<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
해상 유정 및 가스 유정에서의 메탄 배출의 확인
일본 국립환경연구소에서는 선박에서 관측하여 말레이시아와 인도네시아 앞바다에서 높은 온실 효과를 가지는 가스인 메탄의 누출이 일어나고 있는 것을 확인했다. 앞으로 관측 기술이 더욱 발전하여 위성 관측과 항공기 관측 등과 결합하여 정량성이 높아져 해상 유정 및 가스 유정에서의 메탄 배출 대책이 적절하게 이루어지고 있는지 여부를 판단하는 좋은 지표가 될 것으로 기대된다.본 논문은 9월 30일자로 네이처 출판 그룹에서 발행한 오픈 억세스 저널 "Scientific Reports"에 게재되었다.
메탄은 이산화 탄소(CO2)에 이어 2번째로 큰 온실 효과를 가지는 가스로서 알려져 있다. 또한, 글로벌 대류권 오존의 농도를 유지하는 데도 기여하고 있으며, 직/간접적으로 기후 변화, 대기질에 관여하고 있다. 메탄의 대기 중 수명은 약 9년으로 온실 효과 가스 중에서는 짧아, 메탄 배출을 삭감하면 가까운 미래의 온난화를 억제·완화하는 효과가 크고, 최근에는 SLCP(Short-Lived Climate Pollutants, 단수명 기후 오염 물질)로 가까운 미래의 온난화 대책 측면에서 주목 받고 있다. 이들 SLCP의 배출 삭감은 CO2 대책까지 "시간 벌기"로 활용할 수 있다는 점에서 정책적으로도 중요한 의미를 지닌다. 또한, CO2 감축이 당장 시작됐다고 해도 그 효과는 바로 얻을 수 없다는 현실도 있어(미래 세대를 위한 온난화 억제에는 CO2 감축뿐만 아니라) 현역 세대를 위한 온난화 억제에는 SLCP 감소가 필수라고 생각되고 있다.
한편 대기 중 메탄 농도는 산업 혁명 이전의 농도 레벨인 700ppb에서부터 계속 늘고 있는데, 메탄의 장기 변화 추세의 요인은 충분히 해명되지 않아, 발생 원인 파악도 제대로 못하고 있는 상황에 있다. 메탄의 글로벌 배출량은 인위 기원과 자연적을 합쳐 연간 약 550Tg(테라 g)로 추정되며, 유정 및 가스 유정에서의 누설은 전세계 배출량의 10% 정도로 인위적 배출의 20% 저도를 차지한다. 최근에는 아마존과 동남아시아 등에서 지금까지 인식되지 않은 메탄 발생원의 존재가 발견되고 있어, 메탄의 발생원에 대한 이해가 아직 불충분한 것으로, 관측의 공백 지역인 아시아 지역의 메탄 관측이 필요하다고 지적되어 왔다.
메탄 등의 SLCP는 대기 중 수명이 짧기 때문에 농도 분포가 불균일하게 되기 쉬운 특성이 있고, 또한 발생원의 분포가 비균일하기 때문에 적절한 대책의 수립에 이바지하는 과학적인 지식을 얻으려면, 높은 공간 분해능으로 지역적, 세계적으로 균일한 관측을 실시하는 것이 필요하다. 그러나, SLCP의 농도 분포 및 변동 요인의 파악, 관련된 전구 물질의 발생원 분포에 관한 지식은 단편적이었다. 특히, 해양에서의 배출원은 파악하기 힘들고, 현재 널리 이루어지고 있는 지상 관측소에서의 모니터링에서는 검출할 수 없었다.
그래서 국립 환경 연구소는 가고시마 선박(주) 및 토요후지 해운(주)의 협력을 얻어 공해상의 청정 대기를 관측할 수 있는 일본-오세아니아 항로와 아시아 연안 지역의 지역적 오염 대기를 관측할 수 있는 일본-동남 아시아 항로에서 SLCP의 장기 관측을 실시하고 있다. 두 가지 특징적인 선박 관측의 대비에 의해 동아시아 지역에서의 배출량을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다.
해당 선박의 관측실에 레이저광을 이용한 새로운 고속 분석법인 캐비티 링 다운 분광기(Cavity Ring-down Spectroscopy, CRDS)를 설치하고, 이산화 탄소, 메탄 등의 연속 관측을 여러 차례에 걸쳐 실시했다. 그 데이터를 이용해 배출량을 추산하고 기존의 인벤토리 및 위성 관측과 비교·해석했다.
그림에 동남 아시아 지역의 메탄 위도 분포를 나타냈다. 동남 아시아 지역에서 현저한 메탄의 농도 증가(피크)가 많이 관측되었다. 시간은 짧지만 메탄 농도의 증가량은 매우 크고 발생원이 가깝다는 것이 시사되었다. 또한, 이들의 피크가 관측된 곳은 말레이 반도의 동쪽 연안과 보르네오 북서 해안의 2개 지역에 집중하고 있었다.
관측된 메탄 배출원을 밝히기 위해 미국 해양 대기청에 의한 미국 공군 방어 기상 위성 프로젝트 Operational Linescan System(DMSP/OLS) 센서에서 관측된 night-light의 데이터를 조사한 결과, 유정·가스 유정 유래의 가스 연소(가스 플레어)에 핫 스폿이 존재하는 것을 알 수 있었다. 또한, 핫 스팟의 대부분은 정기 화물선에서 관측된 메탄 피크의 부근에 위치하고 있었다(그림 2).
메탄은 가스 플레어나 벤트(배기), 리크(누출), 증발, 비산 등 CO2와 함께 유정 및 가스 유정에서 배출되기 때문에, 관측된 메탄 농도 증가는 이 해역에서의 해상 유정·가스 유정에서 배출된다는 것이 시사되었다. 또한 DMSP/OLS에서 관측된 유정 및 가스 유정의 분포를 EDGAR(Emission Database for Global Atmospheric Research)v.4.2 인벤토리와 비교한 결과, 말레이 반도 동쪽 해안에서 분포에 차이가 보이면서 분포의 추정에 큰 불확실성이 나타났다.
다음에 이들 관측 결과를 이용하여 메탄의 배출량을 추정했는데, 동남 아시아에 있어서의 해상 유정 및 가스 유정에서의 방출은 0.1(오차 범위:0.02-0.32)Tg/yr이며, 동남 아시아 전체의 인위적 발생원의 0.2%를 차지하는 것을 알았다. 오차 범위는 메탄과 CO2의 비율에는 큰 폭이 있었음을 반영했고, 유정·가스정 배출에는 다양한 생산 프로세스가 관여하여 변화하고 있는 것을 알았다.
동남 아시아뿐만 아니라, 북해, 페르시아만, 기니만, 멕시코만 등도 포함해 해상 유정 및 가스 유정의 배출량을 글로벌 하게 추산하면 1-2 Tg/yr로, 산림 화재와 영구 동토 등의 발생원과 같은 정도임이 확인되었다. 유정·가스정에서 유래한 메탄의 배출량은 2010년부터 2020년까지 35% 가까이 증가할 것으로 추측되고 있어, 향후 해상 유정 및 가스 유정의 메탄 배출량을 더욱 정확히 파악하고 모델이나 평가에 이용되는 메탄 배출 인벤토리를 개선하기 위해 추가적인 관측적 지식이 필요하다고 생각된다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr