탄소중립 기술

본문

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우리나라를 비롯한 많은 나라가 2050년까지 탄소중립을 이루겠다고 약속했다. 탄소중립은 내보내는 온실가스와 흡수하는 양을 같게 하여 순배출을 0으로 만드는 것이다. 그런데 2050년에 0이 되기만 하면 될까? 2049년까지 지금처럼 내보내다가 마지막 해에 갑자기 줄여도 같은 결과일까? 그리고 재생 에너지, 수소, 탄소 포집 같은 기술은 지금 어디까지 왔을까?

순배출 0에 이르는 해

그림 1. 2025년 배출 40 Gt에서 직선으로 줄여 순배출 0에 이를 때의 누적 배출(색칠한 넓이). 기온 상승을 1.5 °C 안에 묶을 남은 탄소 예산은 약 500 Gt이다.

먼저 알아야 할 것탄소 순환과 온실 효과(기후위기의 원인), 에너지 전환과 효율(물리학), 삼각형의 넓이, 산불과 가뭄(사막화·대형 산불·가뭄과 홍수).

3.3.1탄소 예산

지구 기온의 상승 폭은 그해의 배출량이 아니라, 지금까지 쌓인 이산화 탄소의 누적 배출량에 거의 비례한다. 이산화 탄소는 대기에 수백 년 이상 머물기 때문이다. 그래서 기온 상승을 일정한 값 안에 묶으려면 앞으로 내보낼 수 있는 이산화 탄소의 총량이 정해진다. 이것을 남은 탄소 예산이라 한다.

정리 3.3.1 누적 배출과 탄소 예산

기온 상승은 누적 배출량에 거의 비례하므로, 목표 온도를 지키려면 지금부터 순배출 0에 이를 때까지의 누적 배출이 남은 탄소 예산보다 작아야 한다. 배출을 직선으로 줄이면 누적 배출은 그래프의 삼각형 넓이 \(\dfrac{1}{2} \times \text{현재 배출} \times \text{줄이는 기간}\)이다.

그림 1에서 순배출 0의 해를 바꾸어 보자. 2025년부터 2050년까지 직선으로 줄이면 누적 배출은 \(\dfrac{1}{2} \times 40 \times 25 = 500\) Gt로 1.5 °C 예산을 꼭 다 쓴다. 2060년까지 미루면 700 Gt로 예산을 넘는다. 그리고 같은 2050년이라도 처음 몇 년을 미루다 나중에 급하게 줄이면 넓이가 커져 예산을 넘는다. 그래서 '언제'만큼 '얼마나 빨리 시작하느냐'가 중요하다.¹

3.3.2탄소중립 기술

배출을 줄이는 첫걸음은 전기를 태양광, 풍력 같은 재생 에너지로 만들고, 자동차와 난방을 전기로 바꾸는 것이다. 태양광 발전의 비용은 지난 10년 사이 약 90% 떨어졌다. 전기로 바꾸기 어려운 제철, 시멘트, 비행기에는 재생 에너지로 만든 수소나 바이오 연료를 쓰려는 연구가 진행 중이다. 그래도 남는 배출은 숲을 가꾸거나, 공기나 굴뚝에서 이산화 탄소를 포집하여 땅속에 묻는 기술로 상쇄한다. 다만 포집 기술은 아직 비싸고 규모가 작다.

그림 2. 탄소중립은 배출 줄이기를 중심으로, 남는 배출을 흡수와 제거로 상쇄한다.

3.3.3예제 풀이

예제 3.3.2

2025년 배출 40 Gt/년에서, (가) 2050년까지 직선으로 줄이는 경로와 (나) 2035년까지 지금처럼 40 Gt을 내다가 2035~2050년에 직선으로 줄이는 경로가 있다. 두 경로의 누적 배출을 구하고, 남은 예산 500 Gt과 비교하여라.

(가)는 삼각형으로 \(\dfrac{1}{2} \times 40 \times 25 = 500\) Gt이다. (나)는 처음 10년 동안 \(40 \times 10 = 400\) Gt을 내고, 그 뒤 15년 동안 \(\dfrac{1}{2} \times 40 \times 15 = 300\) Gt을 내어 모두 700 Gt이다.

두 경로 모두 2050년에 순배출 0에 이르지만, (나)는 예산을 200 Gt, 곧 40% 초과한다. 기온 상승은 누적 배출에 비례하므로 (나)는 1.5 °C를 넘는다. 즉 탄소중립 목표 연도가 같아도, 감축을 미룰수록 지구는 더 따뜻해진다. 그래서 지금 쓸 수 있는 재생 에너지와 효율 향상 기술을 빨리 넓히는 것이 미래의 기술을 기다리는 것보다 중요하다.

