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에너지 전환이 지연되면 2080년까지 에너지 부문의 탈탄소화보다 2배, 2030년까지 빠른 에너지 전환보다는 9배 더 많은 CO2 배출량이 발생할 것

에너지 전환으로 인해 얼마나 많은 배출량이 발생할까?
전환이 지연되면 추가 CO2 배출량이 급격하게 증가할 수 있다.

모든 것은 속도에 관한 것이다. 전 세계 에너지 전환에 필요한 원자재, 에너지 및 CO2 배출량의 양은 ‘구현 속도’에 따라 결정적으로 달라진다. 태양, 바람 등으로부터의 전기 생성이 느려질수록 더 비싸고 더러워지기 때문이다. 실재로 에너지 전환이 지연되면 2080년까지 에너지 부문의 탈탄소화보다 2배, 2030년까지 빠른 에너지 전환보다는 9배 더 많은 CO2 배출량이 발생할 것이다. 

▲ 점진적인 탈탄소화 경로에 따라 시뮬레이션된 재생 가능한 배치 및 적응의 양. (A) NETSET 글로벌 에너지 모델을 사용하여 예상되는 점진적인 2°C 탈탄소화 경로(1,150GtCO2의 잔여 탄소 예산 및 1인당 최소 순 에너지 2,000W를 고려함) 색상이 있는 영역은 에너지원 전반에 걸친 에너지 수요 검은색 파선은 에너지 용량 구축 및 유지에 대한 에너지 투자(위)와 사회에서 사용할 수 있는 순 에너지(아래)를 구분한다. 회색 세로 점선은 예상 데이터와 과거 데이터를 구분. IPCC RCP2.6 지속 가능한 개발 배출 시나리오에 따라 GHG 배출량에 따라 인구 가중 전 세계 평균 CDD(주황색 곡선) 및 전 세계 평균 SLR(파란색 곡선)이 증가한다.(C) 비용 최적화 해안 보호 높이의 분포( 2050~2100년 계획 기간 동안 CIAM 모델을 사용하여 계획 보호되는 전체 해안선은 보호되는 해안선 세그먼트의 길이의 합이다. 회색 선은 글로벌 중앙값을 나타낸다. (D) C와 동일하지만 비용 최적화 후퇴 인구의 경우. 피정 인구는 대수 축에 표시된다. (출처: 관련논문 Fig. 1. Mitigation and adaptation emissions embedded in the broader climate transition / PNAS)

기후변화를 늦추기 위해서는 화석 연료 사용을 단계적으로 중단해야 한다. 그러나 이러한 에너지 전환은 새로운 풍력 터빈, 태양광 시스템 등의 건설 및 설치를 위해 원자재를 채굴 및 운송해야 하고 콘크리트, 강철 및 반도체 부품 생산에도 에너지 및 배출량을 생성한다. "친환경" 전기가 충분하지 않은 한, 이 에너지 수요의 적어도 일부는 화석 자원으로 충당되어야 하며 이는 추가적인 온실가스 배출을 발생시킨다.

▲ 2020년부터 2100년까지 점진적인 탈탄소화 경로에 따른 재생 에너지 배치 및 적응으로 인한 임베디드 에너지 수요. 보라색 곡선은 재생 에너지 배치에 포함된 화석 연료 에너지를 나타내는 반면 노란색 곡선은 재생 가능 에너지(즉, 재생 에너지 배치에 재투자된 재생 에너지)를 나타낸다. 주황색 곡선은 적응형 공간 냉각을 위한 내장 에너지를 보여준다. 해안 보호(파란색 사각형) 및 후퇴(녹색 사각형)에 내장된 에너지는 2060년 전환의 중간 지점에서 발생할 것으로 가정하여 2020년에서 2100년 동안 총계로 표시된다. (출처: 관련논문 Fig.2 Mitigation and adaptation emissions embedded in the broader climate transition / PNAS)

세 가지 에너지 전환 시나리오 비교

그러나 에너지 전환으로 인한 추가 CO2 배출량은 얼마나 될까? 이것은 뉴욕 컬럼비아 대학의 Lamont-Doherty 지구 천문대의 토레이 레스크(Corey Lesk)와 그의 동료들이 조사한 것이다. 그들의 연구에서 그들은 에너지 부문의 탈탄소화에 필요한 에너지의 양과 이 전환의 속도가 생성되는 CO2 배출량에 어떤 영향을 미치는지 분석했다. 계산은 12개의 서로 다른 에너지원에서 전기를 생성하는 데 필요한 총 에너지 요구량을 정량화한 NETSET 모델을 기반으로 했다.

연구진은 계산을 위해 급속, 점진적, 지연된 에너지 전환의 세 가지 시나리오를 고려했다.
1.5도 기후 목표에 필요한 빠른 에너지 전환으로 인해 발전은 2030년까지 대부분 탈탄소화 되어야 한다. Lesk와 그의 팀도 인정한 것처럼 다소 비현실적인 시나리오다.

▲ 세 가지 에너지 전환 시나리오 비교. © Lesk et al./PNAS, CC-by-nc-nd 4.0

보다 현실적인 시나리오는 매년 전 세계적으로 4.5테라와트의 새로운 풍력 및 태양광 발전소가 추가되는 점진적인 에너지 전환 시나리오다. 2050년에는 태양과 바람으로부터의 전기 생산이 약 100테라와트의 고원에 도달하고 전 세계 1차 에너지 요구량의 약 80%를 차지할 것이다. 2080년까지 화석 연료는 완전히 대체될 것이다.

지연된 에너지 전환인 세 번째 시나리오에서는 전 세계적으로 매년 약 2.6테라와트의 태양열 및 풍력 발전이 추가되고 일부 전기는 2100년에도 여전히 화석 연료에서 생성될 것이다.

