항공기, 배출가스 줄일 수 있는 가장 빠른 방법
항공기, 배출가스 줄일 수 있는 가장 빠른 방법
  • 김상욱 대기자
  • 승인 2021.05.31 10:55
  • 댓글 0
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배출가스 원인이 무엇이든 간에 “이 모든 것을 해결할 수 있는 단 하나의 묘책(silver bullet)은 땅에서 화석연료를 캐내는 것을 그만두라고 말할 수 있어야 한다”고 마르텐 반 다이크는 강력히 주장하면서 “한 가지 정책이 필요하다. 바로 탄소 화석 연료다. 지금부터 당장 상한선을 설정 줄여 나가야 한다”고 강조했다.
배출가스 원인이 무엇이든 간에 “이 모든 것을 해결할 수 있는 단 하나의 묘책(silver bullet)은 땅에서 화석연료를 캐내는 것을 그만두라고 말할 수 있어야 한다”고 마르텐 반 다이크는 강력히 주장하면서 “한 가지 정책이 필요하다. 바로 탄소 화석 연료다. 지금부터 당장 상한선을 설정 줄여 나가야 한다”고 강조했다.

지금 전 세계의 많은 국가들이 2050년 배출가스 제로(0)로 목표로 하는 이른바 탄소중립(carbon neutral)을 선언하면서, 각국 정부는 환경대책을 마련하기 위한 다각적인 정책들을 준비해 나가고 있다.

민간 기업들도 환경경영을 앞으로 생존의 조건으로 여기고, ESG(친환경, 사회적 책임, 그리고 투명한 지배구조 : Environment, Social, and governance) 위원회를 만들어 대비하는 등 매우 분주하게 움직이고 있다.

항공사들도 예외가 아니다. 자신들이 사용하고 있는 항공연료를 교체하는 것에서부터 비행계획을 변경, 자신들에게 닥칠 수 있는 난관을 최대한으로 줄이거나 피해보려는 노력에 이르기까지 기후에 미치는 영향을 줄일 수 있는 방법들을 찾고 있다.

항공기는 엄청난 양의 연료를 사용한다. 보잉 747-400 점보제트기는 올림픽 수영장의 10분의 1에 해당하는 63,000 갤런(240,000 리터)의 제트연료를 싣고, 그것을 통해 초당 4리터(0.9 갤런)의 속도로 연소한다.

이것이 바로 세계 각지를 비행하는 항공기가 에너지 소비 집약적 분야이다. 그리고 늘어만 가는 항공기의 비행횟수는 기후에 매우 끔찍한 영향을 주지 않을 수 없다. 단 한 번의 비행만으로도 많은 사람들이 1년에 배출하는 만큼의 이산화탄소(CO2)를 배출할 수 있으며, 전 세계 비행의 수는 향후 수십 년 동안 놀라운 속도로 증가할 것으로 예상된다.

항공은 다른 부문에 비해 상대적으로 세계 온실가스 배출에 기여하는 부분이 적지만, 가장 빠르게 늘어나는 분야 중 하나이기도 하다. 2000년과 2019년 사이에는 매년 평균 5% 이상의 비행 증가가 있었고, 2019년에는 전 세계 CO2 배출량의 2.5%를 차지했다.

코로나19로 항공편과 승객 수가 급감은 했지만, 앞으로 몇 년 안에 2019년 수준으로 돌아와 계속 증가할 것으로 예상된다. 일부 전문가들은 앞으로 항공여행 산업은 기하급수적으로 늘어날 분야로 꼽고 있다. 가파른 속도로 성장할 수 있다는 것이며, 이에 따라 배출가스 또한 급증할 것이라는 전망이다.

이 모든 사실들은 항공 배출에 대해 더 많은 일을 할 필요가 있다는 것을 의미한다. 그러나 항공기의 효율성은 점진적으로 증가해왔지만, 실제적으로 탈탄소(脫炭素) 방법에 대해서는 거의 진전이 없었다.

미래에 대한 관심이 높아진다 할지라도, 오늘부터 모든 것을 출발할 필요가 있으며 동시에 신속하게 행동해야 한다 마르텐 반 다이크(Marten Van Dijk)”

만약 세계가 기후변화에 관한 파리협정(Paris Agreement on climate change)에 명시된 야심에 찬 탄소배출 감소를 충족함으로써 지구 온난화를 제한하기를 희망한다면, 항공은 장기적으로 화석 연료로부터 완전히 벗어날 필요가 있다.

예를 들어 에어버스 같은 회사들은 15년 안에 수소 비행기를 개발할 거창한 계획을 가지고 있지만, 항공 산업이 기후에 미치는 영향을 억제하기 위해 단기적으로 무엇을 할 수 있을까?