아래 탐구 카드에서 탄소중립의 경로에 따라 누적 배출이 어떻게 달라지는지, 재생 에너지와 수소, 탄소 포집이 어디까지 왔는지, 탄소 제거와 태양 복사 조절의 장단점을 살펴보자.

남은 탄소 예산은 1.5 °C 목표를 50% 확률로 지키는 경우 2020년 초 기준 약 500 Gt CO₂로 추정되었다(IPCC 제6차 보고서). 이미 몇 해가 지나 지금 남은 양은 이보다 적다.

마무리

기온 상승은 누적 배출량에 비례하므로, 목표 온도를 지키려면 순배출 0에 이르기까지의 누적 배출이 남은 탄소 예산 안에 들어야 한다. 그래서 같은 해에 탄소중립에 이르러도 감축을 늦게 시작하면 누적 배출이 커져 예산을 넘는다. 그래서 처음 질문의 탄소중립은 '언제 0이 되느냐'뿐 아니라 '지금부터 얼마나 빨리 줄이느냐'가 누적 배출, 곧 미래의 기온을 정한다.

탐구 1

탄소중립은 왜 ‘언제까지’만큼 ‘어떻게 줄이느냐’가 중요할까?

실제 자료 · 남은 탄소 예산 · 누적 배출과 기온 상승 · 감축 경로 설계

목표 (달성 확률)

감축 시작 = 2025년

순배출 0 = 2050년

줄이는 모양

2025년부터 누적 배출: —
남은 예산 (2025년 초): —
예산을 다 쓰는 해: —
2030년 배출: —

과거 배출은 Global Carbon Project의 Global Carbon Budget 2025(Our World in Data 정리본, CC BY 4.0, 2026-10-07 받음)에서 화석 연료·시멘트 등과 토지 이용 변화의 CO₂를 더한 1850–2024년 값이고, 2024년 배출은 약 43 GtCO₂였다. 남은 예산은 IPCC 6차 평가 보고서 제1실무그룹(2021) 표 SPM.2의 2020년 초 기준값(1.5 °C 50 %일 때 500, 67 %일 때 400, 1.7 °C 67 %일 때 700, 2 °C 67 %일 때 1150 GtCO₂)에서 2020–2024년 실제 배출 약 210 Gt를 뺀 값이다. 2025년 이후 경로는 2024년 수준에서 출발한다고 가정했고, 메테인 같은 다른 온실 기체도 함께 줄인다는 전제가 들어 있다.

질문우리나라를 비롯한 많은 나라가 ‘2050년 탄소중립’을 약속했다. 2050년에 순배출이 0이 되기만 하면 지구 기온 상승을 1.5 °C 안에서 멈출 수 있을까?
복원CO₂는 대기에 들어가면 수백 년 넘게 일부가 남아 쌓인다. 그래서 기온 상승은 해마다의 배출량보다 지금까지 배출한 누적 배출량에 거의 비례한다. IPCC는 CO₂ 1000 Gt(1조 톤)를 더 내보낼 때마다 지구 기온이 약 0.45 °C(가능 범위 0.27–0.63 °C) 오른다고 평가했다.
설명기온 상승을 어느 선에서 멈추려면 앞으로 내보낼 수 있는 CO₂의 총량이 정해지는데, 이것을 남은 탄소 예산이라 한다. 예산이 정해져 있으므로 따져야 할 것은 그래프에서 2025년 이후 배출 곡선 아래의 넓이이다. 순배출이 0이 되는 해가 같아도, 처음에 빨리 줄이면 넓이가 작고 늦게 몰아서 줄이면 넓이가 크다. 탄소중립(순배출 0)은 배출량에서 흡수·제거량을 뺀 값이 0이 되는 상태로, 그때 누적 배출이 멈추고 CO₂에 의한 기온 상승도 거의 멈춘다.
연결1850년 이후 인류가 내보낸 CO₂는 2024년까지 약 2750 Gt이다. 1.5 °C(50 %)를 위해 2025년 초에 남은 예산은 약 290 Gt로, 지금 배출량이면 7년이 안 되어 다 쓴다. 게다가 최신 평가(Forster 외 2025)는 같은 목표의 남은 예산을 약 130 Gt로, 이 카드의 값보다 더 작게 본다(기후 위기 읽기 자료). 탄소중립 기술(재생 에너지, 수소, 탄소 포집)은 이 넓이를 줄이는 수단이고, 늦게 투입될수록 효과가 작아진다.
적용1.5 °C (50 %)를 고르고 “해마다 같은 양”으로 2050년 순배출 0을 만들어 보자. 예산 안에 들까? 순배출 0의 해는 그대로 두고 모양만 “처음에 빠르게”와 “나중에 몰아서”로 바꾸면 누적 배출은 어떻게 달라질까? 감축 시작을 2030년으로 미루면 2050년 탄소중립으로 어느 목표까지 지킬 수 있을까? 1.5 °C 예산 안에 들려면 2030년 배출을 2024년보다 몇 % 줄여야 하는지도 찾아보자.
판단남은 예산은 정확히 정해진 값이 아니라 확률이 붙은 추정이다. 기후 민감도, 메테인과 에어로졸의 변화, 영구 동토층의 탄소 방출 같은 되먹임 때문에 수백 Gt의 불확실성이 있다. 또 이 카드는 전 세계 배출을 하나로 보았지만, 실제로는 나라마다 배출의 역사와 책임, 능력이 달라 예산을 어떻게 나눌지가 국제 협상의 큰 쟁점이다. 예산을 넘긴 뒤 대규모 탄소 제거로 되돌리겠다는 ‘초과 후 복귀’ 경로는 아직 그 규모로 검증되지 않은 기술에 기대므로 위험이 크다.

