온실가스 감축 획기적 방안

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온실가스를 감축할 이상적인 대안

(The Best Way to Reduce Caron Dioxide)

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​* 아래는 2013년 8월에 전파과학사에서 발행된 윤실 박사의 교양과학 도서 <기후변화의 주범 CO2 감축 뉴 바이오텍> 내용을 요약한 것이다. 필자는 전세계가 합심하여 해안에서 굴, 조개 등의 패각류를 대규모로 인공양식하여 그 패각을 심해저에 퇴적하기만 하면, 대기 중의 이산화탄소는 어떤 부작용도 없이 크게 감축해갈 것이며, 동시에 고급 단백질 식량까지 생산할 수 있다고 주장한다. 왜냐 하면 패각의 주성분인 탄산칼슘의 44%가 이산화탄소이기 때문이다.

 

머리글

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​인류는 ‘기후변화’에 의해 발생하는 예측 불가능한 피해를 엄청나게 입게 되었으며, 현재의 재난 상황은 그 시작에 불과하다. UN은 20여 년 전부터 ‘지구 온난화 현상’을 막을 대책 수립에 나서, 이미 몇 개인지도 모를 여러 기구와 위원회를 설립했고, 관련 국제회의를 해마다 몇 차례씩 개최하면서 노력하고 있다. 그에 따라 각국은 기후 문제에 대처할 기구와 연구기관을 헤아리기 어려울 만큼 설립하여 활동하고 있다. 환경청, 기상청, 대학, 해양연구소, 대도시, 대기업, 개인에 이르기까지 막대한 연구비와 인력을 동원한 노력은 분명이 가장 대규모적인 자연과의 싸움이라 할 것이다.

 

지구온난화로부터 벗어나는 가장 좋은 길은 화석연료 사용을 최대한 감축하는 것이겠지만, 대체에너지가 제대로 준비되지 않은 현재로서 그것은 불가능하다. 가장 이상적인 대체에너지의 하나라고 생각되는 원자력에너지의 개발은 환경보호주의자들의 저항을 심하게 받는다.

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오늘의 세계가 시도하고 있는 이산화탄소 감축 방안은 아래와 같이 크게 2가지로 시도되고 있으나, 본인은 두 방법 외에 가장 현실적이며 효과적인 세 번째 대안을 아래와 같이 제안하는 바이다.

첫째, 화석연료 사용을 줄이면서 대체에너지를 적극 개발하는 방안

둘째, 대기 중에 너무 많아진 이산화탄소를 물리화학적인 기술로 직접 포집하여 제거하는 방법

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위의 2가지 방안 외에 에너지 절약이라든가 석유화학, 전력생산, 제철, 기타 산업시설의 에너지 효율을 개선하는 대책이 있지만, 그 효과가 미미하고 그에 따르는 예산, 불편, 고통이 크다.

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셋째, 이산화탄소를 감소시킬 가장 경제적이면서 확실하다고 생각되는 세 번째 대안으로 ‘해양생물학적 방법’을 아래와 같은 이유로 제안하는 바이다. 이 방안은 어떤 대책보다 간단하면서 자연친화적이고 예산이 적게 들며, 세계 모든 국가가 참여할 수 있다고 믿는다. 

 

해양생물학적 방법의 개요

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46억 년 전 지구가 탄생한 초기에는 지구의 대기 성분은 거의 이산화탄소와 메탄가스였다. 그러므로 당시의 지구 대기는 완전히 온실가스로 채워져 있었다. 그러나 약 30억년 동안 이들 기체는 해수(海水) 속에 점차 녹아들어가 물속에 대량 포함된 칼슘(Ca)과 결합하여 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 되었다. 그리고 초기에 생겨난 많은 하등생물들은 수산화칼슘으로 그들의 몸을 보호하는 껍데기를 만들었다. 그들의 껍데기 주성분은 바로 탄산칼슘(CaCO₃)이다. 이러한 과정이 수십 억 년 계속되는 동안에 대기 중의 이산화탄소는 점점 감소하고, 대신 지금처럼 질소와 산소가 대기의 대부분을 차지하게 되었다.

 

 

 

 

탄산칼슘 성분으로 몸을 보호할 껍데기를 만드는 생명체(‘석회화 생명체’라 부름)가 수명을 다하고 죽으면 그 껍데기는 썩거나 분해되지 않고 해저에 퇴적하여 수억 년이 지나는 동안 수천 미터 두께의 석회암층을 이루게 되었다. 다시 말해, 태초에 지구 대기 중에 가득하던 이산화탄소는 석회화생명체가 대규모로 증식함에 따라 차츰 석회암으로 변하여 결국 현재의 동식물과 인간이 살 수 있는 지구의 대기환경으로 변하게 되었다.

