‘해양 이산화탄소 직접 포집’ 기술 고도화…바다 생태계 회복 기대감 ‘↑’

인간들의 오염 활동과 기후 변화로 인해 바다의 이산화탄소 양은 급속히 증가했다. 산호초와 해양 생물 생태계는 위협받고 있다. 이에 따라 과학계에서 수산화나트륨과 탄산나트륨을 사용해 바닷물에서 이산화탄소를 직접 제거함으로써 산성화를 역전시키고 지구 환경 오염을 줄이는 기술 고도화에 적극 나서고 있다. 해양에서의 탄소 직접 포집 기술에 대한 기대감은 크게 높아졌다. 

관련 기술에 대해 리치몬드대학의 아난야 체티아 환경운동가는 기후 변화 대응단체 ICN(인사이드클라이미트뉴스) 홈페이지 게시글에서 해양 탄소 직접 포집 기술이 수년의 실험을 거쳐 본격적으로 적용할 시기가 도래했다고 밝혔다. 체티아는 기술 개발에 성공한 피츠버그대학교 사례와 관계자 인터뷰를 통해 기술 상용화 상황을 진단했다. 

이 기술을 선도적으로 개발해 온 피츠버그대학교의 캐서린 혼보스텔 교수는 “기술을 테스트하는 데 수년이 걸렸다. 마침내 실험 결과가 우리 모델과 일치한다는 사실을 확인했다”고 밝혔다. 혼보스텔은 5년 전 불모지 상태에서 해양 이산화탄소 포집 기술 개발에 나섰다. 그녀는 개발 과정에서 두 가지 모델을 적용했다. 하나는 탄산나트륨으로 만들어진 미세 캡슐형 용매를 사용하는 모델이었고, 다른 하나는 수산화나트륨을 함유한 중공사막(hollow fiber membrane) 접촉기(기체 분리에 많이 적용되는 필터 기술)를 사용하는 모델이었다. 두 모델은 기하학적으로 서로 다르지만 기능은 동일하다고 한다. 

첫 번째 모델을 위해 팀은 나트륨 용액으로 만든 용매를 담는 캡슐을 개발했다. 당초 인체를 스캔하기 위한 평가 도구로 캡슐을 설계했지만, 바다 탄소를 제거하기 위한 캡슐과 용매로 변형됐다. 캡슐은 이산화탄소와 반응할 수 있는 탄산나트륨 액체를 함유하고 있는 매우 작은 연어알 또는 캐비어알과 같은 모양이다.

작은 캡슐은 다량으로 모세관에 넣어 바닷물과 반응하게 한다. 구슬 형태이기 때문에 접촉 면적도 그만큼 넓어진다. 더 많은 이산화탄소가 캡슐 내부의 액체와 반응하면서 한 캡슐에서 다른 캡슐로 통과하고 확산된다. 나트륨 캡슐은 섭씨 100도 이상으로 증기를 가해 재생할 수 있으며, 이 과정에서 포획된 이산화탄소를 제거하고 별도 보관할 수 있다고 한다. 또한 재생을 통해 캡슐을 재활용, 지속적으로 다량의 이산화탄소를 포집하게 된다. 

두 번째 기술에서 중공사막은 바닷물이 원통형 캡슐에 들어와 수산화나트륨 용매와 반응할 수 있도록 해 준다. 막이 해수의 물질 전달이 용매와 반응할 수 있게 해준다는 것. 중공사막은 폴리프로필렌과 유사한 유연한 폴리머로 만들어져 가스는 통과하지만 액체나 이온은 통과하지 못한다. 이 실적은 용매와 중공사막 접촉기를 사용해 바닷물에서 이산화탄소를 실제로 제거한 최초의 사례다. 이 결과는 논문으로 발표되기도 했다.  

표면적이 크면 희석된 이산화탄소가 물에서 더 빨리 제거될 수 있다. 물질 전달은 표면적에 따라 비례해 확장되는 원리다. 중공사막의 표면적을 두 배로 늘리면 이산화탄소가 통과하는 속도도 두 배가 된다. 

대학에서 발표한 논문은 “바닷물에는 직접 포집 기술을 통해 대량으로 채집할 수 있는 고동도의 결합 이산화탄소가 있다”고 밝혔다. 게다가 바닷물은 공기보다 밀도가 1000배 더 높기 때문에 시스템 크기가 더 작아질 수 있다고 지적했다. 논문은 포집된 이산화탄소를 해상 풍력이나 해상 저장 장치와 연동해 사용할 수 있으며, 버려진 석유 채굴 플랫폼에서 직접 탄소 포집을 진행할 수도 있다고 밝혔다. 

비영리 오션비전의 수석 과학자 데이비드 코위크는 “혼보스텔이 개발한 기술은 자연 탄소 순환에서 가장 중요한 바다에서 기가(10억)톤 규모의 이산화탄소를 제거할 수 있는 막대한 가능성을 갖고 있다”고 호평했다. 혼보스텔 논문에 따르면 지구 온도가 섭씨 1.5도 이상 상승하지 않도록 하려면 2050년까지 매년 100억 톤의 이산화탄소를 제거해야 한다. 

바다는 지구 표면의 70% 이상을 차지하고 있으며, 인간 활동으로 인해 발생하는 이산화탄소의 약 25%를 흡수한다. 바다와 대기는 이산화탄소와 다양한 기체를 끊임없이 교환함으로써 평형을 유지한다. 대기와 해양에 존재하는 이산화탄소는 서로 연결되어 있기 때문에 탄소 포집 기술은 해양과 대기 모두에서 작동한다.