지구온난화 감시, 대한민국 표준으로 더 정확해지다- 표준연, 세계 최고 수준 육불화황(SF6) 표준가스 개발

지구온난화 감시, 대한민국 표준으로 더 정확해지다- 표준연, 세계 최고 수준 육불화황(SF6) 표준가스 개발

 

2017-12-27관리자

지구온난화 감시, 대한민국 표준으로 더 정확해지다
- 표준연, 세계 최고 수준 육불화황(SF6) 표준가스 개발 -
- 측정치 변화로 온실가스 정책 및 탄소배출권 시장에 큰 영향 가능성 -

국내 연구진이 지구온난화의 주범으로 꼽히는 육불화황(SF6)에 대한 표준가스* 개발에 성공하였다. 이번에 개발된 표준가스의 불확도는 0.008 ppt**로 세계기상기구(WMO)의 요구치를 250% 이상 달성하는 세계 최고 수준이다.

    * 표준가스: 가스 분석방법의 정확성을 판단하거나 측정기기의 교정에 사용하는 표준물질
    ** ppt(parts per trillion): 전체량의 1조분의 1을 나타내는 단위. 대기 오염도와 같이 극미량 물질의 비율을 표시할 때 주로 사용하며 ppm(100만), ppb(10억) 다음의 단위이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 가스분석표준센터 임정식 선임연구원 연구팀은 중량법 등의 정밀 제조방법을 이용, 육불화황의 표준가스를 대기 중 농도와 가장 유사한 수준으로 개발하였다. 표준가스는 미국국립해양대기국(NOAA)과 WMO에 보급되어 세계 육불화황 온실가스 감축 정책 수립에 기여할 예정이다.

육불화황은 세계적으로 배출량을 규제하는 인공적인 온실가스 중에서도 단연 큰 파급력을 가진다. 대기 중 육불화황은 이산화탄소의 4천만분의 1 수준으로 소량 존재하지만, 지구온난화에는 2만 4천여 배나 큰 영향을 끼치기 때문이다. 한번 배출되면 3천년 이상 존재하기 때문에 계속 축적된다는 위험성까지 있다.

 ◦ 육불화황은 인위적인 합성으로만 만들어지며 반도체 공정과 전력 설비 등의 절연 가스로 널리 사용되어 20년 사이 대기 중 농도가 2배 이상 증가하였다.

온실가스 감축 정책에서 가장 필수적인 조건은 정확한 기준을 통해 규제치를 설정하는 것이다. 하지만 육불화황은 다른 온실가스에 비해 워낙 극미량으로 존재하기에 측정이 매우 어려우며, 같은 이유로 가스 측정의 기준이 되는 ‘표준가스’ 의 개발 또한 난제로 남아있었다.

KRISS 임정식 선임연구원 연구팀은 중량법을 기반으로 육불화황과 산소, 질소, 아르곤 등을 각각 합성하여 실제 대기상태를 구현한 표준가스를 개발하였다. 여기에 분자분광학, 크로마토그래피, 실린더 자동 중량법 등 KRISS의 독자적인 가스 측정 기술을 총망라함으로써 난제로 남아온 극미량의 가스 분석을 해결하게 되었다.

 ◦ WMO는 육불화황 표준가스에 대해 불확도 0.02 ppt 이내의 측정 결과를 요구하고 있다. 이번에 개발한 표준가스는 불확도가 0.008 ppt로 WMO 요구치보다도 250% 이상 정확하다.

표준가스는 전 세계 50개 이상의 관측소를 운영 중인 NOAA에 보급되며, 관측 데이터는 WMO에서 온실가스 정책 수립의 기준으로 사용할 예정이다. WMO가 표준가스를 통해 더욱 정확해진 데이터로 지구온난화를 감시할 수 있게 되는 것이다.

이번 연구결과는 그동안 WMO에 보고된 육불화황의 관측치가 실제보다 0.05 ppt~0.1 ppt 낮을 가능성을 시사하고 있다. 거래 대상인 온실가스의 측정치가 달라진다는 점에서 2020년 수천 조 규모로 확대 예정인 탄소배출권 시장에 상당한 영향을 미칠 것으로 전망된다.

임정식 선임연구원은 “표준가스를 통해 온실가스 관측 수준이 향상되어 감축 정책 및 탄소 시장에 기여할 수 있다.”며 “앞으로도 극미량 가스의 표준으로 지구 대기환경을 정확하고 엄격하게 감시하겠다.”고 말했다.

이번 연구결과는 미국화학회가 발간하는 세계적 학술지인 애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry, IF: 6.32)에 10월 게재되었다.