항공기에서 태울 대체 연료를 찾을 수 있을까? 아니면 비행기가 날 수 있는 방법을 바꿀 수 있을까? 항공기들은 지구 친화적이 될 수 있을까?

* 연료 전환

2010년 네덜란드 항공사 KLM과 몇몇 다른 파트너들에 의해 설립된 벤처 사업은 전통적인 등유(kerosene)에 대한 기후 친화적인 대안을 개발하기 위한 첫 번째 노력 중 하나를 시작했다.

지속가능한 항공 연료(SAF) 분야 세계적인 리더인 스카이 엔알지(SkyNRG)3인 중 한 명이자 전무이사인 마르텐 반 다이크(Marten van Dijk)그 당시에는 이 방법을 거의 알지 못했다면서 하지만 어떤 일이 일어나든 누군가가 연료를 가져와 항공기에 넣고 팔아야 한다는 것을 알고 있었다. 이것이 바로 우리가 집중하기 시작한 것이라고 말했다고 영국의 BBC방송이 지난 26일 전했다.

11년이 지난 SkyNRG는 항공사에 고급 폐기물(advanced waste)” 바이오 연료를 공급하는 소수의 회사 중 하나가 됐다. 이 연료는 사용한 식용유, 산업 폐기물, 농업 및 임업 잔류물과 같은 재활용 폐기물로 만들어진다. 그러나 산업 전반에 걸쳐 대체 연료의 생산은 여전히 미미하다.

문제는 등유처럼 어디서나 연료를 교환하기 위해서는 시간, 투자 및 기술뿐만 아니라 강력한 정책 추진이 필요하다는 점이다. 국제청정교통위원회(ICCT, International Council on Clean Transportation)의 최근 논문은 2030년까지 유럽연합(EU)의 항공 연료의 최대 5.5%가 지속 가능한 자원, 주로 고급 폐기물 바이오 연료에서 나올 수 있다고 했다.

진보된 폐기물 바이오 연료와 함께, 화석 제트 연료에 대한 또 다른 주요 단기 지속 가능한 대체물은 물과 포획된 탄소 사이의 전기 화학 반응을 이용하여 만들어진 합성 연료이다. 지속 가능한 항공 연료(SAF, sustainable aviation fuels)로 알려진 이 연료는 기존의 제트 연료와 유사한 화학성을 가지며, 화석 연료와 혼합되어 새로운 기술이 필요 없이 기존 비행기에서 사용할 수 있다.

일부는 이미 화석 제트 연료와 50 : 50까지 혼합된 항공기에서의 사용인증을 받았다. 그러나 이러한 지속 가능한 연료 각각이 화석 제트 연료와 비교해, 배출량 감소는 그것들이 어떻게 만들어지고 공급되느냐에 따라 다르다.

2019년에는 전 세계 항공 연료의 0.01%에 불과한 1,300만 갤런(5,000만 리터)SAF(지속 가능한 항공연료)가 비행에 사용되었으며, 이는 산업계가 2020년에 2010년에 세운 목표의 6%밖에 사용하지 못했다는 것을 의미한다.

예를 들어, 네덜란드는 2030년까지 항공 연료의 14%가 지속 가능해야 한다고 말했다. 하지만, 현재 지속가능연료가 거의 사용되지 않는 이유는 이 연료들이 모두 비싸고 공급도 매우 제한적이기 때문이다.

오늘날 항공에 사용되는 대부분의 지속 가능한 연료는 고급 폐기물 바이오 연료에서 나오지만, 자동차, 트럭, 선박과 같은 다른 공급원으로부터도 수요가 있다. 나아가 많은 국가들이 더 지속 가능한 경제를 확립하는 것을 목표로 하고 있기 때문에, 이런 방식으로 바이오 연료를 만드는 것은 더 어려워질 수 있다.

브뤼셀에 본부를 둔 비영리 단체인 교통과 환경(T&E)’의 항공 담당자인 조 다르덴(Jo Dardenne)“2030년에 우리가 실제로 얼마나 많은 폐기물을 생산해 낼지 모르기 때문에 경쟁적으로 사용할 수는 있지만, 가용성은 많지 않다면서 하지만 우리는 보다 순환경제(circular economy)로 나아가고 있다.”고 강조했다.

순환경제는 환원, 재생 가능한 경제시스템으로 산업시스템 전반의 혁신을 바탕으로 쓰레기를 없애는 방향으로 재화와 용역을 재정의하고, 재생 가능 에너지원으로의 전환을 토대로 경제, 자연, 사회적 자본을 구축하는 것을 말한다.

