지난해 지구 관측상 가장 더운 해를 기록하면서 나무와 토지가 거의 이산화탄소(CO2)를 흡수하지 못했다는 더 가디언(The Guardian) 기사가 보도되었습니다. 반면, 최근 네이처지에 발표된 COF-999라는 신물질은 넷-제로(Net Zero)에서 넷-마이너스(Net Negative)로 나아가는 탄소 포집 기술의 중요한 전환점이 될 것이란 전망도 나왔지요. 서로 상충되는 두가지 소식에 대해 전해봅니다.
우리는 과연 어떤 답을 찾게 될까요?
Carbon dioxide capture from open air using covalent organic frameworks
(Nature 원문 링크)
[NEWS] NO.1
끓는 지구 시대, 기후 변화의 희망:
탄소 포집 기술 COF-999
산업혁명이 시작된 이후, 인간의 기술은 놀라운 발전을 이루며 문명을 번영으로 이끌었습니다. 하지만 그이면에는 우리가 간과한 대가가 있었습니다. 바로 지구를 덥히는 이산화탄소(CO2) 배출의 증가입니다. 그결과, 지구 온난화와 이상 기후가 우리 일상에 가까운 위협이 되었습니다.
2023년 7월, UN 사무총장은 “지구 온난화(Global Warming)의 시대는 끝났고, 끓는 지구(Global Boiling)의 시대가 시작됐다”는 무거운 선언을 했습니다. 이제 기후 위기는 피할 수 없는 현실이 되었고, 과학자들은 지구 온도를 산업혁명 이전 대비 1.5℃ 이내로 억제하기 위해서는 공기 중의 이산화탄소를 직접 제거해야 한다고 강조합니다.
지금 대기의 이산화탄소 농도는?
현재 대기 중의 이산화탄소 농도는 420ppm을 넘어서고 있습니다. 산업혁명 시기와 비교하면 50% 이상증가한 수치입니다. 이를 낮추기 위한 기술이 바로 “직접 공기 포집(DAC: Direct Air Capture)”입니다. 간단히 말해, 대기 중에서 이산화탄소를 흡수하여 제거하는 기술입니다. 하지만 지금까지 이 기술은 높은비용과 낮은 효율성 때문에 한계가 많았습니다.
게임 체인저, COF-999의 등장
최근 UC버클리의 연구팀이 발표한 COF-999라는 신소재가 이 모든 문제를 해결할 수 있는 새로운 가능성을 보여주고 있습니다. COF-999는 이산화탄소를 효과적으로 포집하는 신기술로, ’공유 결합 유기 골격(Covalent Organic Framework, COF)’이라는 구조를 바탕으로 설계되었습니다.
COF-999는 특수한 2차원 구조와 미세한 구멍 덕분에 공기 중에서 이산화탄소를 선택적으로 흡수할 수 있습니다. 기존 소재들은 습도나 환경 오염에 민감하게 반응해 성능이 떨어졌지만, COF-999는 이런 상황에서도 안정적으로 작동합니다. 특히, 아민(amine)이라는 화학 그룹이 추가되어 낮은 농도의 이산화탄소도효과적으로 잡아냅니다.
얼마나 효율적일까?
- 적은 양으로 강력한 효과
COF-999는 습도가 매우 낮은 건조한 환경에서는 1g 당 0.96mmol(밀리몰)의 이산화탄소를 포집하고 습도가 50% 이상인 환경에서는 400ppm에서1g 당 2.05mmol의 이산화탄소를 포집할 수 있습니다. 논문에 따르면 COF-999 200g 만으로 1년에 나무 한그루가 흡수하는 이산화탄소의 양인 약 20kg의 이산화탄소를 포집할 수 있다고 설명합니다.
- 반복 사용 가능
이 소재는 열이나 진공을 이용해 이산화탄소를 분리한 후, 다시 사용할 수 있습니다. 논문에 따르면 실제 대기환경에서 100회 이상 재사용 사이클 테스트를 통과했다고 하며 이는 비용 절감뿐 아니라 지속 가능한 사용에도 큰 장점이 됩니다.
- 산업적 활용 가능성
COF-999는 기존의 DAC 시스템에 쉽게 통합될 수 있습니다. 대량 생산과 상업적 활용 가능성이 크며, 이는 우리가 단순히 탄소 중립(Net Zero)을 넘어 탄소 제거(Net Negative)를 달성하는 데 중요한 열쇠가 될것입니다.
COF-999가 가져올 미래
COF-999의 개발은 탄소 포집 기술의 혁신을 가져왔습니다. 이 기술이 상용화된다면, 우리는 기후 변화의속도를 늦추고 더 나아가 지구를 회복시키는 길로 나아갈 수 있을 것입니다.
여러 뉴스와 보고서에서 우리는 이제 기후 변화를 바꿀 수 있는 변곡점을 넘어버렸다는 절망적인 소식이 전해지고 지구가 끓고 있다는 경고속에서도, COF-999는 새로운 희망을 제시합니다.
