위기의 지구, 과학의 해법을 묻다
< 일러스트 OpenAI의 DALL·E 제공 >
[위즈덤 아고라 / 정한나 기자] 지구의 온도가 점점 더 빠르게 상승하고 있다. 폭염, 폭우, 해빙 소실 등 기후 재난은 더 이상 먼 미래의 이야기가 아니다. 캐나다를 덮친 열돔 현상으로 수백 명이 목숨을 잃었고, 그린란드의 빙하는 1990년대보다 7배 빠른 속도로 녹고 있다. 이러한 변화는 전 세계 생태계와 인간 사회에 심각한 영향을 미치고 있으며, 각국 정부와 시민 사회에 지속적인 위기의식을 심어주고 있다. 국제사회는 1992년 리우회의, 1997년 교토의정서, 2015년 파리협약 등을 통해 꾸준히 온실가스 감축을 약속했지만, 여전히 ‘기후 시계’는 인류에게 경고음을 보내고 있다. 기후 위기는 단순한 환경 문제가 아니라 경제, 사회, 보건 등 모든 영역과 연결되어 있기 때문에, 보다 적극적인 대응이 요구된다. 이러한 절박한 상황 속에서 과학계가 주목하는 것이 바로 지구공학이다.
영화나 다큐멘터리 속 상상에 불과했던 지구공학이 이제 현실에서 과학과 정책의 논의 대상으로 떠올랐다. 지구공학은 기후변화에 대응하기 위해 대기, 해양, 빙하 등 지구 시스템에 인위적으로 개입해 기후를 조절하려는 대규모 기술적 시도를 말한다. 지구공학은 크게 두 가지 범주로 나뉜다. 첫째는 태양복사관리(Solar Radiation Management, SRM)로, 우주에서 태양빛을 반사해 지구로 들어오는 열을 줄이는 방식이다. 둘째는 이산화탄소 제거(Carbon Dioxide Removal, CDR)로, 대기 중의 온실가스를 직접 포집하거나 흡수하는 기술이다. 두 기술 모두 기후 변화의 근본 원인을 해결하지는 못하지만, 급격한 온도 상승을 늦추기 위한 ‘응급처방’으로 논의되고 있다. 최근 들어 연구자들은 이러한 기술이 단순한 실험적 시도를 넘어 실제 정책과 결합될 수 있는 방안까지 검토하고 있으며, 국제적 규범과 법적 틀 마련의 필요성도 강조되고 있다.
하버드와 예일대 연구진은 2018년 성층권 에어로졸 주입(Stratospheric Aerosol Injection, SAI)이라는 개념을 제시했다. 이 기술은 1991년 필리핀 피나투보 화산 폭발 이후 지구 평균기온이 일시적으로 0.5도 낮아진 현상에서 영감을 얻은 것이다. 당시 폭발로 방출된 약 2천만 톤의 이산화황이 성층권에 퍼져 햇빛 일부를 반사했고, 그 결과 1~2년간 지구 냉각 효과가 나타났다. SAI는 이 과정을 인위적으로 재현하려는 시도다. 항공기나 풍선을 이용해 성층권(지상 20~30km)에 황산 에어로졸 입자를 살포하면, 이 입자들이 태양 복사를 우주로 되돌려 지구의 평균기온을 낮출 수 있다는 계산이 나온다. 연구팀은 15년간의 실험 비용을 약 35억 달러로 추산했는데, 이는 다른 기후 대응 기술에 비해 상대적으로 저렴한 편이다. 만약 성공한다면, 일부 지역에서 나타나는 극심한 폭염과 가뭄을 완화하는 단기적 수단으로 활용될 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면, 연간 500만 톤의 황산염을 살포할 경우 지구 평균기온을 1~2도 낮출 수 있다고 한다. 하지만 이는 어디까지나 이론적 계산일 뿐, 실제 대규모 실험은 아직 진행된 바 없다.