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현재 세계의 육상과 해저에 거의 무제한 존재하는 석회암과 대리석은 모두 수억 년 전에 바다에 살았던 석회화 생명체가 죽어 그 유해(遺骸)가 해저 깊은 곳에 두텁게 쌓여 암석화한 것이다. 지구 표면을 덮고 있는 암석 성분의 10%는 이처럼 석회화 생명체가 퇴적하여 이루어진 석회암이다. 석회암층은 전 세계 어디에나 드러나 있다.

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고대 이집트인은 이 석회암으로 피라미드와 스핑크스를 만들었고, 고대 로마와 중세 유럽인은 석회암을 잘라내어 거대한 성곽건축물을 세웠으며, 오늘날에는 석회암을 원료로 시멘트를 만들어 건물을 세우고 있다. 이집트의 피라미드는 기원전 2,700-1,700년에 건축되었으며, 그 중에 가장 큰 쿠푸 피라미드는 2.5-15톤 무게의 석회암을 약 1,300,000만개나 다듬어 쌓은 것이다. 중국에서 경치가 아름답기로 이름난 광서성(廣西省)의 계림(桂林)은 36,000여개의 높은 석회암 바위산으로 이루어진 세계적 관광지이다. 이 지역은 광대한 석회암 사이로 수천만 년을 두고 강이 흐른 결과 침식으로 형성된 대규모 카르스트(karst) 지형이다. 남아메리카 서해안의 칠레에서 남단까지 이어지는 7.000km에 이르는 안데스 산맥은 거의가 석회암이다. 또 아프리카 대륙 남동쪽에 인접한 마다가스카르는 석회암 섬이다.

 

베트남의 유명 관광지 할롱베이 바다의 아름다운 바위섬들 역시 석회암 카르스트이다. 미국 플로리다 반도 끝에서부터 쿠바 쪽으로 작은 섬들이 길게 이어진 ‘플로리다 키스’와, 이곳으로부터 남쪽의 바하마 제도와 쿠바 주변의 많은 섬들 역시 석회암으로 이루어진 카르스트이다. 이 지역은 과거 해수면이 낮았던 빙하시대에 자라던 산호가 형성한 석회암 섬으로 밝혀져 있다. 강원도 영월과 단양 등에도 석회암 지대(카르스트)가 많아 종유석이 드리워진 기묘한 석회 동굴이 여러 개 알려져 있으며, 그에 따라 석회광산과 시멘트 공장도 여럿 가동되고 있다.

 

패각류 양식과 퇴적에 의한 이산화탄소 감축

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대기 중의 이산화탄소를 감축하는 해양생물학적 방법은 3가지로 생각할 수 있다. 이 3가지 대책은 전체가 함께 진행되어야만 효과를 얻을 수 있다.

 

첫째, 석회화 생명체들이 서식하는 해양환경을 철저히 보호하여 그들이 잘 자라도록 하는 것

 

둘째, 석회화 동물(권패류인 조개, 소라류)을 가능한 대규모로 인공 양식하는 것

 

셋째, 그들의 패각(貝殼)을 전량 수거하여 해저 또는 지상에 퇴적하는 것

 

위의 3가지 대책 중에 둘째 방법인 패각류의 인공양식과, 셋째인 패각의 해저 퇴적에 대해서만 간략하게 설명한다.

 

지구 기후변화의 원인이 된 이산화탄소를 확실하게 감축시키는 대안은 자연산이든 인공 양식한 것이든, 권패류(조개, 소라류)와 갑각류(게, 새우류)의 껍데기를 가능한 전량 수거하여 심해나 지상에 퇴적하는 것이다. 그 이유는 패각의 성분은 전체 무게의 44%가 이산화탄소이기 때문이다. 즉 권패류 껍데기 1kg(1톤)을 퇴적했을 때 얻어지는 이산화탄소 감축 효과는 다음과 같다.

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탄산칼슘(CaCO₃)의 분자량 = 40 + 12 + 16×3 = 100이므로,

CO₂ 감축량은, 12 + 16×2 = 440kg 즉 0.44톤이다.

 

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필자의 연구와 조사에 의하면, 전 세계가 협력하여 권패류와 갑각류의 양식 규모를 연간 10억 톤 이상으로 하고, 그 껍데기를 일정한 곳에 모두 퇴적한다면 지구 대기 중의 이산화탄소는 과거의 수준으로 쉽게 돌아갈 것이다. 현재의 폐각류 인공양식 생산량에 대한 통계는 불확실하지만, 세계적으로 연간 약 1,000만 톤 양식되고 있다고 추정한다.

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권패류 양식장, 어패류 시장, 식당, 가정 등에서 수집된 패각을 일정한 규격으로 뭉쳐 대형 수송수단으로 퇴적장까지 운반하여 퇴적하기만 하면, 퇴적 무게의 44%에 해당하는 이산화탄소는 대기 중에서 반영구적으로 확실히 제거된다. 퇴적장으로는 심해가 이상적이며, 사정에 따라 육상에 설치할 수 있을 것이다. 육상에 퇴적한 ‘현대판 패총’은 수천 년 후 석회석을 대신하여 시멘트 제조 등에 이용할 수 있을 것이니다. 육상 퇴적장으로는 대규모 매립을 해야 하는 해안 간척지 등이 편리할 것이다.