붙임1
 참고 자료 : 연구성과 추가 설명

□ 용어 설명

1. 표준물질
- 인류가 할 수 있는 최상위단계의 측정법을 사용하여 특정 성분의 함량 및 불확도가 엄격하게 정해진 물질이다. 흔히 표준물질은 ‘정답이 주어진 연습문제‘에 비유되곤 한다. 시험기관은 자체 보유 장비와 기술로 표준물질(문제)의 성분 함량을 측정한다. 그리고 이를 표준물질에 명시된 실제 함량(답안)과 비교함으로써 시험기관 측정 장비의 교정이나 분석방법의 정확성을 개선시킬 수 있다.

2. 불확도
- 어떠한 측정값의 불확실성의 정도를 의미하며, 참값이 알려지지 않은 상태에서 분산의 개념으로 접근한다. 참값을 명백히 알고 있을 때 측정값과의 차이를 의미하는 ‘오차’와는 다른 개념이다.

3. 중량법
- 여러 물질이 혼합된 표준가스를 제조하는 가장 정확한 방법으로 성분 각각의 무게를 측정하여 실시한다. 먼저 순도분석이 이루어진 각각의 원료 가스를 실린더에 주입하고 주입된 가스들의 질량을 정확하게 측정한다. 이를 통해 도출된 가스 질량과 분자량을 이용하여 표준가스를 제조하게 되면 각 성분의 농도와 불확도가 결정된다.

4. WMO(World Meteorological Organization, 세계기상기구)
- 1950년 기상 관측을 위한 세계의 협력을 목적으로 설립된 유엔의 기상학(날씨와 기후) 전문 기구이다. 각국으로 하여금 기상관측 기관을 설립하고 유지하도록 지원하며, 기상관측의 표준화 및 정보교환 체제를 구성하고 유지한다.

5. NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration, 미국국립해양대기국)
- 미국 상무부 산하의 정부 기관으로 대기와 해양, 천연자원 등을 연구하고 자연에서 발생하는 위협을 미리 분석해 인간 삶의 질을 향상시킨다는 목적으로 설립되었다. 현재는 지구의 환경 변화와 예견, 국가의 해안과 해양자원 관리 등 폭넓은 연구를 하고 있다.

□ 연구성과의 의의

1. 전통적인 가스 표준분야에 대한 한계돌파형 연구
- 그동안 KRISS가 축적해온 다양한 가스 측정기술을 융합하여 난제로 여겨져왔던 극미량 가스 측정 기술이 탄생하였으며, 이를 활용한 극미량 가스표준 개발의 초석을 제공하였다.

2. 정제된 공기를 사용하지 않아 실제 대기와 일치하는 전합성(fully synthetic) 표준가스
- 기존에는 “육불화황+공기”의 혼합 방식으로 표준가스를 개발하였다. 이 경우 혼합 전 포집된 공기에도 육불화황이 일부 포함돼있기 때문에 육불화황의 중첩이 발생하여 실제 대기상태와 차이점이 발생하였다.
- 이번 연구에서는 산소, 질소, 아르곤 등 공기를 구성하는 모든 물질까지 새로 합성하는 ‘전합성(fully synthetic)’ 방법을 세계 최초로 도입, “육불화황+산소+질소+아르곤+...”의 실제 대기상태와 일치하는 표준가스를 개발하였다.

3. 전 세계 가스 측정 데이터의 신뢰성 향상
- WMO의 요구치를 250% 이상 달성한 최고 수준의 성과를 통해 전 세계 육불화황 측정 데이터의 품질이 향상되었으며, 수소불화탄소(HFCs), 프레온가스(CFCs) 등의 극미량 온실가스 분야에 대해서도 향후 협력연구 기회를 확보하게 되었다.

4. 극미량 분석기술의 활용 가능성
- 이번에 개발한 극미량 분석기술은 가스분야 뿐만 아니라 유기분석표준, 바이오분석표준 등에 널리 사용될 수 있다.

붙임2
참고 자료 : 연구 성과 관련 사진

▲ KRISS 가스분석표준센터 임정식 선임연구원이 육불화황(SF6) 표준가스를 개발하고 있다.
- 적외선 분광학 분석장치를 이용, 표준가스 개발 시 발생하는 불순물을 분석하여 순도를 향상시키는 과정

▲ KRISS 가스분석표준센터 임정식 선임연구원이 육불화황(SF6) 표준가스를 개발하고 있다.
- 적외선 분광학 분석장치를 이용, 표준가스 개발 시 발생하는 불순물을 분석하여 순도를 향상시키는 과정