확인조건이 달라지면

A 나라와 B 나라는 지금 배출량이 같고 둘 다 2050년 탄소중립을 약속했다. A는 2030년까지 배출을 절반으로 줄인 뒤 천천히 줄이고, B는 2040년까지 지금 수준을 유지한 뒤 10년 동안 0으로 줄인다. 기후에 미치는 영향을 옳게 비교한 것은?

읽기 2

재생 에너지, 수소, 탄소 포집은 지금 어디까지 왔을까?

읽기 · 탄소중립 기술의 원리, 현황, 적용 사례 · 탄소 저감 기술 고안하기

CO₂ 배출을 0으로 만들려면 전기를 만드는 방법, 쇳물을 녹이는 방법, 차를 움직이는 방법을 모두 바꿔야 한다. 어떤 기술은 이미 가장 싼 선택이 되었고, 어떤 기술은 아직 실험실과 시범 공장에 있다. 무엇이 준비되었고 무엇이 남았을까?

1탄소중립으로 가는 네 갈래 길

길	내용	대표 기술
덜 쓰기	같은 일을 더 적은 에너지로 함	고효율 전동기와 조명, 단열 건물, 열펌프, 대중교통
전기로 바꾸기	연료를 태우던 일을 전기로 함	전기차, 열펌프 난방, 전기로
전기를 깨끗하게	탄소를 내지 않는 발전으로 바꿈	태양광, 풍력, 수력, 원자력, 에너지 저장 장치(ESS)
남은 배출 처리	전기로 바꾸기 어려운 곳의 배출을 대체하거나 거둠	수소, 탄소 포집·활용·저장(CCUS), 숲과 바다의 흡수원

2가장 많이 준비된 기술, 재생 에너지

태양광 발전은 반도체의 광전 효과로, 풍력 발전은 바람의 운동 에너지로 발전기를 돌려 전기를 만든다. 국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 2010년부터 2023년 사이 대규모 태양광의 발전 단가는 약 90 %, 육상 풍력은 약 70 % 떨어져, 많은 나라에서 새로 짓는 발전소 가운데 가장 싼 축이 되었다. 남은 과제는 변동성이다. 해는 밤에 지고 바람은 날마다 다르므로 배터리, 양수 발전, 넓은 송전망, 전기 수요를 시간에 맞춰 옮기는 기술이 함께 필요하다.

