기후변화 풀 열쇠는 ‘순환경제’… AI·바이오차로 해법을 찾자 [한국과학기술연구원(KIST) 함께하는 과학 다이브]

기후변화 대응, 새로운 접근법은

지속 가능성의 한계에 부딪혀

플라스틱 빨대·일회용 봉지보다
종이빨대·에코백 더 큰 자원 소비
‘탄소 상쇄 크레디트’도 효과 미미
기업의 ‘그린워싱’ 꼼수로 활용돼
대체재 생산·소비 촉진 지양돼야이산화탄소 감축 머리 맞대야

매년 대기 중 이산화탄소 177억t
‘재생 가능 에너지’는 한국에 불리
재활용 통한 ‘순환경제’ 가장 적합
기후·환경 AI 기술 적극 활용해야
바이오차로 30년간 222억t 감축

기후변화로 인한 극단적인 날씨, 해수면 상승, 대기오염, 생물다양성 감소가 점점 더 심각해지고 있다. 지난 수십 년간 국제기구와 각국 정부, 기업과 시민단체들은 다양한 해결책을 제시해 왔다. 하지만 직설적으로 말하자면 환경 문제의 심각성을 알리는 퍼포먼스로서는 훌륭했지만, 실질적인 효과는 미미할 수밖에 없었다. 대부분 지속 가능성에 한계가 있기 때문이다.

사용 금지된 플라스틱 빨대와 일회용 비닐봉투가 대표적이다. 대체재인 종이빨대와 에코백이 실상 더 많은 자원을 소비한다. 미국 환경보호국(EPA) 분석에 따르면 종이를 생산할 때 배출되는 이산화탄소의 양은 플라스틱 빨대 원료인 폴리프로필렌을 생산할 때보다 5배가 더 많다. 덴마크 환경부는 면 재질 에코백은 7100번, 심지어 유기농 면으로 만든 에코백은 2만 번 이상 재사용하지 않을 경우 오히려 비닐봉투보다 환경에 악영향을 준다며 차라리 비닐봉지를 최대한 많이 재사용할 것을 권하고 있다.

종이컵 대신 권장되는 개인 텀블러도 마찬가지다. 텀블러 생산에 필요한 에너지, 세척할 때마다 필요한 물 사용량을 고려하면 이것 역시 수백 번 넘게 사용해야 환경적으로 이점이 있다. 그러는 사이 대부분의 가정에서는 언제 어디서 사거나 받아 왔는지 모르는 에코백과 텀블러가 처치 곤란한 애물단지로 쌓여 가고 있다.

또한 온실가스 배출 기업이 외부의 온실가스 감축 실적을 사오는 탄소 상쇄 크레디트도 이론적으로는 훌륭한 아이디어이지만, 실제로 환경에 긍정적인 영향을 미치지 않는다. 심지어 기업들이 탄소 배출을 줄이려는 노력보다 친환경 기업으로 위장하는 이른바 ‘그린워싱’의 꼼수로 활용될 가능성이 크다.

물론 일회용품 사용을 줄이려는 개인의 노력은 여전히 중요하다. 기후환경 문제가 목소리보다 행동이 필요한 일이라는 점에서 특히 더 그렇다. 하지만 일시적인 유행이나 트렌드로 또 다른 대체재 생산과 소비를 촉진할 일이 아니라 산업의 방향을 지속적으로 전환하는 것이 효과가 더 클 수밖에 없다는 것은 자명한 일이다.

환경 문제는 눈앞의 현상을 덮는 대증요법으로 해결되지 않는다. 근본적인 원인 제거 아니고는 답이 없다. 기후변화의 가장 근본적인 원인이 인간 활동에서 배출되는 이산화탄소라는 사실은 이제 부정할 수 없는 현실이다. 빌 게이츠의 책 ‘기후 재앙을 피하는 법’에 따르면 전 세계 이산화탄소 배출량의 발생 비중은 제조업 31%, 발전 27%, 식량 생산 19%, 교통 16%, 냉난방 7%의 순이다. 그나마 다행인 것은 지구의 토양과 바다가 이산화탄소 배출량의 약 60%를 흡수한다는 것이다. 하지만 대기 중에 매년 계속해서 추가되는 양이 177억t이다(그림 1).

