이미 선진국들 대부분이 지구 대기에 열을 가둬두는 주범인 “온실 가스”인 이산화탄소 방출을 규제해 지구온난화를 억제하겠다고 공언했다. 하지만 2001년 3월 조지 부시 대통령은 이산화탄소 방출 규제를 의무화하는 국제 협정인 교토 의정서 지지를 철회하고 행정부에 다른 방안을 연구하도록 요청했다.
캘거리 대학 석유 화학 공학과의 물리학자이자 경제학자인 케이스는 10년이 넘는 기간동안 지구온난화 억제 전략을 연구해왔다. 이 모임에는 케이스 외에도 핵무기 설계에 상당한 경력이 있는 로렌스 리버모어 국립연구소의 물리학자들도 참석해 지구의 기후를 “지구물리학적”으로 해결하는 아이디어들을 도출해냈다. 이들의 제안중에는 지구 차원의 해결안도 있었다. “이미 본의 아니게 기후를 변화시킨 마당에 우연히 이를 되돌리려 하면 안되는 걸까요?”라고 은퇴한 로렌스 리버모어 물리학자인 마이클 맥크레켄이 묻는다. 그는 이전에 미국의 지구 변화 연구 프로그램에 참여했던 과학자로 이번 모임 개최에도 일조를 했다.
“아마 이번 회의를 유럽 사람들에게 생방송으로 방영했더라면 폭동이 일어났을 겁니다”라고 케이스가 말한다. “이곳에 참석한 일부 리버모어 출신 과학자들은 대부분의 낙관적인 제안들을 비상식적이라고 일축했습니다.” 하지만 현재 전세계에서 점차 더 많은 물리학자와 해양학자,
기후학자들이 지구의 기후를 정교하게 조작하는 기술들을 진지하게 검토하고 있다. 일부 과학자들은 지구에서 멀리 떨어진 곳에서 궤도를 돌며 햇빛을 반사하는 우주 거울같은 행성형 공조 장치나 구름의 밀도를 높여 태양광선 차단을 강화하는 우주선을 만들자고 주장한다. 반면 대기나 자동차, 발전소들로부터 이산화탄소를 채집해 지하에 매장하거나 화학물과 반응시켜 돌로 변환시키자는 과학자들도 있다.
이산화탄소가 오랜 과거부터 인류에게 큰 위협이 된 것은 아니었다. 과거 4,000년 동안 대기중의 이산화탄소 농도는 180-280ppm(1ppm은 공기 분자 100만 개당 이산화탄소 분자의 개수)이었다. 하지만 1800년대 후반 인류가 용광로에서 화석 연료를 태우기 시작하면서 대기중의 이산화탄소 농도는 불과 100년 정도 사이에 280ppm에서 거의 현재 수치에 맞먹는 380ppm으로 급격히 증가했다. 전문가들은 이산화탄소 농도가 2050년쯤에는 금세기 말에 비해 두 배에 달하는 500ppm까지 증가할 것으로 예측한다.
이산화탄소가 증가함에 따라 지구는 점점 더워질 것이다. “이제 문제는 이를 해결하기 위해 인류가 무엇을 할 수 있는가입니다”라고 켄 칼데이라가 말한다. 그 이산화탄소와 물을 고압으로 지하에 주입해 바위로부터 원유를 채굴한다. 이산화탄소 중 일부는 땅속에 남는다. 켄 칼데이라는 로렌스 리버모어의 대기 과학자로 기후 변화 분야의 세계적인 권위자이다. 다음은 현재 고려중인 지구변화 계획들이다.
이산화탄소의 지하 매립
가능성: 10 비용: $$ 위험도: 4
“기회의 도시”인 웨이번 바로 외곽의 사스카체완 남동쪽 모퉁이에는 강철 송유관이 평원을 따라 1,200미터 가량 뻗어 70평방 마일의 유전 가장자리에 맞닿아 있다. 이 지하 동굴 속으로 석유 채굴 기사들이 매일 가압 액화 이산화탄소를 주입한다. 고압의 이산화탄소를 이용해 원유 매립지의 다공성 암석으로부터 원유를 뽑아내고 이산화탄소를 지하에 가두는 두 가지 목적을 달성한다.