하지만 이 기술을 둘러싼 논란은 심각하다. 에어로졸 주입이 오존층을 파괴할 수 있다는 우려가 크다. 황산 입자가 극지방 성층권의 화학반응을 촉진해 오존층을 얇게 만들 수 있기 때문이다. 또 지역별 기후 불균형이 발생할 수 있다. 어떤 지역은 시원해지지만, 다른 지역은 가뭄이나 홍수가 심해질 수 있다. 특히 아시아 몬순 지역의 강수 패턴이 크게 변할 수 있다는 연구 결과가 있다. 셋째, 일단 시작하면 멈출 수 없다는 ‘종료 문제(termination problem)’가 있다. SAI를 갑자기 중단하면 억눌려 있던 온난화가 급격히 진행되어 생태계에 치명적 충격을 줄 수 있다. 마지막으로 누가 이 기술을 통제할 것인가라는 거버넌스 문제가 있다. 한 국가가 단독으로 SAI를 실행하면 다른 국가들에게 피해를 줄 수 있지만, 이를 막을 국제법은 아직 없다. 윌슨센터의 사이먼 니컬슨 박사는 “기술이 잘 관리된다면 기후 대응에 긍정적인 역할을 할 수 있지만, 통제되지 않을 경우 새로운 위기를 부를 수도 있다”고 경고했다. MIT의 기후 모델링 전문가들도 “SAI는 마치 진통제와 같다. 증상은 완화할 수 있지만 병의 원인을 치료하지는 못한다”고 지적한다.
또 다른 지구공학 분야인 이산화탄소 제거(CDR) 기술은 공기 중의 온실가스를 직접 포집하는 방식을 활용한다. 이는 SRM과 달리 기후변화의 근본 원인인 온실가스 농도 자체를 낮추기 때문에, 보다 근본적인 해결책으로 평가받는다. 직접공기포집(Direct Air Capture, DAC) 기술은 대형 팬을 이용해 공기를 흡입하고, 특수 필터나 화학 용액으로 이산화탄소를 분리해 내는 방식이다. 2012년 영국 기계공학연구소는 일반 나무보다 이산화탄소 흡수 능력이 수천 배 높은 ‘인공나무’ 개념을 선보였다. 현재 아이슬란드의 클라임웍스(Climeworks)사는 연간 4,000톤의 이산화탄소를 포집할 수 있는 상업용 DAC 플랜트 ‘Orca’를 운영 중이다. 포집된 이산화탄소는 지하 현무암층에 주입되어 광물화되거나, 산업용 원료로 재활용된다.
하지만 DAC 기술의 가장 큰 문제는 비용이다. 현재 이산화탄소 1톤을 포집하는 데 약 600~1,000달러가 들어, 경제성이 낮다. 전 세계가 1년에 배출하는 이산화탄소가 약 400억 톤인 점을 고려하면, DAC만으로 기후 문제를 해결하기는 어렵다. 또한 DAC 시설 자체를 가동하는 데 막대한 에너지가 필요한데, 이 에너지를 화석연료로 얻는다면 본말이 전도되는 셈이다.
인공 광합성 기술은 또 다른 가능성을 제시한다. 한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 베를린공대와 협력해 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 데 성공했다. 이 장치는 태양광을 이용해 물과 이산화탄소로부터 메탄올이나 포름산 같은 화학 원료를 생산할 수 있다. 식물의 광합성을 모방한 이 기술은 탄소 중립을 넘어 ‘탄소 네거티브’ 사회로 나아갈 수 있는 열쇠가 될 수 있다. 독일 뷔르츠부르크대와 연세대 공동 연구팀은 엽록소와 유사한 분자 구조를 만들어, 빛 에너지를 화학 에너지로 효율적으로 전환하는 ‘초분자 전선’ 개발을 진행 중이다. 이 기술이 상용화되면 태양광만으로 연료를 생산할 수 있어, 재생에너지 저장 문제까지 해결할 수 있다.
해양 기반 CDR 기술도 주목받고 있다. 해양은 대기 중 이산화탄소의 약 30%를 흡수하는 자연적 탄소 저장소다. 과학자들은 해양의 이러한 능력을 강화하는 방법을 연구 중이다. 예를 들어, 철분을 바다에 살포해 식물성 플랑크톤의 성장을 촉진하는 ‘해양 철분 시비(Ocean Iron Fertilization)’ 방법이 있다. 플랑크톤이 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하고, 죽은 후 해저로 가라앉으면서 탄소를 깊은 바다에 저장하는 원리다. 그러나 이 방법 역시 해양 생태계 교란, 부영양화, 심해 산성화 등의 부작용이 우려된다. 2007년과 2012년 남극해와 캐나다 연안에서 진행된 소규모 실험은 생태계 영향 논란으로 강한 비판을 받았다.
