21세기를 이끌어갈 미래 환경기술인 ET. 대기, 수질, 토양에 있는 오염물질의 처리는 기본이고, 여기에서 유용한 자원까지 만든다. 인류의 생존과 번영을 위해 다양한 분야에서 활약할 ET 기술들을 만나보자.
20세기까지 산업발전을 최우선으로 추구하면서 지구촌은 대기, 수질, 토양의 오염과 이에 따른 생태적인 변화로 몸살을 앓고 있다. 철강, 중화학, 전자 등의 산업발달은 인간의 생활을 편리하게 했지만 환경오염이라는 부작용을 낳았다. 최근 IT, BT, NT 등 첨단 산업의 발전에도 불구하고, 환경 상황은 점점 열악해지고 있다. 또한 자원고갈의 위협과 함께 전반적으로 확산된 오염은 기후변화, 생물다양성의 손실, 산성비, 그리고 오존층 파괴 등의 이름으로 지구의 존속까지도 위협하고 있다.
1990년대부터 본격적으로 전지구적 환경보전을 위해 세계 각국은 온실가스를 규제하는 기후변화협약, 쓰레기의 국가 간 이동을 금지하는 바젤협약, 쓰레기의 발생을 원천적으로 줄이는 순환형 경제사회 구축, 생태계 복원을 위한 생물다양성협약 등의 환경규제가 본격화됐고 환경과 무역이 연계되는 WTO체제를 맞이했다.
현재 경제발전과 환경보호는 대립적인 위치에 놓여 있어 둘 중 하나의 희생을 강요하고 있음을 부정할 수 없다. 이런 복잡한 문제를 해결한 첨단과학기술로 ET(Environment Technology, 환경공학기술)가 주목받고 있다.
대기 중 온실가스 모아 제거한다
ET를 살펴보기 전에 우선 미래의 환경부터 생각해보자. 만약 현재 상황이 계속된다면 미래 환경도 정말 암울한 것일까. OECD(경제협력 및 발전기구)에서는 교통신호등을 도입해 미래의 환경을 예측하고 방향을 제시하고 있다. 신호등처럼 위험도에 따라 녹색, 황색, 적색의 신호등을 붙인 것이다.
가장 안전한 녹색신호등의 경우 긍정적으로 예측되는 항목인데, 현재 선진국에서의 산림 남벌이 여기에 속한다. 지속적인 감시로 충분히 해결할 수 있는 문제란 얘기다. 황색신호등은 불확실하거나 잠재적인 문제를 갖고 있는 항목에 붙인다. 예를 들어 물 문제의 경우 전체적으로는 1인당 사용량이 감소하는 등 긍정적인 측면도 있지만 아직 앞으로 어떻게 될지 불확실한 측면도 있다. 지표수 수질을 향상시키기 위한 노력이 더 필요하다는 얘기다.
현재 추세가 2020년까지 계속될 것으로 예상되거나, 현재의 부정적인 추세가 더욱 나빠질 것으로 예상되는 기후변화, 생물다양성 파괴, 열대삼림의 남벌이 적색신호등 아래 놓여 있다. 특히 온실가스 방출로 인한 기후변화와 도시공기 오염은 에너지와 수송수단의 사용이 주된 원인으로 모든 국가들이 당면한 중요한 문제다. OECD 국가들도 2020년까지 ${CO}_{2}$(이산화탄소) 배출이 1/3 이상 증가할 것으로 예상되며, 개발도상국들은 수치를 예측하기 어려울 정도로 크게 증가할 것이다.
2020년까지 세계인구도 1/4 정도 증가할 것으로 예상된다. 따라서 미래 환경은 생태계 보호와 유지를 위한 강력한 대응 없이는 지금보다 훨씬 암울할 것으로 추측된다. 환경에 방출된 물질을 무해하게 만들고, 에너지에서 온실가스 발생을 억제하며, 생물다양성을 보존하기 위해 재생가능한 자원을 활용하는 첨단 ET가 필요한 이유다.