이곳은 세계 최대 규모의 이산화탄소 억제 실험장이다. 웨이번 프로젝트라는 이 실험은 2000년 7월 캐나다 원유가스 회사인 엔카나와 캐나다 석유 기술 연구소가 합작해 착수했다. 미 에너지부를 비롯해 열 곳이 넘는 후원사들로부터 모은 1,300만 달러의 자금으로 엔지니어들은 이미 600만톤의 이산화탄소를 주입했는데, 이 양은 가솔린 5억 갤런을 연소할 때 발생하는 이산화탄소량에 해당한다.
시각표 다른 지구물리학 계획들과는 달리 이 방식은 대여섯 가지의 주요 프로젝트들이 이미 진행중이다. MIT 에너지 환경 연구소의 주요 연구 엔지니어인 호워드 허조그는 농축 이산화탄소의 공급 부족이 문제라고 말한다.
대기중에는 이산화탄소가 충분히 떠다니지만 이것을 포착해서 압축해 전송하려면 비용이 든다. 미국과 다른 대부분의 국가들에는 이산화탄소 방출의 주범인 화석 연료 사용 발전시설들에서 이산화탄소를 포착해두도록 하는 법이 없다.
전망 2033년까지 웨이번 프로젝트로 2,500만 톤의 이산화탄소가 저장될 것이다. “1년 동안 680만 대의 자동차가 도로에서 사라지는 것과 같을 겁니다. 이 정도는 소규모 원유층에서의 시험에 불과합니다”라고 프로젝트 매니저인 마이크 모네아가 말한다. 수백만년간 지하에 소금물이 갇혀 고인 대수층은 더 많은 이산화탄소를 함유할 수 있다. 인류는 매년 28기가 톤의 이산화탄소를 대기중으로 방출한다. 지질학자들은 지하 원유층과 대수층이 20만 기간 톤까지 저장할 수 있다고 예측한다.
위험 이산화탄소는 지하로 주입되기 전 밀도와 점성이 극히 높아 기체라기보다는 액체같은 특성을 띠는 초임계 상태로 압축된다. 이 상태로 이산화탄소는 지하에 수천년간 갇혀있게 된다. 위험한 점은 엔지니어들이 원유나 천연가스 탐사 작업 도중 실수로 대수층을 “감압시키는” 경우이다. 이산화탄소가 지하 암반에 난 자연 균열을 통해 서서히 누출되거나 지하실, 또는 저장고에 고일 경우에도 위험해질 수 있다. “만약 이산화탄소로 가득 찬 지하실에 내려가면 냄새도 없고 보이지도 않지만 죽을 수 있습니다.”
대기로부터 이산화탄소를 여과
가능성: 4 비용: $$$ 위험도: 4
클라우스 래크너는 회의론자들에게 익숙해져 있다. 이들은 그가 1999년 3월 석탄과 연료 기술에 관한 한 국제 심포지움에서 주변 공기로부터 이산화탄소를 추출하는 아이디어를 발표한 이후 지금껏 그의 연구를 미심쩍어해 왔다. “참석자들 모두가 전혀 못믿겠다는 표정들이었습니다”라고 컬럼비아 대학 지질공학 센터의 물리학자인 래크너가 회상한다.
그는 끈끈이 종이처럼 작용하는 대형 필터를 건설해 바람에 떠다니는 이산화탄소를 포착하자고 요청했다. 수산화 나트륨이나 수산화 칼슘처럼 이산화탄소와 결합하는 화학물질들이 냉각방지제가 자동차 라디에이터를 순환하듯 다공성 필터를 통해 주입된다.
그 다음 과정에서 이산화탄소와 결합 화학물질이 분리된다. 이 화학물질은 필터를 통해 재순환하는 반면 이산화탄소는 별도 저장되었다가 폐기된다.
