홍 기 훈 박사/ 한국해양연구원 책임연구원·런던협약 과학그룹회의 부의장·본지 편집위원
‘기후변화’란 30여년 기간동안 일어나는 평균적인 기상상태 변화 의미
기후변화협약, 인위적 온실가스 배출 축소·제거 위한 ‘다자간 환경협정’
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| ▲ 홍 기 훈 박사(한국해양연구원 책임연구원·런던협약 과학그룹회의 부의장·본지 편집위원 | ||
또한 탄소 시장에서 상당한 이익을 볼 수 있다는 사업계획이 발표되고 있다. 이러한 주장들을 제대로 이해하기 위해서는 기후변화와 기후변화협약을 제대로 이해할 필요가 있다.
특히 우리나라에서는 기후변화와 기후변화협약 대응 관련 정책에 대해서는 논의 자체가 일부 피상적으로 흐르는 경향이 있다. 기후변화와 기후변화협약을 둘러싼 혼선을 정리해 보고자 한다.
1. 기후변화
기후란 30여 년의 기간 동안에 일어나는 평균적인 기상상태이고 기후 변화란 이 평균적인 기상 상태의 변화를 의미한다. 지구는 약 45억(4.5×109)년 전에 생성되었고, 지금부터 76억(7.59×109)년 이후에는 태양에 끌려 들어가서 이글거리는 태양열에 불타서 소멸될 것으로 보인다.
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| ▲ 현재 지구상에는 남극대륙을 비롯하여 그린란드와 히말라야 등 고산지대에 빙하가 존재하고 있기 때문에 우리는 빙하기에 살고 있다. 그러나 기후변화로 인해 이 빙하들이 녹아내리고 있다. | ||
지구는 생성 이후 내부에서의 에너지 생성과 재평형 도달 과정으로 지금까지 끊임없이 변형이 되고 있으며, 특히 지상에서는 대륙판이 지속적으로 움직이고 그 결과 육지모양과 해저지형이 바뀐다.
우리에게 익숙한 아시아 몬순기후도 6천만 년 전에 시작되었다. 당시 인도 대륙판이 북쪽으로 이동하여 유라시아 대륙판과 충돌하여 히말라야산맥을 만들어 높이 올림으로써 지구 자전의 여파로 동쪽에서 서쪽으로 이동(편서풍)하는 공기의 흐름이 8km를 넘는 히말라야산맥에 의해 막힘으로써 생성되었다.
즉, 6천만 년 전에는 우리가 살고 있는 동아시아에는 몬순기후가 없었다. 히말라야산맥은 현재에도 매년 약 1cm씩 오르는 것으로 추정되고 있다. 지난 2005년 12월 인도양 해안에서 해일로 20만 명 이상이 사망한 인도네시아 대지진과 지난 2008년 5월의 7만 명의 사상자를 낳은 중국 사천(쓰촨)성의 지진도 이러한 판 운동의 일부이다.
따라서 아시아 몬순기후는 과거와 마찬가지로 앞으로도 변해갈 것이다. 또한 육지와 해저 지형도 계속 변해갈 것이다. 지구의 기후는 크게 보면 은하계를 넘어서는 우주의 타 천체의 영향과 그리고 작게는 지구 지각의 모양으로 결정이 된다고 볼 수 있다. 과학적으로 보면 지구의 상태는 변화해 가는 것이 ‘정상’이고 ‘정지’해 있지 않다.
지구 기후는 더운 온난기와 추운 빙하기를 반복적으로 경험했다. 지질학에서는 지구상에 빙하가 존재하는 시기를 빙하기로 규정한다. 현재 지구상에는 남극대륙을 비롯하여 그린란드와 히말라야 등 고산지대에 빙하가 존재하고 있기 때문에 우리는 빙하기에 살고 있다. 지금까지 지구상에는 4번의 큰 빙하기가 있었다. 그 중 약 8억∼6억 년 전(원생대)에 발생한 두 번째 빙하기가 가장 커서 당시 지구는 전부 얼음으로 덮여 있었다.
