해조류와 탄소중립
해조류와 탄소중립
  • 노준성 세종대학교 환경에너지공간융합학과 교수
  • 승인 2022.05.06 08:11
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바다에 탄소흡수원 있다
노준성 세종대학교 환경에너지공간융합학과 교수
노준성 세종대학교 환경에너지공간융합학과 교수

[현대해양]

바닷속 정글: 해조류와 생물다양성

흔히 생각하는 정글의 이미지는 울창하게 우거진 나무들과 넝쿨, 습기 가득한 남미의 숲 아마존을 제일 먼저 떠올리겠지만 바닷속에도 정글이라고 불릴 만한 곳이 존재한다. 대표적인 예로 켈프숲(Kelp forest)은 바닷속의 정글이다. 켈프(Kelp)는 다시마목 다시마과에 속하는 대형 해조류를 총칭하는 말로 일반적으로 미국 태평양 연안에 생육하는 대형 해조류를 지칭하던 말이다.

켈프숲의 해조류들은 차가운 캘리포니아 한류가 흐르는 미국 서쪽 해안가를 따라 광합성을 위해 연안에 분포한다. 주로 수심 5~30m 대에 널리 서식하는데, 일부 켈프 종은 약 45m까지 자라기도 하며, 이상적인 조건에서는 하루에 45cm나 자란다고 한다. 우리나라에 서식하는 다시마의 먼 친척뻘 되는 키가 아주 큰 해조류라 할 수 있겠다. 크고 빽빽하게 숲과 정말 비슷한 형태를 이루고 있기 때문에 켈프숲이라 부른다.

해조류는 엄밀히 말하면 식물은 아니다. 식물분류학상 진핵식물의 하나로 여겨지는 경우도 있지만, 식물계가 아니라 원생생물계(原生生物界; Protista)에 속하고 있다. 그럼에도 불구하고 해조류는 육상의 산림과 같이 광합성을 통해 온실가스인 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 바닷속의 일차생산자이다. 육상의 숲에 다양한 생물들이 살아가듯이 켈프숲도 수천 종의 무척추동물, 어류, 기타 해조류 및 해양포유류의 서식공간으로 이용되어 켈프 생태계는 지구상에서 생물다양성이 가장 높은 곳 중 하나로 꼽힌다. 일부 종들은 켈프숲에 모여 산란을 하거나 어린 개체들이 성장하는 양묘장으로 이용한다.

바닷새와 바다사자, 해달, 심지어 고래와 같은 해양포유류는 포식자와 폭풍우로부터 보호소로 이 해조숲을 이용하는 것으로 알려져 있다. 더불어 크고 작은 해양생물들의 먹이로도 이용된다. 때문에 잘 보존된 해조숲 주변해역에는 풍족한 어장이 형성되며 건강한 해양생태계의 근간을 이룬다. 그야말로 해양생명의 보고이다.

필자가 2014년 여름, 미국 캘리포니아에 위치한 산타카탈리나 섬(Santa Catalina Island, CA)을 방문했을 때 수중탐사를 위해 스쿠버다이빙을 한 경험이 있다. 지역 사람들의 연안환경보호에 대한 관심이 높은 지역으로 연안의 켈프숲이 잘 보존되어 있었다. 바다에 뛰어들어 맞이한 거대한 해조숲과 그 사이로 번성하는 수천의 물고기 떼가 자아내는 수중세계의 풍요로움이 아직 잊히지 않는다.

더 놀라웠던 것은 물고기들이 인간을 위협으로 보지 않고 오히려 가까이 다가와서 스쿠버다이버를 관찰하는 물고기들도 많았다는 사실이다. 인간이 자연을 존중하고 보호하면, 자연도 인간을 경계의 대상으로 여기지 않고 오히려 다가온다는 사실을 몸소 체험한 경험이라 할 수 있겠다.

