온실가스
온실가스
‘따뜻한’ 지구의 원인인 ‘온실가스’
만약 온실가스가 없다면 지구평균기온은 –19℃가 될 것이다. 그러나 대기 중에 이산화탄소, 메탄, 수증기 등 온실가스에 의해 지구평균기온을 약 14℃로 인류가 살기 좋은 기온을 유지하고 있다. 또한 지난 130여년간 지구평균기온이 상승하는 지구온난화가 나타나고 있다.
UN 산하 ‘기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)' 제5차 보고서는 1950년 이후 나타난 지구온난화가 화석연료의 사용 등 인간 활동 때문일 가능성이 매우 높다(95% 이상의 확률)고 결론을 내렸다. 에너지를 얻기 위해 사용된 화석연료(석유, 석탄, 가스 등)의 연소는 지구온난화의 주범인 이산화탄소 농도를 꾸준히 증가시키고 있는 것이다.
계속되는 온실가스의 증가로 지구의 평균기온 상승이 불가피한 가운데 어느 때보다 기후변화를 효과적으로 대응하기 위하여 우리 모두 꾸준한 노력을 기울일 필요가 있다.
온실가스
- 대기 중에 가스 상태로 장기간 체류하면서 대부분의 태양복사를 투과시키고 지표면에서 방출하는 지구복사를 흡수하거나 재방출하여 온실효과를 유발하는 물질이다.
온실효과를 유발하여 지표온도를 상승시킬 수 있는 온실가스 중에는 이산화탄소 이외에 메탄, 아산화질소, 염화불화탄소 등의 미량기체를 꼽을 수 있다.
<교토의정서 규제대상 6대 온실가스(1997)>
<교토의정서 규제대상 6대 온실가스(1997)>
| 온실가스 종류 | 화학식 | 체류시간(년) | 지구온난화지수(GWP) |
|---|---|---|---|
| 이산화탄소 | CO2 | 5~200 | 1 |
| 메탄 | CH4 | 12.4 | 28 |
| 아산화질소 | N2O | 121 | 265 |
| 육불화황 | SF6 | 3,200 | 23,500 |
| 염화불화탄소 | CFC-11 | 45 | 4,660 |
| 염화불화탄소 | CFC-12 | 100 | 10,200 |
| 염화불화탄소 | CFC-113 | 85 | 5,820 |
| 삼불화질소 | NF3 | 500 | 16,100 |
1984-2018년의 전지구 평균
CO2 농도(위) 및 증가율(아래)
1984-2018년의 전지구 평균
CH4 농도(위) 및 증가율(아래)
1984-2018년의 전지구 평균
N2O 농도(위) 및 증가율(아래)
이산화탄소(CO2)
- 인간의 화석연료 소비 증가로 배출되는 대표적 온실가스로 전지구 평균농도는 꾸준히 증가 추세이다. 관측단위는 ppm(100만분의 일)이며 대기 중에 머무르는 시간이 100~300년으로 전체 온실효과의 65%를 차지한다. 화석에너지 사용과 시멘트 생산 등 인간 활동과 동‧식물의 호흡과정, 유기물의 부패, 화산활동 등 자연활동으로 대기 중에 배출되고 식물의 광합성 작용과 해양 흡수로 배출된 양의 약 60%가 제거되고 나머지 40%는 대기 중에 남아 농도가 증가한다.
- 최근 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전의 280ppm보다 현저하게 증가하고 있다. 전지구 이산화탄소 평균 농도*는 2019년 409.8ppm을 기록하였고, 안면도 기후변화감시소(기상청 소속)에서 관측된 평균 농도는 2019년 417.9ppm을 기록하였다.
미국해양대기청(NOAA)에서 발표한 값으로 WMO 발표 농도와 차이가 있을 수 있음
- 과거 대기 중 이산화탄소 농도의 장기변동은 남극, 그린란드, 고산 빙하 속에 포집된 공기 중 농도를 분석하여 밝혀졌다.
메탄(CH4)
- 이산화탄소 다음으로 중요한 온실가스 중 하나로 ppb(10억분의 1) 수준으로 대기 중에 존재한다.
- 전지구 온실가스 복사강제력 대비 17% 기여하고 있으며 주요 배출원은 습지, 바다, 대지의 사용, 쌀농사, 발효, 화석연료 등 다양한 인위적‧자연적 요소가 존재하는 반면, 소멸원은 주로 대기 중 수산화이온(OH) 라디칼로 알려져 있다.
