온난화 막고 에너지도 얻고~

이산화탄소를 포획해 저장한 뒤 해저의 메탄을 채취할 수 있을까
기술적·경제적 문제 해결되지 않았으나 연구개발에 박차 가하는 선진국들

▣ 김수병 기자 [e-mail]

만일 ℓ당 12km를 달리는 자동차로 한해에 1만5천km를 운행한다면 1250ℓ, 즉 1t이 넘는 휘발유를 연소시켜야 한다. 이때 공기 중으로 배출되는 이산화탄소 양이 3t이나 된다. 이처럼 탄화수소를 태우는 곳에서는 엄청난 양의 이산화탄소를 생성한다. 이산화탄소를 포획한다면 지구 온난화를 획기적으로 막을 수 있다. 현재의 기술로 자동차에서 나오는 이산화탄소를 포획하기는 어렵지만 석탄을 태우는 화력발전소에서는 상대적으로 수월하게 배출가스를 모을 수 있다. 합리적인 비용으로 이산화탄소를 포획해 저장할 수만 있다면 온난화 문제를 해결하면서 새로운 에너지원을 확보할 수 있다.

‘불타는 얼음’의 놀라운 가능성

그동안 천덕꾸러기로 여져졌던 이산화탄소의 놀라운 가능성은 한국과학기술원 이흔 교수팀이 발표한 논문을 통해서 알려졌다. 당시 과학저널 <사이언스>의 ‘에디터스 초이스’에 선정된 논문은 이산화탄소를 이용해 심해에 저장돼 있으면서도 활용하지 못하는 메탄(CH4)을 채취하는 방법을 제안했다. 천연가스의 주성분으로 얼음 상태로 있는 ‘메탄 하이드레이트’(Methane Hydrate)를 실용화할 가능성을 밝힌 셈이다. 이 교수는 “기존의 방법으로 메탄을 자원으로 활용하는 데는 기술적, 경제적 효용성이 떨어졌다. 그런데 이산화탄소를 이용하면 자연을 채취하면서 지구환경을 보호하는 효과까지 기대할 수 있다”고 밝혔다.

도대체 메탄 하이드레이트가 무엇이기에 환경과 에너지라는 두 마리의 토끼를 잡을 수 있다는 것일까. ‘불타는 얼음’이라 불리는 메탄 하이드레이트는 바닷속 미생물이 썩으면서 생긴 메탄과 물이 높은 압력에 의해 얼어붙은 고체연료다. 겉보기에는 ‘드라이아이스’를 닮았다. 드라이아이스는 불에 타지 않지만 메탄 하이드레이트는 불을 붙이면 활활 타오른다. 손바닥 위에 메탄 하이드레이트를 놓고 태우면 얼음이 타서 물이 되는 ‘마술’을 감상할 수 있다. 높은 압력과 낮은 기온에 의해 물분자 안에 얼음 상태로 갇혀 있는 메탄가스가 연소해 얼음이 불에 타는 마술 아닌 마술을 선보이는 셈이다.

실제로 핵자기공명 장치(NMR)를 통해 나노미터 크기의 메탄 하이드레이트 분자를 살펴보면 마술의 신비를 엿볼 수 있다. 이산화탄소와 메탄은 분자 구조가 비슷하다. 이를 떠올리며 이산화탄소를 단위 구조당 2개의 작은 구멍과 6개의 큰 구멍으로 이뤄진 메탄 하이드레이트 옆에 두면 얼음으로 둘러싸인 메탄이 빠져나간다. 그 자리엔 이산화탄소가 대신 들어간다. 실험실에서 이산화탄소 100개가량 댈 경우 메탄 64개가 회수되는 효과를 보였다. 메탄이 모조리 빠져나오지 않는다 해도 상당한 효과를 기대할 수 있다. 기체가 고체로 바뀔 때 200배 정도로 압축되는 것을 적용하면 메탄 얼음 1ℓ에서 200ℓ의 메탄가스를 얻을 수 있을 것으로 보인다.

