탄소제거기술 (Carbon dioxide Removal)

탄소제거기술 (Carbon dioxide Removal)

지구 온난화가 가속화되며 기후위기시대에 기후재난 시대로 들어서면서 현재의 온실가스 배출 감축만으로는 완전한 기후변화에 대한 대책이 될 수 없다는 문제의식이 제기되고 있다.  이에 따라 대기중의 이산화탄소를 제거하는 것이 중요한 역할을 해야한다는 논의가 활발하게 진행되었으며, 이런 인식으로부터 탄소제거기술(Carbon Dioxide Removal)dl 시작되게 되었다.
특히 2000년대 들어 전 세계 CO₂ 배출량이 급증하면서 기존 감축 정책만으로는 파리협정의 1.5℃ 목표 달성이 불가능하다는 인식이 확산되었으며, 기후변화관련 연구자들은 "산업화 이전 대비 온도 상승폭을 1.5℃로 제한하려면 2100년까지 100~1,000기가톤 규모의 이산화탄소를 추가로 제거해야 한다"고 주장하고 있기도 하다. 
이런 탄소제거기술의 중요성에도 불구하고 탄소제거기술은 상대적으로 대중들에게 많이 알려져 있지 않는 것이 현실이다. 따라서 여기에서는 이런 탄소제거기술은 어떤 것이 있고, 각 기술의 장단점과 경제성 등 실현가능성을 살펴보고자 한다.

주요 기존 CDR 기술

신규조림/재조림사업

가장 전통적이면서도 가장 많이 사용되는 탄소제거기술로 말그대로 산림이 아닌 지역에 나무를 심어 산림을 조성하거나 산림이 황폐화된 지역에 산림을 조성하는 사업을 말한다. 현재의 세계의 거의 모든 탄소흡수량도 산림에서 나오는 것으로 조사되고 있다. 하지만 신규조림/재조림 사업의 경우 영속성의 문제가 가장 크게 대두되는데, 조성된 산림이 얼마나 잘 보전되고 보호되어 얼마나 오랫기간 유지되는냐는 문제가 큰 것이다. 특히 요즘과 같이 기후변화로 인한 산불이나 산림병해충, 산림재해 등으로 많은 산림이 파괴되어 나간다면 산림은 오히려 탄소배출원이 될 수 밖에 없을 것이다.
또한 신규조림 재조림의 경우 탄소흡수의 속도가 매우 늦은 단점도 있다. 현재와 같이 온실가스배출이 급격히 증가하고 있지만, 나무가 성장하면서 흡수하는 탄소의 양은 매우 느리게 증가하는 것이 사실이다. 
하지만 산림을 조성하여 탄소흡수원을 조성하는 것은 단지 탄소흡수 뿐만 아니라 여러가지 환경적인 긍정적인 효과를 가져올수 있기 때문에 새로운 기술개발, 황폐지 복구, 사막화 방지 등을 통해 더욱 노력하여야 할 것이다.

토양 탄소 격리

토양은 많은 탄소를 저장하고 있는 탄소저장소이면서 추가로 자연적으로 탄소를 격리하지만, 농경지는 잦은 경작과 농경 및 방목으로 인한 토양 침식으로 인해 심각한 탄소 부족 현상을 겪고 있으며, 이러한 지속 가능하지 않은 방법으로의 토지이용을 통해 토양에 저장된 탄소가 많이 배출되고 있다. 특히 농경지 부분에서 토양탄소 배출은 심각한 편으로 일례로 미국 국토 면적의 약 40%를 차지할 정도로 매우 광활하기 때문에, 면적당 토양 탄소량이 조금만 증가하거나 감소하더라도 기후에  심각한 영향을 미칠 수 있다.
토양에 저장되는 탄소의 양을 늘릴 수 있는 방법은 많지만, 최근 농업부분에서는 재생농업(Regenerative Agriculture)라는 기술이 각광을 받고 있다.  재생농업에는 다양한 방법이 있으며 일례로 밭이 황폐할 때 피복 작물을 심으면 광합성을 일년 내내 연장할 수 있다. 또한  퇴비를 사용하면 수확량을 늘리는 동시에 퇴비의 탄소 함량을 토양에 저장할 수 도 있다. 또한 과학자들은 뿌리가 더 깊은 작물을 개발하여 가뭄에 더 강하고 토양에 탄소를 더 많이 저장하도록 하고 있다. 토양 탄소를 증가시키는 많은 방법은 기존의 관행농업에 비해 토양 건강을 개선하고 농업 시스템을 기후 변화에 더욱 탄력적으로 만들 수 있을 것이다.

