온실 효과
by 처사21온실 효과
지구 온난화의 영향 물질
지구온난화에 기여하는 기체로는 수증기가 가장 중요하다. 수증기는 지구 복사 에너지를 흡수하는 가장 풍부한 기체이기 때문이다. 그러나 누구나 알고 있듯이 수증기는 온도가 낮아지면 눈과 비가 된다. 따라서 지구 대기의 온도를 올리는 데 직접적인 요인이 되지 않는다. 반면 산업혁명 이래로 화석 연료가 광범위하게 사용됨으로써 그 농도가 급증한 이산화탄소가 주목받고 있다. 이 외에도 프레온, 메탄, 질소산화물, 오존 등이 있다. 이산화탄소의 온실효과에 대한 기여도를 1로 할 때 프레온은 4천5백～7천3백인 것으로 평가되어 가장 강력한 지구온난화 가스로 추정된다. 하지만 전체 배출량이 이산화탄소에 비해 3만분의 1정도밖에 되지 않아 전체적인 양으로 보면 약 20%에 해당된다. 이에 비해 온실 효과에 대한 기여도가 60% 정도인 이산화탄소가 지구온난화 물질 중 제1의 규제 대상이다.
이산화탄소 일명 탄산가스는 탄소와 수소를 가지고 있는 화합물(탄화수소)이 산화될 때 필연적으로 생성되는 가스다. 왜 탄산가스가 지구 온난화의 주범인지를 간단히 알아보면 태양에서 출발한 광선이 지구 표면에서 다시 방사하여 우주 공간으로 되돌아 갈 때, 열을 우주로 발산시키지 못하게 하고 열을 흡수하기 때문에 탄산가스를 지구 온난화의 원흉이라고 부른다.
산업 혁명 이전의 이산화탄소의 농도는 2백80ppm이었던 것이 1990년에는 3백53ppm으로 증가했다. 이러한 속도로 증가할 경우, 2030년에는 대기 중의 이산화탄소 농도가 5백60ppm정도로 산업혁명 이전의 두 배가 된다.
이산화탄소(CO₂) 고정화 기술
생물학적 고정/탄소동화 작용
식목의 중요성을 잘 인식하여 푸른 지구를 만드는 것이 우리 생명을 연장시키는 한 방법이 될 것이다.
물리적 고정/바다속 압력을 이용
탄산가스는 열역학적으로 아주 안정한 화합물 중의 하나이므로 자연적인 광합성에 의한 방법 외에 이를 반응시키기 위하여 불안정한 화합물로 만드는 데는 많은 에너지가 필요하다. 즉 CO₂의 비점 및 융점이 각각 섭씨 -78.48도 및 -56.5도, 그리고 삼중점이 섭씨 13도이므로 융점과 삼중점 사이에서 압력을 가해 액화시키면 가능하다. 예를 들면 실온에서 75기압을 가한다든지 또는 섭씨 -12도 내지 -23도에서 16～24기압을 가하면 탄산가스는 액화된다. 이것을 더 가압하면 고체로 만든 것이 우리가 냉매제로 쓰는 드라이아이스다. 그러나 여러분이 잘 아는 바와 같이 고체 드라이아이스는 대기 중에서 기화하여 다시 가스 상태의 CO2로 되돌아가므로, 소용이 없다. 이와 같이 지구 온난 현상에 대한 기여도가 60%나 되는 이산화탄소를 없애기 위해 여러 방안이 제안되었다. 이 중에는 앞의 예에소처럼 기존의 이용 시스템을 유지하면서 이산화탄소의 배출을 억제하는 방법과 에너지를 이산화탄소의 배출량이 적은 것으로 전환하는 방법이 있다. 그러나 경제 활동 위축과 에너지 이용 시스템의 혼란을 막기 위해서는 이산화탄소의 배출 억제보다 에너지 절약 기술을 개발하고 배출된 이산화탄소를 분리, 회수해 처리하는 것이 바람직하다. 그래서 생각해 낸 것이 해저를 이용하는 방법이다. 이산화탄소를 분리 처리하는 방안으로는 물리, 화학적 특성을 이용한 많은 방법이 있다. 그러나 대량의 가스를 처리하는 방법은 바다속에 저장하는 것이 현재까지는 최선의 대안이다.
지구온난화가스를 심해에 저장하는 기술은 기체 수화물(가스 하이드레이트)이라는 물질에 대한 이해를 기초로 한다. 기체 수화물이란 물이나 페놀과 같은 수소 결합이 가능한 분자들이 형성하는 3차원의 구조에 메탄, 이산화탄소, 질소 등 비교적 저분자량 가스 분자가 물리적으로 포집되어 완성되는 복합제이다. 눈으로 보기에는 얼음과 매우 유사하나 그 물리적 성질은 약간의 차이를 보인다. 샤벳 모양의 덩어리로서 매우 밝은 색을 띤다. 구조체를 형성하는 분자를 주체(host)라 하며 포집되는 가스 분자를 객체(guest)라 한다. 이렇게 형성된 구조체는 주체가 물인 것을 하이드레이트, 페놀이나 크레졸 등 물을 제외한 유기 물질이 주체인 것을 크러스레이트라 명명한다. 바닷물을 주체로 하고, 이산화탄소가 객체가 되는 수화물을 심해에 형성시키는 것이 바로 이산화탄소를 바다에 가둬두는 것이다. 기체 수화물은 화학 반응에 의한 것이 아니라 물로 만들어진 그물에 기체가 걸려드는 것으로서 이들이 만들어지려면 적절한 온도와 압력이 있어야 한다. 이러한 조건들은 객체에 따라 달라지며 일정한 온도와 압력 조건이 바뀌면 물로 만들어진 그물이 풀어져 각자 상태로 복원된다. 현재까지 알려진 이산화탄소 수화물의 구조는 46개의 물분자로 얽혀진 그물에 6개의 이산화탄소가 붙들려 있는 것으로 되어 있다. 이 말대로라면 물에 담길 수 있는 이산화탄소의 양이 얼마나 어마어마한지 짐작할 수 있다.
해수의 산성화
심해 저장법은 비용이 적게 들고 대량 폐기가 가능하다는 장점이 있으나 선결되어야 할 문제점을 갖고 있다. 수화물로부터 방출되거나, 반응에 참여하지 못하고 분사된 이산화탄소가 물에 녹아 탄산이 될 경우가 문제다. 이때는 해저의 산성화로 인한 바다 생태계에 미칠 영향이 적지 않을 것이기 때문이다. 또한 국가간의 폐기 장소 협의를 거쳐야 하며 종합적인 환경 영향 평가가 정확히 내려져야 할 것이다.
화학적 고정/다양한 방법 시도
CO2를 인공적인 방법을 통해 화학 제품으로 만드는 CO₂고정화 기술은 유효 물질이 부가적으로 생성되므로 일석이조의 효과를 기대하는 첨단 기술이다. 가장 잘 알려진 방법이 메탄올 합성이다. 저온 저압에서 수소와 반응시켜 메탄올로 전환하는 방법이다. 그러나 이 경우 싼 수소 공급과 고성능 촉매를 개발해야 하는 등의 문제점을 가지고 있다. 다음으로는 전기 환원을 이용하는 방법이다. 전극으로부터 전자를 CO2로 보내어 전기 화학적으로 CO2를 환원시킨 후 CO식초산 메탄 및 에틸렌 등 다양한 화학 제품으로 전환시키고자 하는 것이다.
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