대기중 메탄 농도 급증은 미국과 캐나다의 프래킹과 관련이 있다

최근 십 여 년 동안 대기 중 메탄 농도가 급격히 증가하고 있다. 미국과 캐나다의 프래킹이 그 원인이라고 보는 연구가 나왔다. 셰일 가스의 메탄에 포함된 탄소의 동위원소 비율을 이용하여 이러한 결과를 도출했다. 또한 메탄은 이산화탄소보다 대기중 체류시간이 짧아 정책 목표로 삼으면 빠르게 효과를 볼 수 있다고 한다. 연구방법론에 대한 반론도 있다. 그러나 그 문제가 석유지질학 쪽에서 제기되었다는 점에 주목하지 않을 수 없다.

Newsweek 2019. 8. 14. KASHMIRA GANDER 
원문 보기 : ”Fracking in U.S. and Canada linked to worldwide atmospheric methane spike”

지난 수 십 년 동안 대기중 메탄 농도가 급격하게 증가하고 있다. 메탄은 기후변화를 일으키는 온실가스로서 이산화탄소 다음으로 기여도가 높다. 대기중 메탄 농도 증가는 북미에서 이루어지는 프랙킹때문이라는 연구가 있다.

메탄 가스는 기후변화로 직접 연결되며, 지표면 근처의 오존 농도도 높인다. 오존은 지표면 근처에 있을 때는 우리의 건강과 농작물에 해가 된다. 메탄 가스는 질병을 유발할 수 있다. 가슴 통증, 폐기능 저하, 기관지염, 폐기종, 천식 등 여러가지이다.

[그림 1] 프래킹, 무엇이 문제인가? (영상보기 – 이미지 클릭)

20세기 후반 동안 대기 중 메탄 농도는 계속 높아졌다. 이러한 증가 추세는 정체하다가 2008년에 치솟았다. 호와스 교수(Robert W. Howarth, 코넬대학교)는 이러한 갑작스러운 메탄 농도 증가의 원인을 프래킹으로 보고 있다.(그림 4. Biogeosciences. 2019. 8.)

프래킹(수압 파쇄 공법, Hydraulic fracturing)은 셰일(혈암) 퇴적암에 고압으로 물을 투입해서 가스와 오일을 뽑아내는 공법이다.(그림 3) 프래킹에 대한 논란은 많다. 미국의 경우 프래킹은 식수를 오염시키고 대기중으로 메탄 가스를 배출시키고 지진을 일으키고 있다.(그림 2)

[그림 2] 미국의 셰일 가스 생산지 중 하나인 오클라호마의 지진 발생 추세. 2014년 이후 발생건수가 급격히 증가하고 있다. (사진 : Forbes)

프래킹은 1949년 처음 시작되었고 최근 십 여 년 동안 붐이 일고 있다. 호와스 교수의 조사에 따르면, 전세계적으로 프래킹을 통한 가스와 오일 생산량은 2005년 310억 입방 미터에서 2015년 4,350억 입방 미터로 증가했다. 총 생산량 중 89퍼센트는 미국에서, 나머지 10퍼센트는 캐나다에서 채굴되었다. 2040년이 되면 이 생산량이 1조 5천억 입방 미터가 될 것이라고 미국 에너지부는 예측하고 있다.(그림 1)

호와스 교수는 이렇게 결론을 내렸다.

“21세기 들어 셰일 가스와 오일을 상업화하면서 대기중을 배출되는 메탄의 양이 급격하게 증가했다.
현재 추세로 메탄을 계속 대기중으로 배출하게 되면 지구온난화는 더욱 심각해질 것이다. 산업화 이전시기 대비 기온상승폭 2도 이하로 유지하겠다는 유엔기후변화협약(UNFCCC. the United Nations Framework Convention on Climate Change)의 목표를 달성하기 위해 이산화탄소 배출량을 줄이려는 노력도 아무 소용없을 수 있다. 
에너지 산업 관련자들에게 호소한다. 가능한 빨리 천연가스에서 벗어나야 하며, 이산화탄소와 메탄가스 배출량을 줄여야 한다.” – 호와스 교수

[그림 3] 수압 파쇄 공법으로 가스와 오일을 뽑아내는 과정.
화학물질이 포함된 물을 주입하고(푸른색 화살표) 메탄을 뽑아낸다(붉은 색 화살표) (사진 : wikimedia commons)

호와스 교수는 자신의 최근 연구에서 대기중 메탄에 포함된 탄소 동위원소의 농도 변화를 분석했고, 이를 통해 대기중 메탄이 어디서 유래하는지 도출해낼 수 있었다.

