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공기를 정화하라.
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  • 파퓰러사이언스
  • 승인 2021.01.07 17:28
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이제까지 몰랐던 메탄 방출원을 발견할 수 있는 신세대 위성들, 기후 변화에 맞서는 최첨단 병기다.

2019 1 13, 투르크메니스탄의 진흙 화산이 배출하는 온실 가스를 측정하던 위성 <클레어> 뜻밖의 발견을 했다. 화산 정상 바로 남쪽 지역에서 엄청난 양의 메탄 가스가 화산의 화염 속으로 섞이고 있었던 것이다. 전자렌지만한 <클레어> 운용사인 몬트리올 소재 기업 ‘GHG 최고경영자이자 공동설립자인 스테판 제르맹은믿어지지 않을 만큼 많은 양이었다 말했다. 메탄 가스의 출처가 궁금했던 제르맹과 동료들은 현장 사진을 분석한 결과 가스 시설 <코르페제> 출처임을 알아냈다. 정확하게 말하면 파이프라인인 같았다.

회사는 외교 통로를 통해 정보를 투르크메니스탄 정부에 전달했다. 그리고 개월 코르페제 상공에 위성을 띄워 보니, 메탄은 이상 보이지 않았다. 그들은 현장의 관리자들이 기밀성이 좋지 않았던 장비를 수리한 것으로 추정했다.

드러냈다. 수수께끼는 메탄의 출처를 정확히 알아내는 것이다. 메탄은 강력한 온실 가스로, 지난 70년간 대기 농도가 거의 배가 되었다.

환경 전문가들과 정책 결정자들은 지난 수십년 동안 기후 변화의 주원인으로 이산화탄소를 주목하고 있다. 이산화탄소는 가장 흔한 온실 가스이기는 하다. 지금으로부터 40 , 과학자들은 이산화탄소 농도 증가를 경고했다. 때만 해도 교통, 에너지 이산화탄소 배출을 규제하면, 늦지 않게 기후 변화를 잡을 있을 같았다. 그래서 관계 당국이 자동차의 연비를 더욱 높이고, 이산화탄소를 마구 배출하던 기업에 제재를 가하고, 이산화탄소 배출 감소를 유도하면 문제 없을 알았다. 그러나 퀘벡, 캘리포니아, 유럽에 설치된 탄소배출권 거래 시장, 그리고 2015 파리 기후 협정은 지구 온난화를 막는 역부족이었다. 오스트레일리아의 산불과 휴스턴의 홍수만 봐도 그것을 확실히 있다. 2020 6월까지 가스 석유 대기업 쉘에서 대기 관찰 주임 과학자를 맡았던 물리학자 허스트는파리 협정의 목표를 시간 내에 완수하려면 더욱 빨리 움직여야 한다 말한다.

이렇듯 시간이 없기 때문에 메탄, CH4 단시간 내에 해결해야 가장 중요한 표적으로 부상하고 있다. 이산화탄소는 대기 중에서 100 이상을 잔존한다. 때문에 지금 이산화탄소 배출량을 줄여봤자 효과는 적어도 서기 2,100년이 지나야 나타난다. 반면 메탄은 10년만 놔둬도 분해되기 시작한다. 그러나 대기 중에 방출된 20여년간의 온실 가스 효과는 이산화탄소의 84배에 이른다. 때문에 메탄을 잡으면 그레타 툰베리가 박사 학위를 따기 전에 기후 변화를 저지할 있다. 때문에 미국 국립 해양대기청 탄소 순환단의 연구 과학자 가브리엘 페트론은산업계의 메탄 배출을 크게 줄이거나 없애는 것이야말로, 기후 변화를 막는 가장 쉬운 선택이라고 말한다.

2009년부터 인공위성(NASA 운용 위성 포함)들은 기후 모델링을 위해 세계의 온실 가스들의 양을 측정하기 시작했다. 그러나 위성들은 지구 전체의 온실 가스 농도를 측정하기 위해 설계된 것이지, 온실 가스의 출처를 알아내라고 설계된 아니다. 투르크메니스탄의 가스 밸브에서 가스가 새는지 여부를 수가 없단 말이다. <클레어> 그런 임무에 특화된 신세대의 더욱 작고 저렴한 인공위성이다. 이런 위성들은 현재 운용 중이며, 완성되어 발사 대기 중이거나 설계 중인 것도 많다. 최신형일수록 고해상도 장비를 탑재하여, 메탄 배출원을 더욱 정확히 특정할 있다.