기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC) 2022년 보고서에 제시된 자료를 바탕으로 현재 기후변화 대응 주요 기술과 정책별 이산화탄소 기대 감축량 및 소요 비용, 환경적 영향 등을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 ‘재생 가능 에너지’로 연간 약 50억~160억t의 감축이 전망된다. 넓은 면적이 필요해서 우리나라에는 불리한 방법이다. 태양광 패널은 제조 과정, 풍력 발전기는 야생 동물에 대한 영향 등 환경적 영향이 적지 않다. 설치 비용이 높고 토지 비용이 점점 많이 든다는 점도 고려 사항이다.

‘에너지 효율화’ 부문의 감축량 기대치는 연간 20억~45억t이다. 기존에 잘 발달한 인프라를 그대로 사용할 수 있으므로 별도의 설치 공간이 필요 없고 환경적 영향도 적다는 게 장점이다.

‘전기차 및 친환경 교통’에 의한 감축량은 연간 최대 30억t으로 예상된다. 소요 비용은 중간 정도. 특히 전기차는 내연기관차에 비해 환경적 영향이 확실히 긍정적이다. 그러나 배터리 생산과 폐기에 따른 환경적 영향을 잘 살펴야 할 필요가 있다.

‘탄소 포집 및 저장(CCS)’ 기술의 감축량은 연간 약 10억t이다. 기대만큼 효과가 크지 않고, 에너지 소비가 많다. 특히 탄소를 포집해 저장하는 시설의 장기적인 안전 문제 해결과 이에 따른 지역사회의 수용성이 가장 큰 걸림돌이다.

‘산림 복원’은 감축량도 연간 40억~150억t으로 상당히 크며, 소요 비용도 낮아서 기대가 크다. 그러나 아쉽게도 이미 산과 숲이 많은 우리나라에서는 새로운 산림 확보가 어려운 만큼 이산화탄소를 더 많이 흡수할 수 있는 수종 교체가 필요하다고 한다.

‘농업’ 부문에서의 최대 감축량은 55억t이며, 소요 비용은 중간 정도다. 대규모 재배를 위한 농지가 필요하다는 점, 생물다양성 부문에서 우려가 있다.

이렇게 모두를 합하면 연간 전체 감축량이 135억~450억t이라고 한다. 이 정도면 매년 대기 중에 추가되는 이산화탄소 177억t에 상당히 근접하지만 모두 실행이 될 거라고 기대하기는 어렵다. 여전히 경제체제 변화, 지역사회 중심의 접근, 개인의 행동 변화를 모두 아우를 새로운 접근법이 절실하다.

새로운 접근법으로, 순환경제는 제품의 수명 연장과 재사용, 재활용을 촉진해 자원 사용을 최소화하는 모델이다. 그렇지만 현재의 경제는 자원을 추출하고 소비한 뒤 폐기하는 선형경제 방식이다. 예를 들어 네덜란드 정부는 건물 해체 시 발생하는 폐기물을 새로운 건축 자재로 재활용하는 등의 방안을 통해 순환경제를 적극적으로 추진하고 있다(그림 2).

순환경제를 위해 우리나라가 도입할 수 있는 기술로 기후·환경 인공지능(AI) 기술을 꼽을 수 있다. 이 기술은 에너지 효율화, 대기오염 방지, 재활용, 농업 등에 큰 잠재력이 있다. 예를 들면 AI 스마트 그리드 시스템을 통해 전력 수요를 예측하고 에너지 공급을 최적화하며 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 농업에서도 AI 기반의 스마트 관개 시스템은 토양 습도와 날씨 데이터를 분석, 필요한 양의 물을 적시 공급해 사용량을 줄이고 농작물의 생산성을 높일 수 있다. 또한 병충해 발생을 예측하고 새로운 방제 방법을 제안해 환경을 보호한다(그림 3).

