관점: 이산화탄소를 바이오 연료로 재사용하기

대기 중으로 방출되는 엄청난 양의 이산화탄소를 재활용하는 것은 엄청나게 어렵지만, 많은 과학자들은 그만한 가치가 있을 뿐만 아니라 반드시 필요하다고 믿습니다. 기후 변화가 지구에 미치는 위협은 너무나 커서 이러한 기술 없이는 문제를 해결하는 것이 불가능하다고 말합니다.

석탄 화력 발전소와 기타 에너지원에서 생산되는 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장한다는 아이디어는 이미 주목을 받고 있으며, 몇몇 시범 프로젝트는 이미 운영 중이거나 진행 중입니다.

이산화탄소를 재활용하려는 제안은 지금까지 그다지 성공적이지 못했습니다. 탄소와 수소를 혼합하여 연료를 생산할 수 있다는 사실은 과학계에서 오래전부터 알려져 있었지만, 많은 사람들이 이 과정의 높은 에너지 집약도 때문에 이를 꺼려했습니다. 미국 로스앨러모스 국립연구소의 한스 지옥은 "공짜 점심은 없습니다."라고 말합니다. "게다가 생산 효율이 100%에 달할 수 없다는 사실까지 더해지면, 결국 얻는 것보다 더 많은 에너지를 투입하게 됩니다." 그는 이러한 에너지 저주 때문에 석유 연료를 사용하는 것이 더 합리적이라고 말합니다. 그는 "자연이 우리에게 무료로 제공했다면, 왜 사용하지 않겠습니까?"라고 결론짓습니다.

하지만 석유 매장량이 고갈되고 있습니다. 그들은 심해를 시추하고 타르샌드를 짜내고 북극을 바라봐야 합니다. 이제 대안이 필요한 시점일까요? 지옥 씨는 미국에게 이산화탄소 처리는 석유 고갈을 막는 좋은 방법이겠지만, 에너지 효율이 더 높아질 때까지는 기후를 살리는 데는 소용없다고 강조합니다.

다행히 이 분야에도 선구자들이 있습니다. 그들에 따르면, 이 기술은 완벽하지는 않지만 이미 존재합니다. 발전소나 자동차의 배출가스를 포집하는 것조차 불가능하며, 대기에서 이산화탄소를 직접 추출하는 것도 가능합니다. "그들은 '압축해서 묻어버려!'라고 하지만, 우리는 '아니, 우리에게 줘. 우리가 그걸로 가솔린을 만들 거야!'라고 말합니다." 이는 산타바바라에 있는 Carbon Sciences의 CEO인 바이런 엘튼의 말입니다. "물과 이산화탄소가 연료원이 되는 미래를 상상해 보세요!" 미국 컬럼비아 대학교 지구 연구소 설립자이자 글로벌 서모스탯의 설립자 중 한 명인 피터 아이젠버거는 이렇게 외칩니다.

이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 태양 에너지를 이용하는 것입니다. 미국 샌디아 국립 연구소의 엘렌 스테첼과 동료들은 태양의 농축된 에너지로 작동하는 고효율 화학 열기관을 개발하고 있습니다. 실제로 모든 에너지(탄화수소에 포함된 에너지 포함)는 태양에서 나옵니다. 그렇다면 자연을 계속해서 모방해 보는 것은 어떨까요?

연구원들은 프로토타입 태양 반응기를 개발했습니다. 이 반응기는 거대한 거울 배열로, 햇빛을 강력한 광선으로 모아 금속 산화물 고리를 향해 발사합니다. 고리는 회전하면서 1,400°C까지 가열되었다가 1,100°C까지 냉각됩니다. 이 고리에 이산화탄소나 물이 공급됩니다. 고온에서는 고리가 산소를 방출하고, 비교적 저온에서는 반대로 산소를 흡수합니다. 그 결과 탄화수소 연료의 구성 요소인 일산화탄소나 수소가 생성됩니다.

이 시제품은 약 20m² 면적에 맥주통 크기의 반응기를 구동합니다. 하루 100만 배럴의 석유에 해당하는 양을 태양광으로 수집하려면 121.4만 헥타르(모스크바 면적보다 큰)의 거울이 필요합니다. 괄호 안의 수치는 전 세계가 바이오연료를 포함하여 하루 약 8,600만 배럴의 액체 연료를 소비한다는 것입니다.

앞서 언급한 Carbon Sciences는 이산화탄소를 천연가스(또는 주성분인 메탄)와 금속 촉매 하에 혼합합니다. 금속 촉매는 니켈과 코발트와 같은 일반적인 금속에 알루미늄과 마그네슘을 첨가하여 제조된다고 합니다. 이렇게 생성된 합성가스를 운송용 연료로 전환하는 기술은 이미 확립된 기술입니다. Carbon Sciences의 접근 방식의 차이점은 건식 공정이라는 점입니다. Carbon Sciences는 이미 첫 번째 디젤 연료 생산을 진행하고 있습니다.

이 과정에서 일부 탄화수소는 천연가스에서 추출된다는 점에 유의해야 합니다. 영국 회사인 에어 퓨얼 신세시스(Air Fuel Synthesis)와 같은 다른 회사들은 메탄을 사용하지 않고 풍력을 이용하여 동일한 작업을 시도하고 있습니다. 목표는 (기술 시연으로서) 하루 1리터의 제트 연료를 생산하는 것입니다.

연구자들은 이러한 에너지의 가장 중요한 장점 중 하나는 현재 우리가 사용하는 연료와 동일한 연료를 사용하기 때문에 기존 인프라 전체를 보존할 수 있다는 점이라고 지적합니다. 태양광 및 풍력 에너지 개발을 크게 지연시키는 것은 바로 인프라 재건에 대한 투자의 필요성이라는 점을 기억해야 합니다.

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