IFEAA)가 수행한 이 연구는 영국의 두 낙농 농장을 대상으로 한 계산에 기반합니다.

연구는 현재 각국이 연간 IPCC에 배출량을 보고할 때 사용하고 있는 ‘Tier 2’ 계산이 충분히 견고하지 않아 과소 추정이 발생할 수 있음을 시사합니다.

연구자들은 2022~2023년 동안 슬러리 라군에서 배출되는 메탄 측정을 분석했습니다. 메탄을 포집하기 위해 슬러리 라군을 밀폐된 커버로 덮었으며, 그 결과 이전에 제시된 것보다 훨씬 더 많은 CH4가 발생함을 확인했습니다.

조사 결과, 한 농장의 경우 한 마리당 연간 145kg, 다른 농장은 198kg의 실제 배출량이 측정되었습니다. 이는 영국 국가 재고에 보고된 기존 공식 수치인 한 마리당 38kg보다 3.8~5.2배 높은 수치입니다.

표준 국제 방법론이 슬러리 저장 메탄 배출을 과소평가하는 것으로 보이지만, 연구에 따르면 오늘날 우리는 이 문제를 비즈니스 기회로 전환할 수 있는 기술을 보유하고 있습니다. 메탄은 쉽게 포집되어 화석 연료 대체제로 활용될 수 있으며, 이는 농장에 “추가 수익원”을 창출합니다.

UEA의 틴달 기후변화 연구센터 교수인 닐 워드는 메탄을 재생 에너지 원으로 전환할 수 있는 거대한 잠재력을 강조하며, 메탄을 연료로 사용하면 농가가 에너지 비용을 절감하고 에너지 자립을 이룰 수 있다고 언급했습니다.

배출된 메탄을 포집해 바이오가스로 전환하면 평균 규모의 낙농 농장은 약 £52,500의 연료 비용을 절감할 수 있습니다. 전체 낙농 부문에서는 이 절감액이 £4억 이상에 이를 수 있습니다.

기존 기술로 가스를 포집할 수 있으며, 이를 EU의 낙농 가축에 적용하면 지구 온난화를 1.5°C로 제한하기 위한 예산 중 약 5.8%에 해당하는 배출량을 감소시킬 수 있다고 연구는 말합니다.

분뇨 관리 배출량의 상당한 과소평가는 추정치가 부정확할 뿐만 아니라, 감축 옵션에 대한 우선순위도 왜곡될 수 있음을 의미합니다.

따라서 이 연구는 분뇨 관리에서 발생하는 메탄 배출을 더 잘 이해하기 위한 긴급한 행동 촉구와 추가 연구의 필요성을 나타냅니다.

– Prof Ward

따라서 연구는 정부가 슬러리 라군 커버와 관련 가스 처리 장비에 대한 보조금을 확대하고, 메탄 회수 및 활용을 위한 공급망 투자에 세제 혜택을 도입하며, 계획 및 허가 절차를 간소화할 것을 권고합니다.

현재 대기로 방출되어 온실가스 축적에 기여하고 있는 메탄을 포집·처리·활용할 기술이 존재하며, 특히 농업에 대한 자본 투자 인센티브 체계와 규제 지원이 결합된다면 경제적으로 유망해 보입니다.

– Prof Penny Atkins, CEO of IFEAA

한편 IFEAA 의장 겸 전 환경·식품·농촌부 장관인 조지 유스티스에 따르면 메탄 배출 감소는 “넷제로(NET ZERO) 경로에 필수적”이라고 합니다. 메탄은 강력하지만 단명한 온실가스이므로 배출을 줄이면 지구 평균 기온 상승을 1.5도 이하로 제한하는 데 도움이 됩니다.

이와 같이 연구는 낙농 농장의 분뇨 관리에서 발생하는 총 CH4 기여도가 눈에 띄며, 배출을 제한하기 위해서는 가능한 한 빨리 조치를 취하는 것이 큰 이점을 제공한다는 결론을 내렸습니다.