물론 메탄의 분류에는 다른 방법들도 있다. 불과 3 전에는 메탄 가스 탐지기를 천장에 실은 차를 타고 다니는 것도 최첨단 기술로 인정받았다. 그러나 자동차의 속도는 제한되어 있다. 때문에 오염원으로 의심되는 대상이 가까이 있을 때만 있다. 그리고 그나마도 대상의 허가를 얻어야 측정 가능한 경우가 많다. 자동차보다는 비행기와 열기구의 탐지범위가 넓다. 그러나 이것으로도 탐지 가능한 범위는 한계가 있다. 그리고 변화 상태를 보려고 비행을 시키면 시킬수록, 그만큼 비싼 운용 비용을 감당해야 한다. 반면 인공위성은 운용비 없이도 매일 지구 주위를 돌고 있다.

<클레어> 국제 프로젝트다. 토론토 대학 우주비행 연구소에서 설계 제작했다. 발사는 인도 우주연구기구가 2016 6 첸나이(인도 동남해안도시) 인근 발사장에서 실시했다. 발사에 사용된 로켓은 무게 353, 길이 44m 규모로, 한꺼번에 20대의 위성을 실어날랐다. 위성들은 지구 전체는 물론 특정 장소의 사진을 찍고, 지도를 작성하며, 온도를 측정하는 임무를 맡았다. 가장 높은 곳에서 실시되는 원격 탐지 임무인 것이다.

여기에서 지구의 1/3바퀴(13,300km) 떨어진 토론토의 우주비행 연구소에서는 전자공학 전문가이자 소프트웨어 개발자인 다니엘 케케즈가 초조한 눈빛으로 발사 실황 방송을 보고 있었다. 그는 <클레어> 취역 절차 책임자였다. 취역 절차란 에너지 공급 임무 시작에 필요한 절차다. 인도에서는 발사장의 대략의 위치를 알려주었다. 그러나 케케즈는 공식명칭이 <D> <클레어> 통신하기 위해, 위성이 토론토 상공을 지나갈 때까지 기다려야 했다. <클레어> 합법적으로 통신할 있는 통신소는 그곳 토론토에만 있었기 때문이다. “우리는 위성이 응답해 주기만을 바라며, 무조건 전파를 송신했다.” 시도에서 정상 작동했다.

그리고 <클레어> 제대로 일을 하는지 시간이 왔다. 이후 수주간 <클레어> 석탄 광산, 가스 시설 메탄 배출량이 이미 알려진 배출원 상공을 지나갈 때마다 케케즈는 동료들과 함께 측정 기기에 매달려 살면서 장비들이 제대로 작동하는지를 확인했다.

<클레어> 이미징 분광기를 사용해 메탄을 측정한다. 이미징 분광기는 비가시광선의 파장을 잡아내는 카메라다. 위성에 탑재된 이미징 분광기는 태양에서 나와 지구에 반사되는 자외선, 근적외선, 단파장 적외선을 측정할 있다. 기체마다 흡수하는 빛의 파장이 다르기 때문에 연구자들은 분광기에 잡히는 특정 대역의 신호를 보고 특정 지역의 메탄, 이산화탄소의 농도를 있다. 단파장 적외선은 메탄의 농도를 나타낸다. 물론 혼동을 일으키는 요소는 얼마든지 있다. 예를 들어 사하라 사막의 반사율은 다른 곳보다 높다. 때문에 비숙련자의 눈에는 북아프리카에 알제리, 리비아의 메탄 생산량을 아득히 초월하는 거대한 메탄 구름이 있는 것처럼 보인다. 에어로졸도 문제다. 에어로졸은 공기 구름 속에 떠있는 작은 고체 또는 액체 입자다. 연구자들은 에어로졸과 메탄을 구분할 방법을 알기 위해 근적외선 대역을 연구하고 있다.

메탄 측정 사례는 갈수록 늘고 있다. 2020 2 <네이처> 지에 실린 논문에 따르면, 로체스터 대학의 과학자 벤저민 흐미엘은 산업 혁명 이래 대기중 메탄 농도가 10배로 증가했음에도 불구하고 환경과학자들과 대기화학자들이 사실을 놓쳤다는 점을 알아냈다. 메탄의 급속한 증가 원인을 알기 위한 연구는 현재도 진행 중이다. 지구 대기의 메탄 처리 방식이 바뀌어서였을 수도 있고, 인간의 활동(석유 가스 생산 ) 때문일 수도 있다. 파리에 있는 정부간 기구인 국제 에너지 기구에 따르면, 메탄이라는 불확실한 문제를 줄이려면 데이터 투명성을 지속적으로 개선해 나가는 수밖에는 없다. GHG샛을 비롯한 여러 사람들은 바로 일을 하고 있다.

