이산화탄소에 대한 대책들 2 - 해양 플랑크톤은 새로운 구세주가 될수 있을까?

이전 포스트에서 이산화탄소를 포획 하고 저장 하는 (CCS : Carbon Capture and Storage) 방법에 대해서 간략히 이야기 했다. 그러나 이산화탄소를 포획 저장하는 기술은 앞서 소개한 것이 전부는 아니다. 일단 현재 가장 실현 가능한 방법으로 지하 깊숙히나 혹은 오래된 유정에 이산화탄소를 가두는 방법은 실행 중에 있고, 안정성이 확보되면 대상을 늘려나갈 가능성이 높다.

 

 

 그러나 이 방법은 대개 고농도의 이산화탄소를 분리할 수 있는 화석연료를 이용하는 발전소나 공장에서는 유용하지만 대기중의 낮은 농도의 이산화탄소를 포획하기는 어려우며, 또 비용도 많이 든다는 문제점이 제기되고 있다. 또 유출 문제도 신경쓰이는 부분중에 하나이다.

 

 

 여기서는 이런 문제의 대안으로 제시될 수 있는 방법들과 그 방법들의 문제점을 살펴보고자 한다. 첫번째로 생각해 볼 방법은 해양의 생태계를 이용하는 지구 공학 (Geo Engeeniering) 이다.

 

 

 

 아마 최근들어 가장 문제가 되는 이산화탄소 분리 저장 방법 중 하나는 해양 플랑크톤을 이용하는 방법이다. 그 중에서 철분을 투여하는 Iron fertilization 이 많은 논쟁을 불러일으키고 있다. 복잡한 논쟁을 불러일이키는 이 방법도 사실 원리는 매우 단순하다. (1)

 

 

 지구표면적의 70% 이상은 바다이다. 이 바다에서 태양 에너지를 이용해서 에너지를 생산하는 먹이 사슬의 기본은 바로 해양 플랑크톤이다. 그 중에서도 태양 에너지를 이용해서 광합성을 하는 식물성 플랑크톤(phytoplankton)은 바다 생태계를 지탱하는 에너지의 원천이다.

 

 

(단순한 식물성 플랑크톤인 Diatom 의 현미경 사진 : This image is in the public domain because it contains materials that originally came from the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration )

 

 

 

 이 작은 플랑크톤들은 다른 동물성 플랑크톤이나 여러 해양 생명체에게 먹이가 되는 것 말고도 중요한 역활을 한다. 그것은 수명이 다한 플랑크톤들이 바다 밑으로 가라앉아 퇴적된다는 것이다. 그런데 이 작은 생명체들은 살아있을 때 광합성 과정에서 이산화탄소에서 탄소를 추출하고 이 탄소들은 이들의 신체의 일부분을 구성한다. 주로 이는 칼슘 카보네이트와 실리카 카보네이트 형태로 몸의 골격을 만들기 때문이다. 그래서 이들이 퇴적 될 때 탄소도 같이 바다 밑으로 가라앉게 되는 것이다.

 

 

 이들 중 일부는 오랜 시간이 지나면 탄화 수소의 액체 및 가스로 지각내에 고이게 되는데, 이것이 우리가 사용하는 석유와 천연 가스의 원천이라고 할 수 있다. 한마디로 바다는 아주 천천히 대기중의 이산화탄소를 흡수하여 저장하는 것이다.

 

 

 따라서 이 과정을 가속화시킨다면 이산화탄소를 좀 더 효과적으로 감소시킬 수 있지 않을까? 이것이 바로 지구 공학의 핵심 과제이다. 즉 어떻게 하면 식물성 플랑크톤들을 대량으로 증식시켜 이산화탄소를 흡수하게 할 수 있을까?

 

 

 과학자들은 이전부터 이 플랑크톤들이 자라는데 있어 필요한 게 무엇인지 알고 있었다. 모든 식물이 광합성을 하는데 있어 미량 원소 중 하나인 철분의 존재는 중요하다. 그러나 바다에는 이 미량 원소가 다소 부족한 편이다.

