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미래의 지구를 떠올렸을 때 가장 먼저 떠오르는 난제는 역시 ‘기후변화’ 문제일 거예요. 언젠간 반드시 풀어야 할 기후변화 난제는 어떻게 해결할 수 있을까요?

지구는 기후변화를 얼마나 더 견딜 수 있을까?

포항공과대학교 국종성 교수는 기후변화 문제를 ‘눈을 감고 절벽으로 무작정 달려가는 상황’에 비유했어요. 작은 폭으로 일어나던 기후변화가 갑자기 큰 폭으로 일어나 사회 시스템이 무너지는 시점이 오기 때문이죠. 이렇게 기후가 급격히 변하는 시점을 ‘기후변화 임계점’이라고 불러요. 지금으로선 그 임계점이 언제쯤인지 예측할 수 없지요. 기후변화 예측에 사용되는 시뮬레이션이 아직 임계점에 대한 학습이 되어 있지 않아 급격한 기후변화를 ‘데이터 오류’라고 받아들이거든요.

이에 국종성 교수는 시뮬레이션에 임계점 상황을 학습시킬 방법을 연구 중이에요. 지구의 한 부분에 극단적인 변화가 생겼다고 가정하고, 이것이 어떤 결과로 이어지는지를 학습시키는거죠. 예를 들어 급격한 기온 상승으로 영구동토층이 녹으면 그 안에 얼어있던 수많은 식물의 썩은 잔해들이 밖으로 드러날 거예요. 이 잔해들은 지구 온난화의 주범으로 손꼽히는 메탄을 내뿜는데, 이로 인해 기후변화 임계점이 올 수 있지요. 국종성 교수는 영구동토층 이외에도 빙하의 손실 역시 기후변화에 큰 영향을 미칠 것으로 보고, 이를 집중적으로 분석할 예정이랍니다.

대체 에너지로 지구 온난화 늦춘다!

연세대학교 심우영 교수팀은 신경세포를 모사해 새로운 개념의 에너지를 만드는 방법을 연구 중이에요. 인간의 신경세포(뉴런)에 자극이 발생하는 순간, 뉴런 주변에 있던 나트륨 양이온이 세포 안으로 들어와요. 이때 나트륨 양이온이 갖고 있던 양전하 때문에 세포에 전기 에너지가 발생하죠. 심교수팀은 이 원리를 발전에 활용할 계획이에요.

또 다른 기후변화 해결책으로 촉매를 사용해 이산화탄소를 연료로 바꾸는 ‘인공광합성’ 기술이 꼽혀요. 한국과학기술연구원 오형석 박사는 “석유 대신 이산화탄소에서 연료를 얻으면 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다”고 설명했죠. 여기서 촉매는 이산화탄소를 연료로 바꾸는 일종의 공장 역할을 해요. 촉매 안으로 이산화탄소를 넣으면 연료로 바뀌어 나오는데, 문제는 기체 이산화탄소의 운동성이 워낙 커서 촉매로부터 도망을 친다는 점이에요.

그렇다고 이산화탄소를 액체로 만들면 운동성이 너무 떨어져 촉매 사이로 이산화탄소가 잘 들어가질 못하고요. 이게 현재 인공광합성이 풀어야 할 난제죠. 오형석 박사팀은 ‘초임계 이산화탄소’로 이 난제 에 도전했어요. 초임계 상태란 액체와 기체를 서로 구별할 수 없는 상태예요. 이산화탄소는 73기압, 31℃ 이상의 온도에서 초임계 상태가 나타나죠. 초 임계 상태의 이산화탄소는 액체처럼 촉매에 잘 달 라붙으면서도 기체처럼 촉매 사이로 잘 들어갈 수 있답니다. 이를 통해 인공광합성 장치의 효율을 1cm2당 0.3A에서 2A로 약 7배 올려 인공광합성의 상용화를 앞당길 수 있죠.