AI 기반의 드론과 센서 네트워크를 활용해 대기오염 데이터를 실시간으로 수집하고 분석함으로써 산업 활동과 교통량을 조절하게 될 것이다. AI 기반의 로봇은 폐기물 처리장에서 재활용 가능한 물질을 자동으로 분류해 재활용률을 향상시키고 처리 비용을 절감하는 데 효과적이다.

아직 널리 알려진 기술은 아니지만, 대기 중의 이산화탄소를 제거하고 저장하는 혁신적인 기술로 ‘바이오차’가 주목받고 있다. 바이오차는 에너지원으로 활용되는 식물, 동물, 미생물 등의 생물유기체를 통칭하는 바이오매스(biomass)와 숯을 뜻하는 차콜(charcoal)의 합성어로, 바이오매스에서 생성된 고탄소의 고형물을 가리킨다. 일반적으로 공기가 차단된 상태에서 목재를 ‘탄화’해 만들어지는 숯과 유사하게 버려지는 유기물을 산소가 없는 상태에서 고온으로 가열하면 유기물질은 열분해 과정을 거쳐 탄소 함량이 높은 고형물인 바이오차가 된다(그림 4).

바이오차는 기후변화 완화, 토양 개선, 폐기물 문제 해결이라는 세 가지 역할을 동시에 할 수 있다. 연간 약 2억t의 바이오차를 토양이나 폐광산에 저장할 경우 감축 가능한 이산화탄소의 양은 7억 4000만t으로 계산된다. 2020년을 기점으로 2050년까지 30년간 총감축량은 약 222억t에 달할 수 있다. 이는 기후변화 완화에 매우 중요하게 기여할 수 있다.

바이오차를 토양에 주입하면 작물 생장을 촉진하고 농업 생산성을 향상시킬 수 있다. 질소와 인 같은 영양분의 손실을 막고 토양의 산성화를 방지하며, 미생물의 성장을 촉진하는 효과가 있다. 바이오차를 활용해 인도 건조 지역의 토양을 개선하고 작물 생산성을 높이며 물 사용량을 줄이는 데 성공한 사례가 있다. 미국 시애틀에서도 공원과 녹지에 바이오차를 사용해 토양의 질을 개선하고 나무의 생장을 촉진하는 프로젝트가 진행되고 있다. 즉 폐목재, 농업 부산물, 가축 분뇨, 음식 쓰레기 등 폐기물 문제 해결도 바이오차의 중요한 역할이다.

기후변화와 환경 문제는 지금 당장 해결해야 하는 시급한 과제다. 이제는 환경 문제 해결을 위한 새로운 접근법에 대한 안목을 키워야 한다. 왜 기존의 해결책으로는 불충분한지, 어떤 새로운 접근법이 필요한지를 분석하고 앞으로 나아가야 할 방향을 결정해야 한다. 이를 위해 혁신적인 사고와 과감한 투자가 필요하다는 점을 잊지 말아야 한다. 정부가 변화를 주도하되 중요한 기술적 결정은 전문가들의 깊이 있는 검토를 거치도록 해야 한다. 비전문가인 정치인, 국회가 지나치게 개입해서는 안 된다. 이해당사자인 기업의 개입도 결국 부작용을 초래할 수밖에 없다. 따라서 정부와 전문가, 이해관계자 간의 협력이 필수적이다. 이를 통해 지속 가능한 미래를 만들어 가야 한다.

■정종수 책임연구원은

40년간 한국과학기술연구원(KIST)에서 근무하며 기후환경 분야 연구와 기술 상용화, 기술이전, 연구 행정, 창업까지 모든 단계를 경험해 ‘육각형 과학자’로 통한다. 과학 강연을 통해 대중에게 과학 지식을 효과적으로 전달하는 과학 커뮤니케이터로도 활동하고 있다.

정종수 KIST 지속가능환경연구단 책임연구원

정종수 KIST 지속가능환경연구단 책임연구원