시각표 래크너는 애리조나주 턱슨에 글로벌 리서치 테크놀러지사를 설립한 알렌 라이트와 공동으로 연구한다. 라이트는 윈드 스크러버를 개발중이지만 이 프로젝트에 대해서는 일절 함구하고 있다. 그는 완제품이 최소한 2년은 있어야 선보일 것으로 예상하고 있다.
전망 윈드 스크러버는 이산화탄소를 포착하기에 좋은 곳이면 어디든 설치할 수 있기 때문에 운반할 필요가 없다. 래크너는 미국인 1명이 연간 대기중으로 방출하는 평균 이산화탄소량인 25톤 저장용 윈드 스크러버가 대형 플라즈마 스크린 텔레비전 크기의 장치면 충분할 것으로 예상한다. 높이 60미터에 폭이 50미터인 산업용 윈드 스크러버는 연간 9만 톤의 이산화탄소를 걸러낼 것이다.
위험 일부 전문가들은 이산화탄소를 결합 화합물로부터 분리하려면 이 과정 역시 화석 연료로부터 에너지를 얻어야 하기 때문에 쉽지 않을 것이라고 생각한다. “이산화탄소는 공기중에 매우 엷은 상태로 존재하기 때문에 에너지원으로 채취해 사용하기에는 너무 많은 비용이 듭니다”라고 허조그는 말한다.
더구나 인간이 대기중으로 방출하는 이산화탄소를 모두 포획하기 위해서는 애리조나주 정도의 면적을 여과 타워들로 뒤덮어야 한다.
해양의 활용
가능성: 10 비용: $ 위험도: 9
2002년 1월 5일 스크립스 해양 연구소가 운영하는 연구 선박 르벨르호가 뉴질랜드를 출발해 남극대륙을 다른 지역과 분리시켜 놓고 있는 혹한의 거센 바다 남극해로 향했다. 그곳에서 과학자들은 거의 3톤에 달하는 쇳가루를 바다에 쏟아붓고는 대규모 장비들을 동원해 결과를 측정했다.
이 실험의 목적은 해양학자인 존 마틴이 제기한 가설을 검증하는 것이었다. 10년 전 한 강의에서 마틴은 이렇게 주장했다: “내게 상당량의 철을 주면 빙하 시대를 만들 수 있습니다.” 그는 남극해에 광물질과 영양소가 충분한데도 이상하리만치 생물이 적게 산다는 점을 지적했다. 그는 플랑크톤의 성장에 필수적인 철분이 남극해에 부족하다는 결론을 내렸다. 철분을 이곳에 넣으면 이산화탄소를 섭취하는 플랑크톤이 급격히 증가해 지구가 식혀질 거라고 그는 믿었다. 캘리포니아 몬트레이 인근의 모스 랜딩 해양 연구소 소장인 해양학자 케네스 코앨은 남극해 실험대의 책임 과학자였다. 그는 이 프로젝트가 성공해 비교적 소량의 철분만으로도 대규모의 플랑크톤들을 증식시킬 수 있음을 입증했다고 말한다.
시각표 과학자들은 보다 대규모의 실험을 하기에는 심해 환경에 관해 알려진 바가 너무 적다며 우려한다. 10월에 코앨과 다른 과학자들은 뉴질랜드에 모여 국립 과학 재단과 뉴질랜드 국립 수질 대기 연구소, 지구권생물권 국제공동연구계획이 후원하는 회합을 1주일간 가지면서 향후 진행 절차를 결정한다.
전망 철분 이용 증식법은 이산화탄소량을 줄이는 가장 저렴하고 쉬운 방법이다. 철 500g이면 이산화탄소 50톤을 해치울만큼의 플랑크톤을 부화시킬 수 있으리라고 코앨은 추정한다. “이 과정의 효율성이 1%만 되어도 단돈 10센트로 0.5톤의 이산화탄소를 처리하게 됩니다.”