 

 

 이런 미량 원소가 육지로부터 유입될 경우 식물성 플랑크톤들은 크게 번성에서 우주에서 보일 정도로 번식할 수 있다는 것은 이전부터 알려져 있다.

 

 

(북해에서 발생한 녹조현상 - 이것은 녹조류 같은 대규모 식물성 플랑크톤 증식이 우주에서 관측된 것이다. This file is in the public domain because it was created by NASA.)

 

 

 

 따라서 이 연구의 핵심은 바로 철분을 바다에 뿌려서 식물성 플랑크톤의 광합성을 촉진하는데 있다. 이는 실행 방법 자체는 아주 쉽고 간단하다. 그냥 바다에 철분을 뿌리기만 하면 된다.

 

 

 몇몇 연구에서는 철분 1kg (이 철분은 0.5 - 1 마이크로미터 정도의 작은 입자로 뿌려져야 한다) 이면 식물성 플랑크톤 10만 kg 을 증식시킬 수 있다고 보고했다. (1)

 

 

 원리는 앞에서 설명한 대로다. 일단 이런 미세한 철분 입자를 바다에 뿌린다. 대개 황산철 (iron sulfate) 등의 미세한 입자를 이용한다. 그러면 해당 바다에서 플랑크톤이 크게 증식한다. (다만 뿌리는 위치는 신중하게 선택되어야 효과를 볼 수 있다)

 

 

 이렇게 증식되는 플랑크톤 중 탄산 칼슘 (Calcium carbonate) 이나 실리카 카보네이트 (Silica Carbonate) 의 골격을 만들어 침전되는 규조류 (Diatom), 인편 모조류 (Coccolithophorids), 유공충 (Foraminifera) 이 특히 중요하다. 이런 종류들이 빨리 침전되어 탄소가 풍부한 해설 (marine snow) 를 심해에 뿌리기 때문이다. (1)

 

 

 여기에 참여하는 연구자들은 적절하게 선택한 해역 - 침전물이 바다 깊이 가라앉을 수 있는 대양의 특정 부위- 에서 우리가 원하는 형태의 플랑크톤을 증식시킨 다음 침전시키는 연구를 진행하고 있다. 그리고 지금까지 여러 차례의 플랑크톤 증식 실험이 시행되었다.

 

 

 이 중 최근에 가장 대규모로 실험된 것은 2009년의 LOHAFEX 였다. 이 실험은 약 30X30 km 정도의 구획을 나누어 남부 대서양에서 시행되었으며 약 20톤의 황화철을 이용했다고 한다. (1,2,3) 이 실험의 결과는 거대한 플랑크톤 증식이었다.

 

 

(실험과 연관해서 남부 아르헨티나 해안에서 발생한 플랑크톤 -> 300마일 길이에 50마일 폭이었다  This file is in the public domain because it was created by NASA)

 

 

 그러나 이 연구에서는 불행히 규조류의 성장에 필수적인 다른 영양소인 Silicic acid 이 부족한 바다에서 시행되었기 때문에 규조류의 성장은 미미했다. 사실 다른 여러 플랑크톤의 종류들은 그렇게 바다 밑으로 빨리 가라앉지 않는다.

 

 

 자 이제 여기서 이 방법의 장단점을 논의할 차례인 것 같다.

 

 

 일단 이 방법의 가장 큰 장점은 그 단순성과 저렴함에 있다. 그냥 철을 뿌리기만 하면 되니 이보다 더 간단하고 저렴한 방법은 생각하기 어렵다. 사실 제일 어려운 문제는 바로 위치 선택이다. 위의 LOHAFEX 실험에서 보듯이 적절하지 못한 위치에 철을 뿌리면 별 성과를 거두지 못할 수도 있다. 그러나 적절한 위치에 적당한 시점에 뿌리면 상당한 효과가 있을 지도 모른다.

 

 

 

 그러면 이렇게 쉽고 간단한 방법이 있는데 왜 사용하지 않는 것일까? 여기엔 당연히 그럴만한 이유가 있다.