이처럼 메탄 얼음이 새로운 에너지원으로 떠오르는 까닭은 에너지원으로서의 장점을 두루 갖추고 있기 때문이다. 우선 메탄 하이드레이트는 방대한 매장량에 매혹되지 않을 수 없다. 세계에 매장돼 있는 메탄 하이드레이트의 양을 천연가스로 환산하면 1천조에서 5경㎥로 추정된다. 이는 현재 인류 전체가 사용하는 에너지를 기준으로 200~500년가량 쓸 수 있는 양이다. 게다가 질적인 면에서도 탁월하다. 연소 과정에서 물과 이산화탄소만 나오며, 이때 발생하는 이산화탄소의 양이 석탄이나 석유 등 화석연료의 절반 수준에 지나지 않는다.

이렇듯 메탄 하이드레이트는 놀라운 가능성을 지녔음에도 1930년대에 발견된 이래 오랫동안 에너지원으로 주목받지 못했다. 당시엔 화석연료가 풍족해 바닷속 메탄 얼음에 눈을 돌리기 어려웠을 것이다. 하지만 지금은 사정이 다르다. 메탄을 분리하는 데 쓸 이산화탄소를 대규모로 포획하는 화석 연료 발전소까지 등장할 전망이다. 여기에선 초임계 상태의 이산화탄소를 땅속으로 주입해 장기간 보관하면서 일정한 공정을 통해 질소 같은 기체는 제거하고 순수한 이산화탄소를 별도로 저장해 해상기지로 운송하게 된다. 해상기지에선 파이프라인으로 메탄 하이드레이트 부근으로 이산화탄소를 배출시켜 메탄을 축출하는 것이다.

지금까지의 조사에 따르면 메탄 하이드레이트는 주로 알래스카, 시베리아, 극지방 등의 동토 지역과 수심 500m 이상의 바닷속 깊은 곳에 매장된 것으로 알려졌다. 저온과 고압이 메탄 하이드레이트의 ‘생존조건’인 셈이다. 국내의 울릉도와 독도 부근의 해저에도 6억t에 이르는 메탄 하이드레이트가 매장됐다는 조사 결과도 나왔다. 이 정도면 우리나라에서 30년간 사용할 수 있는 가스 소비량으로, 약 252조원의 에너지 수입 비용을 줄일 수 있다고 한다. 일각에서는 일본이 독도 영유권을 주장하는 이유를 메탄 하이드레이트의 자원화 전략에서 찾기도 한다.

국제적 컨소시엄의 공동연구도 대안

현재 일본은 메탄 하이드레이트의 탐사와 개발에 전력을 기울이고 있다. 일본 근해의 메탄 하이드레이트는 7조4천억㎡에 이른다고 한다. 이는 일본 내 천연가스 연간 소비량의 100년치에 해당되는 양이다. 이미 2002년에 일본 주변 해역에서 메탄 하이드레이트를 채굴하기 위한 실행계획을 확정한 일본은 2012년쯤 메탄 하이드레이트를 에너지원으로 삼으려고 한다. 미국은 2000년에 ‘메탄 하이드레이트 연구 개발법’을 제정하고 2015년 상업적 생산을 목표로 삼고 있다. 러시아는 전세계 해양 메탄 하이드레이트의 14%가량이 매장된 것으로 추정되는 오호츠크해를 중심으로 연구개발에 박차를 가하고 있다.

이처럼 메탄 하이드레이트는 막대한 매장량에다 이산화탄소 문제를 해결할 유력한 방안으로 여겨진다. 하지만 실용화를 가로막는 요인도 적지 않다. 무엇보다 얼음 메탄에서 메탄가스를 분리하는 데 따르는 기술적, 경제적 어려움을 해결하지 못하고 있다. 게다가 메탄가스를 채취하는 과정에서 심각한 환경오염이나 대재앙을 초래할 수 있다. 물과 가스는 화학적 결합이 아닌 물리적 결합으로 이루어져 있어서 분리될 때 메탄이 손쉽게 방출될 수 있다. 메탄이 시추 과정에서 연소되지 않고 공기 중으로 나오면 이산화탄소보다 강한 온실효과를 낼 수도 있다.