위험 “다른 대양과 먹이사슬에 미칠 영향은 아직 밝혀지지 않았습니다”라고 코앨이 말한다. 한 가지 우려되는 점은 플랑크톤이 급격히 불어나 이산화탄소는 물론 다른 영양분까지 먹어치우는 일입니다. 심해 해류들은 영양분이 풍부한 해수를 남극해로부터 북쪽 지역으로 옮기는데, 이곳의 물고기들은 이 영양분을 먹고 산다. “대기의 이산화탄소를 줄이려고 플랑크톤을 증식하다가 자칫 해양생물들을 굶어 죽게 할 수도 있습니다”라고 코앨이 말한다.
이산화탄소의 암석화
가능성: 7 비용: $$ 위험도: 3
그랜드캐년은 지상 최대의 이산화탄소 저장고이다. 수억년 전 그곳은 광활한 바다로 덮여 있었다. 이산화탄소가 풍부한 해수가 다른 화학물들과 서서히 반응해 탄산칼슘, 혹은 석회암을 형성해 오늘날 협곡 벽을 따라 분홍색 띠를 이루게 되었다.
이산화탄소가 자연적으로 암석화되는 과정은 매우 느리게 진행되지만 애리조나 주립대학 골드워터 재료과학 연구소의 과학자들은 이 과정을 가속화하는 방법을 연구중이다. 마이클 맥켈비와 앤드류 치즈메샤는 손쉽게 구할 수 있고 저렴한 광물인 사문석이나 감람석을 주원료로 이용해 이산화탄소를 석회암과 유사한 탄산 마그네슘으로 변환하는 화학 반응을 촉진시킨다. “광물 탄산화”라는 이 반응이 시작되기 위해 이산화탄소는 압축되어 가열되고, 주원료와 베이킹 소다같은 촉매와 혼합된다.
시각표 수백만 톤의 이산화탄소를 다루는 과정을 촉진하려면 엄청난 양의 사문석이나 감람석이 필요해 단 한 군데의 광물 탄산화 시설에서만 산 한 개 분량이 필요하다. 하지만 “이산화탄소를 탄산화시켜 이 반응의 주원료를 채굴한 곳에 되돌려 놓을 수 있습니다”라고 맥켈비는 말한다.
전망 광물 탄산화는 느린 자연적 과정을 가속화한 데 불과하다. 그랜드캐년의 석회암은 두께가 150미터에 달하는데, “수천년간에 걸쳐 형성되는 동안 아무런 피해도 주지 않았습니다”라고 맥켈비는 말한다.
위험 이 방식으로 이산화탄소 1톤을 없애는 데 약 70달러가 소요되는데, 맥켈비는 이 비용이 너무 높다고 말한다. 게다가 주원료와 이산화탄소를 고온으로 가열해야 한다. “결국 광물의 이산화탄소 제거 과정을 활성화하기 위한 에너지를 공급하려고 화석 연료를 태우는 셈입니다”라고 그가 말한다.
구름의 햇빛 반사율 증대
가능성: 6 비용: $$ 위험도: 7
이 지구온난화 해결책에는 이산화탄소 포획안이 포함되어 있지 않다. 대신 대기권에 진입하는 햇빛을 반사하거나 여과함으로써 열을 줄이는 데 주안점을 둔다.
보통날은 해양의 층적운이 전세계 바다의 1/3을 뒤덮는데, 대부분이 적도 지방이다. 수증기가 먼지나 다른 입자들에 들러붙어 물방울을 형성하면 구름이 형성된다. 미세한 염분 입자들을 구름에 뿌리면 더 많은 물방울들이 형성되어 구름이 더 하얗게 되면서 반사율이 높아진다. 콜로라도 보울더 국립 대기 연구소의 물리학자 존 라탐은 해양 층적운의 반사율을 3% 높일 경우 지구 온난화를 억제할 정도의 햇빛이 반사될 거라고 말한다. “대기권에 진입하는 태양광용 거울처럼 작동할 겁니다”라고 라탐이 설명한다.
