사물의 풍경

자연과 문화 그리고 과학기술의 교차로에서 바라보는 사물/객체의 풍경

우고 바르디: 오늘의 에세이-탄소 연소의 궁극적 한계

댓글 0

카테고리 없음

2015. 4. 19.

 

탄소 연소의 궁극적 한계

The ultimate limits to carbon burning

 

―― 우고 바르디(Ugo Bardi)

 

지난 몇 년 동안, 미합중국에서 이루어진 "셰일 가스"와 "셰일 석유"의 개발은 매체권에서 널리 퍼진 낙관주의의 물결을 일으켰다. 이런 새로운 자원이 제공하는 "풍요의 세기" 또는 심지어 "세기들"에 관한 이야기를 듣는 것은 일상적이었다. 그렇지만, 최근에 석유 시장이 붕괴함으로써 이런 주장들은 네스 호 괴물을 목격했다는 주장들과 같은 식으로 사라져버린 듯 보인다. 그런데 여전히 제기되어야 할 의문이 있다. 우리가 연소시킬 수 있는 것의 한계는 정확히 무엇인가? 우리는 정말 수 세기 동안 계속해서 연소시킬 수 있을 것인가? 또는, 아마도, 수천 년 이상도 가능할 것인가?

 

최소한 크기 정도의 견지에서 계산을 할 수 있는지 살펴보자. 첫 번째 의문은 지구에 존재하는 화석 탄소의 양이다. 화석 탄소의 총량은 대략 1.5×10^{16}톤(미터법 톤)인데, 화석 연료(가스, 석유 그리고 석탄)를 형성하는 전구체 유기 물질의 분해 생성물인 케로젠(kerogen)의 형태로 주로 존재한다.

 

그것은 많은 탄소인 듯 보이는데, 특히 이 숫자를 오늘날 우리가 연소시키고 있는 양과 비교하면 그렇다. CDIAC(이산화탄소 정보 분석 센터)의 보도 자료에 따르면 2013년에 화석 연료 연소(가스+석유+석탄)의 결과로서 9.2×10^9톤의 탄소가 이산화탄소로 변환되었다. 크기 정도를 추정하면, 이런 속도로 우리는 화석 연료가 정말로 고갈되기 전에 백 만 년 이상 동안 계속해서 연소시킬 수 있을 것이다.

 

그런데, 명백히 그것은 가능하지 않다. 간단히 말해서, 현존하는 모든 화석 탄소를 연소시킬 만큼 충분한 산소가 대기 중에 존재하지 않는다. 자유 산소의 총량은 대략 1.2×10^{15}톤 또는 3.7×10^{19}몰 정도인 것으로 추정된다. 일 몰의 산소 분자는 정확히 일 몰의 탄소와 반응하여 이산화탄소를 형성할 것이고, 탄소 1.5×10^{16}톤는 1.25×10^{21}몰에 해당하기 때문에 당연히 현존하는 화석 탄소의 대략 1% 이상을 연소시키지 못할 것이다. 백 만 년 대신에 대략 10,000년으로 줄어들게 된다.

 

그런데, 물론, 1%의 탄소를 연소시키는 것은 대기의 모든 산소를 소진시키는 것을 의미할 것이고, 그래서 얼마나 많은 화석 연료가 필요하더라도 그것은 우리에게 나쁠 것이다. 실제로 우리는 몇 퍼센트 이상의 대기 산소를 소진시킬 수 없다. 그렇게 하지 않는다면 인간의 건강과 전체 생태권에 미치는 영향은 재앙적일 것이다. 아무도 확신할 수 없을 것이지만, 예컨대 5% 감소는 여전히 안전하다고 기꺼이 추측하자. 그것은, 우리가 질식 증상을 느끼기 시작하기 전에 계속 연소시킬 수 있는 기간이 겨우 500년 정도라는 점을 의미한다. 그런데 이야기는 여기서 끝나지 않는다.