우리가 살고 있는 현재는 제4기 빙하기라고 부른다. 현재의 남극대륙과 그린란드의 빙하는 약 300만 년 전에 생성되었다. 제4기 빙하기 초기에는 4만년 주기로 그리고 최근에는 약 10만 년 주기로 ‘소빙하기’와 ‘소간빙기’가 교차로 지금까지 약 80회 일어났다.
약 1만∼1만5천 년 전에 대륙의 빙붕(ice sheet)은 녹아 내렸고, 지구는 그 이후 지금까지 계속 따뜻해져 왔다. 현재 우리는 ‘홀로세’라고 부르는 소간빙기에 살고 있다. 소빙하기에는 현재 바다의 해수가 육지로 이동되어 대륙 빙하를 형성했다.
최근 소빙하기(약 1만 년 전)에는 현재의 해수면에서 130m 수심까지의 해수가 육지로 이동되었기 때문에 황해는 전부 육지였고, 동해는 태평양과 연결되지 않은 깊은 내륙 호수였다. 즉, 소빙하기에는 소간빙기(온난기)보다 바다에 존재하는 해수의 분량이 적다.
2. 인 간 
▲ 인위적인 이산화탄소 배출로 인한 기온 증가로 인해 자연 생태계와 인류에 악영향이 초래되고 있어 이러한 악영향을 완화하고자 전 세계 국가들이 공통으로 지구 온실가스 조성의 인위적인 변화를 중지시키려는 목적으로 1992년에 유엔 기후변화협약을 체결했다. 사진은 유엔 IPCC(기후변동에 관한 정부간 패널) 회의 장면.
직립유인원(Homo erectus)은 약 100만년 전에 출현했으나, 두뇌가 큰 현대인류(Homo sapiens)의 출현은 약 20만 년 전 아프리카 열곡에서 출현한 것으로 보고 있다. 크로마뇽인들이 출현한 것은 3만2천 년이다. 그러나 현대적인 의미의 농업, 글씨, 국가 등 문명사회는 기원전 8천∼3천여 년에 확립되었다.
지구에서는 인류가 출현하기 전에도 출현한 이후에도 기후변화는 계속되었다. 현대 문명이 발달하기 전에는 인간 생존은 기후변화에 크게 좌우되었다. 예로서 중세에 나타난 소온난기와 소빙하기는 대표적으로 인류의 번영과 쇠퇴에 영향을 미쳤다.
서기 800∼1300년대의 중세 소온난기(Medieval Warm Period)에는 북유럽에서는 현재보다 더 온난했다. 영국에서는 포도 재배가 가능했고, 그린란드에는 사람들이 살 수 있었다. 그러나 1650년, 1770년, 1850년경에 3차례나 소빙하기가 내습하여 아이슬란드의 인구는 1095년에 7만7천500명에서 1311년에는 7만2천 명, 1703년에는 5만 명으로 감소했다.
또한 식량이 부족하여 식량가격이 크게 증가했다. 그리고 1780년대에는 화산폭발로 3만8천 명만 남게 되었다. 서기 약 1천 년 전, 발해왕국이 멸망한 것은 당시 백두산 화산폭발로 인한 화산재가 발해국토를 뒤덮었기 때문이라는 주장도 있다.
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| ▲ 화석연료 연소로 인한 대기 중 이산화탄소 함량의 증가는 지구온난화에 기여하는 여러 요인 중 하나로 보는 것이 과학적이다. | ||
그러나 인류 문명의 진전은 기후변화나 지진 등 지구변화로부터 인간을 상당부분 해방시켜주었고 그 결과 인구는 폭발적으로 증가했다. 아이슬란드의 경우 현재 인구는 약 30만 명으로 사상 최고를 구가하고 있다. 현재 1인당 국민소득이 4만 달러를 넘은 아이슬란드뿐만 아니라, 후진국에서도 인구는 급속하게 증가하고 있다.
지구상 인구는 기원전 1만 년에는 최대 약 100만 명으로 매우 적었으나, 기원 1년에는 약 3천만 명, 1800년(산업혁명 중기, 조선 순조)에 9억8천만 명, 1950년에 25억 2천만 명, 2000년에 60억 명, 2008년에 67억 명으로 급속하게 증가하고 있고, 평균수명 또한 증가하고 있다.