우리나라에 켈프와 같은 키가 큰 해조류가 서식하지는 않지만, 일반적으로 잘 알려진 다시마, 미역, 파래, 감태, 모자반과 같은 다양한 해조류가 어우러져 우리만의 숲을 만든다. 앞서 소개한 바다숲, 혹은 해중림(海中林)으로 불리우는 우리의 해조숲도 크고 작은 해양생물들의 서식처로 중요하며, 전복, 해삼, 소라 등 초식동물들의 먹이로도 이용된다.

해조류가 우리에게 주는 혜택은 이뿐만이 아니다. 비타민과 미네랄 등 인체에 유용한 성분이 다량 함유된 웰빙식품으로 일찌감치 잘 알려져 있고, 의약품과 산업용 기능성 물질 추출원으로도 적극 활용된다. 다양한 연구결과에서는 바닷속 질소, 인, 중금속 등을 제거하여 수질개선에 기여한다고도 알려져 있다.

탄소중립이라는 지구촌 공동목표가 중요해진 요즈음, 저탄소 청정 바이오 에너지원을 개발하기 위한 주 연료로 해조류의 활용이 연구되고 있으며, 해조숲은 그 자체로 탄소를 흡수하기에 육상의 숲과 같이 온실가스 저감을 위한 탄소저장고로의 가치도 재조명 중이다. 그러나 기후변화, 수온상승, 해양오염, 연안개발, 간척과 같은 직간접적인 인간의 영향으로 인해 지구촌 곳곳의 해조숲이 파괴되거나 건강성을 잃고 있다. 우리나라도 해조류 서식지의 상당수가 소실되거나 사라지고 있으며, 이를 보호하여 해양생태계의 건강성을 회복하려는 노력이 계속되고 있다. 그 일환으로 해양수산부는 지난 2012년 세계 최초 법정기념일로 ‘바다식목일’을 제정하여 해마다 행사를 기념하고 있다.

그림1 건강하게 보존된 캘리포니아 카탈리나섬의 켈프숲과 호기심 많은 물고기들
그림1 건강하게 보존된 캘리포니아 카탈리나섬의 켈프숲과 호기심 많은 물고기들

바닷속 나무 심기: 해조류와 바다식목일

5월 10일이 바다식목일이다. 올해는 2013년 처음 시작한 바다식목일 행사가 딱 10살이 되는 해이다. 이맘때쯤이면 “바닷속에 나무를 심는다고?”라는 문구가 다양한 매체에서 등장하는 이유이다. 해양수산부의 최근 홍보자료에서는 바다식목일을 ‘해조류를 심어 해양생태계를 복원하고 탄소흡수력을 마련하는 등 바다숲 조성의 중요성을 알리기 위한 법정기념일’이라 정의한다. 여기서 바다숲이란 우리가 흔히 알고 있는 미역, 다시마, 김, 감태, 모자반과 같은 해조류와 잘피와 같은 해초류가 연안에 번성하는 서식지를 뜻하는 육상의 ‘숲’ 의 의미를 차용한 개념이다. 더불어 탄소흡수력의 마련이란, 기후변화의 주요 원인인 대기 중 이산화탄소를 줄이기 위한 일환으로, 소위 ‘블루카본’으로의 가능성을 바다숲에서 찾기 위함이다.

지난 반세기 동안 우리나라의 바다는 기후변화에 따른 해수 온도상승, 이산화탄소 증가에 따른 해양산성화, 간척과 같은 무분별한 연안개발과 해양오염 등 다양한 원인으로 해양환경이 파괴되었다. 해조류 서식지도 상당수가 파괴되었으며, 이를 기반으로 살아가는 다양한 수산자원의 생산성 감소를 경험하고 있다. 특히, 복합적 해양환경 문제로 인해 발생하는 ‘갯녹음’은 시멘트와 같은 무절석회조류가 암반을 뒤덮어 바다가 사막화되는 현상으로 울창했던 연안해역의 해조류 서식지를 파괴하는 주범이다. 그러므로 오늘날 바다식목일의 의미는, 해‘조’를 심는 식조(植藻)행사를 통해 바닷속 생태계의 중요성을 알리고, 황폐화된 연안을 가꾸고, 탄소흡수원으로의 가능성에 투자하기 위해 제정된 국가기념일로도 볼 수 있겠다.