이러한 기술들이 현실에서 얼마나 효과를 낼 수 있을지는 아직 불확실하다. 더 심각한 문제는, 새로운 기술에 대한 기대가 오히려 실질적인 기후 행동을 지연시킨다는 점이다. 영국 랭커스터대 던컨 매클라렌 교수의 연구에 따르면, 새로운 기술이 등장할 때마다 각국의 기후정책은 ‘실질적 행동’을 미루는 경향을 보인다. 그는 이를 ‘기술 착시 효과(Technological Mirage Effect)’라고 명명했다. “곧 혁신 기술이 문제를 해결해 줄 것”이라는 믿음이 강력한 정책적 실천을 지연시킨다는 의미다. 대표적인 예가 탄소 포집 및 저장 기술(Carbon Capture and Storage, CCS)이다. CCS는 발전소나 공장에서 배출되는 이산화탄소를 포집해 지하에 저장하는 기술로, 1990년대부터 각국이 주요 감축 전략으로 내세웠다. 그러나 2025년 현재까지 전 세계적으로 상업적으로 성공한 대규모 CCS 프로젝트는 손에 꼽을 정도다. 노르웨이의 슬립너(Sleipner) 프로젝트가 1996년부터 가동되어 연간 약 100만 톤의 이산화탄소를 저장하고 있지만, 전 세계 배출량에 비하면 미미한 수준이다. 높은 비용, 저장소 누출 위험, 지진 유발 가능성 등의 문제로 많은 프로젝트가 중단되거나 계획 단계에 머물러 있다. 매클라렌 교수는 “기술만으로는 위기를 해결할 수 없다. 정치적 결단과 사회문화적 변화가 함께 이루어져야 한다”라고 강조했다. 실제로 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 2023년 보고서에서 “1.5도 목표 달성을 위해서는 2030년까지 전 세계 온실가스 배출량을 2019년 대비 43% 감축해야 한다”라고 밝혔다. 이는 기술적 해법만으로는 불가능하며, 에너지 체계의 근본적 전환, 생활 방식의 변화, 강력한 정책적 의지가 필요함을 의미한다.
이런 현실을 반영하듯, 한국 정부 역시 지구공학을 포함한 기후 대응 기술 개발에 속도를 내고 있다. 과학기술정보통신부는 2023년 ‘제1차 기후변화대응 기술개발 기본계획’을 확정하며 향후 10년의 기술 로드맵을 제시했다. 이 계획은 온실가스 감축 기술, 기후변화 적응 기술, 혁신 생태계 조성을 핵심 축으로 삼는다. 정부는 특히 “단순한 절약과 규제만으로는 한계가 있다”며, 기술 혁신을 통해 성장과 탄소중립을 함께 달성하겠다는 목표를 밝혔다. 또한 연구개발 지원 확대와 민간 기업과의 협력을 강조하며, 기술 상용화와 국제 협력 가능성을 높이는 전략도 함께 추진하고 있다. 이러한 정책적 움직임은 국내 연구자와 기업이 보다 실질적이고 장기적인 연구를 이어갈 수 있는 환경을 제공한다.
최근 국내외 연구진은 식물의 광합성을 모방한 ‘인공 광합성’ 기술을 개발하며 이산화탄소를 유용한 화합물과 연료로 전환할 가능성을 보여주고 있다. 독일 뷔르츠부르크대 유기화학연구소의 연구진과 연세대 화학과 공동 연구팀은 엽록소와 유사한 분자체를 만들어, 빛을 받은 전자가 빠르게 이동하며 전류를 생성하도록 설계했다. 연구진은 장거리로 효율적으로 전달할 수 있는 ‘초분자 전선’ 개발을 목표로 하고 있다고 밝혔다. 이 기술은 태양광을 활용해 탄소 중립 연료를 생산할 수 있을 뿐 아니라, 플라스틱 및 화학 산업에도 활용될 수 있어 기후 위기 대응과 지속 가능한 산업 발전을 동시에 모색할 수 있는 긍정적인 사례로 주목된다. 이러한 노력은 미래 세대의 지속 가능한 에너지 자원 확보에도 중요한 의미를 갖는다.