그렇다고 심해의 엄청난 에너지원을 ‘그림의 떡’으로 여길 수는 없다. 일단 메탄가스를 얻는 데 필요한 이산화탄소를 안정적으로 확보해야 한다. 이 역시 간단한 일은 아니다. 자칫 저장고에 오류가 생기면 짧은 시간에 고농도의 이산화탄소가 빠져나가 생물체를 질식사시킬 수도 있기 때문이다. 물론 다른 방법으로 메탄가스를 안전하게 분리할 수도 있을 것이다. 이런 문제를 생각하면 국제적인 컨소시엄을 구성해 공동연구에 나서는 것도 하나의 대안이 될 것으로 보인다. 여기에서 지구 온난화의 재앙과 비산유국의 설움을 일거에 날려버릴 수 있다면 얼마나 좋을까.

		모기와의 공존 방법

살충제 대신 독특한 향이나 초음파로 접근을 차단할 수 있다



인류 최대의 적으로 불리는 모기. 이들과의 기나긴 싸움에서 인간이 승전가를 부른 기억은 없다. 공룡이 지구를 다스리던 시절부터 시작해 지구 전역을 삶의 터로 삼은 모기의 생존력은 타의 추종을 불허한다. 이들의 생존 범위는 적도에서 극지까지 이어진다. 인간의 거주지는 모기에게 엄청난 압박을 가하지만 그것이 모기의 생명력을 약화하지는 못했다. 오히려 모기는 적응력을 키우면서 3천여종으로 진화해 개체수를 늘렸다.
아무리 모기 잡는 방법을 개선해도 모기 퇴치는 희망사항에 가깝다. 모기가 성충이 되기 전의 상태인 유충을 방제하는 게 효과적이라며 ‘4계절 방역’을 해도 질긴 생명력을 줄여놓지 못했다. 수많은 살충제가 명멸을 거듭해도 모기는 그대로다. 화학적 해법의 유효기간만을 확인해줄 뿐이다. 미꾸라지를 방사하고 웅덩이를 메워도 사정은 크게 달라지지 않는다. 생물학적 방제가 효과를 보여 모기약 사용량이 줄어들더라도 반짝 한철 신세를 면치 못한다.
어쩌면 모기와의 공생을 모색하는 게 현실적이라는 ‘절망적 해법’을 내놓는 게 나을 듯한 현실이다. 그것이 독한 방충제를 뿌려 화학적 독성을 온몸으로 느끼는 것보다 나을지도 모른다. 생명 있는 것을 함부로 다루지 말라며 모기의 생존권을 주장할 수는 없지만 사람에게 해를 끼치지 않는 정도로 모기의 생존권을 인정하는 것이다. 문제는 모기가 사람에게 다가오지 못하게 하는 방법을 찾는 것이다.
항상 사람의 피를 빨아들일 ‘찰나’를 모색하는 빨간집모기. 이들이 사람 곁으로 파고들지 못하면서 생존을 영위할 방법은 수두룩하다. 일단 구관이 명관이라는 생각으로 오래된 방법을 계승하는 것부터 시작해도 괜찮다. 독특한 향으로 모기의 접근을 차단하는 라벤더나 제라늄 등을 이용하는 것이다. 예컨대 라벤더 꽃과 소금을 섞은 가루를 풀어놓은 욕조에서 전신 혹은 반식욕을 즐기면 스트레스를 날리면서 모기도 쫓을 수 있다. 오렌지 즙을 바르는 것도 효과적이지만 한여름에 그리 유쾌한 일은 아니다.
요즘엔 친환경적 모기 차단법이 각광받고 있다. 모기가 싫어하는 성분을 회향나무 열매 등에서 추출해 만든 방향제를 이용하는 것이다. 암컷 모기가 산란기에 수컷의 접근을 기피하는 특성을 이용한 초음파 기기도 효과를 보인다. 예컨대 ‘모스키토 리펠러’ 같은 휴대용 제품은 초음파와 금속성의 튀는 음을 결합해 모기의 접근을 막는다. 이 기기는 수컷 모기 소리 대역에 속하는 1만8천Hz 안팎의 초음파로 5m가량의 암컷 접근금지 구역을 설정한다.