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2025-08-21 (목)

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[기후의 역습(159)] 번개로 인한 고사목, 연간 3억 그루⋯탄소배출, 연간 10억 톤 달해

연간 3억 그루 이상의 나무가 번개에 맞아 쓰러지면서, 엄청난 양의 이산화탄소를 배출하는 나타났다. 지구 온난화로 번개 발생 빈도가 높아지는 가운데, 번개가 전 세계 산림 생태계에 미치는 영향이 기존 예상보다 훨씬 크다는 연구 결과가 나왔다. 독일 뮌헨공대(Technical University of Munich·TUM) 연구진은 세계 최초로 번개로 인한 나무의 직접적 피해를 정량적으로 분석해, 연간 약 3억 2000만 그루의 나무가 번개로 인해 고사목이 된다고 밝혔다고 과학 기술전문매체 사이언스얼럿이 전했다. 이번 연구는 국제학술지 「글로벌 체인지 바이올로지(Global Change Biology)」에 최근 게재됐다. 번개 발생과 지구 온난화 사이에는 명확한 연관성이 있다. 지구 온난화는 단순히 온도 상승에 그치지 않는다. 대기의 역학 자체를 변화시켜, 뇌우와 낙뢰 같은 극단적 기상 현상의 빈도와 강도를 증가시키는 주요 촉진 요인이다. 기후 과학자들은 온실가스로 인한 지구 온난화가 대기 불안정성을 증가시키며, 이로 인해 번개 발생 빈도와 강도가 높아질 수 있다고 보고 있다. 또한 번개는 주요 자연발화 원인 중 하나이며, 고온의 건조한 기후와 겹칠 경우 대형 산불의 직접 원인이 될 수 있다. 번개에 의한 고사목, 연간 탄소배출량 10억톤 이상 TUM 연구에 따르면, 번개에 의해 죽은 나무는 전 세계 식물 바이오매스(생물량) 연간 손실의 최대 2.9%를 차지하며, 이를 통해 연간 최대 10억 9000만 톤의 이산화탄소가 대기로 방출되는 것으로 추정됐다. 특히 이 수치는 번개로 인한 직접적인 피해만을 다룬 것으로, 산불 등 2차 피해는 포함되지 않았다. 참고로 서울시 기후변화 대응 계획에 따르면 서울시의 탄소배출량은 연간 4000만~4500만톤에 달한다. 10억톤의 CO₂는 서울의 1년 탄소 배출량의 약 25배에 해당한다. 또한 대한민국 전체 연간 온실가스 배출량은 약 6억~7억톤 수준으로 10억톤의 CO₂ 배출량은 우리나라 전체의 탄소 배출량의 약1.5배에 달하는 수준이다. 열대 우림서 수집한 데이터, 전 지구 모델로 확장 연구팀은 파나마 바라콜로라도섬(Barro Colorado Island, BCI)의 원시 열대림에서 촬영된 카메라 기반 번개 관측 자료를 활용했다. 이 데이터를 기반으로 드론과 현장 조사로 낙뢰 피해 나무를 확인하고, 이를 통해 평균 한 번의 번개가 3.5그루의 나무를 죽인다는 사실을 도출했다. 특히 '플래시오버(flashover)'라 불리는 현상이 확인됐다. 이는 낙뢰 전류가 나무의 수관 간 공기층을 타고 최대 45미터 떨어진 나무까지 전파되며 피해를 확산시키는 현상이다. 이후 연구진은 이를 검증된 수학 모델에 적용한 뒤, 위성 기반 광학망과 지상 관측 자료로 구성된 두 개의 방대한 낙뢰 빈도 데이터를 결합해 전 지구적 시뮬레이션을 수행했다. 그 결과, 2004년부터 2023년까지 연평균 2억 8600만3억 2800만 건의 낙뢰가 지구 표면을 강타했고, 이로 인해 연간 3억 100만3억 4,000만 그루의 나무가 사망한 것으로 나타났다. 이 중 지름 60cm 이상의 대형 수목은 2400만~3600만 그루에 달했다. 전체 고사 비중 0.7%지만, 대형수목 피해는 6.3% 연구에 따르면 자연적인 원인으로 죽은 나무는 연간 500억 그루에 달한다. 번개는 전체 죽은 나무의 0.69%만을 차지하지만, 대형 죽은 나무에서는 최대 6.3%를 차지해 생태계 구조에 상당한 영향을 미칠 수 있다고 연구진은 설명했다. 또한 번개 피해는 주로 열대 지역에 집중되어 있으나, 향후 중위도 및 고위도 지역에서 낙뢰 빈도가 증가함에 따라 온대 및 냉대림에서도 관련 피해가 더욱 확대될 가능성이 제기됐다. TUM 기후·지표면 상호작용 연구소의 안드레아스 크라우제(Andreas Krause) 박사는 "기후모델은 향후 온대림에서 번개에 의한 수목 사망이 더욱 중요해질 수 있음을 시사한다"고 밝혔다. 기후모델, 탄소 시뮬레이션에 낙뢰 반영 필요성 제기 이번 연구는 산림 구조 및 탄소 저장량을 예측하는 기존 기후모델에서 번개로 인한 수목 사망이 과소평가돼 있거나 아예 누락돼 있다는 점을 지적하며, 앞으로의 산림 탄소 계산 및 환경 예측 모델에 낙뢰 요인을 포함해야 한다는 필요성을 제기했다. TUM 연구진은 "죽은 나무의 정확한 사망 원인을 식별하기 어렵고, 기존 조사도 국지적·일회성에 머무르는 경우가 많아 통계적 추정이 불가능했다"며, 이번 연구는 그 공백을 메우는 첫 정량 분석이라고 평가했다. 지금까지는 산림 파괴의 주요 원인이 벌목이나 산불, 병충해로 여겨졌지만, 이 연구는 '하늘에서 내리꽂히는 번개' 또한 결코 무시할 수 없는 전 지구적 변수임을 보여주고 있다.
- ESGC
2025-08-06 10:37:00
뮌헨공대, 태양광 수소 생산 세계 최고…경제성 확보 과제