하지만 지구공학 기술은 동시에 여러 위험과 논란을 안고 있다. 성층권에 화학물질을 분사하거나 대규모 이산화탄소 제거 장치를 운용할 경우 예상치 못한 문제가 발생할 수 있다. 한 나라가 단독으로 실험을 진행하면 다른 지역의 기후에 영향을 줄 수 있으며, 기술적 불확실성도 여전히 크다. 전문가들은 “지구공학은 단기적 완화 수단일 뿐, 근본적 해답이 될 수 없다. 과학적 검증과 국제적 합의, 윤리적 논의가 동시에 따라야 한다”라고 강조한다. 또한 기술의 잠재적 영향과 책임 소재를 명확히 하기 위한 국제적 규범 마련이 필수적이라는 의견이 제기되고 있다. 지구공학의 안전성과 신뢰성을 확보하지 않으면, 오히려 기후 위기를 악화시키는 결과를 초래할 수도 있다.
지구공학과 최첨단 기후 기술은 인류에게 새로운 가능성을 제공하지만, 그것만으로 모든 문제를 해결할 수는 없다. 역사는 기술이 양날의 검임을 반복적으로 보여주었다. 원자력은 청정에너지이자 파괴적 무기가 되었고, 플라스틱은 혁신적 소재이자 환경 재앙이 되었다. 기후 위기의 시대, 우리에게 진정 필요한 것은 새로운 기술뿐만이 아니라 그 기술을 올바르게 다루는 인간의 지혜와 책임감이다. 지구공학은 ‘만능 해결책’이 아니라 ‘최후의 수단’이 되어야 한다. 우선순위는 여전히 온실가스 배출 감축, 재생에너지 전환, 에너지 효율 향상, 지속 가능한 생활 방식으로의 전환이어야 한다. 동시에 지구공학 연구를 무조건 금기시할 것도 아니다. 기후 위기가 심화되는 상황에서, 우리는 모든 선택지를 검토해야 한다. 다만 그 과정은 투명하고, 민주적이며, 과학적으로 엄격해야 한다. 소수의 기술 엘리트나 부유한 국가들만의 결정이 아니라, 전 세계 시민들의 참여와 합의를 통해 이루어져야 한다.
결국 기후 위기 극복은 기술만의 문제가 아니다. 이는 인류가 어떤 미래를 원하는지, 어떤 가치를 우선시할 것인지에 대한 근본적 질문이다. 경제 성장과 환경 보호, 현재 세대의 편의와 미래 세대의 권리, 개별 국가의 이익과 지구 공동체의 생존 사이에서 우리는 선택해야 한다. 우리가 내리는 선택과 행동이 곧 미래 세대의 삶과 환경을 결정할 것이다. 지구공학이든, 재생에너지든, 생활 방식의 변화든, 모든 해법은 결국 인간의 손에서 시작되고 끝난다. 기술은 도구일 뿐, 그것을 어떻게 사용할지는 우리 모두의 책임이다.
[위즈덤 TECH] 기계가 인간을 대신해 생각하고, 선택하며, 감정까지 흉내 내는 시대가 도래했습니다. 이런 변화 속에서 우리는 앞으로 어떤 선택을 해야 할까요? 기술의 편리함과 불안이 공존하는 지금, 인간의 자리는 어디에 있어야 할지 고민해 봅니다. 이 칼럼에서는 현재 과학 기술이 어디까지 발전해 왔는지 그리고 앞으로 다가올 윤리적 딜레마와 사회적 논의는 무엇이 있을지 살펴봅니다. 나아가 기술 발전이 인류에게 가져다줄 새로운 가능성과 한계에 대해서도 연재를 통해 함께 배워나가겠습니다. 위즈덤 아고라 정한나 기자의 ‘위즈덤 TECH’와 함께 인공지능의 세상으로 떠나보세요.
