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Aug 05. 2023
지구온난화와 탄소농업
출처:pixabay지구의 대기의 구성은 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.93%, 이산화탄소 0.04% 등으로 구성되어 있다. 지구온난화의 한 원인인 이산화탄소의 구성비는 미미한 수준임에도 지구 환경에 미치는 영향은 크다. 온실가스는 온실효과를 일으켜 지구의 온도를 영상 15도 내외로 유지되는 순기능을 하기도 하지만, 필요 이상 증가하면 온실효과를 통해 지구온난화를 초래한다. 지구온난화에 영향을 미치는 정도는 이산화탄소 76%, 메탄 16%, 아산화질소 6% 등이지만, 수증기도 온실효과에 상당한 기여를 한다.
식물은 태양 에너지로 광합성을 하고, 공기 중의 이산화탄소, 토양의 물, 미네랄과 결합하여 탄수화물을 만든다. 이처럼 이산화탄소는 에너지원으로 생태계 유지에 필요하다. 이러한 이산화탄소는 산업혁명 이후 급격히 증가해 왔다. 증가의 원인은 석탄 등 화석연료의 사용 증가다. 그 외 화산활동, 동식물의 호흡 등 다양하지만, 2023년 3월에 발표한 유엔 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)의 제6차 종합보고서(AR6)에 따르면 “산업화 이전 대비 전 지구 지표 온도의 변화가 평균 0.85도에서 1.09도로 증가했으며, 인간 활동에 의한 온실가스의 온난화 기여도도 평균 0.9도에서 1.5도로 증가했다”고 하여 인간 활동이 지구온난화에 상당한 원인임을 밝히고 있다. 참고로 우리나라 산업별 온실가스 총 배출량 구성 비율은 에너지 86.9%, 산업공정 7.8%, 농업 2.9%, 폐기물 2.4% 정도다. 이산화탄소의 30%는 육상 식물이, 23%는 해양이 흡수하고 나머지 47%는 대기 중에 머문다.
출처:pixabay최근 사용 빈도가 늘고 있는 챗 GPT와 같은 생성형 인공지능(Generative AI)의 사용도 지구온난화에 영향을 미친다. 컴퓨터 사용이 늘어날수록 전기에너지 사용이 늘어나고 석탄 등 화석연료의 사용이 늘어나 결국에는 지구를 뜨겁게 만드는데 일조한다. 인공지능 알고리즘을 훈련하는 데 많은 전기가 소모되고, 컴퓨터 가동에 따른 열을 식히는 데도 다량의 물이 필요한 것은 불편한 진실에 속한다.
한편 농업분야의 요소비료(질소질 비료)의 사용 증가도 지구온난화에 영향을 미치고 있다. 앞서 얘기한 바와 같이 질소는 공기 중에 많은 양이 존재한다. 그러나 질소는 삼중 구조로 되어 있어 식물이 직접 이용할 수 없다. 질소는 단백질이나 핵산을 합성하는데 필요한 원소이지만 식물이 흡수하려면 암모늄 이온이나 질산 이온으로 바뀌어야 한다. 이러한 과정을 질소고정이라고 하는데, 질소 세균이나 공중 방전(번개 등)에 의해 가능하다. 이런 질소고정을 쉽게 하는 방법을 1905년 독일의 과학자 프리츠 하버(Fritz Haber)와 칼 보쉬(Carl Bosch)가 개발한 하버-보쉬 공법이다. 이 방법은 공기에서 직접 질소를 추출하여 암모니아를 제조하는 방법이다. 암모니아는 다양한 용도로 사용되지만, 주로 인공 질소 비료의 제조에 활용된다.
이러한 인공 비료의 개발은 식량 생산에 엄청난 변화를 가져왔다. 과거에는 식물이 자연적으로 토양에서 얻을 수 있는 질소가 한정되었으나, 하버-보쉬 공법으로 얻어진 인공 비료의 도입으로 이런 제한이 크게 완화됐다. 하버-보쉬 공법은 농업, 특히 식량 생산에 있어서 혁명적인 변화를 가져왔고, 이로 인해 인구가 증가할 수 있었다. 이것이 왜 "공기를 이용해 빵을 얻는 방법"이라고 불리는지 이해할 수 있을 것이다. 질소가 공기의 주요 구성 요소인데, 이 질소를 사용하여 식물을 키우고, 이를 통해 빵과 같은 식품을 생산하는 것이기 때문이다.
출처:pixabay질소질 비료의 과다 시비로 흡수되지 않은 질소 성분은 미생물 반응에 의해 산화 또는 환원되어 다양한 물질로 변하는데 온실가스인 아산화질소를 생성한다. 우리나라 농업에서 아산화질소는 메탄에 이이 두 번째로 배출량이 많은 온실가스다. 벼농사의 경우 질소질 비료를 2배 이상으로 과다 사용할 경우 아산화질소 역시 2배 이상 배출된다는 연구 결과가 있다. 우리나라의 경우 아산화질소가 전체 온실가스에서 차지하는 비중은 2018년 기준 1.98% 수준이지만, 대규모 경작지를 운영 중인 미국의 경우 전체 온실가스 배출량의 6~7%에 이른다는 보고서가 있다.