메탄(CH4)은 카본과 수소로 이루어진 화합물이다. 20세기 후반에 대기중으로 배출된 메탄에는 탄소동위원소 13C가 많이 포함되어 있었다. 그런데 호와스 교수의 연구에 따르면 최근 배출되는 메탄에는 이전과 달리 13C의 비율이 낮다. 셰일 가스에 포함된 메탄은 천연가스, 석탄같은 화석연료보다 13C의 비율이 낮기 때문이라는 것이 그의 설명이다.

[그림 4] (A)1980~2015년 전지구적인 대기중 메탄 농도 증가 추세 (B)1980~2015년 전지구 대기중 메탄 가스 속에 포함된 δ13C의 증가 추세. δ13C는 원자량 12인 탄소보다 더 무거운 원자량 13인 탄소의 동위원소. (그래프 출처 : Howarth. 2019, Chaefer et al. 2016)
셰일가스 속의 메탄에는 천연 메탄보다 δ13C의 함유량이 낮다. 호와스 교수가 최근 수 십 년 동안 대기중 메탄 농도 증가의 원인을 프래킹으로 지목하는 근거이다.

한 가지 다행스러운 사실은, 메탄의 온실 효과는 이산화탄소보다 더 빨리 나타난다는 것이다. 따라서 메탄 배출량을 줄이면 지구 온난화 속도를 곧바로 늦출 수 있다. 즉, 메탄 배출량을 줄이면 파리 협정을 이행하는 데 도움이 될 것이다.

“최근의 메탄 배출량 증가량은 엄청나다. 전지구적으로 심각한 양이 배출되고 있다. 현재 심각하게 진행되고 있는 지구온난화에 메탄이 상당히 기여하고 있다. 셰일 가스가 그 메탄의 주요 배출원이다. 메탄 배출을 멈추면 대기중의 메탄은 곧 분해되어 사라질 것이다. 메탄은 이산화탄소보다 대기중에서 더 빨리 사라진다. 따라서 지구온난화 문제를 해결하기 위해 메탄을 줄이면 훨씬 더 효율적이고 빠르게 문제를 해결할 수 있다.” – 호와스 교수

[그림 5] 미국의 최근 프래킹을 이용한 셰일 가스 생산 추세 (사진 : Forbes)

다른 연구자들은 호와스 교수의 연구 결과를 반기면서 일부 한계가 있음을 지적했다.

“화석연료, 농업, 산불, 습지 등 다양한 배출원에서 매우 다양한 메탄이 배출되는데, 이들도 호와스 교수의 연구에서 보인 결과와 비슷한 경향을 나타낸다. 오염원별 배출량 추정치도 불확실하고 탄소-동위원소 지문법 대한 지식에도 한계가 있다.
대기중에서 메탄이 화학적으로 제거되는 과정에 대한 연구도 나와 있다. 대기 중 메탄 농도 증가를 설명하기 위해서는 다른 배출원의 상대적인 기여에 대해서도 더 연구해보아야 한다.
그러나 이 연구가 지적하고 있는 바는 매우 중요하다. 우리가 충분히 제어할 수 있는 메탄 배출원이 있다는 것이다. 자연적인 배출원같은 경우는 감축 목표로 삼기 어렵다. 프래킹 과정과 화석연료 사용으로 배출되는 메탄을 목표로 정책을 세우면 더 빨리 온실가스 감축 효과를 볼 수 있을 것이다.”
-그랜트 알렌 교수(영국 멘체스터대학교 대기물리학)

“호와스 교수의 연구 결과에 대해 나는 매우 회의적이다. 셰일 가스에 포함된 메탄의 탄소 동위원소 함량을 어떻게 가정하느냐에 따라 결과는 전혀 다르게 나오기 때문이다.
13C 동위원소의 비율을 추정하는 방법도 매우 의심스럽다. 대기중 메탄 농도 증가의 원인을 자연적인 배출원, 즉 습지와 농축산업 또는 바이오메스 연소 등으로 보는 것이 더 설득력 있다.
호와스 교수의 연구에서도 인정하듯이, 증가된 메탄 농도가 셰일 가스로부터 기인한 것이라고 하더라도 그것이 곧 수압 파쇄 공법때문이라고 말할 수 는 없다
예를 들어, 미국의 가스 수송관이 노후화되어 누출되는 메탄 가스의 양도 상당하다.”
-퀜틴 피셔 교수(영국 리드 대학. 석유지질학)


Newsweek 2019. 8. 14. KASHMIRA GANDER 
원문 보기 : ”Fracking in U.S. and Canada linked to worldwide atmospheric methane spike”

번역 : 황승미 (녹색아카데미)
2019년 8월 28일

1 댓글

  1. 핑백: 녹색아카데미 뉴스레터 9월-1 – 녹색아카데미 Green Academy