온실가스


▷ 의 의: 지구의 물리・화학・생물학적 균형을 깨뜨려 지구온난화를 유발하는 대표적인 물질을 의미한다.

▷ 종 류: 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 염화불화탄소류(CFCs), 육불화황(SF6), 과불화탄소류(PFCs) 등

▷ 온실효과: 태양으로부터 유입된 단파장의 복사에너지가 지구 대기권을 통과하여 유입된 후, 장파장의 지구복사로 방출될 때 온실가스에 의해 흡수됨으로써
지구가 온난화되는 현상이다.

▷ 국제 기후협약 규제대상 물질
- 몬트리올의정서(1989년): 염화불화탄소류(CFCs)
- 교토의정서(1997년): 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소류(HFCs), 과불화탄소류(PFCs), 육불화황(SF6)
- 교토의정서 후속회의(더반, 2011년): 삼불화질소(NF3)


화석연료의 사용


산업화 도시화에 따른 영향


지구온난화




이산화탄소


▷ 발생과 소멸

- 발생원: 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료를 태울 때 주로 발생하며, 벌목과 화재, 산불 등의 잔존물 부패 등에서 배출되기도 한다.
- 소멸원: 식생의 광합성 과정, 해양에 의한 흡수, 성층권 오존과 광화학 반응에 의한 분해 등으로 소멸된다.

▷ 기후변화에 미치는 영향

- 이산화탄소는 지구온난화를 유발하는 주요 원인물질로 인간의 화석연료 소비증가로 배출되는 대표적인 온실가스이다. 이산화탄소의 전지구 평균 농도는 꾸준히 증가하고 있으며 관측단위는 ppm(part per million, 100만분의 일)일반적으로 이산화탄소는 배출되어 대기 중에 머무르는 잔류 기간이 5~200년이나 된다(IPCC, 2001).

- 모든 온실가스의 전지구 복사강제력이 산업화 이전 시기(1750년 이전)와 비교하여 2.83 W/m2에 이르며 이중 이산화탄소가 차지하는 전지구 복사강제력은 1.82 W/m2(64.3 %)에 이르는 것으로 알려져 있다. (IPCC, 2013).

- 이산화탄소는 태양빛을 지구표면으로 투과시키는 반면 지구에서 내뿜는 장파 복사는 흡수한 뒤 다시 지구로 내뿜기 때문에 온실효과를 일으켜 지구온난화를 야기한다. 이에 따라 해빙과 적설 면적 등이 감소하고 극심한 날씨 변화를 야기하는 등의 급격한 기후 변화가 나타날 수 있다. 기후변화 이외에도 이산화탄소 농도의 증가는 해양을 산성화 시키는 등 생태계 및 사회 전반에 다양한 영향을 끼친다.

벌목, 산업화

한반도 이산화탄소 증가



메탄


▷ 발생과 소멸

- 발생원: 습지와 해양, 식생 등에서 자연적으로 배출하고 농업, 축산업, 천연가스 연소, 폐기물 부패 등 인위적 원인으로 배출한다.
- 소멸원: OH라디칼(수산화이온: 매우 불안정한 분자)과 반응하여 분해한다.


▷ 기후변화에 미치는 영향

- 메탄은 이산화탄소 다음으로 중요한 온실가스 중 하나로 ppb(part per billion, 10억 분의 1) 수준으로 대기 중에 존재한다. 대기 중의 약 0.00018 %로 아주 적은 양을 차지하고 있지만 전체 온실효과에 약 1/6 가량 기여하는 것으로 파악되고 있어 양에 비하여 온실 효과에 기여하는 바가 크다. 복사강제력은 0.48 W/m2으로 전지구 온실가스 복사강제력 대비 17.0 % 기여하고 있다(IPCC, 2013).

- 메탄은 한번 배출되면 약 9년 정도 대기 중에 체류하고, 다른 온실가스 종에 비해 체류시간이 짧기 때문에 정책적으로 배출량을 줄이면 가장 빠른 효과를 볼 수 있다.

- 메탄은 대류권 오존의 생성에도 기여하는 등 기후뿐만 아니라 대기질에도 영향을 미치는 중요한 기체이다. 메탄의 자연적 발생은 주로 늪지에서 일어나며 이 밖에도 산불, 가축 등에 의하여 발생한다. 인위적으로는 석탄 채취, 석유 및 가스 채취 시 배관에서 누출되어 발생하기도 하고, 쓰레기 배출 등에 의하여 발생하기도 한다.





축산업, 폐기물 부패



아산화질소


▷ 생성 및 기후변화에 미치는 영향

- 아산화질소는 대기 중 체류시간이 약 121년 정도 되는 온실가스로 1750년부터 2012년 사이 복사 강제력이 전체 온실가스 중 6 %를 차지하였다(IPCC, 2013). 아산화질소는 인위적 온실가스 중 세 번째로 높은 것으로 산업화 이전에는 270 ppb 수준으로 존재하였다.

- 아산화질소의 자연기원은 해양, 토양 등이 있으며, 화석연료, 생태소각, 농업비료의 사용, 여러 산업공정 에서 배출되는 인위적 기원 등이 있다. 인위적 배출원과 자연적 배출원의 비율은 거의 같다. 아산화질소는 광분해에 의해 성층권에서 소멸되며 때론 오존층파괴 과정에서 트리거로 사용되기도 한다. 그러나 아직도 아산화질소의 전체 순환에 대해서 이해하진 못했다.

비료사용에 따른 아산화질소 발생



육불화황


▷ 생성 및 기후변화에 미치는 영향


- 육불화황은 ppt(part per trillion, 1조 분의 1) 수준으로 대기 중에 존재한다. 100년을 기준으로 지구 온난화지수가 이산화탄소보다 22800배가 높아 향후 기후변화에 영향을 줄 수 있는 잠재력 높은 온실가스이다(IPCC, 2013).

- 주로 전기의 절연체 등으로 사용되며 적은 양이지만 마그네슘과 알루미늄 산업, 반도체 산업에서도 배출되어 대부분 산업에 기원한다. 대류권에는 소멸기작이 거의 없고 중간권에서 처음으로 분해가 시작되기 때문에 대류권에서 육불화황의 체류시간은 약 3200년으로 길며, 한번 대기로 배출되면 거의 선형으로 누적되어 빠르게 증가한다.

다양한 온실가스 발생



염화불화탄소-11, 12, 113


▷ 생성 및 기후변화에 미치는 영향


- 염화불화탄소류는 주로 성층권에서 자외선에 의해 분해되며 대기 중 체류시간이 CFC-11은 50년, CFC-12는 110년으로, CFC-113은 85년으로 나타난다. 염화불화탄소류는 냉매제로 주로 사용되며, 성층권의 오존층을 파괴하는 염소와 브로민이 포함되어 있어, 1990년대 몬트리얼 의정서를 채택하여 규제를 시작하였다.

- 북반구의 관측소에서는 CFC-11은 1992년에 최댓값을 보였다가 감소추세를 나타내며, CFC-12는 2005년에 최댓값을 보이고 감소추세를 보이고 있다. CFC-12의 경우 대기 중 체류시간이 다른 두 물질에 비해 상대적으로 길기 때문에 규제에 대한 실제 반응속도는 늦고, 따라서 감소추이가 상대적으로 늦다.