라탐과 공동 연구중인 에딘버러 대학의 공학 디자인학과 명예교수 스테판 솔터는 열대 지방에서 GPS로 조종되며 소금을 분출하고 다니는 풍력 보트를 구상하고 있다. “전 풍향에 따라 앞뒤로 움직이는 무인 요트들을 설계중입니다”라고 솔터가 말한다. “이 요트들이 수중으로 프로펠러를 끌어 발생시킨 전기를 이용해 소금을 분출하게 됩니다.” 솔터는 각 보트에 굴둑처럼 보이지만 돛 역할을 하는 18미터 높이의 플레트너 풍통을 설치하려고 한다. 전기 모터로 각 풍통을 회전시키기 시작하면 이것들이 바람을 따라 전방은 약하고 후방은 강한 압력차를 발생시켜 보트가 추진된다. 풍통 꼭대기에서는 추진기가 미세한 소금물 증기를 대기로 뿜어낸다.
시각표 라탐은 1990년도 한 논문에서 이 개념을 처음 제기했다. “곧 사람들 머릿속에서 잊혀졌죠”라고 그가 말한다. 하지만 작년 초 영국에서 MIT와 틴달 기후 변화 조사 연구소가 공동 주최한 한 지구물리학 컨퍼런스에서 그는 이 개념을 다시 제시했다. “처음에는 터무니없는 것으로 간주되었던 많은 아이디어들이 좀 더 지지를 받을 만하다고 여겨지기 시작했습니다. 저희 연구가 바로 그런 부류였죠.” 라탐은 이 컨셉을 실험해 보기 위해 수백만 달러가 필요하다.
전망 이 아이디어의 장점은 쉽게 조절이 가능하다는 점이다. “실험에 착수했다가 역효과가 날 경우 보트들의 전원을 꺼버리면 4~5일 내로 모든 증거가 사라질 겁니다”라고 라탐이 말한다.
위험도 한 가지 우려되는 점은 증발하는 바다 안개에 의해 방출되는 미세한 소금 입자들이 해양 층적운을 형성하는 데는 최적이지만 비구름을 형성하기에는 너무 작다는 것이다. “빗방울이 형성되게 하려면 더 강하게 분출해야 합니다”라고 솔터가 말한다. “그 때문에 가뭄이 심한 지역에서는 이렇게 해도 별 효과가 없습니다.”
햇빛을 반사하는 거울
가능성: 1 비용: $$$$ 위험도: 5
가장 야심찬 계획은 지구와 태양 사이에 초대형 “거울”을 설치해 햇빛을 차단하는 것이다. 이 거울을 제작하기 위해 로렌스 리버모어의 선임 과학자인 물리학자 로웰 우드는 직경이 100만분의 1인치인 알루미늄 실들을 1000분의 1인치 간격으로 엮은 망을 사용하자고 제안한다. “극미세 철사로 짠 창 스크린 같을 겁니다”라고 그가 설명한다. 이 스크린은 사실 햇빛을 차단하는 게 아니라 적외선 중 일부를 걸러내 지구 대기에 도달하지 못하도록 한다.
시각표 이 거울을 10년 넘게 연구해 온 우드는 지구온난화를 막으려는 방법들이 모두 “실패하거나 향후 수십년 이내에 큰 효과가 없을 경우”에만 최후의 수단으로 고려해야 말한다.
전망 일단 설치만 하면 이 거울은 유지비가 거의 들지 않는다. 지구에서 보면 이 거울은 태양 위의 작은 점처럼 보일 것이다. “사람들 눈에는 거의 보이지 않을 겁니다”라고 마이클 맥크레켄이 말한다. 햇빛의 양이 약간 줄어들어도 식물들의 광합성에는 영향을 미치지 않을 것이다.
위험도 우드는 태양 광선을 1퍼센트만 반사시켜도 기후가 안정될 거라고 추정하지만 그렇게 하려면 면적이 60만 평방 마일에 달하는 초대형 거울이나 소형 거울 여러 개가 필요하다. 이런 크기의 물체를 궤도상에 올리려면 엄청난 비용은 물론 기술적 난관도 만만치 않다.
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