 

지금까지 우리는 화석 탄소를 전부 연소시킬 수 있을 것처럼 화석 탄소의 총량의 견지에서 추리했다. 그런데 정말 그러한가? 이런 탄소의 주요 성분인 케로젠은 산소와 결합하여 약간의 열을 산출할 수 있지만 연료로 거의 간주될 수 없는데, 그것의 채굴 비용이 매우 비싸고 순 에너지 수익율이 그다지 높지 않거나 심지어 음의 값을 나타내기 때문이다. 1997년에 로그너(Rogner)는 연료로서 잠재적으로 사용 가능한 탄소 자원에 대한 방대한 조사를 수행했다. 이 보고서의 149쪽에서 우리는 9.8×10^{11}톤의 탄소 "매장량"(reserves)과 5.5×10^{12}톤에 이르는 탄소 "자원량"(resources)의 총량 추정치를 찾아볼 수 있는데, 탄소 자원량은 현재 가격으로는 경제적으로 활용할 수 없는 것으로 규정된다. 탄소의 가능한 총량은 1.5×10^{13}톤이라는 "추가 발생들"이 보고되고 있지만, 그것은 상당히 무모한 추정치이다. 입증된 매장량에 한정한다면, 우리는 대략 년간 1×10^{10}톤을 연소시키는 현재 속도로 대략 일 세기 동안 탄소를 연소시킬 수 있을 것이다.

 

그런데 아직 끝나지 않았다. 이제는 이산화탄소에 의해 초래되는 온실 효과의 증가가 지구 기후의 비가역적 변화를 일으키기 전에 얼마나 많은 탄소가 산소와 결합될 수 있는지 고려할 필요가 있다. 기후 파국의 '티핑 포인트'는 흔히 섭씨 2도의 온도 상승에 해당하는 것으로 추정되며, 그리고 그것을 넘어서지 않기 위해서는 대기 중에 대략 10^{12}톤 이상의 이산화탄소를 배출하지 말아야 한다. 그것은 3.7×10^{11}톤의 탄소에 해당한다. 이것은 로그너의 전지구적 매장량 추정치의 대략 1/3에 해당한다. 그래서, 여기서 우리는 결코 일 세기가 아니라 대략 삼사십 년 동안만 탄소를 연소시킬 수 있을 뿐이다(그리고 우리가 여전히 파국을 피하면서 연소시킬 수 있는 탄소량에 대한 추정치는 낙관적인 것이었을지도 모른다는 점을 인식하자. 또한 상이한 종류들의 연료를 고려하는 더 상세한 추정치에 대해서는 을 보라).

 

마치 전투 대형으로 정렬된 병사들처럼 탄소 자원을 나열하는 것이 얼마나 잘못될 소지가 있는 일인지 알게 된다. 지구 지각의 내부에 현존하는 모든 것이 채굴되어 연소될 수 있는 것은 아니고, 그래서 우리는 대기를 파괴하지 않은 채 채굴될 수 있는 모든 것을 채굴하고 연소시킬 여유가 없다. 관련된 다양한 인자들을 고려하면, 우리에게 남은 기간은 공급이 가능한 백 만 년에서 겨우 수십 년으로 감소하게 된다.

 

그런데, 물론, 일정한 생산 속도로 잔류 기간을 계산하는 것도 잘못될 소지가 있다. 실제로 연료 생산 속도는 역사에 걸쳐 결코 일정한 적이 없었는데, 오히려 생산은 피크에 이른 다음에 감소하는 '종 모양의' 곡선을 따르는 경향이 있다. 오늘날 우리는 피크에 접근했을 것이다(예를 들면, 여기를 보라). 임박한 감소가 파국적인 기후 변화로부터 우리를 구할 것인가? 지금은 말할 수 없는데, 이런 추정치들에 불확실한 것들이 너무 많이 포함되어 있기 때문이다. 말할 수 있는 것은, 우리가 풍요의 세기들이 아니라, "세네카 붕괴(Seneca Collapse)"의 가능성을 고려하면, 매우 빨리 진행될 수 있는 몰락에 직면해 있다는 것이다.

 

요약하면, 화석 연료의 시대는 끝나가고 있다. 그것을 인식하고 무언가 다른 것으로 움직일 때이다.