미래 환경기술은 전통적인 환경기술, 즉 능률성을 향상시키거나 재활용을 늘리고, 환경오염물질 방출을 감소시키고 제거해 환경에 대한 압박을 완화시키는 기술과는 다를 수밖에 없다. ET는 현재 예측보다 더 현저한 변화를 실현할 수 있는 기술의 창출과 개선을 의미한다. 그리고 다른 첨단 기술과 접목돼 더 광범위하고 종합적으로 환경문제를 다룬다. 이런 차세대 환경기술만이 국가 경제를 계속 발전시키고, 나아가 지구환경 보전에도 앞장 설 수 있다.
인류가 당면한 가장 큰 문제인 지구온난화는 이산화탄소와 같은 온실가스 때문이다. 그러나 석유와 같은 화석연료를 주된 에너지원으로 사용할 수밖에 없는 산업구조에서 온실가스의 배출은 피할 수 없다. 새롭고 좀더 효율적인 에너지 기술이 등장한다고 하더라도, 이들로부터 배출되는 양은 앞으로 20년 동안 변하지 않으리라는 전망까지 나오고 있다. 따라서 새로운 에너지원 탐색은 물론 이미 방출된 온실가스를 모으고 이용하고 저장하는 기술이 절실히 필요하다.
우선 대기 중에 증가한 이산화탄소의 농도를 낮추는 방법을 생각할 수 있다. 현재 대기 중 이산화탄소를 모아 제거하는 방법이 모색되고 있다. 생태계를 활용해 숲으로 온실가스를 격리시키는 기술도 가능할 수 있다.
온실가스를 이용하는 방법으로 매립지의 메탄가스를 미생물을 이용해 효율적으로 모으고 이를 연료전지에 사용해 전기를 생산하는 기술이 있다. 또 이산화탄소를 흡착하는 조류미생물을 사용해 폐수처리에 응용하는 기술도 있다. 온실가스를 저장하는 방법으로는 깊은 바다 속에 위치한 심해 저층에 이산화탄소를 저장하거나, 깊은 땅 속에 위치한 석탄층에 저장하는 기술이 연구되고 있다.
미래의 대체에너지로 가스 하이드레이트로 불리는 차세대 에너지원이 주목받고 있다. 가스 하이드레이트는 얼음 속에 갇혀 있는 천연가스로 해저면이나 얼어붙은 땅 속에 존재하는데, 온실가스의 발생을 현격히 줄일 수 있다. 이 외에도 태양력, 풍력, 지열과 바이오매스(생물체의 에너지)를 이용해 수소와 같은 청정가스를 만들어 에너지원으로 사용할 수 있는데, 이산화탄소의 배출이 없는 차세대 기술로 기대된다.
토양과 지하수는 일단 오염되면 복원하는데 장기간이 필요하고 많은 비용이 드는 공통점이 있다. 따라서 오염물질의 배출을 규제하는 사전예방기술이 중요하다. 그러나 일단 오염된 지역에서는 오염물을 제거하고 무해화하는 기술을 사용해야 한다.
앞으로 토양과 지하수가 오염됐을 때, 단순히 오염물질을 분해하는 일뿐 아니라 자정능력까지 복원시키는 기술이 선보일 것이다. 오염부지에 대규모로 전기장을 거는 물리적 방법에서, 세척제를 토양에 주입하는 화학적 방법을 통해 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있다. 그런데 무엇보다도 기대되는 것은 생물학적 방법이다. 토착 미생물이나 인위적으로 첨가한 미생물이 유해물질을 직접 분해하거나 식물들이 오염물질을 흡수해 제거하는 것이다. 이 방법으로 자연환경을 보존하면서 오염물질을 정화하고 토양을 비옥하게 만드는 일을 동시에 달성할 수 있다. 쓰레기의 경우 현재 매립이나 소각 등 생활환경으로부터 격리시키는 처리 방법에 중점을 두고 있다. 그러나 매립지 부족 등 여러 문제가 나타나고 동시에 쓰레기가 효과적인 자원이 될 수 있다는 생각이 퍼지면서 단순한 처리에서 유효자원을 이용하는 재활용이 관심받고 있다. 그러나 분리수거 등의 어려움 때문에 재활용이 효과적으로 되지 못하고 있는 것도 사실이다.