LNG의 탄소 발자국도 훨씬 더 높습니다

코넬 대학의 새로운 연구에 따르면 액화천연가스(LNG)의 탄소 발자국은 훨씬 더 나쁘며, 가공 및 운송을 포함하면 석탄보다 33% 더 높습니다.

LNG의 추출, 가공, 운송 및 저장 과정에서 CH4와 CO2가 배출되며, 이러한 배출량은 전체 온실가스 발자국의 약 절반을 차지합니다.

다양한 온실가스의 대기 영향 비교를 분석하면, LNG의 탄소 발자국이 20년 동안 석탄보다 약 1/3 더 크다는 것이 드러납니다. 심지어 100년 규모의 시간 척도에서도 LNG의 탄소 발자국은 석탄과 동등하거나 여전히 능가합니다.

연구 저자인 로버트 하워스에 따르면 셰일 가스와 천연 가스 모두 기후에 해롭지만, LNG는 “더 나쁩니다”. LNG는 셰일 가스로부터 생산되며, 이를 액체 형태로 만들기 위해 초저온(섭씨 -160도)으로 냉각하고 대형 탱커로 운송하는 과정에 에너지가 많이 소모됩니다.

이 운송 방식은 환경 비용을 동반합니다. 현대의 2행정·4행정 엔진을 장착한 탱커는 증기선보다 CO2 배출량이 낮지만, 저장 및 운송 중에 LNG를 연소시켜 CH4가 배기 가스로 배출됩니다.

증기 엔진을 사용하는 탱커는 배기 가스에서 거의 메탄을 배출하지 않으며, 이는 부분적으로 높은 CO2 배출을 상쇄할 수 있습니다.

연구에 따르면 탱커의 메탄 배출량은 선박에 따라 3.9%에서 8.1% 사이이며, 천연 가스 액화 과정에서는 지구 온난화 잠재력을 적용했을 때 전체의 약 8.8%에 해당합니다.

연구에 따르면 탱커 종류는 LNG 온실가스 발자국에 상대적으로 큰 영향을 미치지 않으며, 연료 효율이 높아 CO2 배출은 낮지만 배기 가스에서 메탄 누출이 더 많습니다.

탱커 속도가 배출에 미치는 영향을 논할 때, 저자는 속도를 낮출수록 효율성이 크게 향상되어 CO2와 CH4 배출이 모두 감소한다고 언급했습니다. 논문은 다음과 같이 말했습니다:

그럼에도 불구하고, 탱커에서 발생하는 배출은 LNG 전체 배출량의 작은 부분에 불과합니다.

미국이 수출하는 액화천연가스의 탄소 발자국에 가장 큰 영향을 미치는 것은 셰일 가스의 상류 및 중류 배출입니다.

액화천연가스의 최종 연소에서 발생하는 CO2는 전체 온실가스 발자국의 34%에 불과한 반면, 상류 및 중류 메탄 배출은 전체 LNG 배출량의 38%를 차지합니다. LNG 생산에 사용되는 에너지에서 발생하는 CO2 배출을 추가하면, 상류·중류 배출은 평균적으로 전체 GHG 발자국의 47%를 차지합니다. 하워스는 다음과 같이 말합니다:

거의 모든 메탄 배출은 셰일 가스를 추출하고 액화하는 상류 단계에서 발생합니다. 이는 액화천연가스를 시장에 내보내기 위해 확대되는 과정입니다.

이는 액화천연가스가 “항상” 천연가스보다 더 큰 기후 발자국을 가지고 있으며, 결과적으로 “석탄보다 훨씬 더 나쁜” 상황이 된다는 의미입니다.