- 다른 온실가스에 비해 체류시간이 12년으로 짧아 배출량을 줄이면 가장 빠른 효과를 볼 수 있다.
아산화질소(N2O)
- 대기 중 체류시간이 114년 되는 온실가스로 복사강제력의 6%를 차지한다.
- 발생원은 해양, 토양 등이 있으며 화석연료, 생태소각, 농업비료의 사용, 여러 산업공정에서 배출되는 인위적 기원 등이 있다. 아산화질소는 성층권으로 올라가 광분해 되어 성층권 오존을 파괴하면서 소멸된다.
육불화황(SF6)
- 육불화황은 인공적인 온실효과를 유발하며 화학적, 열적으로 안정된 기체이다. 전기를 통하지 않는 특성이 있으며 반도체 생산 공정에서 다량 사용된다.
- 이산화탄소와 같은 양일 때 온실효과는 약 22,800배로 가장 크며 한번 배출되면 3200년까지 영향을 미친다(이산화탄소 200년).
- 대부분 성층권이나 그 상층에서 주로 짧은 파장의 자외선에 의해 파괴된다.
- 안면도 기후변화감시소에 육불화황 세계표준센터를 유치하여 WMO 회원국의 대상으로 적합성 평가를 수행하고 있다.
수소불화탄소(HFCs)
- 오존층을 파괴하는 프레온 가스로 염화불화탄소의 대체물질로 개발되었다.
- 냉장고나 에어컨의 냉매 등 주로 인공적으로 만들어 산업공정의 부산물로 쓰인다.
과불화탄소(PFCs)
- 염화불화탄소의 대체물질로 개발. 탄소(C)와 불소(F)의 화합물로 만든 전자제품, 도금산업, 반도체의 세척용, 소화기 등에 사용된다.
염화불화탄소-11, 12, 113 (CFC-11, 12, 113)
- ‘프레온 가스’로 널리 알려져 있음. 오존층을 파괴시키는 물질 중 하나로 몬트리올 의정서에서 규제대상 물질(1989)로 지정되었으며, 냉장고 냉매, 발포제, 충전제로 주로 사용된다.
- 계속적인 배출로 농도가 꾸준히 증가하였으나, 몬트리올 의정서 발표 이후 현재 감소 추세에 있다.
※ 교토의정서에서 규제되었으나, 몬트리올 의정서에서 규제되지 않은 물질은 그 농도가 증가 추세에 있음(예: HFCs와 SF6)
지구온난화지수
- 이산화탄소 1kg과 비교하여 온실가스가 대기 중에 방출된 후 특정기간 그 가스 1kg의 상대적 온난화 효과
복사강제력 (Radiative Forcing, RF)
- 기후변화를 일으키는 물질들의 영향력을 나타내는 척도로 단위면적 당 에너지 변화율로 표현(W/m2). 양의 복사강제력은 지구-대기 시스템의 에너지를 증가시키고, 음의 복사강제력은 감소시킨다.
※ 1750~2011년 인위적인 복사강제력의 총량과 이산화탄소의 복사강제력: 2.3W/m2, 1.68W/m2 복사강제력 증가에 가장 크게 기여한 요인은 이산화탄소임
온실효과
- 대기 중의 수증기와 이산화탄소 등이 온실의 유리처럼 작용하여 지구 표면의 온도를 높게 유지하는 효과를 말한다. 대기는 태양에서 복사되는 단파장을 거의 통과시켜 지표면까지 도달하게 하지만, 지표면에서 방출되는 복사는 파장이 길기 때문에 대기 중의 수증기․이산화탄소․오존 등에 대부분 흡수되거나, 다시 열로 지표면으로 방출된다. 이 결과 지표면과 하층대기는 온도의 상승이 있게 된다.
이산화탄소 상당량
- 온실가스 농도를 지구온난화 효과를 기준으로 이산화탄소 농도로 환산한 값. 환산 농도에는 모든 온실가스(대류권 오존 포함) 및 에어로졸과 알베도 변화에 의한 복사강제력이 포함된다. 1750년~2011년 간 총 인위적 복사강제력 2.3W/m2은 이산화탄소상당량으로 환산
(CO2-상당농도=278 eRF/5.35)하면 430ppm에 해당된다(IPCC 제5차 보고서).
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