 

바닷속 탄소해결사: 해조류의 탄소흡수력?

해조류는 해양생태계의 탄소흡수원인가? 라는 질문에 대해 학계에서는 의견이 분분하다. “앞서 탄소흡수원으로서의 가능성에 대해 논하던 차에 이게 무슨 소리인가?” 싶겠지만, IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체)에서 국제적으로 인증하는 해양생태계 탄소흡수원(블루카본)은 현재 맹그로브, 염습지, 그리고 잘피림(해초숲)이다. 해‘조’숲은 포함되어 있지 않다. 주된 이유 중 하나는 해조류가 서식하는 형태가 기존 블루카본들과는 상당히 다르기 때문이다. 일단 광합성을 하는 맹그로브 나무, 염생식물(갈대 등), 잘피, 그리고 해조류들은 모두 탄소를 흡수할 수 있다. 실제로 이들의 몸체는 유기물 즉 유기탄소 덩어리이다. 그러나 진정한 블루카본으로 인증을 받기 위해서는 이 유기탄소 덩어리들이 모래나 뻘과 같은 해양환경 내로 묻혀(침적, burial) 오래 보관되는, 즉 ‘격리(sequestration)’ 될 가능성이 높아야 한다. 맹그로브나 염생식물, 잘피와 같은 식물들은 뿌리가 잘 발달하여 서식지 깊숙이 탄소를 격리시킨다. 게다가 이들의 서식환경(갯벌, 모래펄)은 퇴적현상이 활발하여 뿌리 외 지상부에 드러난 몸체로 격리될 확률이 높다. 이에 반해 해조류는 상대적으로 서식지 표층에 얇게 부착되어 생육하며, 주요 서식지도 암반지대나 일부 자갈과 모래가 섞인 지역들로 상대적으로 퇴적현상이 약한 지역이다. 더군다나 생물들에게 먹이로 이용되기 때문에 기껏 흡수된 탄소들이 결국은 다시 분해되어 저장될 수 없다는 견해가 과거 주를 이루었기 때문이다.

분위기가 조금씩 바뀌고 있다. 최근 해조류에 대한 탄소격리 가능성에 대한 다양한 연구들이 진행되면서 새로운 사실들이 하나 둘 보고되는 추세다. 저명한 국제저널인 네이쳐 지오사이언스지(Nature Geoscience)에 게재된 Krause-Jensen & Duarte(2016)의 연구에서는 전 세계적으로 해조류가 매년 2억 톤의 탄소를 격리할 수 있으며, 이 중 약 90%는 심해에 묻히는 것으로 추산한다. 서식지 내로 격리되는 양이 대부분인 기존의 블루카본(맹그로브, 염생식물, 잘피)과 달리 해조류는 서식지 외부(주로 심해)로 이동하여 격리되고, 따라서 해조류 서식지를 잘 관리하면 외해의 탄소 저장력(대륙붕, 심해퇴적물)이 증가됨을 강조한다. 이 저널에 게재된 Ortega et al(2019)의 연구에서는 연안의 해조류가 심해까지 도달하는 양은 1,000m 당 약 37% 감소하게 되며 4,000m 깊이에서는 전체의 약 24%가 도달할 수 있다고 보고한다.

네셔널지오그래픽(National Geographic)에 따르면(2019. 08. 30. 기사내용) 과학자들은 해조류의 놀라운 성장 능력(즉, 폭발적인 탄소흡수력)을 감안할 때 해조류가 성숙할 때까지 키운 다음 수확하여 심해에 가라앉히는 지속 가능한 바다농장 시스템을 고안 하고 있다고 한다.

2019년 Current Biology 저널에 발표된 연구에서는 캘리포니아 연안수역의 3.8%에 해당하는 면적(전 세계 해조류 서식지 면적의 0.065% 수준)에 해조류를 양식하면 약 500억 달러 규모의 농업에서 배출되는 온실가스량을 상쇄할 수 있다고 보고하였다. 이러한 최신의 연구결과들에 비추어 보면 해조숲이 새로운 블루카본으로 인증받을 잠재력은 충만해 보인다.