연구에 따르면, 이러한 결과는 현재 세계 최대 수출국인 미국의 액화천연가스 생산에 영향을 미칩니다. 미국은 LNG 수출을 금지했으나 2016년에 금지를 해제했으며, 그 이후 수출이 급격히 증가했습니다. 2023년 미국은 전 세계 LNG 운송의 21%를 차지했으며, 바이든 대통령은 올해 초 이 증가하는 수출에 일시 중단을 선언했습니다.

또한, 지난 10년간 미국의 천연가스 생산 증가 대부분은 셰일 가스에서 비롯되었습니다. 셰일 가스를 생산하고 이를 액화해 LNG를 만들며, 이후 LNG를 운송하는 과정은 에너지 집약적이며, 온실가스 발자국에 크게 기여합니다.

따라서 전 세계 정부가 화석 연료, 특히 천연 가스에서 빠르게 벗어나기를 촉구하고 있지만, 액화천연가스는 천연가스보다 훨씬 높은 탄소 발자국을 가지고 있습니다. 하워스는 “LNG 사용을 종료하는 것이 전 세계적인 우선 과제여야 한다”고 말했습니다.

이처럼 하워스는 대규모 인프라 투자가 필요하기 때문에 석탄에서 LNG로 전환하는 것은 올바른 길이 아니라고 주장합니다. 그는 가능한 한 신속하게 화석 연료 없는 미래를 구축하기 위해 재정을 활용할 것을 권고합니다.

강력한 대안: 메탄 가스를 활용한 비트코인 채굴

비트코인 채굴이 에너지 집약적이라는 비판을 받고 있는 상황에서, 동물 폐기물에서 발생하는 메탄 가스를 에너지로 전환하는 것은 온실가스 배출을 완화하는 혁신적이고 적극적인 접근법입니다.

비트코인 채굴과 메탄 포집을 결합하면 이러한 배출량을 최첨단 기술에 활용할 수 있는 가치 있는 자원으로 전환하여 지구 온난화에 기여하지 않게 됩니다.

비트코인 채굴자는 전 세계 어디서든 운영할 수 있기 때문에, 가장 외딴 지역이나 소외된 매립지에서도 기회를 창출할 수 있습니다. 매립지는 메탄의 주요 공급원이며, 미국에서는 인간 활동과 관련된 메탄 배출의 세 번째로 큰 원천입니다.

비트코인 채굴 기업은 매립지 폐기물에서 메탄을 포집한 뒤 이를 전기로 변환해 채굴 장비에 전력을 공급함으로써, 이 모든 폐기물을 가치 있는 자원으로 전환할 수 있습니다.

또 다른 방법으로 비트코인 채굴자는 인프라 부족으로 메탄을 연소시키는 경우가 많은 유전 근처에 채굴 시설을 설치해 에너지를 활용할 수 있습니다. 이 가스를 포집함으로써 폐기물과 오염을 추가로 감소시킬 수 있습니다.

이러한 프로젝트는 현장에서 메탄을 직접 수익화하고 고가의 투자를 필요로 하지 않아 신속한 배치와 수익 창출이 가능하다는 장점을 제공합니다. 최소한의 투자로 비트코인 채굴자는 저비용 재생 에너지원을 확보하고 지역 전력망 의존도를 줄이며 유해 가스를 에너지로 전환할 수 있습니다.

이와 같이 비트코인은 보다 청정하고 지속 가능한 에너지로의 전환을 촉진할 수 있으며, 채굴자들은 지속 가능한 운영을 통해 네트워크를 환경적 이점이 있는 것으로 자리매김할 수 있습니다.

Chainergy는 메탄 가스를 에너지로 전환해 비트코인을 채굴하는 작업을 활발히 진행해 온 기업입니다. 이 조치는 회사가 경쟁력 있는 전기 요금을 확보하고 에너지 시장에서 입지를 강화하는 데도 기여했습니다.