지연되면 배기가스 배출량 9배 증가

분석 결과 이 ​​세 가지 시나리오는 탈탄소화 속도뿐만 아니라 추가 CO2 배출 범위에서도 차이가 있는 것으로 나타났다. 사용 가능한 재생 에너지의 양이 더 빨리 증가할수록 전환에 더 많은 녹색 전기를 사용할 수 있기 때문이다. 이것은 차례로 원자재 조달, 생산 및 건설에 필요한 이산화탄소 배출량을 줄인다.

구체적으로 말하면, 2030년까지 급속한 에너지 전환으로 인한 추가 배출량은 총 200억 톤의 CO2 미만이 될 것이다. 점진적인 시나리오에서는 2100년까지 약 950억 톤의 추가 CO2 배출량이 있을 것이다. 반면에 에너지 전환이 지연되고 2100년까지 일부 에너지가 여전히 화석 연료에서 생성된다면 CO2 배출량은 점진적인 전환보다 약 2배 높은 1,850억 톤의 CO2가 배출될 것이다. 그 CO2 배출량은 현재 전 세계 CO2 배출량의 5~6년 치에 해당한다고 팀은 설명했다.

▲ 1.5도 목표에 대한 남은 CO2 예산의 배출 비율. © Lesk et al./PNAS, CC-by-nc-nd 4.0

전환의 속도는 에너지 전환을 위해 인류의 남은 CO2 예산 중 얼마만큼을 사용해야 하는지에 따라 달라진다. 빠른 시나리오에서는 1.5도 목표에 대해 여전히 사용 가능한 배출량의 5.5%이다. 에너지 전환이 지연되면 남은 CO2 부채의 8.4%가 된다.

속도에 관한 모든 것

"메시지는 지구 에너지 시스템을 재건하는 데 에너지가 필요하다는 것이다. 우리는 그것을 고려해야 한다"고 Lesk는 말한다. "그러나 우리가 이 전환에 접근하는 방식은 무시할 수 없다. 재생 에너지를 그리드에 더 빨리 연결할수록 이러한 에너지로 전환에 더 많은 에너지를 공급할 수 있다." 반대로 에너지 전환을 지연하면 기후 보호가 더욱 힘들어질 수 있다. 어려운 이유는 변환 자체가 더 많은 CO2 배출을 유발하기 때문이다.

▲ 신속하고 점진적이며 지연된 전환으로 인한 비교 완화 및 적응 CO2 배출량. (A) 온난화를 1.5°C로 제한하는 신속한 탈탄소화 경로(그림 1A와 동일, 400GtCO2의 더 작은 탄소 예산을 제외하고). 유색 영역은 에너지원 전반에 걸친 1차 에너지 수요의 시간 변화를 나타낸다. 검은 점선은 에너지에 대한 에너지 투자(위)와 사회에서 사용할 수 있는 순 에너지(아래)를 구분한다. 회색 파선은 기록 데이터와 예상 데이터를 구분. (B) A와 동일하지만 2100년에 ~2.7°C의 온난화와 함께 지연된 탈탄소화 경로의 경우(2,150GtCO2의 더 큰 탄소 예산 고려). 남은 탄소 예산 추정치는 ref의 표 5.8에서 가져온 것이다. 21. (C) 세 가지 탈탄소화 경로에 대해 2020년부터 2100년까지 재생 에너지 배치로 인한 총 내재 배출량. 주석은 배출량을 각 탄소 예산의 백분율로 표시한다. (D) 세 가지 탈탄소화 경로에 대해 2020년부터 2100년까지 해안 후퇴, 해안 보호 및 적응형 냉각으로 인한 총 내장 배출량. 회색 플로팅 막대는 1차 에너지의 배출 강도 변화에 대한 적응량의 변화로 인해 구성 요소로 분할된(3개의 적응에 대한 평균으로) 세 가지 경우 사이의 총 적응 임베디드 배출량의 변화 동인을 보여준다. (출처: 관련논문 Fig. 4)

"우리의 값은 하한값만을 나타낸다"고 Lesk는 강조한다. "상향 범위는 훨씬 더 높을 수 있다." 한편으로는 CO 배출량만 고려했고, 다른 온실의 배출량은 고려하지 않았다. 이것을 고려하면 추가로 40%를 차지할 수 있다. 한편, 새로운 전력선 또는 전력 저장과 같은 2차 구조에 대한 원자재 및 에너지 요구 사항은 기록되지 않았다. 삼림 벌채 및 기타 토지 이용 변화와 같은 원료 추출 증가의 간접적인 결과도 기록되지 않았다.

▲ 1.5 °C 남은 탄소 예산에 상대적인 전환 과정의 총 내재 배출량. 2020년부터 2100년까지 1.5°C의 남은 탄소 예산(400GtCO2, 참고문헌 21의 표 5.8)의 백분율로 표현된 세 가지 탈탄소화 경로에 대해 재생 에너지 사용 및 선택된 적응으로 인한 총 내장 배출량. (출처: 관련논문 Fig 5. Mitigation and adaptation emissions embedded in the broader climate transition}

새로운 긴급 조치가 필요

"이러한 한계에도 불구하고 우리는 탈탄소화가 가속화되면 전이 배출량이 크게 감소할 수 있다는 결론을 내렸다"라고 연구원들은 썼다. "이는 재생 에너지로의 빠른 전환을 위한 조치에 새로운 시급성을 부여한다." 에너지 전환 및 탈탄소화가 지연되면 모든 비용이 상당히 높아질 뿐만 아니라 기후 보호도 더욱 어려워질 것이기 때문이다.
(National Academy of Sciences 회보, 2022; doi:10.1073/pnas.2123486119)
출처: PNAS, 콜롬비아 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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