“이산화탄소와 같은 온실가스가 점진적으로 증가하고 있습니다. 우리 기후환경은 이런 변화에 점진적으로 반응하다 어느 순간 급격하게 변하게 됩니다. 이 지점을 '기후변화 임계점'이라고 합니다. 임계점을 예측한다면 다가올 기후 대재앙에 선제적으로 대응할 수 있습니다. 우리가 얼마나 이 임계점에 가까워 있는 지를 예측하는 과학 난제를 풀어보려고 합니다."
국종성 포스텍 환경공학부 교수는 23일 오전 서울 서초구 엘타워에서 개최된 ‘한국 과학난제도전 온라인 콘퍼런스’에서 “기존의 기후변화 연구는 선형적인 기후변화에 맞춰져 있어 모든 방법론이 기후변화 자체에 대한 자료분석이나 빅데이터 분석, 수치 모델링에 기반하고 있다”며 “현재의 수치 모형과 심층학습(딥러닝) 기법을 융합해, 육빙과 영구동토층 등 지구의 전반적인 시스템에 대한 연구가 필요하다”고 말했다.
육빙은 바다 이외의 곳에 생긴 얼음을 모두 묶어 부르는 말로 강이나 호수의 얼음, 빙하의 얼음이 여기에 속한다. 육빙이 와해하며 해수면이 상승하고 있다. 영구동토층은 지층의 온도가 연중 섭씨 0도 이하인 토양층을 일컫는 말이다. 영구동토층에는 대기 중 이산화탄소 량의 2배가 매장돼 있다. 이산화탄소보다 28배 온실효과가 높은 기체인 메탄도 영구동토층에 갇혀있다. 영구동토층이 녹으면 습지가 메탄의 배출량을 결정하게 된다는 게 국 교수의 설명이다. 이에 영구동토층에 대한 연구를 해야 기후변화 임계점에 대한 연구를 할 수 있다는 것이다.
국 교수는 “2개의 지구 시스템 모형을 운용하고 있는데, 국내에서는 유일하다”며 “이 모형 2개를 통해 원하는 방향대로 시나리오를 디자인하고 시뮬레이션해 볼 수 있다”고 설명했다. 이어 ““전 지구 기후변화 기후 임계점 시나리요 개념 모델을 정립하겠다”며 “지금 제안하고 있는 방법론이나 연구목표는 아무도 한 적이 없다”고 강조했다.
이날 행사는 과학기술정보통신부와 한국과학기술한림원 과학난제도전협력지원단이 추진한 ‘과학난제 도전 융합연구개발사업’의 일환으로 개최됐다. 연구자 집단지성을 통해 과학 난제를 발굴하고, 이를 기존에 상상할 수 없던 방법으로 해결하기 위해 시작됐다. 올해 3월 92건의 아이디어를 접수 받았고, 그 중 선별된 14건의 연구책임자들이 온라인 콘퍼런스를 통해 아이디어를 발표한다. 전날 6건이, 이날 8건의 아이디어가 발표됐다. 올해 6월 2건의 연구를 선정해 2025년까지 과제마다 최대 90억 원을 지원한다. 내년 3건의 연구를 선정한다.
이날 콘퍼런스에는 자연계를 모사해 기후변화에 대응하는 ‘초임계’ 인공광합성 기술도 소개됐다. 인공광합성 기술은 빛을 이용해 이산화탄소를 포도당 등 영양분으로 만드는 식물처럼 빛을 이용해 고부가 가치 물질을 만드는 기술이다. 재생 가능한 전기에너지를 생산할 수 있어 상용화한다면 화석 연료 사용에 따라 발생하는 이산화탄소를 줄일 수 있다.
오형석 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 선임연구원은 “인공광합성 기술 자체는 굉장히 오래 전부터 연구가 진행되며 기술 수준도 꽤 올라왔다”면서 “문제는 화석연료보다 전기생산 효율이 떨어져 아직 기술을 시장에 내놓을 수 없다는 점”이라고 말했다.
오 선임연구원은 이런 난제를 해결하기 위해 인공광합성 기술에 초임계 유체를 도입하는 방안을 제시했다. 초임계 유체는 액체와 기체를 구분할 수 없는 시점의 유체로 고체나 액체, 기체 이외의 제3의 물질 상태라 일컫어진다. 기체의 장점인 운동성과 우수한 침투성, 액체의 장점인 용해력을 가지고 있다는 게 그의 설명이다. 초임계 유체를 인공광합성 기술에 도입할 경우 흡수되는 이산화탄소의 양을 늘려 생산되는 전기에너지의 양을 늘릴 수 있다.
심우영 연세대 신소재공학과 교수와 이종권 청주대 광기술융합학부 교수도 지구 온난화를 완화시킬 수 있는 새로운 재생에너지 기술을 제안했다. 심 교수는 뉴로모픽 기술과 에너지 하베스팅 기술을 융합하는 방안을 제시했다. ‘뉴로모픽’은 인간의 뇌와 유사하게 정보를 병렬로 처리해 적은 에너지로 많은 정보를 처리할 수 있는 반도체다. 에너지 하베스팅 기술은 버려지는 에너지를 전기로 바꿔 쓰는 기술이다. 이 교수는 이종 구조의 흡수층을 만들어 태양전지가 태양 에너지를 흡수하는 양을 늘리겠다는 기술을 제안했다.
한국과학난제도전 온라인 콘퍼런스는 유튜브 등 플랫폼에서 ‘과학난제도전’을 검색하면 실시간으로 진행됐던 발표를 시청할 수 있다.