그러나 지구가 현재와 같은 인구 증가를 지속적으로 감당할 수 있을 지에 일부 경제학자들은 회의적이다. 현재 평지 기준 인구밀도가 세계에서 1위인 우리나라에서는 더욱 그러할 것이다.
3. 온실가스와 온실효과
온실가스란 적외선을 흡수하고 또한 방출할 수 있는 화학적 구조를 가지고 있는 대기 중에 존재하는 물, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 산화질소(NO), 오존(O3), 수소불화탄소(HFCs), 6불화황(SF6) 등 기체들을 이른다.
태양광이 지표면에 도달하면, 지표면은 이를 흡수하여 더워진다. 그러나 지표면은 태양보다 훨씬 차기 때문에 태양보다 훨씬 더 긴 파장의 에너지를 방사한다. 이러한 적외선 에너지가 대기 중에 존재하는 온실가스에 흡수되고, 온실가스는 흡수한 열을 다시 방사하게 된다. 이중 지표면을 향하는 열이 지구 대기를 가열하게 된다. 이를 온실효과라고 한다.
3. 유엔 기후변화협약
인위적인 이산화탄소 배출이 대기 중 이산화탄소 함량의 증가의 원인이라는 발견이 1950년대 후반 과학계에서 본격적으로 보고되었다. 1980년대 후반에 국제사회에서는 인위적인 활동이 대기 중의 온실가스 함량을 증가시키고 있고, 또한 이로 인해 자연적인 온실효과가 증가하여 기온이 증가, 이로 인해 자연 생태계와 인류에 악영향이 초래되는 것을 우려하게 되었다.
이러한 악영향을 완화하고자 전 세계 국가들이 공통으로 지구 온실가스 조성의 인위적인 변화를 중지시키려는 목적으로 1992년에 유엔 기후변화협약(UN Framework on Climate Change Convention)을 체결했다.
따라서 통상적으로 과학계나 일반에서 통용되는 기후변화란 의미와는 다른 점을 유의해야 한다. 즉, 유엔 기후변화협약은 기후라는 명칭을 사용하고는 있으나 실제 기후변화라기보다는 기후변화의 한 요소인 인위적인 온실가스 조성의 변화 즉, 인위적인 온실가스 배출을 축소 내지 제거하기 위한 다자간 환경협정이다.
4. 교토의정서
유엔 기후변화협약은 당시 지구상의 인위적인 온실 가스는 상당부분 선진국들이 배출해온 사실을 의식하여 선진국들에게 온실가스 배출 감축을 우선적으로 강제하는 의정서를 교토에서 1998년 채택했다.
내용은 선진국의 이산화탄소 배출량을 2008∼2012년 기간에 1990년의 수준으로 감축하도록 했다. 이 의정서에서 시장근간 준수제도(market based compliance mechanism)인 탄소거래 제도를 도입했고, 그것이 교토메커니즘(Kyoto Mechanism)이다.
5. 인위적 배출 온실가스 관리
화석연료 연소로 인해 발생하는 폐기물 중 이산화탄소는 인류 역사상 주로 대기에 처분(방출)했다. 대기에 존재하는 이산화탄소는 지구온실가스로써 온난화에 기여하고, 또한 대기와 접촉하는 바다 표면을 산성화시키고 있다.
대기 중 이산화탄소 함량 증가는 1950년 초이래 직접 대기에서 관측되었으나, 해표면 산성화는 비교적 최근인 2000년대 초에 관측되었다. 이로 인한 해양생물 피해 또한 관측되고 있다. 즉, 이산화탄소란 폐기물의 대기에 대한 처분(disposal)으로 환경 악영향이 가시적으로 출현하고 있다.