T&E는 단기적으로 지속 가능한 옵션의 부족에 대한 우려로 인해 청정 항공 연료의 목표치를 너무 높게 설정하는 것에 대해 경고했다. 그들은 신뢰할 수 있는 자원이 마련되기 전에 항공 산업에 더 많은 생물 연료를 사용하도록 강요하는 것은 항공사들이 야자 기름으로 만들어지고 삼림 벌채와 연결된 것과 같은 저품질, 지속 불가능한 식품 기반 생물 연료로 바꾸게 할 수 있다고 경고한다.

* 전기연료

반면, 합성 연료는 더 큰 규모로 확장될 가능성이 있다. 하지만 현재 생산량이 거의 없다. 진정한 저탄소가 되기 위해서는 이 연료들은 처음부터 대기에서 포착된 탄소의 원천뿐만 아니라 깨끗한 전기를 사용하여 만들어진 엄격한 지속 가능성 기준에 맞출 필요가 있다.

지속 가능한 전자 등유(e-kerosene)’를 사용한 첫 비행은 2021년에야 처음으로 이루어졌고, 이마저도 연료 혼합에 5%만 사용했다. “가장 큰 문제는 현재 등유 가격의 약 3배라는 것이라고 항공 운송 경제 자문회사의 최고 책임자인 크리스 라일(Chris Lyle)은 말한다.

연료 및 합성 등유로도 알려진 전자 등유는 경제에서 가장 탄소 집약적인 부문 중 하나인 항공의 기후 영향을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 이러한 연료의 지속 가능성을 보장하는 방법과 항공 부문에서의 배치를 보장 할 수 있는 방법을 포함, 이런 종류의 연료에 대해 혼란이 아직 많이 남아 있다.

* 규모 확장(scaling up)시에는, 이 문제는 중요한 문제

ICCT 논문은 2030년까지 항공기에 사용되는 합성 연료의 양은 극소량이며, 2030년까지 EU에서 사용될 수 있다고 밝힌 총 SAF5.5% 0.2%에 불과하다. 미래의 비행기는 전적으로 수소나 배터리로 가동될 수 있다. 에어버스는 이미 2035년까지 세계 최초의 수소 상용 항공기를 개발할 계획을 가지고 있다. 그러나 이러한 기술 중 하나로 장거리 비행을 활성화시키는 것은 까다로울 것이다.

BBC 보도에 따르면, 조 다르덴은 우리는 그들을 위한 역할이 있으며, 혁신적인 항공기는 인센티브를 제공받아야 하고, 혁신은 이 부문의 탄소를 제거하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다그러나 이러한 항공기 개발 기간과 비용에 대해서는 상당히 회의적이라고 말했다.

* 보다 효율적인 항공기

이 모든 것은 항공 산업이 앞으로 10년 안에 배출량을 급격하게 감소시키기 위해 다른 조치들이 필요할 것이라는 것을 의미한다. 마르텐 반 다이크는 미래에 더 가까워지더라도 모든 것이 오늘부터 시작되어야 하고 또 그것을 신속하게 해야 한다면서 남아 있는 모든 화석연료는 지속 가능한 연료로 대체돼야 한다고 말했다.

현재까지 이 산업은 비행기의 효율성 향상에 있어서 가장 큰 진전을 이루었으며, 오늘날에는 새로운 항공기가 1960년대에 취항한 항공기보다 약 85% 더 효율적이며, 유엔 항공국은 2050년까지 매년 2%의 연비 향상을 목표로 하고 있다.

그러나 지금까지 비행 거리의 증가는 이러한 항공기 효율성 증가를 크게 앞질렀으며, 업계의 장기적인 성장 전망은 이러한 현상이 계속될 것으로 내다보고 있다.

다르덴은 비록 더 효율적인 차세대 항공기라 할지라도, 만약 여전히 등유를 태운다면, 전반적으로 배출량을 증가시킬 것이라고 내다봤다.

* 비행경로

오늘날의 항공편은 대부분 비용 기준으로 최적화되어 있지만, 더욱 더 이산화탄소(CO2) 수준에 맞게 최적화하면 추가 배출량을 줄일 수 있다. 기술은 이를 뒷받침할 수 있다 : 에어프랑스와 노르웨이 항공과 같은 항공사들은 연료 소비를 줄이기 위해, 비행 운항을 분석하는 인공지능(AI) 기술인 스카이 브리스(Sky Breath : 하늘 호흡)를 사용하기로 서명했다.