메탄에 대해 확실한 것도 있다. 동안 에너지 업계가 자신들의 메탄 배출량을 잘못 계산했다는 것이다. 대기 관찰 전문가 허스트는누구도 쓸데 없다고 여기는 것을 측정하는 돈을 쓰려 하지 않는다 말한다. 물론 기업에서는 배출하는 가스의 대략적인 양을 발표한다. 그러나 허스트는 수치가 현실과 동떨어졌다고 본다. 대부분의 기업들은 누출 등의 일시적인 현상으로 인한 배출량은 계산에 넣지 않기 때문이다.

충분한 시간과 인원을 투입해 관찰한 결과, 세계 최대의 석유 생산국인 미국의 석유 가스 산업의 메탄 배출량은 업계나 오바마 행정부 시절의 EPA(미국 환경보호청) 계산을 훨씬 뛰어넘는다는 사실이 밝혀졌다. 2018 <사이언스> 지에 실린 연구 결과에 따르면 무려 60% 많았다. 생산 활동 중에 발생되는 메탄에 대해 엄격한 규제 과세 기준을 적용하는 국가는 세계에 노르웨이 뿐이다. 때문에 미국 외의 다른 나라의 석유 가스 기업들이라고 메탄 배출량을 제대로 계산한다고 근거는 전혀 없다. 2020 4 <사이언스 어드밴시즈> 지에 실린 보고서에 따르면, 미국의 텍사스 주와 멕시코 주에 걸쳐 있는 이첩기 분지에 위치한 유전 가스전 7,000여개야말로 가장 거대한 메탄 배출원이라고 한다. 연간 280 톤이다. 보고서의 공동 저자인 수드한슈 판데이(SRON 네덜란드 우주 연구소의 대기 과학자) 유럽 우주 기구 위성이 획득한 메탄 데이터를 분석한 이렇게 말했다. “현재 메탄 배출량은 예상치에 비해 이상이다.”

발사 점검 중인 <클레어>. 이미징 분광기로 메탄을 측정한다.

투르크메니스탄에서 뜻밖의 발견을 하던 <클레어> 기존에 알려진 메탄 배출원인 그곳의 진흙 화산 상공을 날면서 분광기를 실험하고 있었다. GHG샛은 종종 이런 메탄 배출원을 측정하여 측정 장비의 감도를 점검한다. <클레어> 예전에도 화산에 와본 적이 있다. <클레어> 촬영한 사진 언저리에는 구름 무늬가 나왔다. 위성 조작사들은 처음에 이를 단순한 왜곡 현상이라고 생각했다. 데이터 판독을 방해하는 잡신호, 지면 반사율의 차이나 에어로졸 등으로 치부한 것이었다. 그러나 자세히 들여다 보니 잡신호가 아니었다. 그래서 이들은 유럽 우주 기구의 관측 장비인 트로포미로도 이번 발견을 입증할 있는지 알아보기로 했다.

트로포미는 ESA 위성에 실린 온실 가스 측정용 분광기다. 지구 표면을 촬영하여 대기 메탄의 양을 측정한다. 화각은 뉴욕에서부터 덴버까지 컷에 잡을 있는 정도다. 맨하탄의 블록 1,000개가 화소 개에 담긴다. 대기 농도가 높아진 메탄을 관측하기에 매우 적합한 성능이다. 메탄은 바람 메탄의 배출원과는 직접 상관이 없는 원인 때문에 곳에 모일 있다. 트로포미와는 대조적으로, 클레어의 화각은 프란시스코 시내 정도고, 화소 하나에 담기는 면적은 일반적인 수퍼마켓 면적도 된다. 따라서 트로포미와는 달리 클레어는 메탄의 누출 장소를 특정하기에 적합한 성능을 지녔다고 있다. 유럽 우주 기구는 예전에는 GHG샛과 협업한 적이 없었으나, 이미지 구름 무늬에 대한 자체 데이터를 기꺼이 찾아 주었다. 제르맹의 예상 대로 트로포미는 투르크메니스탄에서 신호를 잡아냈다. 기록된 중에서는 사상 최대 규모였다. 예전의 사상 최대 기록인 2015 캘리포니아 앨리소 계곡 천연 가스 저장 시설 사고 때보다도 절반 가량 컸다.