 

패각 저장은 심해 퇴적이 최적

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해변이나 지상에 방치되거나 죽어 떠밀려 나온 패각은 미생물과 자외선의 영향으로 시간이 지나면서 다시 이산화탄소로 분해되어 대기 중으로 되돌아간다. 한 예를 들어 패각을 닭 사료로 사용하여 계란껍데기가 되게 하더라도, 난각은 분해되어 결국 이산화탄소를 발생하고 만다. 그러므로 패각은 이산화탄소가 배출되지 않도록 폐기되어야만 한다.

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패각이 분해되지 않도록 폐기하는 최선의 방법은 심해저에 퇴적하는 것이다. 패각이 자연적으로 분해되기 어려운 곳은 수심이 1,000m 이하이고, 해류가 흐르기 어려운 해저 골짜기 같은 곳이다. 이런 심해저는 연중 수온이 5-6℃이고, 염분 농도가 변하지 않으며, 용존산소가 거의 없는 곳인데다, 패각을 분해시킬 미생물이 살기 어려운 환경이다. 그러므로 심해저에 폐기된 껍데기는 분해되지 않은 상태로 수백만 년 동안 쌓였다가, 퇴적층이 두터워짐에 따라 차츰 석회암으로 변해갈 것이다. 이처럼 심해저의 패각은 분해되지 않으므로 해양 환경에 거의 피해나 영향을 주지 않을 것이다. 패각 퇴적이 가능한 수심 1,000m 이하의 바다는 전체 해양 면적의 70% 이상이라 한다.

 

결론

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대자연의 순리를 그대로 따르는 위와 같은 온실가스 감축 대안을 시행하기 위해서는 먼저, 이에 대한 기초 연구가 거의 없기 때문에, 국내외적으로 해양생물, 해양기술, 환경, 기후 등의 전문 기구가 협력하는 공동연구가 이루어져야 할 것이다. 동시에 국제적인 온실가스 방지 대책 기구인 UN 산하 인천 송도의 ‘유엔기후변화 협약’과 필히 협력해야 할 것이다.

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중국과 인도는 화석연료 소비량이 급증하는 나라이다. 온실가스 배출량이 많은 중국, 인도, 미국, 캐나다, 러시아, 오스트레일리아, 브라질, 아르헨티나, 칠레, 남아프리카 등은 패각류 인공양식이 가능한 광대한 해안선을 가지고 있다. 해안선이 다양하고 개펄이 잘 발달한 한국은 국토 면적에 비교할 때 최대 패각류 인공양식국가이며, 영세적이지만 양식기술 면에서도 뛰어나다. 그러므로 조선기술 등 해양산업까지 선진국인 한국은 기후변화로부터 지구를 살릴 패각류 양식과 퇴적사업을 세계적으로 선도하는 나라가 될 가능성을 가졌다.

 

패각류 양식을 통한 패각퇴적 사업이 UN에 의해 국제적 사업으로 실행된다면, 한국은 해양산업을 더욱 획기적으로 발전시키는 계기를 마련할 것이다. 동시에 이 사업(양식기술, 연구, 해양구조물과 운반선 건조, 퍠각 수거)에는 대규모 인원이 참여해야 하므로, 특히 청년들의 일자리를 늘이고, 현 정부가 진력하는 창조적 경제 발전에 획기적 공헌을 하게 될 것이다. 또 분명한 것은, 이 사업은 일회성이 아니라 인류가 화석 에너지를 사용하면서 번영하는 동안 영속해야 한다는 것이다. 동시에 패각류의 대량 인공양식은 영양가 높은 단백질을 충분히 생산하여 인류의 식량 문제 해결에도 크게 공헌할 것이다.

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세계의 바다에 사는 전체 패각류의 생물량이 어느 정도인지 정확한 통계가 없어 보인다. 그러나 자연으로 바다에 생존하는 석회화 생명체들의 양이 인공양식하는 양보다 몇 갑절 많을 것이다. 그러므로 해양 환경을 적절히 보호하고 관리한다면 기후변화의 재난은 해양생물학적 방법으로 분명히 제어할 수 있을 것이다.

 

해양과 환경 관계자들이 ‘조개겁질을 바다에 버리면 안 된다’는 지금까지 지녀온 생각에서 벗어날 수 있다면, 필자가 제안하는 ‘방안’을 이해하고, 훌륭한 대책을 수립할 수 있을 것이다. 본인의 추산으로 세계가 1년 동안에 10억 톤 이상의 패각류를 양식하여 그 껍데기를 해저에 수장한다면 몇 해 지나지 않아 50년 전, 100년 전의 건강한 대기 상태로 회복해갈 것이다.

 

 

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