대기 오염의 화학 | 대기오염 - 3부

이산화탄소와 온실 효과

이산화탄소(CO₂)는 호흡이나 화석연료 연소 과정에서 생기는 자연적 산물이고 광합성의 필수적인 반응물질이다. 실제로 CO₂는 오염물질이 아니지만 지구 대기 중의 CO₂가 점차로 증가한다는 사실은 심각하기 때문에 CO₂가 오염 물질로 분류되는 것이다. 우리 인간이 지구에 아무런 영향을 끼치지 않는다면 공기, 바다 그리고 동식물 사이의 CO₂ 순환은 대체적으로 균형을 이룬다. 그러나 1900년과 1970년 사이 대기 중의 CO₂ 농도는 296㏙에서 318㏙으로 7.4%의 증가를 가져왔다. 이 농도는 1985년에 350㏙으로 증가되었으며 앞으로도 계속적인 증가가 예상된다.

 

인구 문제는 CO₂ 농도를 증가시키는 데 큰 역할을 하고 있다. 예를 들면 브라질의 아마존 영역에서는 농경지를 만들기 위해 수림을 베어내고 태우는 방법이 행해지고 있다. 이러한 작업은 자연적인 CO₂ 순환에 엄청난 가충치를 야기시키고 있다. 그 이유는 수림이 연소하는 동안 대기 중으로 CO₂가 방출되어 그 양이 증가되는 반면 광합성을 통해 이 CO₂를 소비할 수 있는 나무의 수는 줄어들었기 때문이다.

 

전 세계적으로 행해지는 모든 형태의 화석 연료 연소를 합하면 대기 중에 방출되는 CO₂의 양은 매년 약 500억 톤에 이른다. 이중 절반이 대기 중에 남아 지구의 CO₂ 농도를 증가시키고 있다. 나머지 절반은 식물의 광합성에 의해 소모되기도 하고 바닷물에 용해되어 탄산이 된 후 중탄산이온이나 탄산이온으로 변환되기도 한다.

 

 

우리는 지금 자연적 현상에 의해 CO₂가 소모되는 것보다 인위적인 작용에 의하여 더 많고 빠른 속도로 대기 중에 CO₂를 증가시키고 있다. 증가된 CO₂ 농도는 온실효과를 나타낸다. 태양복사가 지구대기에 이르렀을 때 지구에 부딪치는 가시광선(400～700㎚)의 절반은 다시 우주공간으로 반사되어 나간다. 나머지 절반은 지구표면에 도달해 지표를 가온 시킨다. 가온된 지표는 이 에너지를 열의 형태로 재복사 시킨다. 지표로부터 방출된 복사 에너지의 일부를 수증기와 CO₂가 흡수하게 되어 대기를 덥게 만든다.

 

식물을 재배하는 온실도 같은 원리이다. 온실의 유리는 가시광선을 통과시키고 적외선은 차단시켜 온실 내부 공기를 덥게 한다. 더운 날씨에는 온실의 창문을 열어놓지 않으면 온실 내부는 과열되어 식물들이 죽게 될 것이다.

 

표면 평균 온도가 약 300K(27℃)인 지구는 3,000～30,000㎚ 분광영역의 에너지를 복사한다. CO₂, 물 그리고 오존은 모두 이 적외선 영역의 여러 부분 영역을 흡수한다. 이 세 물질들을 온실가스라 부르고, 이들은 복사의 손실을 막아주는 담요 역할을 함으로써 지구의 대기온도를 안락하게 유지시킨다. 대기 중의 수증기는 인간활동에 의해 별 영향을 받지 않는 거대한 순환주체이다. 오존은 상대적으로 소량이 존재하므로 우리 관심의 초점은 CO₂이다.

 

최근에 러시아 과학자들은 160,000년 전의 얼음 덩어리를 채취하였다. 이 얼음 덩어리는 작은 공기 주머니가 있어 그 시대의 CO₂ 양을 분석할 수 있었다. 그들은 분석된 CO₂의 양과, 특수한 방법으로 측정된 지질학적인 온도 사이에 직접적인 연관성이 있음을 발견하였다. 즉 CO₂의 양이 증가하면 지구 온도도 증가하였고 CO₂의 양이 감소하면 지구 온도도 역시 감소하였다. 따라서 CO₂ 농도의 증가는 지구 온도를 증가시키고 이에 상응하는 기후 변화를 일으킬 것이라고 생각하였다.