Crusoe Energy Systems는 석유·가스 작업에서 발생하는 폐 메탄 배출을 포집해 비트코인 채굴 데이터 센터에 전력을 공급하는 또 다른 기업입니다. 2021년, ExxonMobil (XOM )은 Crusoe와 협력해 자사 유전 중 하나에서 남는 가스를 활용해 비트코인을 채굴했습니다.

#1. Mara Digital Holdings

이 비트코인 채굴 기업은 지속 가능한 오프그리드 에너지 솔루션을 모색하고 있으며, 이를 위해 다양한 에너지 공급업체와 협력해 왔습니다. 그 중 하나는 매립지에서 발생하는 메탄 가스를 활용해 운영에 전력을 공급하는 실험입니다.

2023년 11월, 이 기업은 재생 에너지 자산을 개발·운영하는 Nodal Power와 파트너십을 맺고 유타주에서 비트코인 채굴 프로젝트를 시작한다고 발표했습니다. 이 280kW 파일럿 프로젝트는 전적으로 매립지 메탄 가스로 전력을 공급하며 이미 완전 가동 중입니다. 당시 Marathon CEO인 Fred Thiel은 다음과 같이 말했습니다:

Marathon에서는 운영을 다각화하고 에너지 비용을 낮추며 비트코인 채굴의 독특한 특성을 활용해 우리가 운영하는 환경을 개선할 혁신적인 방법을 지속적으로 모색하고 있습니다.

Thiel은 매립지에서 배출되는 CH4를 포집해 전기로 전환해 회사의 비트코인 채굴기에 전력을 공급함으로써 Marathon이 이 유해 가스를 깨끗하고 재생 가능한 에너지의 생산적인 원천으로 전환하는 데 “독특하게 위치한다”고 언급했습니다.

회사 주식(MARA: NASDAQ)은 현재 $16에 거래되고 있으며, 연초 대비 31.93% 하락한 상태입니다. 같은 기간 비트코인 가치는 61.4% 상승해 약 $62,300 수준에서 거래되고 있습니다. 시가총액 $47억, Mara는 EPS(TTM) 1.73, P/E 9.22, ROE(TTM) 26.26%를 기록하고 있습니다.

지난 주, 세계 최대 규모의 상장 비트코인 채굴 기업 중 하나가 9월에 대한 비감사 업데이트를 보고했으며, 이 기간 동안 해시레이트를 36.9 EH/s로 늘려 전월 대비 5% 상승했습니다. 회사는 연말까지 50 EH/s에 도달할 것으로 예상하고 있습니다. 한편 비트코인 생산량은 5% 증가해 705 BTC에 이르렀습니다.

우리는 9월에 마라톤에 버금가는 비트코인 HODL을 초과 달성했으며 현재 대차대조표에 거의 27,000 BTC를 보유하고 있음을 자랑스럽게 생각합니다.

– CEO Fred Thiel

Mara는 또한 기후 공시 프로젝트(CDP)에 공개를 제출해 “환경 투명성과 기업 책임에 대한 약속”을 뒷받침했습니다.

결론

기후 변화는 전 세계 평균 기온이 매 10년마다 0.175°C씩 상승함에 따라 여전히 긴급한 과제로 남아 있습니다. 현재의 온난화에 크게 기여하는 요소는 메탄(CH4)이며, 이는 CO2보다 훨씬 더 큰 온난화를 초래합니다.

가축 생산에서 발생하는 메탄 배출 감소가 어려운 문제로 여겨졌지만, 앞서 언급한 바와 같이 이는 온난화를 크게 그리고 빠르게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 화석 연료를 대체하는 경제적 기회를 제공할 수 있습니다. 또한 동물 폐기물에서 메탄을 추출해 비트코인 채굴에 에너지로 활용하는 방안은 비트코인 채굴의 에너지 집약적 특성을 해결하고 모든 폐기물을 경제적 가치로 전환하는 또 다른 독특하고 수익성 있는 솔루션을 제시합니다. 이러한 노력은 지속 가능한 미래를 효과적으로 열어줄 수 있습니다.