국내 연구진이 지구온난화의 주범으로 꼽히는 육불화황(SF6)에 대한 표준가스 개발에 성공했다. 이번에 개발된 표준가스의 불확도는 0.008 ppt로 세계기상기구(WMO)의 요구치를 250% 이상 달성하는 세계 최고 수준이다.
한국표준과학연구원(원장 박상열) 가스분석표준센터 임정식 선임연구원 연구팀은 중량법 등의 정밀 제조방법을 이용, 육불화황의 표준가스를 대기 중 농도와 가장 유사한 수준으로 개발했다. 표준가스는 미국국립해양대기국(NOAA)과 WMO에 보급되어 세계 육불화황 온실가스 감축 정책 수립에 기여할 예정이다.
이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 세계적 학술지인 애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry, IF: 6.32)에 10월 게재됐다.
육불화황은 세계적으로 배출량을 규제하는 인공적인 온실가스 중에서도 단연 큰 파급력을 가진다. 대기 중 육불화황은 이산화탄소의 4천만분의 1 수준으로 소량 존재하지만, 지구온난화에는 2만 4천여 배나 큰 영향을 끼치기 때문이다. 여기에 한번 배출되면 3천년 이상 존재하기 때문에 계속 축적된다는 위험성까지 있다.
온실가스 감축 정책에서 가장 필수적인 조건은 정확한 기준을 통해 규제치를 설정하는 것이다. 하지만 육불화황은 다른 온실가스에 비해 워낙 극미량으로 존재하기에 측정이 매우 어려우며, 같은 이유로 가스 측정의 기준이 되는 ‘표준가스’ 의 개발 또한 난제로 남아있었다.
KRISS 임정식 선임연구원 연구팀은 중량법을 기반으로 육불화황과 산소, 질소, 아르곤 등을 각각 합성하여 실제 대기상태를 구현한 표준가스를 개발했다. 여기에 분자분광학, 크로마토그래피, 실린더 자동 중량법 등 KRISS의 독자적인 가스 측정 기술을 총망라함으로써 난제로 남아온 극미량의 가스 분석을 해결하게 되었다.
표준가스는 전 세계 50개 이상의 관측소를 운영 중인 NOAA에 보급되며, 관측 데이터는 WMO에서 온실가스 정책 수립의 기준으로 사용할 예정이다. WMO가 표준가스를 통해 더욱 정확해진 데이터로 지구온난화를 감시할 수 있게 되는 것이다.
이번 연구결과는 그동안 WMO에 보고된 육불화황의 관측치가 실제보다 0.05 ppt~0.1 ppt 낮을 가능성을 시사하고 있다. 거래 대상인 온실가스의 측정치가 달라진다는 점에서 2020년 수천 조 규모로 확대 예정인 탄소배출권 시장에 상당한 영향을 미칠 것으로 전망된다.
임정식 선임연구원은 “표준가스를 통해 온실가스 관측 수준이 향상되어 감축 정책 및 탄소 시장에 기여할 수 있다.”며 “앞으로도 극미량 가스의 표준으로 지구 대기환경을 정확하고 엄격하게 감시하겠다.”고 말했다.
■■■ 용어
1. 표준물질
인류가 할 수 있는 최상위단계의 측정법을 사용하여 특정 성분의 함량 및 불확도가 엄격하게 정해진 물질이다. 흔히 표준물질은 ‘정답이 주어진 연습문제‘에 비유되곤 한다. 시험기관은 자체 보유 장비와 기술로 표준물질(문제)의 성분 함량을 측정한다. 그리고 이를 표준물질에 명시된 실제 함량(답안)과 비교함으로써 시험기관 측정 장비의 교정이나 분석방법의 정확성을 개선시킬 수 있다.
2. 불확도
어떠한 측정값의 불확실성의 정도를 의미하며, 참값이 알려지지 않은 상태에서 분산의 개념으로 접근한다. 참값을 명백히 알고 있을 때 측정값과의 차이를 의미하는 ‘오차’와는 다른 개념이다.
3. 중량법
여러 물질이 혼합된 표준가스를 제조하는 가장 정확한 방법으로 성분 각각의 무게를 측정하여 실시한다. 먼저 순도분석이 이루어진 각각의 원료 가스를 실린더에 주입하고 주입된 가스들의 질량을 정확하게 측정한다. 이를 통해 도출된 가스 질량과 분자량을 이용하여 표준가스를 제조하게 되면 각 성분의 농도와 불확도가 결정된다.
4. WMO(World Meteorological Organization, 세계기상기구)
1950년 기상 관측을 위한 세계의 협력을 목적으로 설립된 유엔의 기상학(날씨와 기후) 전문 기구이다. 각국으로 하여금 기상관측 기관을 설립하고 유지하도록 지원하며, 기상관측의 표준화 및 정보교환 체제를 구성하고 유지한다.
5. NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration, 미국국립해양대기국)
미국 상무부 산하의 정부 기관으로 대기와 해양, 천연자원 등을 연구하고 자연에서 발생하는 위협을 미리 분석해 인간 삶의 질을 향상시킨다는 목적으로 설립되었다. 현재는 지구의 환경 변화와 예견, 국가의 해안과 해양자원 관리 등 폭넓은 연구를 하고 있다.