재생농업

바이오차

바이오차는 바이오매스를 무산소 조건에서 고열로 처리하여 얻은 숯의 일종이다.  바이오매스의 다른 원소들은 거의 없애고 탄소만을 남게 처리한 것으로, 아마존의 한 지역에서 검게 탄 흙지역의 농업생산성이 매우 높은 것을 발견하여 이것을 조사한 결과 이것이 목재나 농업부산물 등을 탄화 하여 생긴 것이라는 것이 밝혀졌고, 이런 바이오차들이 토양물성을 개선하고 높은 공극을 통해 수분과 양분을 오랫동안 가지고 있을 수 있게 하여 농업생산성을 높인 것으로 확인되었다.
이런 바이오차가 탄소를 제거하는 원리는 다음과 같다. 바이오매스를 그냥 방치할 경우 거의 대부분 대기중으로 이산화탄소가 그대로 방출되는 반면, 버려진 바이오매스를 탄화하여 사용하였을 경우 그 만큼 탄소가 고정되어 탄소를 제거할 수 있는 것이다.

 
암석 풍화 촉진

다른 탄소제거기술에 비해 상대적으로 덜 알려진 이 방법은 장기간(수 억년)에 걸쳐 걸리는 암석풍화작용을 암석을 분쇄와 농업으로의 이용을 통해 빨리 분해되게 하여 결국엔 탄산염 형태로 장기간 저장하게 하는 방법을 말한다. 
이 방법은 농경지 위에 알칼리성 물질(예: 현무암이나 감람석과 같은 규산염 암석)을 갈아 놓는다. 그러면, 토양 pH를 높이고 토양 산성화를 줄이는 것 외에도 이 알칼리성 물질의 증가된 표면적은 토양의 이산화탄소와 반응하여 안정적인 중탄산염 이온을 형성하여 자연 풍화로 수 백, 수천 년 걸리는 풍화작용을 몇 달, 몇 년으로 단축시킨다. 형성된 중탄산염은 토양 등을 통해 바다로 이동하여 수만 년 동안 탄소가 저장죄는 원리로 탄소를 고정한다. 
하지만 암석 풍화 촉진기술의 경우도 몇 가지 문제점이 있는데 암석분진이 인체에 악영향을 미칠 수도 있으며, 암석속의 중금속등이 인체에 문제를 일으킬수도 있다. 또한 충분한 양의 암석을 확보하기 위해서는 대량을 채굴활동이 필요한데, 이는 지역사화와 환경에 문제를 야기할 수 있기도 하다.

바이오에너지 탄소포집저장(BECCS)와 직접 공기 탄소 포집 및 저장 (DACCS)

출처 :  https://www.fern.org/news-resources/six-problems-with-beccs-57/

공기직접포집저장기술(DACCS, Direct Air Carbon Capture & Storage)과 바이오에너지기반 탄소포집 및 저장기술 (BECCS, Bioenergy with Carbon Capture & Storage)은 연료를 태우면서 발생한 이산화탄소를 특수한 흡착제를 이용하여 포집하여 다시 방출되지 않도록 저장하는 방법을 말한다. 두 방법의 가장 큰 차이는 DACCS 공기중에 이미 배출된 이산화탄소나 화석연료를 에너지를 사용 할 때 발생하는 이산화탄소를 포집하는 방법이고, BECCS는 바이오매스를 이용한 에너지생성을 할 때 이산화탄소를 포집하는 기술을 말한다. BECCS의 경우 나무나 식물들에게 흡수된 이산화탄소를 연소할 때 발생하는 이산화탄소를 다시 포집하는 기술로 탄소흡수 효율면에서 더 뛰어나다는 장점이 있으나, 기본적으로 두 기술을 구분하는 실익은 모르겠다.
쉽게 생각할 때 이산화탄소를 직접 포집 저장하는 기술은 기후변화를 가장 빠르게 확실하게 대응할 수 있는 기술로 생각될 수 있으나, 현실적으로는 이 기술은 단위당 제거비용이 가장 비싼 방법으로 경제성 문제가 있다. 현재 이 기술들은 이산화탄소 톤당 제거비용은 400~1000불정도 보는데, 전세계에서 단 1년간 배출되는 이산화탄소 량이 약400억톤인 것을 감안하면 이 방법의 한계를 쉽게 알 수 있다.