제르맹의 동료들은 현지를 촬영한 위성 사진들을 관찰했다. 결과 현지의 에너지 시설이 있는 곳과 메탄 구름의 위치가 겹친다는 사실을 알아냈다. 에너지 시설들은 천연 가스를 압축해, 파이프라인을 통해 정제소로 이송하는 곳이었다. 경고를 받은 에너지 시설에서는 이후 메탄이 배출되지 않았다. 소련 공화국 치고는 이례적인 행보였다. 국제 인권 감시 기구의 말에 따르면 독립적 감시 결과에 대해 사실상 귀를 닫고 있는 국가였다. 또한 누구에게도 책임을 지고 있지 않은 국영 가스 회사를 보유하고 있는 나라였다.

이렇게 메탄 누출은 드물다. 또한 매우 영향을 몰고 온다. 2016 <환경 과학 기술(Environmental Science & Technology)>지에 게재된 연구에 따르면 메탄 누출 사고 건수 불과 5%만이 전체 메탄 유출량 절반을 차지한다고 한다. 제르맹에 따르면 5% 부실한 밸브 등에서 일어나는 누출이라고 한다. 미국이 보유한 석유 가스 시설만 해도 100 개나 된다. 이들 시설들에는 밸브가 개당 수백~수천 개는 있을 것이다. 5%만이 누출이 일어나는 부실 밸브라고 해도, 지상에서는 너무 많아 위치를 특정할 수도, 감시를 수도 없다.

현재 GHG샛과 ESA 협력하여 가스 누출 장소를 탐색하고 있다. 트로포미 운영 팀이 너무 많은 메탄을 발견하면 GHG샛에게 확인해 것을 지시한다. 화각이 훨씬 좁은 <클레어> ESA 탐지한 고농도의 장소를 더욱 자세히 살펴볼 있다. 지상의 조작사들은 <클레어>에서 보내온 이미지 분광 기록을 받아서 가스 구름이 있는 곳에 바람의 속도와 방향이 주는 영향을 계산한다. 제르맹은 투르크메니스탄 이후또다른 여러 메탄 배출원을 찾았으며 이들의 메탄 배출량을 줄이기 위해 조작사들과 협업하고 있다 말한다.

<클레어> 같은 위성들은 얼마든지 있다. GHG샛은 2020 9 <아이리스> 위성을 발사할 예정이다. 가스 배출 위치를 <클레어> 1/10 크기로 정확히 특정할 있다. 환경 안보 펀드 역시 자체 위성인 <메탄 SAT> 기획하고 있다. 위성은 화각은 트로포미의 1/10 정도이지만 정밀도는 전례 없을 뛰어나다. 2022 발사 예정인 위성은 매주 전세계의 석유 가스 생산 시설 80% 점검한다. 독일과 프랑스는 공동 프로젝트 <멀린> 진행하고 있다. 2024 발사 예정인 프로젝트에서는 라이다를 사용한다. 라이다는 자율주행자동차에서 레이더 노릇을 하는 기기로 유명하다. 다만 차이점이라면 레이더가 전파를 사용하는데 라이더는 빛을 사용한다는 것이다. <멀린> 라이다를 사용하여 구름을 뚫고 수증기와 지면 반사로부터 메탄을 구분할 것이다. 뉴욕시에 소재한 기업 블루필드 사는 2023년부터 <클레어>보다 작은 위성 10대를 무리지어 운용할 계획이다. 이들은 기존 위성들보다 더욱 민감한 분광 기술로 메탄을 측정할 것이다. 미국은 지난 2001 공화당 행정부가 심우주 기후 관측소 계획을 동결, 발사를 10 넘게 지연시킨 이후 기후 원격 관측의 후진국이었다.

위성들 일부는 파리 협약 조인국 정부에도 서비스를 제공할 것이다. 나머지 일부는 온실 가스 배출량을 줄여 탄소배출권 구매를 줄이고자 하는 석유 가스 기업에도 데이터를 전달할 것이다. 기업들은 소비자들에게 보이는 이미지를 개선하고 싶어한다. 또는 메탄을 포집해 에너지로 판매할 가치가 있다고 판단했는지도 모른다. 미국 발전량 38% 책임지고 있는 천연 가스는 사실상 모두 메탄이다.

<사이언스> 지에 게재된 추산치에 따르면 누출되는 메탄 가스의 경제적 가치는 2 달러에 달한다. 2020 6, 독립 연구단인 에너지 경제 금융 분석 연구소의 보고서에 따르면 텍사스의 석유 회사들이 2018 누출시켜 버린 메탄의 경제적 가치는 7 4900 달러에 달한다. 문제를 담당하는 주의 규제 당국인 텍사스 철도 위원회는 대책을 취하기로 했다. 실제로 국제 에너지 기구에 따르면 세계의 산업계는 메탄의 누출량을 75% 줄일 있다고 한다. 1/3 순비용이 들지 않는다. 누출되지 않은 메탄을 회수해 팔면 되기 때문이다.