ET는 쓰레기를 자원으로 재생산하는 획기적인 방법들을 선보일 것이다. 이 방법들은 재활용하면서 또 다른 쓰레기를 발생시키지 않는, 즉 더이상 오염물질을 배출하는 제로에미션(zero emission) 개념에 기반을 두고 있다. 이 때문에 쓰레기를 처리하는 시설을 거부하던 님비현상(NIMBY, Not In My Back Yard) 대신 서로 유치하려는 핌피(PIMFY, Please In My Front Yard)현상이 문제가 될 수도 있다.
자동화된 쓰레기 선별장치
현재 쓰레기 중 가장 골치아픈 것 중 하나가 플라스틱이다. 우선 배출량이 많고 분해가 잘되지 않아 토양을 오염시킬 뿐만 아니라 소각할 경우 공기 오염은 물론 인류 건강에 치명적인 유해물질인 다이옥신을 발생시킨다. 물론 플라스틱을 재질(종류) 별로 분리하면, 플라스틱 재생제품, 오일, 석유화학 원료, 청정가스 등 다양하게 재활용할 수 있다. 그러나 이 분리가 쉽지 않아 그림의 떡이 되고 있다.
미래에는 노동력을 전혀 투입하지 않고 근적외선(near infrared)을 이용하거나 전기장을 통해 마찰전기를 띠도록 해 플라스틱을 종류별로 골라내는 자동선별장치가 선보인다. 분리된 플라스틱을 다시 원래물질로 재생산해 원료물질의 사용을 줄이고 나아가 화석연료의 이용을 줄이므로 대기나 토양오염을 감소시키는 파급효과가 있다.
화석연료를 대체하는 에너지원에 대한 요구가 높아지면서 플라스틱 쓰레기를 열분해하는 기술을 응용해 청정연료를 생산하는 기술도 선보인다. 또 고온에서 기체로 만드는 기술을 이용해 플라스틱으로 청정한 가스연료를 만들고 이를 연소시켜 전기를 만들어낼 수 있다.
현재 전통적 굴뚝산업인 철강산업, 화력발전, 석유화학산업에서 철가루, 석탄재, 소각재 등 분진(먼지)이 많이 발생하면서 대기오염이 심각하다. 그런데 ET는 분진을 모아 내부에 존재하는 유해물질을 안정화 내지 무해화시켜 자원으로 새로 태어나게 할 수 있다. 이렇게 만들어진 자원은 시멘트, 골재, 건축재료, 토목, 농·수산업 분야의 환경친화적인 원료물질로 각광받을 것이다.
또한 인류의 편리를 위한 TV, 냉장고, 세탁기, 에어컨, PC, 통신기기, 사무자동화기기 등 각종 전자제품이 계속적인 고급화로 인해 제품수명주기가 짧아 버려지는 양이 기하급수적으로 늘어나고 있다. 이에 따라 전세계적으로 재활용을 높이고 유해물질 사용을 줄이는 청정기술이 필요하다. 완벽한 재활용을 위해서 제조과정을 제일 잘 알고 있는 생산자가 처음부터 환경을 고려해 제품을 설계하는 일까지 ET에서 연구되고 있다.
21세기를 이끌어갈 미래 환경기술인 ET는 한단계 업그레이드된 대기, 수질, 토양, 쓰레기 등 오염물질의 처리기술은 기본이다. 여기에 정보화, 자동화, 생명공학, 신소재기술의 접목돼 전혀 새로운 환경공학기술을 선보일것이다. 완벽하게 자원이 순환하는 사회체계가 형성되고 후손에게 물려줄 깨끗한 환경과 지속가능한 발전이 이뤄지는 바탕을 ET가 책임질 것이다.