3만드는 방법이 색을 정하는 수소

이름	만드는 방법	CO₂ 배출
회색 수소	천연가스(CH₄)를 고온의 수증기와 반응시켜 만듦. 지금 생산되는 수소의 대부분	수소 1 kg에 CO₂ 약 10 kg 안팎
청색 수소	회색 수소와 같지만, 나온 CO₂를 포집해 저장	포집률에 따라 줄어듦
녹색 수소	재생 에너지 전기로 물을 전기 분해 (2H₂O → 2H₂ + O₂)	거의 없음. 대신 수소 1 kg에 전기 약 50 kWh 넘게 필요

수소는 태울 때 물만 나오지만, 자연에 홀로 있지 않아 만들어야 하는 에너지 운반체이다. 전기를 수소로 바꾸고 다시 전기로 바꾸면 에너지의 절반 넘게 잃으므로, 전기를 직접 쓸 수 있는 곳에는 전기를 쓰는 편이 낫다. 그래서 수소는 전기로 바꾸기 어려운 곳에서 특히 중요하다. 대표적인 예가 철강이다. 철광석의 산소를 떼어 내는 데 지금은 석탄(코크스)을 쓰는데, 이를 수소로 바꾸면 CO₂ 대신 물이 나온다. 스웨덴에서는 2021년 이 방법으로 만든 강철을 시범 생산했고, 우리나라 철강 기업도 수소 환원 제철 기술을 개발하고 있다.

4탄소 포집·활용·저장(CCUS)

발전소나 공장 굴뚝의 가스에서 CO₂만 골라 흡수제에 붙였다가 떼어 내 농축한 뒤(포집), 관이나 배로 옮겨(수송), 땅속 깊은 사암층이나 바닥난 가스전에 가두거나(저장), 콘크리트, 화학 원료 등으로 쓴다(활용).

노르웨이 북해의 슬라이프너 가스전은 1996년부터 천연가스에서 분리한 CO₂를 해저 지층에 해마다 약 100만 톤씩 저장해 왔다. 오래 운영된 대표 사례이다.

아이슬란드에서는 CO₂를 물에 녹여 현무암층에 넣으면 대부분이 2년 안에 탄산염 광물로 굳는다는 것을 확인했다(광물화). 이곳에서는 공기에서 직접 CO₂를 걸러 내는 직접 공기 포집(DAC) 시설도 2021년부터 운영되고 있다. 다만 그 규모는 한 해 수천 톤 수준이다.

우리나라는 생산이 끝난 동해 가스전에 CO₂를 저장하는 사업을 추진하고 있다.

전 세계에서 운영 중인 포집 시설의 용량을 모두 합해도 한 해 배출량(약 400억 톤)의 0.2 %에도 미치지 못한다. 포집에는 에너지가 많이 들고, 저장한 CO₂가 새지 않는지 오랫동안 감시해야 한다. 그래서 CCUS는 시멘트처럼 원료 자체에서 CO₂가 나오는 산업처럼 다른 방법이 마땅치 않은 곳에 먼저 쓰는 것이 알맞다고 평가된다.

탐구 활동, 탄소 저감 과학기술 고안하기

학교나 집에서 CO₂가 나오는 곳 하나를 고른다(급식실의 가스 조리, 통학 버스, 냉난방 등). 한 해 배출량을 사용량 × 배출 계수로 어림한다.
그 배출을 줄일 기술을 고안한다. 네 갈래 길 가운데 무엇에 해당하는지 밝힌다.
줄이는 양(t CO₂/년), 만들고 운영하는 데 드는 에너지와 비용, 효과가 얼마나 오래 가는지, 새로운 환경 문제(자원 채굴, 폐기물)는 없는지, 지금 바로 쓸 수 있는지를 기준으로 스스로 평가한다.
설비를 만들고 버릴 때의 배출까지 셈하는 전과정 평가로 보아도 이득인지 확인하고, 친구의 설계와 비교해 토의한다.

판단“기술이 발전하면 지금 줄이지 않아도 된다”는 기대는 위험하다. 남은 탄소 예산은 해마다 줄고, 아직 시범 단계인 기술이 대규모로 퍼지는 데는 수십 년이 걸린다. 반대로 “기술은 소용없고 덜 쓰는 것만이 답”이라는 생각도 한쪽만 본 것이다. 이미 싸고 준비된 기술(재생 에너지, 효율, 전기화)은 지금 빠르게 늘리고, 철강·시멘트·항공처럼 어려운 부문의 기술은 함께 개발해야 한다. 또 어떤 기술이든 그 기술에 쓰는 전기가 어디서 오는지까지 따져야 실제 효과를 알 수 있다.

자료: IRENA, Renewable Power Generation Costs in 2023 · IEA 수소·CCUS 보고서 · IPCC 6차 평가 보고서 제3실무그룹(2022) · 각 사업 운영 기관의 공개 자료

확인조건이 달라지면

석탄 발전으로 만든 전기로 물을 전기 분해해 수소를 만들고, 그 수소로 수소차를 달리게 하려는 계획이 있다. 이 계획에 대한 판단으로 가장 알맞은 것은?