스카이 브리스는 정교한 빅 데이터 알고리즘, 인공지능 및 머신 러닝(기계학습)을 사용하여 전체 FDR 레코드, 운영 비행 계획, 미국의 항공 통신 사업자인 에어잉크(ARINC, Aeronautical Radio Incorporated)사가 제공하는 공대지 데이터 링크 시스템인 운항정보교신시스템(ACARS, Aircraft Communications Addressing and Reporting System) 등을 포함한 모든 유형의 데이터 소스에서 수십억 개의 데이터 레코드를 자동으로 분석한다.

소프트웨어는 이러한 데이터를 실제 비행 조건(탑재화물-payload, 날씨 조건, 항공교통관제 장치인 ATC-air traffic control 제약 등)의 환경 데이터와 결합하여 가장 관련성이 높은 절약 기회를 식별하고, 총 연료 소비를 최대 5%까지 줄일 수 있는 일련의 권장 조치를 제공한다. 따라서 제트연료가 항공사 비용의 30%를 차지하기 때문에, 절약되는 연료는 대개 매우 빠른 투자수익률(ROI, return on investment)로 연간 수천만 달러의 가치가 있다.

비행경로를 조정하면 항공의 기후 영향을 줄일 수 있는 또 다른 방법이 있는데, 그것은 조종 장치를 만드는 조건을 피하는 것이다. 항공은 CO2 영향뿐만 아니라 비() CO2 (non-CO2) 기후 영향도 상당히 크다.

유럽연합(EU) 집행위원회 최근 분석에 따르면, 이러한 배출량은 항공의 기후 영향을 CO2에 비해 2배 또는 3배까지 증가시킬 수 있다고 한다.

런던 임페리얼 칼리지(Imperial College London)의 마크 스테틀러(Marc Stettler)입자, 질소산화물, 황산염 등이 포함되지만 기후의 가장 큰 성분은 비행운(, contrails)을 생산해 내는 것이라며 "본질적으로 이러한 장애물은 지구로 유입되거나 방출되는 방사선의 균형을 바꿀 수 있다고 말했다. 비행운이란 차고 습한 대기 속을 나는 비행기의 자취를 따라 생기는 구름을 말한다.

유럽항행안전기구인 유로콘트롤(Eurocontrol)과 독일 항공우주연구소(German Aerospace Institute)가 진행 중인 실험은 이미 운영 방법을 사용하여 비행금지 조치를 피하는 방법의 타당성을 시험하고 있다.

스테틀러는 비행노선이 정확히 어떤 경로여야 하는지 결정하는 비행계획 과정에서 연료소비를 설명하는 미래도 예상할 수 있다. 그러나 비행계획은 비행운(contrails)을 형성할 수 있는 가능성을 설명하기도 한다고 말했다. 모든 등유가 SAF로 대체되는 경우라고 할지라도 비행기는 기후 문제를 피할 수 없다는 점을 주목할 필요가 있다.

* 정책적 조치

위의 조치는 비행 당 기후 영향을 줄이는 데 어느 정도 도움이 될 수 있지만, 산업 로드맵은 전체 비행의 성장이 예상됨에 따라 이러한 조치까지 포함하더라도 2030년 항공 배출량이 2019년 수준보다 높게 나타난다.

다르덴은 근본적으로, 2030년까지 항공 배출을 줄일 수 있는 선택의 폭이 매우 제한적이라는 사실을 직시해야 한다고 말한다. 더 강력한 정책은 향후 10년 내에 더 많은 배출량 감소를 가져올 수 있다. 지금까지, 항공 배출을 다루기 위한 주요 글로벌 정책은 UN 항공 기관 국제민간항공기구(ICAO, International Civil Aviation Organization)가 개발한 상쇄계획(offsetting scheme)이었다.

그러나 이 계획은 오래 전부터 선거 운동가들에 의해 부적절하다고 비난 받아왔는데, 정치 운동가들은 항공사들이 배출가스 상쇄권을 값싸게 구매하게 함으로써 배출량을 줄이도록 장려하지 못했다고 비난하고 있다. 지난해 이 기구는 2020년 국제항공교통 붕괴로 기준연도를 2019년 배출 수준으로 바꿨다.

배출가스 원인이 무엇이든 간에 이 모든 것을 해결할 수 있는 단 하나의 묘책(silver bullet)은 땅에서 화석연료를 캐내는 것을 그만두라고 말할 수 있어야 한다고 마르텐 반 다이크는 강력히 주장하면서 한 가지 정책이 필요하다. 바로 탄소 화석 연료다. 지금부터 당장 상한선을 설정 줄여 나가야 한다고 강조했다. 그래야 항공기 연료 재료도 원천적으로 친환경적인 것으로 전환이 가능해 진다는 것이다.

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