환경 악영향이 있는 이산화탄소의 관리는 같은 연소 산물인 질소산화물이나 황산화물의 관리방식과 마찬가지로 배출을 금지하거나 감축하는 방식으로 관리해야 한다. 즉, 이산화탄소라는 폐기물의 관리 방식도 다른 폐기물의 관리 방식에 대입하여 환경에 위해하지 않도록 혹은 환경에 미치는 위해성을 최소로 국한할 수 있다.
일반적으로 폐기물을 처분 받게 되는 환경에 이로 인한 위험(risk)이 나타나면 이를 제거하거나 최소화하기 위해 폐기물 처분 관리 전략을 시행하게 된다. 폐기물관리처분 전략은 수립된 지 수십 년이 지났으면, 20여 년 전에 국제조약에도 반영되어 있다.
여기서 처분환경인 대기에 그 악영향이 발생했고, 또한 이와 접촉하는 해양생태계에도 악영향이 발생했다는 것은 과학적인 조사 연구를 통해서만 가능한 것이다. 따라서 환경관리에는 지구의 상태를 대상으로 하는 지구과학의 진보가 병행되어야 정책결정자를 포함한 시민들이 올바른 사고를 형성된다.
6. 폐기물 처분 관리
폐기물이란 더 이상 인간 활동에 소용이 없게 되어 환경에 처분하게 되는 것을 여기서는 말한다. 또한 환경이란 대기, 육상, 해양을 의미하고, 처분(disposal)이란 이 3개의 환경의 특정 부분에 폐기물을 투입하는 행위를 말한다.
폐기물이 처분되는 환경은 이로 인해 악영향을 받게 된다. 즉 무해한 물질이라도 처분량에 따라 물리적인 악영향이 존재하게 된다. 폐기물 처분으로 인한 환경 악영향은 해당 사회의 지적 수준과 영향 수용 정도 인식에 따라 사회와 경제적 여건에 따라 국가(혹은 사회집단)별로 다르다.
우리나라에서는 최종처리라는 용어가 처분에 해당하는 행위에 흔하게 사용되나, 처리(treatment)란 물리적이나, 화학적이나, 생물학적으로 가공하는 행위를 의미한다. 따라서 최종처리와 처분은 매우 다르다.
폐기물의 관리(waste management)는 폐기물 방지 감사(Waste Prevention Audit)와 폐기물관리방안 심의(Consideration of Waste Management Options), 처분장 환경위험관리(Waste Disposal Site Risk Management)로 이루어진다.
폐기물 방지 감사에서는 폐기물의 발생을 원천에서 봉쇄하거나 원료대체 등의 가용 여부를 심사하고, 폐기물 관리방안에서는 환경에 위해를 가하는 정도가 적은 처리와 처분 방안부터 타당성을 검토한다. 그리고 처분은 처분장 환경위험관리 차원에서 평가한다.
또한 처분대상 매체에 폐기물을 처분하기 전에 추정한 환경영향 범위 내에 해당 처분 행위의 영향이 한정되는 지 모니터링을 실시하고, 그러하지 않을 경우 처분 행위 중지와 훼손된 환경을 복원하는 조치를 포함해야 한다.
이러한 합리적인 폐기물관리방식은 “폐기물 및 기타 물질의 투기로 인한 해양오염방지협약 72와 그 1996 의정서(일명 런던협약·의정서)”에 잘 나타나 있다. 우리나라는 이 협약의 당사국이다.
7. 폐기물 방지 감사
폐기물 방지 감사에는 △제품을 재구성하거나 △청정 생산 공정을 도입하거나 △공정을 수정하거나 △원료를 대체하거나 △생산현지에서 외부로 내보내지 않고 재활용하면, 해당 폐기물이 발생하지 않을 수 있는지를 조사하는 것이 포함된다.
이를 이산화탄소란 폐기물을 생산하는 공정에 대입하여 보면 다음과 같다. 이산화탄소 배출은 화석연료의 연소공정에서 일어나고, 화석연료의 연소 공정은 에너지 생산이 주목적이다. 한편, 에너지를 생산하는 공정의 주 연료는 화석연료, 핵원료, 수력이고 기타, 풍력, 태양광(태양전지 포함), 바이오에너지(현생생물체를 이용), 지열, 해양의 조력, 파력, 온도차 등이 지역적으로 이용되기도 한다.