새로운 탄소제거 기술

해양부분 기술

해양은 전세계 온실가스 배출량의 25% 정도를 흡수하고 있는 매우 중요한 흡수원이다. 하지만 해양은 산림이나 육상생태계와 같은 주요한 탄소흡수원으로서 취급 받지 못한 것이 사실인데, 이는 해양은 인위적인 노력으로 온실가스 흡수능력을 조절하기 매우 힘들기 때문이다. 일례로 해양에서 이산화 탄소를 가장 많이 흡수하는 부분은 플랑크톤과 같은 해양 미생물인데 이를 인위적으로 조절하는 것에는 기술적, 경제적 문제가 매우 크기 때문이었다.
하지만 최근에는 산성화된 해양을 알카리화 하여 추가적인 탄소흡수를 가능하게 하는 기술이나, 맹그로브숲 조성 및 복원과 같은 해안 습지 관리 그리고 해초숲 초성과 같은 기존에 실험적으로 실시되던 탄소제거 기술 뿐만 아니라, 해안 식물, 해초 또는 식물성 플랑크톤의 광합성을 활용하는 것, 용해된 이산화탄소와 반응하여 이산화탄소를 가두는 특정 미네랄을 해수에 첨가하는 것, 또는 궁극적으로 이산화탄소를 추출하는 데 도움이 되는 반응을 가속화하기 위해 해수에 전류를 흘려 보내는 것 등 새롭게 개발되는 기술들도 있다. 

바이오매스 매립
목질 바이오매스는 천연적으로 증가하는 탄소저장소로, 여기에는 나뭇가지, 제재소 잔여물, 나무 조각, 벌목 잔여물 및 기타 유사한 목재 기반 자원과 같은 산림 잔류물에서 얻은 바이오매스를 포함한다. 바이오매스 매립 기술은 목재 바이오매스를 지하에 매립하거나 지상에 매립실에 저장하면서 시간이 지남에 따라 분해되는 것을 제한하는 환경을 조성하고 유지함으로써 바이오매스에 저장된 탄소가 대기로 방출되는 것을 막는 기술이다. 매립실은 지하나 완전히 밀봉되어 목재 바이오매스로 순차적으로 채울 수 있는 공간을 말하며, 탄소를 오랫동안 저장하기 위해서는 몇 가지 조건을 충족하여야 한다. 첫째, 바이오매스가 대기로부터 완전히 분리되도록 해야 한다. 다음으로는 매립지는 산소 농도는 낮아야 하며, 빛이 차단되어야 하며  온도와 습도를 조절할 수 있어야 한다. 그리고 리그닌을 많이 함유한 바이오매스는 자연적으로 분해되지 않으므로, 이를 많이 함유한 목질 바이오매스를 선택하여야 한다.

탄소제거기술은 대기중 이산화탄소를 제거하여 기후변화에 대응할 수 있는 유력한 기술이다. 따라서 많은 과학자들과 기업들이 관련 기술을 개발하고 적용하고 있다. 기후위기가 심해짐에 따라 여기에 열거된 기술 말고도 새롭고 경제적인 탄소제거기술의 개발을 다 함께 노력해야 할 것이다. 
하지만 이런 탄소제거기술은 현재 배출되고 있는 온실가스 배출을 줄이려는 노력을 해치는 것이 되서는 안된다. 일부 기업들은 탄소제거기술을 통헤 자신들의 탄소배출감축의무를 소홀히 하거나 혹은 무시하는 경우가 있어 대표적인 그린워싱 사례로 많은 비판을 받은 바 있다. 탄소제거기술은 어디까지나 보완적인 방법으로 기후위기에 대응하기 위한 수단이지, 배출량 감축을 모면하기 위한 수단으로 되어서는 안 된다는 점을 명심해야 한다.