 

미국 과학협회(National Academy of Science)의 예측이 맞는다면 지구의 CO₂ 농도가 600ppm에 도달하면 지구의 평균 기온은 1.5～4.5℃(2.7～8.1K)가 증가하게 될 것이다. 1.5℃만 오른다 해도 지난 6,000년 지구 역사 중 가장 더운 기후가 될 것이며 4.5℃가 오른다면 공룡시대인 Mesozoic 연대 이후 가장 높은 기온이 될 것이다.

 

지금 지구 온난화 현상은 세계가 직면한 가장 큰 문제점이라는 것을 인식하고 시급히 이에 대한 대책을 마련해야 할 것이다. 오늘 저녁 뉴스에서도 극지방의 빙하가 녹고 있는 현상을 보여 주고 있었다(2,000년 8월 2일). 전세계적인 CO₂ 방출통제가 CFCs나 산성비의 전조물질 통제보다도 더 어려워질 것이라는 사실은 틀림없다. 만약 우리가 이 시점에서 아무런 조치도 취하지 않는다면 우리의 미래는 어두울 수 밖에 없다.

 

 

 

플라스틱의 처리와 재활용

지방 자치제 실시 이후 시당국이 인근 지역에 쓰레기 매립지를 확보하는 일은 상당히 어려운 과제로 남아 있다. 많은 쓰레기 중 플라스틱이 차지하는 양은 매립지 부피의 약 20%에 해당하고 있다. 현재 플라스틱을 매립하여 처분하는 것에 대한 대안책은 그것들을 소각하는 것이다.

 

탄화수소만으로 구성된 플라스틱이 완전히 연소되었을 때 연소물은 이산화탄소와 물뿐이다. 그러나 연소가 불충분하다면 완전 연소되지 않은 탄화수소뿐만 아니라 알데히드, 케톤, 산과 같이 부분적으로 산소를 가진 화합물들이 생성된다. 이것은 자동차 엔진으로부터 불완전 연소된 탄화수소가 공기의 질을 손상시키는 것만큼 대기를 오염시킨다.

 

플라스틱이 탄소와 수소 이외의 다른 원소를 갖고 있다면 또 다른 연소 생성물이 생긴다. 염소를 함유한 PVC가 연소 될 때 염화 유기화합물이 생긴다. 이러한 염화 혼합물의 대다수는 독성이 매우 높으며 또한 일부는 발암 물질로도 알려져 있다.

 

플라스틱을 매립할 수도 소각할 수도 없다면 재활용 방안을 생각해야 한다. 어떤 쓰레기 물질을 성공적으로 재활용하기 위해서는 수집, 분류, 재생 그리고 이용의 4가지 단계가 필요하다. 또 재활용에 대한 대중적 인식과 재활용을 감시 감독하는 법적 장치가 재활용 품목의 수집에 좋은 성과를 가져올 수 있다. 미국의 예를 들면 1989년과 1991년 사이에 재활용할 수 있는 것을 수집하는 가정의 수가 900만에서 1,600만으로 증가하였고 그 수는 미국 가정의 29%에 해당한다.

 

현재 플라스틱의 재활용에 중요한 물질은 폴리테레프탈산 에틸렌(PET)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다. PET는 연질 음료수 병을 만드는 물질로 일반적인 재활용 플라스틱이다. 1994년에 미국에서 연질 PET 음료수 병 중 49,000만 파운드가 재활용되었다. 재활용 PET는 스키복, 침낭, 카펫을 위한 섬유와 테니스 공을 만드는 데 사용되었고 코카콜라 병도 재생 PET로 만들어진 것이다.

 

1994년에 HDPE는 30,400만 파운드가 재활용 된, 두 번 째로 광범위하게 쓰이는 재활용 플라스틱이다. 재활용 HDPE로부터 만들어진 생산품은 쓰레기 통, 배수관, 쓰레기 봉지 등이다. 최근에 플라스틱의 재활용은 비약적인 증가를 보이고 있다. 그러나 플라스틱의 처리 문제는 계속 연구되어야 하고 특히 재활용 회사의 보호 정책도 강구되어야 한다.

 

 

 

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