최근에 친환경 농법이라 불리는 유기농업이 각광을 받고 있다. 탄소를 함유한 탄소화합물을 유기물이라 하는데, 이러한 유기물을 활용한 농법은 환경에 많은 이점이 있지만, 또한 부정적인 영향을 끼치기도 한다. 탄소에 비해 질소가 많은 유기물이 땅속에서 분해될 때 발생하는 메탄과 질소 산화물은 모두 온실가스로, 그들이 대기에 방출될 때 기후 변화에 영향을 준다. 또한, 유기물이 분해되면서 암모니아가 생성되고 이는 대기로 방출될 수 있다. 암모니아가 대기에 방출되면, 환경오염과 토양오염이라는 문제를 일으킬 수 있다. 질소질 비료를 줄이면 아산화질소의 배출은 줄일 수 있으나 농산물의 생산 감소와 직결되므로 시비를 하되 아산화질소 배출을 억제하는 다양한 기술 개발이 필요하다.
한편 지구 온난화 지수(Global Warming Potential)라는 게 있다. 각각의 온실가스가 지구온난화에 영향을 끼치는 정도를 수치로 표현한 것이다. 즉, 단위 질량당 온난화 효과를 지수화한 것이다. 이산화탄소(CO2)를 1로 볼 때 메탄(CH4)은 25, 아산화질소(N2O)는 300 수준이다. 메탄은 이산화탄소보다 약 25배 더 강력한 온실가스이며, 질소 산화물은 이산화탄소보다 약 300배 더 강력하다고 의미다.
유엔 산하 기구인 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)는 이번 세기말까지 지구 온도 상승폭을 산업화 이전 대비 1.5도 이내로 억제하는 노력을 하고 있다. 이러한 노력이 이루어지지 않을 경우, 전문가들은 인류 생존의 마지노선인 1.5도까지 올라가게 되고 2050년에는 지구 평균온도가 3도 올라갈 것이라고 예상하고 있다. 따라서 농업 분야에서도 탄소중립(Carbon Neutrality)을 실현하고, 온실가스 배출을 감축하는 방법에 대한 연구와 정책적 노력이 필요하다. 탄소중립을 인간의 활동에 의한 이산화탄소 배출을 최대한 줄이고 남은 이산화탄소는 흡수 또는 제거해서 실질적인 배출량을 0으로 만든다는 개념으로 탄소 제로라고도 한다.
농업 분야에서의 탄소중립 추진은 환경 보호와 식량 생산의 지속 가능성을 동시에 추구하는 중요한 과제다. 농작물의 생장 과정에서 탄소 배출을 감축하고, 탄소를 토양이나 농작물에 저장하는 방법을 포함한다. 정부에서는 '2050 탄소중립 실현 농업기술 개발과 현장 보급 추진전략’을 마련하여 디지털 기술과 연계한 논물 관리 기술 확산, 적정 비료 사용 기준 설정, 저탄소 유기농 기술 실용화 등을 적극 추진하고 있다. 또한, 농경지의 온실가스 흡수 기능 강화를 위해 유기물, 무경운, 동계 피복작물 등을 활용하여 토양의 탄소 저장능력을 향상할 예정이다. 이를 위해 실제 현장에서 적용할 수 있는 탄소 저장 지침서를 개발하고, 참여도가 높은 농가에는 인센티브를 제공하는 방안을 추진하고 있다. 또한, 논에서 벼 중간 물떼기 기간을 연장하는 등 농업 분야에서도 탄소중립을 위한 다양한 노력이 진행하고 있다.
한편 앞서 말한 바와 같이 화학 비료는 농작물의 생장을 촉진하고 생산성을 향상시키는데 큰 도움이 되지만, 과도한 사용은 토양과 환경에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 인구 증가와 농지의 소모 등으로 인해 농작물의 생산량을 유지하거나 향상시키기 위해서는 비료의 활용이 필수적이지만, 그렇다고 해서 비료만이 농업 생산성 향상의 유일한 방법은 아니다. 토양 관리, 작물 개량, 통합 농업 관리 등도 중요한 역할을 한다. 현재 정밀농업(Precision agriculture)을 통해 비료 사용량을 최적화하고, 비료의 효율성을 높이는 기술 개발이 필요하다. 이렇게 토양의 건강성을 유지하고 개선하는 것은 생산량 증대와 직결되어 식량 안보를 확보하는 데 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 온실효과 방지에도 기여한다. 그래서 흙의 안보(Soil Security)가 식량 안보(Food Security)다.
국제적으로 이산화탄소를 줄이자는 대표적인 운동이 4퍼밀 이니셔티브(4Pe Mille Initiative)다. 2015년 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔 기후변화협약 당사국 총회에서 프랑스 정부가 제창한 용어로 전 세계 토양에 존재하는 탄소의 양을 매년 4퍼밀(4/1000)씩 늘릴 수 있다면 대기 중의 이산화탄소 증가량을 제로로 억제할 수 있다는 취지다. 토양은 탄소 저장소로 활용해 토양에 탄소를 저장하고 온실가스의 배출을 줄이자는 의도다.
결론적으로 온실가스를 줄여 지구온난화를 방지하는 방법은 인간의 활동을 줄이거나 발생된 온실가스를 회수하는 수밖에 없다. 산업 활동을 줄여 온실가스를 줄이자니 풀린 허리띠를 졸라매기가 어려워서인지, 노력에 비해 가시적인 성과는 바로 나오지는 않고 있다. 앞으로 우리가 사용하는 에너지의 양을 줄이고, 에너지 효율을 높여야 한다. 재생 가능 에너지 사용을 늘리고, 나무 식재를 통한 탄소 흡수 능력을 키워야 한다. 농업 분야는 화학 비료를 사용하는 관행농법이 아니라 유기농법을 확대하고 퇴비는 완숙퇴비를 활용하여 가스 발생을 줄이는 등 다양한 노력을 기울여야 한다.
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