탐구 3

탄소 제거와 태양 복사 조절, 어떤 기술에 기대야 할까?

감축 · 탄소 제거 · 태양 복사 조절 · 적응 · 대응 수단 설계

예시 조합

— = —

감축 합계: —
탄소 제거 합계: —
2050년 순배출: —
제거 비용 (연, 대략): —

줄을 누르거나 끌어서 양을 정하고, 아래 슬라이더로 고른 수단을 미세 조정한다. 탄소 제거의 잠재량(띠), 비용, 준비 단계는 IPCC 6차 평가 보고서 제3실무그룹(2022)의 범위를 옮긴 대략값으로, 기술적으로 가능한 최대치에 가깝고 지속 가능한 양은 더 작다. 감축 수단의 한도는 현재 부문별 배출(대략)에서 이 카드가 정한 가정이며, 서로 겹치는 부분이 있다. 현재 배출 약 40 GtCO₂/년은 화석 연료와 산업 약 37에 토지 이용 변화 약 4를 더한 2020년대 중반의 대략값이고, 비용은 범위의 중간값으로 셈해 크기만 보는 값이다.

질문온난화를 멈추려면 CO₂ 순배출을 0으로 만들어야 한다. 그런데 배출을 줄이기는 어렵고, 공기에서 CO₂를 빨아들이거나 햇빛을 가리는 기술이 있다는 소식도 들린다. 이 기술들에 얼마나 기대도 될까?
복원기온 상승은 누적 CO₂ 배출량에 거의 비례하므로, 순배출이 0이 되어야 기온 상승이 멈춘다. 배출을 줄이거나 흡수를 늘려 온난화를 늦추는 것을 완화, 이미 생긴 변화에 맞춰 피해를 줄이는 것을 적응이라고 한다.
설명대응 수단은 세 갈래이다. 감축은 재생 에너지나 효율 향상으로 처음부터 덜 배출하는 것이고, 탄소 제거(CDR)는 이미 나간 CO₂를 다시 거둬 숲, 흙, 지층, 바다에 저장하는 것이다. 그리고 태양 복사 조절(SRM)은 성층권에 에어로졸을 뿌려 햇빛 일부를 반사시켜 기온만 낮추는 것으로, CO₂는 줄이지 않는다.
연결그런데 수단마다 따져야 할 기준이 다르다. 얼마나 많이(잠재량), 얼마에(비용), 얼마나 오래 가두는지(영구성), 무슨 부작용이 있는지, 지금 쓸 수 있는지(준비 단계)를 함께 보아야 한다. 화산 분화 뒤 지구가 한두 해 식는 것이 SRM의 자연 사례여서, 효과가 실제로 있다는 것과 그 효과가 1~2년이면 사라진다는 것을 함께 알 수 있다.
적용먼저 ‘탄소 제거에 기대기’를 눌러 경고를 읽어 보자. 다음에는 직접 순배출 0을 만들되, 탄소 제거를 전체의 25% 이하로 하고 잠재량 띠의 아래쪽 절반만 써 보자. 감축 수단을 모두 최대로 해도 남는 배출이 몇 Gt인지, 그 나머지를 어떤 제거 수단으로 왜 채웠는지 정리하고, 마지막으로 ‘복사 조절로 버티기’를 눌러 순배출이 왜 그대로인지 설명해 보자.
판단IPCC는 온난화를 1.5~2 °C로 막는 경로에서 빠르고 깊은 감축이 먼저이고, 탄소 제거는 철강, 항공, 농업처럼 줄이기 어려운 나머지 배출을 상쇄하는 데 함께 필요하다고 평가했다. 그래서 탄소 제거가 있으니 감축을 늦춰도 된다는 생각은 오개념이고, 잠재량 범위가 넓은 것은 아직 모르는 것이 많다는 뜻이다. 또 SRM은 CO₂를 그대로 두므로 바다의 산성화를 막지 못하고, 지역별 강수를 바꿀 수 있으며, 멈추면 가려 둔 온난화가 빠르게 돌아온다. 그래서 대책이 아니라 위험이 큰 연구 대상으로 다루며, 이 카드의 숫자는 크기를 비교하는 대략값이다.

확인조건이 달라지면

어느 나라가 "2050년까지 배출은 지금 수준으로 두고, 성층권 에어로졸 주입으로 기온 상승을 1.5 °C 안에 묶겠다"고 발표했다. 이 계획의 문제로 가장 알맞은 것은?