마지막으로 한 영화의 유명한 한 구절을 인용하며 첫번째 글을 마칩니다.
[NEWS] NO.2
지구 자연 시스템의 균열,
기후 위기 경고 신호들
Trees and land absorbed almost no CO2 last year. Is nature’s carbon sink failing?
The Guardian 기사 원문 링크
매일 밤 해가 지면 바다의 표면에서 경이로운 자연 현상이 시작됩니다. 빛이 사라지면 수십억의 동물성 플랑크톤, 갑각류 및 기타 해양 생물들이 미세 조류를 먹기 위해 해수면으로 올라옵니다. 이들은 해가 뜨면 다시 깊은 곳으로 돌아가며, 이 과정에서 남긴 배설물은 지구 최대의 생물 이주 현상을 이루며 바다 밑바닥으로 가라앉아 매년 수백만 톤의 탄소를 대기에서 제거합니다.
이 활동은 지구의 기후를 조절하는 수천 가지 자연 과정 중 하나입니다. 지구의 바다, 숲, 토양 및 기타 자연 탄소 흡수원은 인간 활동으로 발생한 탄소 배출량의 절반가량을 흡수하며, 지구 생태계는 지금까지 우리의 과도한 탄소 배출을 완화해 왔습니다.
그러나 지구 온난화가 심화되면서 이러한 중요한 자연 과정이 붕괴되고 있다는 우려가 커지고 있습니다.2023년은 관측 사상 가장 더운 해로 기록되었고, 국제 연구팀의 예비 조사 결과에 따르면 육지 생태계가 흡수하는 탄소량이 일시적으로 급감했습니다. 숲, 식물, 토양은 거의 탄소를 흡수하지 못했으며, 이는 기후 위기에서 자연의 취약성을 보여줍니다.
자연 탄소 흡수원의 위기
육지뿐만 아니라 바다에서도 이상 신호가 나타나고 있습니다. 그린란드 빙하와 북극 얼음층이 예상보다 빠르게 녹으면서, 걸프 스트림 해류가 방해받고 바다가 탄소를 흡수하는 속도가 느려지고 있습니다. 플랑크톤의 주요 먹이인 미세 조류 또한 해빙으로 인해 더 많은 햇빛에 노출되어 탄소를 바다 밑으로 저장하는 주요 이주 활동이 방해받고 있습니다.
“우리는 지구 시스템의 회복력이 균열을 일으키고 있는 것을 목격하고 있습니다. 육지 생태계는 탄소 저장 및 흡수 능력을 상실하고 있으며, 해양에서도 불안정한 징후가 나타나고 있다"고 독일 포츠담 기후영향연구소의 요한 록스트룀 소장은 뉴욕 기후 주간 행사에서 경고했습니다.
또, 그는 “지금까지 자연은 우리의 과잉을 균형 잡아 주었지만, 이는 이제 끝나가고 있습니다"라고 덧붙였습니다.
기후 목표와 자연의 연계성
자연 없이는 탄소 중립 목표를 달성할 수 없습니다. 대기 중 탄소를 대규모로 제거할 기술이 부재한 상황에서, 지구의 숲, 초원, 이탄지 및 바다는 인간의 탄소 배출을 흡수할 수 있는 유일한 대안입니다.
그러나 기후 변화로 인한 고온, 극단적 기후, 가뭄은 이 생태계를 심각하게 위협하고 있으며, 이는 현재의 기후 모델이 예측하지 못한 빠른 변화를 초래할 가능성을 높입니다.
2023년의 사례는 육지 탄소 흡수원의 붕괴가 일시적일 수 있음을 보여줍니다. 가뭄이나 산불과 같은 외부 압력이 없다면 육지는 다시 탄소를 흡수할 수 있을 것입니다. 하지만 이 사례는 생태계의 취약성과 기후 위기에 대한 심각한 영향을 여실히 드러냅니다.
기후 위기의 대응 방법
전 세계적으로 기후 목표를 달성하려면 자연 탄소 흡수원을 보호하고 복원하는 것이 필수적입니다. 이를 위해서는 삼림 벌채를 멈추고, 배출량을 줄이며, 숲과 생태계를 가능한 한 건강하게 유지해야 합니다.
엑서터 대학교의 피에르 프리들링슈타인 교수는 “자연의 숲이 CO2를 제거할 것이라고 가정해서는 안 됩니다. 장기적으로 이는 작동하지 않을 것입니다,“라며, 화석 연료 배출을 근본적으로 줄이는 것이 중요하다고 강조합니다.
자연은 지금까지 인류를 도와왔지만, 그 한계에 다다르고 있습니다. 우리는 이 위기의 심각성을 깨닫고 행동해야 할 때입니다. 지구의 균형은 우리의 선택에 달려 있습니다.