해조류의 자연적인 탄소격리만이 답일까? 해조류를 활용한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 국내에서도 활발한 소식들이 들려온다. 하나의 예로 해조류를 원료로 한 생분해성 펄프와 친환경 일회용품의 개발이다. SK이노베이션이 육성 지원하고 친환경 소셜벤처 ‘마린이노베이션’이 개발한 신기술로, 해당 소재의 생산은 기존 공정에 비해 이산화탄소 배출량이 3분의 1 수준으로 저탄소-친환경 공법 개발의 우수사례이다.

또 다른 예로 해조류를 신재생에너지 원료로 활용하는 방법이다. 다량의 온실가스를 발생시키는 화석연료를 대체할 만한 에너지를 찾기 위한 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있고, 그 중 수소 에너지는 친환경성 및 공급의 안정성에 높은 가치를 매긴다. 우리 정부도 수소경제에 대한 잠재력과 가능성에 적극 투자하고 있다.

수소는 일반적으로 물, 메탄가스, 유기체와 같은 화합물 형태로 존재하기 때문에 추출하는 기술이 중요하다. 2020년 이화여대 김우재 교수팀에 의해 수소추출 기술은 해조류를 원료로 하여 기존에 비해 추출되는 수소기체의 순도를 획기적으로 끌어올렸다 평가받는다. 해당 연구결과는 같은 해에 저명한 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)에 게재되었다.

호주에서는 축산업계에서 온실가스를 줄이기 위해 해조류를 활용하기 시작했다. 우리나라 마트에서도 호주산 소고기를 쉽게 찾을 수 있듯이 호주는 세계적인 축산 대국이다. 작년 통계에서 확인해보면 호주의 소 사육두수는 약 2,650만 마리에 이른다. 문제는 소와 같은 반추동물의 방출 가스(방귀, 트림)에는 메탄이 다량 포함되어 있어 온실가스 배출의 주요 요인이다.

유엔식량농업기구(FAO)의 2021년 보고서 등에 따르면 전 세계 가축들이 배출하는 온실가스량 71억 톤(이산화탄소 환산량)에 달하며 이는 전 지구에서 한 해 발생하는 온실가스 배출량의 14.5%에 달한다. 특히, 가축이 배출하는 메탄은 이산화탄소에 비해 23배나 강한 온실 효과를 내는 것으로 알려져 있다.

소 한 마리는 1년 동안 메탄가스를 70~120kg 정도로 방출하며, 소형차가 1년간 내뿜는 온실가스 양과 맞먹는다. 이를 해결하기 위해, 최근 호주의 축산업계와 연방과학산업연구기구(CSIRO)가 함께 가축이 발생하는 메탄가스를 줄이는 사료 첨가제를 개발하였다. 홍조류(붉은색 해조류)의 하나인 ‘바다고리풀(Asparagopsis taxiformis)’의 추출물을 사료에 섞어 먹여 소의 메탄 배출을 줄이는 기술로, 최근에는 최대 98%까지 발생하는 메탄을 감소시키는데 성공하였다(2021. 12. 02. 기사).

우리나라도 축산업에서 발생하는 온실가스량을 배출량으로 산정하며, 국내 소 사육두수는 2022년 기준 약 330만 마리에 달한다. 국내에서도 가축의 메탄 발생을 줄일 수 있는 맞춤형 웰빙-친환경 해조류 사료를 개발한다면 온실가스 배출량 감소로 이어질 수 있다.