원자력 발전으로 국가 소요 에너지의 절반을 감당하고, 화석연료로서 그 나머지 절반을 하는 국가라면 화석연료를 원자력발전으로 대체한다면 이산화탄소 배출을 중지할 수 있게 된다. 따라서 한 국가의 이산화탄소 배출량의 제어는 국가의 에너지 포트폴리오의 구성의 변경을 요구하게 된다.
화석연료에서도 종류별로 기존 산유국에서 생산하는 석유, 북극 인근에 위치한 유전, 오일 쉐일에서의 채굴비용은 거의 10배의 차이가 나며, 따라서 시장가격이 각각의 원료의 시장진입을 또한 결정한다. 즉, 에너지원 포트폴리오는 원료와 그 시장 가격 체제로부터 자유롭지 않다.
기존 에너지원을 변경하면 다른 문제가 또한 야기될 수 있기 때문에 신중하게 국가 정책을 조정해야 한다. 바이오 에너지를 예를 들어보면, 한 때 옥수수에서 기름을 짜는, 가장 비합리적인 형태의, 바이오 에너지(에탄올)가 유용한 대체에너지로 일부에서 환영받기도 했다.
그러나 이는 사탕수수 에탄올 전환 공정보다 훨씬 덜 효율적일 뿐만 아니라, 국가의 농업생산체제를 흔드는 결과를 초래했다. 미국 중서부 농부들은 수천 에이커의 대두와 밀 농장을 옥수수농장으로 바꾸었고, 그 결과 대두와 밀의 가격이 공급부족으로 오르게 되었다.
대두가격의 급등은 이를 수입해온 중국의 돼지 농가를 도산시켰고, 이들의 격렬한 시위를 유발하여 일부 지역의 정치적 불안정까지 초래하게 되었다. 미국의 농업과 중국의 축산업의 연계성을 보여주는 좋은 예이다.
폐기물 방지 감사의 한 요소인 공정수정을 검토해보자. 화석연료의 연소 효율을 현재보다 증가시키면 에너지 생산에 따른 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다. 연소재로 공기대신 산소를 사용하는 옥시-연료 연소방식(oxy-fuel combustion)의 개발이 여기에 해당될 수 있을 것이다.
또한 배기가스를 재순환시켜 완전히 연소하도록 하는 공정도 여기에 해당될 수 있다. 석탄을 가스로 전환하는 공정도 이산화탄소 배출량을 축소하는 데 도움을 줄 것이다. 그러므로 국가 에너지원 포트폴리오는 20∼30년 이상의 장기적인 인구증가, 경제성장, 산업구조, 기술발달의 전망을 근거로 하여 에너지수요를 예측하고 이 에너지 수요를 충족하는 에너지원의 공급을 조정하는 것이다.
8. 폐기물 관리방안 심의
폐기물방지감사를 실시하고, 거기서 도출된 방안을 시행하는 등 최선을 다한 경우에도, 여전히 폐기물이 발생하는 경우에 적용하는 단계는 폐기물 관리방안 심의이다. 여기서는 환경에 위험을 가하는 정도가 적은 순서로 가용한 방안이 있는지를 심의하는 것이다. 그 순서는 재이용, 재활용, 유해물질의 파괴, 유해물질의 감축이나 제거, 그리고 육상매립, 대기처분, 해양처분의 순이다.
이산화탄소 폐기물의 경우 재이용, 재활용의 여지가 거의 없다. 그러므로 처분하는 수밖에 없다. 처분 매체로는 육상, 대기, 해양의 3개 매체 중 이미 대기처분으로 인한 지구온난화와 또한 대기처분으로 대기와 접촉해 있는 해양표면의 산성화의 진행으로, 이산화탄소 폐기물 (carbon dioxide stream)은 대기에 처분할 수 없다.
