지구온난화의 주범, 온실가스 줄이는 과학 기술들

유난히도 추웠던 겨울이 가고 파릇파릇한 새싹이 나는 계절, 봄이 왔습니다! 날씨도 많이 따뜻해져서 점차 얇은 옷을 입고 다니는 사람들이 많아지고 있죠. 하지만 아직은 일교차가 커서 감기에 걸리기 쉽습니다. 이런 때 일수록 과일이나 채소를 많이 섭취하여 면역력을 길러야 하는데요. '봄하면 딸기!' 라는 생각으로 과일가게에 가보면 딸기 외에도 정말 많은 과일을 볼 수 있어요. 겨울철 대표 과일 귤도 보이고, 여름과 가을에 많이 보게 되는 포도도 있고, 빨갛게 익은 사과나 아주 큰 배도 있지요. 진열된 과일들만 보면 정말 지금 봄이 맞는지 싶을 정도로 계절 상관 없이 온갖 과일을 많이 볼 수 있습니다.

우리가 이렇게 여러 종류의 과일을 계절에 상관없이 먹을 수 있는 것은 비닐하우스로 과일을 재배하고 있기 때문입니다. 비닐하우스는 외부 기온보다 높은 온도를 계속 유지시켜서 한 겨울에도 여름에만 자라는 과일을 자라도록 해주는 시설인데요, 온도를 유지시키는 방법에도 과학이 숨어있습니다. 난방만 하면 비닐하우스의 따뜻함을 유지시킬 수 있다고 생각할 수 있지만 이러한 방법 외에도 한 가지 더 특별한 방법을 이용하고 있는데, 바로 적외선을 가두는 방법입니다. 적외선은 우리가 눈으로는 볼 수 없는 빛으로 이 빛이 비닐하우스에 들어오면 비닐하우스 외부로는 잘 빠져나갈 수 없고 이 때문에 온도를 쉽게 유지시킬 수 있다고 합니다.

그런데 비닐하우스와 오늘의 주제인 온실가스가 무슨 관계이길래 이렇게 설명을 하는지 궁금하신가요? 바로 온실가스가 만들어내는 지구온난화 현상도 비닐하우스처럼 적외선을 지구에 자꾸 가두게 되어서 발생하는 현상입니다. 비닐하우스와 차이는 가두는 역할을 하는 것이 비닐이 아닌 온실가스라는 점에 차이가 있지만, 아주 유사한 원리로 일어나고 있습니다. 잘 모르시겠다고요? 그래서 더욱더 많은 것을 알고 싶어하시는 여러분들을 위해 오늘은 지구온난화를 일으키는 온실가스에 대해서 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

온실가스라면 어떤 기체가 떠오르시나요? 혹시 이산화탄소가 아닌가요? 이산화탄소는 UN에서 정한 지구온난화를 일으키는 온실가스이며, 이외에도 온실 효과를 나타내는 6가지 종류의 기체에 대해서 UN은 온실가스로 정하였습니다. 이 6가지 온실가스에는 이산화탄소(CO2)외에도, 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소화플루오르화탄소(HFC), 과플루오르화탄소(PFC), 육플루오르화황(SF6)이 있습니다. 이들을 잘 살펴보면 수소화플루오르탄소, 과플루오르화탄소, 육플루오르화황이 분자 내에 플루오르(F) 원소가 들어 있는데, 일반적으로 플루오르 원소를 가지고 있는 분자들은 온실가스 효과를 일으키는 원인이 되고 있습니다.

과거 냉장고나 에어컨의 냉매로 많이 사용한 프레온 가스(염화 플루오르화 탄소, CFC)에도 이런 플루오르 원소가 포함되어 있어 지구 오존층을 파괴하는 주범으로 알려져 있지만 온실 효과를 일으키는 역할도 한다고 합니다. 때문에 현재는 전세계적으로 사용이 금지되어 있고 수소화플루오르화탄소도 2030년까지 사용을 금지할 계획이라고 합니다. 아산화질소는 웃음가스로도 알려진 기체인데, 마취성을 가지고 있어서 외과시술 시 마취에 사용하기도 합니다. 그런데 이 아산화질소는 자연적으로 많이 발생되지 않지만, 질산이나 질소 원소가 풍부한 비료를 만들 때 많이 배출된다고 알려져 있습니다.

그렇다면 온실가스들은 어떻게 적외선을 지구 내에 가두어 둘 수 있는 것일까요? 이산화탄소나 아산화질소와 같은 온실가스들은 적외선을 흡수하는 능력을 가지고 있는데, 이들이 이 적외선을 흡수하였다가 다시 방출하게 됩니다. 단순히 생각하면 흡수했다가 다시 내놓는 거라서 큰 문제가 없을 거라 생각되지만, 적외선이 온실가스에 의해 흡수되게 되면 지구에 머무르는 시간이 길어지게 되면서 지구는 평소보다 더 많은 양의 에너지를 가지게 됩니다. 