독일 뮌헨대학교 연구팀이 태양광 수소 생산 분야에서 세계 기록을 경신했다. 이들은 햇빛을 활용하여 포름산으로부터 수소를 생산하는 플라즈몬 나노구조를 개발하여 녹색 수소 개발에 획기적인 발전을 이루어냈다. 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'는 뮌헨대학교 연구팀의 이 발견이 획기적이라면서도 고가의 원자재를 사용하는 한계로 인해 경제적인 측면에서 더 효과적인 대안을 모색해야 한다고 지적했다. 뮌헨대학교 연구팀은 녹색 수소 생산 분야에서 세계적인 기록을 경신했으며, 이러한 성과를 이루어낸 고성능 나노구조를 개발했다. 뮌헨대학교 실험물리학 및 에너지 변환 교수인 에밀리아노 코르테스(Emiliano Cortés)는 나노우주로의 도약을 이루어냈다. 코르테스 교수는 "태양광의 고에너지 입자가 원자 구조와 상호 작용하는 지점에서 연구가 시작되었다"라며 "태양에너지를 더 효율적으로 활용하기 위한 소재 솔루션을 연구 중"이라고 설명했다. 이러한 발견은 새로운 태양전지와 광촉매의 가능성을 열어두고 있다. 그러나 코르테스 교수는 "햇빛이 희석돼 지구에 도달하기 때문에 면적당 에너지가 상대적으로 낮다"는 문제에 직면하고 있다고 말했다. 헤란 박사는 "먼저, 우리는 플라즈몬 금속(우리 경우에는 금)에서 10~200나노미터 범위의 입자를 생성했다"라며 "이 크기에서 가시광선은 금 전자와 매우 강하게 상호작용하여 공명 진동을 유발한다"라고 설명했다. 이러한 현상을 통해 나노입자는 더 많은 햇빛을 포착하고, 매우 높은 에너지의 전자로 변환할 수 있다는 것을 밝혔다. 헤란 박사는 "이러한 과정에서 매우 국지적이고 강한 전기장이 핫스팟에서 발생한다"고 말했다. 이러한 핫스팟은 금 입자 사이에서 형성되며, 따라서 두 사람은 백금 나노입자를 이러한 핫스팟 사이 공간에 직접 배치하는 아이디어를 얻었다. 오늘날 수소는 주로 화석 연료, 주로 천연가스에서 생산된다. 그러나 두 사람은 "플라즈몬 금속과 촉매 금속의 결합을 통해 이산화탄소를 유용한 물질로 변환하는 등 다양한 산업 응용 분야를 위한 강력한 광촉매를 개발 중이다"라고 밝혔다. 이들은 이미 이러한 물질 개발에 대한 특허를 취득했다. 또한, 이전에 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들이 태양열을 활용하여 온실가스 배출 없이 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다. MIT, 태양열 최대 40% 활용 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 태양열을 최대 40%까지 효율적으로 활용할 수 있다. 이 시스템은 태양열을 활용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 생성된 수소를 청정 연료로 사용할 수 있게 한다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 다수의 거울을 활용하여 태양광을 집중시켜 열을 발생시킨다. 이렇게 집중된 열은 수소 생산에 활용된다. 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 게다가 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용함으로써, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용할 수 있는 방법을 제시한다.
- 산업
2023-12-18 09:49:00