그러면 남은 부분은 육지매립이다. 그러나 기체인 이산화탄소를 고형폐기물처럼 매립할 수는 없다. 한편, 육상과 해저면의 심부 지질구조는 이산화탄소의 격리장소로 10여 년 이상 사용이 되어 왔다. 이산화탄소의 물성에 근거하면 압력이 80기압(지하 약 800m) 이상인 피압 대수층이 적합한 지질구조이다.
이러한 시대적 수요에 부응하여 해저면 이하의 지하공간에 대한 폐기물의 모든 형태의 저장을 관장하는 런던의정서는 2006년에 규정을 개정하여 육지에서 생성된 이산화탄소 폐기물을 해저 심부 피압 대수층에 격리하는 사업(Carbon Capture and Storage or Sequestration, CCS)을 허용했다.
이러한 CCS 사업을 실제로 이행하기 위해서는 화석발전소 설계에 이를 반영해야 하기 때문에, 10여 년 이상 앞서서 계획을 확정해야 한다. 이러한 측면에서 정부 정책이 제대로 수립되어야 하고 일관되게 지속적으로 집행되어야 한다.
8. 이슈 바로 세우기
당면과제를 정확히 이해하는 것은 당면과제의 해결을 위해 선행적으로 해야 할 일이다. 이를 문제의 규명(Problem formulation)이라고 부른다. 기후변화협약에 대한 대응과 기후변화에 대한 대응은 다른 사안이다. 화석연료 연소로 인한 대기 중 이산화탄소 함량의 증가는 지구온난화에 기여하는 여러 요인 중 하나로 보는 것이 과학적이다.
따라서 “기후변화를 막는다”고 하는 선언은 실제로 45억 년에 걸친 기후변화를 본다면 가능하지 않다고 보는 것이 과학적일 것이다. 즉, 기후변화에는 적응하는 방안을 강구하는 것이 문제를 재대로 규명하는 것이다.
한편, 기후변화협약에 대한 대응은 이산화탄소의 대기에 대한 배출(처분)을 감축하거나 배출하지 않는 방안을 찾는 것이다. 여기에서 저탄소경제(Low carbon economy) 혹은 제로배출사회(Carbon neutral society)라는 용어가 등장하는 것이다. 이미 유럽이나 미국의 일부 주에서 시행하고 있는 하이브리드카나 수소자동차의 도입이나 새로 건설되는 석탄발전소의 배기가스를 지질구조에 격리하는 방안의 도입이 그 실례이다.
한편, 에너지 절약과제를 기후변화협약 대응정책에 직접적으로 포함시키는 행위는 우리가 핵심적인 문제에 집중하지 못하게 할 수 있다. 에너지 절약과제는 간접적으로는 이산화탄소를 배출하는 화석연료 발전소의 수요를 축소시켜 주기는 하지만, 이산화탄소 배출을 감축하거나 중지하려는 기후변화협약의 주요 내용이 될 수 없다.
폐기물에서 에너지를 회수하는 연료화 공정도 이와 마찬가지이다. 에너지 절약정책과 관련기술개발, 폐기물의 처분 수요를 감축하여 환경질을 개선하는데 필요한 폐기물 발생원 감축이나 재활용 관련 정책이나 기술은 기후변화협약과 관련 없이 별도로 꾸준하게 추진해야 할 중요한 문제이다.
최근 이탈리아 남부에 위치한 나폴리란 도시에서 생활쓰레기가 제때 처리·처분되지 못해 수개월 째 거리에 쌓아두게 되었다. 이로 인한 주민건강 악화와 삶의 질 저하는 유럽에서 도시 관리 불능의 유명한 사례가 되었다. 이 쓰레기를 당분간 독일로 이동하여 소각처분하기로 한 사례는 폐기물관리에 대한 많은 교훈을 남겨주고 있다.
유럽연합(EU) 환경국 대변인은 “공공환경 문제에 대한 접근은, 정부의 조직, 관리전문지식, 국가 우선 순위에 달려있는 것이지 개별시민들의 참여에 맡기는 것은 그다지 효율적이 아니다 ”라고 지적했다.
이는 이산화탄소폐기물의 배출과 같은 더 복잡한 공공적인 환경사안 관리에 대해서도 해당될 것이다.