이 때문에 지구의 온도는 올라가게 되지만 그렇다고 온실가스가 꼭 나쁜 것은 아닙니다. 적정량의 온실가스는 지구의 온도를 따뜻하게 유지하는데 도움이 되며 만약 온실효과를 내는 기체가 없다면 지구의 평균기온은 아주 낮아지게 됩니다. 이런 온실가스가 가지는 문제점은 온실가스가 점차 증가하게 되면서 지구의 기온이 상승하는 지구온난화가 일어나고 있기 때문입니다. 이렇게 지구의 기온이 상승하게 되면 지구의 기후에는 변화가 일어나면서 이상기후 현상들이 일어나게 되는데, 사막화가 더욱 가속되고 갑자기 많은 양의 비가 내려 홍수가 나는 경우가 점차 빈번해지게 됩니다. 

이러한 기후변화에 의한 피해를 줄이기 위해 전 세계적으로 온실가스를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 1997년 일본 교토에서 열린 UN 총회에서는 온실가스를 감축하자는 ‘교토 의정서’가 채택되면서 각 나라들마다 각종 온실가스들을 줄이기로 합의했습니다. 과학자들도 이러한 세계적인 노력에 적극 동참하기 위해서 온실가스를 줄이는 연구들을 진행하고 있습니다. 특히 온실가스 중 가장 많은 영향을 주고 있는 이산화탄소를 줄이는 방법을 연구하고 있습니다. 현재는 이산화탄소를 포집한 뒤 이를 저장하거나 혹은 화학적, 생물학적으로 변환시키는 방법이 연구되고 있습니다. 

이산화탄소를 포집하는 방법은 이산화탄소를 화학적으로 또는 물리적으로 잡을 수 있는 물질을 이용하고 있습니다. 대표적으로 질소원소를 포함하는 유기물을 이용하거나 실리카나 제올라이트와 같은 무기물을 이용하고 있는데요, 공장에서 나오는 배기가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 선택적으로 제거하는 연구가 진행되고 있습니다. 이와 함께 이렇게 얻어진 이산화탄소를 저장하는 법도 연구가 되고 있는데요, 현재는 땅속 깊은 곳에 저장하거나 혹은 바다 속 깊은 곳에 이산화탄소를 저장하는 것이 연구되고 있습니다. 

또한 저장 외에도 화학적으로 혹은 생물학적으로 이산화탄소를 변환시켜서 이용하는 방법이 있는데, 식물들이 광합성을 할 때 이산화탄소를 이용하는 것처럼 광합성을 하는 미세조류를 이용해서 이산화탄소를 제거하는 것입니다. 화학적으로는 이산화탄소를 반응시켜서 폴리카보네이트와 같이 고분자를 만드는 곳에 이용하거나 혹은 메탄올이 메탄과 같이 연료로 사용할 수 있는 물질로 변환시키는 것이 연구되고 있습니다.

이렇게 대기 중에 발생된 이산화탄소를 포집하고 저장, 변환시켜서 온실가스를 제거하는 기술도 중요하지만, 가장 중요한 것은 온실가스의 발생을 줄이는 것입니다. 온실가스인 이산화탄소의 발생을 줄이기 위해서는 에너지의 사용량을 줄이는 것이 가장 중요한데, 생활에서도 여러 가지 방법을 통해서 온실가스를 줄일 수 있습니다. 안 쓰는 코드를 빼고 가까운 거리는 차량을 이용하기 보다는 걸어서 이동하고 자가용 보다는 대중 교통을 이용하면 온실가스를 감축하는데 큰 도움을 줄 수 있습니다. 이와 더불어 산업계에서도 많은 노력이 필요한데 한화케미칼에서도 온실가스를 감축하기 위해서 에너지 사용량을 줄이는 노력을 들이고 있습니다. 

이러한 노력 중의 하나로 최근에 온실가스에너지통합관리 시스템(H-GEM)을 구축해왔습니다. 작년 7월부터 약 8개월 동안 여수, 울산, 오송 공장과 장교, 소공의 빌딩 그리고 대전과 현등에 위치한 연구소에 이 시스템을 도입하여 에너지 사용량을 일별, 월별로 파악 분석할 수 있게 되었습니다. 이렇게 모아진 데이터를 통해서 온실가스 발생량을 자동 산정할 수 있고, 에너지 사용량을 체계적으로 줄여나갈 수 있어서 온실가스 감축에도 큰 도움이 될 것으로 전망합니다.

지금까지 지구온난화를 일으키는 온실가스에 대해서 알아보았는데요, 온실가스에 대해 오늘 처음 접하신 분, 알고는 계셨지만 실천을 못하신 분들! 오늘부터라도 이산화탄소를 줄이기 위해 노력해보는 것은 어떨까요? 지금 당장의 큰 효과는 못 보지만 현재의 노력이 미래의 우리 지구를 푸르게 해주지 않을까요?

- 참고문헌 –

한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr

한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com/

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* 이 컨텐츠는 한화케미칼 공식블로그 Chemical Dream '온실가스 다같이 줄여보아요~' 에서 가져왔습니다.