 

 

 우선 이렇게 철분을 뿌리는 행위 자체는 플랑크톤의 이상 증식을 가져올 우려가 있다. 흔히 말하는 녹조 현상이나 적조 현상이다. 또 여러가지 플랑크톤 중에는 독소를 내뿜는 형태의 것도 있다. 이는 해양 생태계에 좋지 않은 영향을 미칠 지도 모른다.

 

 

 여기에 해설의 형태로 심해로 내려가는 침전물이 많아지는 경우 심해저에서 이를 분해하는 박테리아에 의해 분해될 때 산소를 소모하기 때문에 심각한 심해 산소 부족이 일어날 가능성도 배재할 수 없다. 또 심해 생태계에 미칠 악영향도 우려하지 않을 수 없다.

 

 

 또 과연 이렇게 침전되는 이산화탄소가 과연 얼마나 안정하게 심해에서 잘 있을지, 그리고 이들이 결국은 대기로 빠져나오지 않을지는 좀 더 연구가 필요할 것이다. 사실 이산화탄소가 심해로 가라앉기만 하고 다시 나오지 않는다면 지구 생태계는 심각한 위협에 빠질 지도 모른다. 이산화탄소도 엄연히 중요한 역활을 하는 기체이기 때문이다. 다행히 실제 생태계에서 이산화탄소는 순환하기 때문에 그런 일은 일어나지 않는다. 따라서 우리가 심해에 침전시킨 이산화탄소도 어느 정도는 다시 나올 것이다.

 

 

 

 

##########3*

(이산화탄소의 생물학적 물리적 순환  :  CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시  저자 derivativeFX  )

 

 

 

 현재 과학자들이 추산하기로는 이런 방식을 통해 처리할 수 있는 이산화탄소의 총량도 한계가 있다. 이것은 당연한 이야기다. 플랑크톤들이 아무리 열심히 일을 해도 인간이 내뿜는 엄청난 이산화탄소를 처리하기는 어려울 것이다. 아마도 약 30 - 50 억 톤 정도의 이산화탄소를 처리할 수 있을 지 모르긴 하지만 이것은 결국 도움은 되긴 해도 해결사가 되기엔 부족한 양이다.

 

 

 

 사실 이 해양 플랑크톤을 이용한 방법이 도마위에 오른 것은 작년의 일이었다. 플랑크토스 (Planktos) 라는 미국의 벤처 기업이 이 방법을 이용해 이산화탄소 처리 사업을 시작한 것이다. 아이디어는 간단하다. 이 방식을 응용해서 탄소 배출권 거래 시장에 참여해 보겠다는 것이다. 방법이 저렴한 만큼 잘하면 큰 돈을 벌수 있기 때문에 아마도 이런 벤처 기업이 등장 했을 것이다. (4)

 

 

 그러나 이 회사는 환경단체와 과학자 그룹의 비난을 받아 현재는 사업에 착수하지 못하고 좌초된 상태이다. 사실 이는 탄소 배출권 거래를 허용할 때 부터 나타날 수 있는 부작용 중에 하나였을 것이다. 비록 해양 플랑크톤 증식이 이산화탄소 처리 방법 중의 하나로 생각될 수는 있다고 해도 아직 검증되지 않은 상태에서 탄소 배출권 거래를 허용했다가는 돌이킬 수 없는 문제를 일으킬수도 있다.

 

 

 

 현재 철분을 투여하는 방법 말고도 다양한 영양분을 공급하는 비슷한 아이디어가 연구 중에 있다. (5) 그러나 이들 연구는 해양 생태계에 대한 철처한 안정성을 담보로 해야 하며, 또 실제로 얼마 정도의 이산화탄소를 실제 제거 가능한지에 대한 검증 없이는 실용화 되서는 안 될 것이다.

 

 

 

 (참고 문헌)

 

(1) http://en.wikipedia.org/wiki/Iron_fertilization

(2) http://www.newscientist.com/article/dn16390-climate-fix-ship-sets-sail-with-plan-to-dump-iron-.html

(3) http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7959570.stm

(4) http://www.nytimes.com/2008/02/14/technology/14planktos.html?_r=1

(5) http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_nourishment

 

 

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[출처] 이산화탄소에 대한 대책들 2 - 해양 플랑크톤은 새로운 구세주가 될수 있을까?|작성자 고든