메탄이 배출되는 곳이 누구의 어디인지를 알았다면, 데이터를 가지고 해야 할까? 전용 배출권 제도를 도입하는 것도 방법일 있다. 물론 유럽 연합은 여러 온실 가스 배출권 제도를 운용하고 있으나, 메탄 배출권은 없다. 캘리포니아와 퀘백은 메탄을 <이산화탄소 상당 물질> 여기고 있다. EU 메탄을 일산화탄소, 플루오르카본과 동일하게 취급하고 있다. 그러나 런던 제국 대학의 지속 가능 가스 연구소의 소장 아담 호크스는 2018 논문에서 메탄을 다른 가스와 동일하게 보는 것은 타당치 않다고 밝혔다. 메탄은 단기간에 걸친 지구 온난화 효과가 엄청나기 때문이다.

전직 헤지펀드 거래인이자 현재는 네덜란드 은행 ABN 암로에서 금융시장 운영 위험 관리 업무를 하고 있는 한스 스테게후이스는 문제에 대해 자신만의 견해가 있다. EU 현재 운영하고 있는 배출권 제도를 모방하되, 그가 발견한 문제들을 개선한 메탄 거래 체계가 그것이다. 스테게후이스에 따르면 문제들 번째는 우선 배출권의 과잉 공급이다. 과잉 공급되면 가격도 떨어지고, 그러면 가스 배출을 줄여야 동기도 사라진다는 것이다. 또한 그는 국가에 따라 메탄 배출량 추산 방법이 다른 역시 문제로 지적했다. 예를 들어 영국의 어느 쓰레기 매립지의 메탄 배출량은 적어도 서류상으로는 독일의 매립지에 비해 1/10밖에 된다. 사실이라면 기적에 가깝다. 스테게후이스의 체계는 배출권의 공급을 줄여 번째 문제를 해결했다. 그리고 번째 문제는 위성으로 해결했다. 인공위성만 있으면 누가 무엇을 얼마나 배출하는지 있기 때문이다. 그는 초과 징수된 벌금을 가지고 메탄 경감 기술 개발을 돕는 펀드도 구상하고 있다.

시카고 대학 로스쿨의 경제학자이자, 탄소 배출권 거래 시장을 처음 리처드 샌더도 스테게후이스와 비슷한 방법을 제시한다. 그러나 새로운 금융 시장이 만들어지려면 아이디어만 가지고서는 된다. “10 이상의 시간이 필요하다. 시간 동안 신뢰성을 높이고, 사용자를 교육하고, 시장의 속성에 대한 의견 일치를 봐야 한다 그는 말한다.

스테판 제르맹이 GHG샛을 구상했을 , 에너지 기업들에 100 이상 투자를 권유하고서야 자신의 벤처가 고객을 찾을 있겠다는 생각이 들었다고 한다. 쉘사는 장차 15년간 가스 배출을 20% 줄이기로 하고, GHG샛을 고용했다. BP 주요 처리장에 메탄 측정 장치를 추가하고, 제품 부피당 메탄 배출량을 절반으로 줄이기로 약속했다. 엑슨모바일, 쉐브론 등의 주식을 가진 환경운동가들은 온실 가스 감축에 목소리를 높이고 있다. 따라서 이들은 석유 회사로부터 환경 문제에 대한 많은 양보를 얻어낼 것이다. 사우디의 국영 석유 기업인 아람코는 2019 주식을 공개 상장했다. 회사 역시 주주들로부터 환경에 대한 압박을 받게 것이다.

대기 관찰 전문가인 허스트는 가스 누출을 탐지하는 첨단 관측 위성들이야말로 이러한 움직임의 원인 일부는 거라고 보고 있다. “위성 덕택에 내로 배출원들이 얼마나 나쁜지를 있을 것이다. 갈수록 더욱 민감해지고 있다. 그리고 대응을 요하는 가스 배출원들이 많이 발견될 것이다.”

누구나 메탄 배출원의 위치를 나타낼 있고, 규제 당국이 메탄 배출량을 알아내어 책임자에게 책임을 묻게 되는 날이 오면, 과거처럼 대기를 메탄으로 오염시키면서 사업을 수는 없다는 것이 분명해질 것이다.

 

 

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