그림2 해조숲의 탄소가 외해로 전달, 심해로 격리되는 과정의 모식도
그림2 해조숲의 탄소가 외해로 전달, 심해로 격리되는 과정의 모식도

해조류와 우리의 탄소중립

해조류의 탄소흡수력의 범위는 해양생태계 내 새로운 탄소흡수원으로 타진이 되고 있으며, 다양한 분야에서 저탄소-친환경 기술개발을 위한 키플레이어로 활약 중이다. NASA의 Earth Observatory(earthobservatory.nasa.gov) 웹사이트에서는 ‘대한민국 바다에서의 청정수확’이라는 주제로 한국의 김 양식을 소개했다. 위성영상으로 바라본 완도 연안에 빼곡이 들어선 김 양식장의 아름다움과 청정한 수확 방식을 다뤘다. 해당 기사에서는 우리의 김 양식이 다른 유형의 식품 생산에 비해 물이나 비료 사용이 필요하지 않기에 친환경적이며 더불어 대기에서 탄소를 제거하는 하나의 방법이라고 얘기한다.

김 양식의 사례에서 본다면, 우리나라의 해조류 양식에 대한 내공은 조상 대대로 탄탄하게 전수되었다. 해양수산부의 바다목장, 바다숲 사업 등의 투자를 통해 연안 해조류 서식지를 복원하려는 움직임도 꾸준히 이어져 왔다.

다만, 앞으로는 좀 더 전략적인 투자가 필요하다. 예컨대 바다숲 사업으로 조성하는 해조류 서식지에 흡수된 탄소가 정량적으로 얼마나 그리고 궁극적으로 어디에(심해와 같은 환경) 격리되는지에 대한 연구가 꼭 필요하다. 더불어, 다양한 분야에서 해조류가 활용될 수 있는 탄소저감 기술 개발에 대한 투자도 아끼지 말아야 하겠다.

마침 최근에 반가운 소식을 들었다. 매년 경북도에서는 다양한 주제로 해양수산 활성화를 위한 심포지엄을 주관하는데, 내달(6월)에 ‘동해안 바다숲 조성과 블루카본의 탄소 네거티브 활용방안’을 두고 국제심포지엄 행사를 개최할 계획이다. 국내외 전문가들을 모아 동해안의 블루카본 현황과 해외 연구사례, 그리고 바다숲을 통한 블루카본 확대전략에 대해 토론하는 장으로 구성된다. 일선의 소식에 따르면 앞서 해조류의 탄소흡수력에 대해 훌륭한 연구들을 발표해온 Krause-Jensen 교수의 초청도 타진 중이라고 하는데 잘 성사되었으면 하는 바람이다.

2022년 5월 새로운 정부가 출범한다. 지난 정부에서 시행했던 탄소중립 정책에도 많은 변화가 있을 것으로 예상하는 사람도 많다. 탄소중립은 우리나라의 특정 정부의 정책이 아닌 글로벌 모두를 위한 정책으로 다가가야 한다.

이미 전 세계 150여 개국에서 탄소중립정책을 활발히 시행하고 있다. 우리나라가 작년 선진국 반열에 올라서기 무섭게 탄소중립을 위해 달성해야 하는 목표치의 무게가 더해졌다. 당장 2030년까지 역대 최다 배출량인 2018년 7억 2,700만 톤을 기준으로 약 3억 톤 가까운 40%를 감축해야 한다. 하지만 현실은 이산화탄소 배출량 세계 9위(2020년 기준)의 기후악당국이다. 정부의 지속적인 관심과 투자가 필요하다. 그리고 바다에는 잠재적인 탄소흡수원과 탄소배출을 줄이는 자원이 모두 있다.

그림3  NASA, Earth Observatory 완도 김양식(2021년 2월19일 촬영 영상 (출처_ https://earthobservatory.nasa.gov/images/148215/green-harvest-in-south-korean-waters))
그림3 NASA, Earth Observatory 완도 김양식(2021년 2월19일 촬영 영상 (출처_ https://earthobservatory.nasa.gov/images/148215/green-harvest-in-south-korean-waters))

 



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강대춘 2023-06-08 09:34:47
새로운 사실을 많이 알게 됐네요. 우리가 바다를 잘 지켜야겠네요.

. 2022-05-06 10:50:41
유익한 기사 감사합니다.