차세대 중형위성을 활용한 온실가스 관측 정보 획득 방안 연구
최원준*, 김상균*
A Study of the Acquisition Plan for GHG Data using CAS500
Won Jun Choi*, Sangkyun Kim* Regular Members
요 약
우리나라 기후변화의 양상은 전세계 평균에 비해 높은 양상으로 나타나 기후변화 대응을 위한 적응 정책이 절실한 상황이다. 특히, 기후변화에 따른 우리나라의 경제적 손실이 2,800조원에 달할 것으로 예측되는 상황으로 최소 300조원의 천문학적인 비용이 기후변 화 적응에 필요할 것으로 연구되었다.(KEI, 2011) 이러한 막대한 비용의 적절한 투입시기, 분야 설정 등 효율적인 투입을 위해 정확 한 기후변화 예측 및 영향이 필수적이다. 이러한 기후변화 예측 및 영향 분석을 위해서는 전구뿐만 아니라, 한반도를 비롯한 동북아 시아에서 불균질하게 나타나고 있는 온실가스 농도의 정확한 파악이 필요하다. 본 연구에서는 기후변화의 유발인자인 온실가스 관 측을 위한 위성 개발에 대한 필요성에 대해 분석하고, 해외 온실가스 관측 위성 개발 현황에 대해 조사하여 저궤도 환경위성 개발 방안에 대해 제시하고자 한다. 온실가스 관측 위성은 우주개발중장기계획에 반영된 차세대 중형위성과 연계, 추진하여 기상, 농림, 토양 관측 위성과 함께 기후변화 이외에 수질, 토양, 생태로 환경 감시 범위를 확대할 수 있을 것으로 예상된다.
Key Words : CAS500, Climate Change, Environment Monitoring, Greenhouse Gas, GHG Observation Satellite
ABSTRACT
Climate change adaptation must be prepared, because the pattern of climate change in Korea is higher than the global average. In particular, it is estimated that Korea's economic loss due to climate change will reach 2,800 trillion won, and at least 300 trillion won will be needed for adaptation to climate change(KEI, 2011). Accurate climate change forecasts and impact forecasts are essential for efficient use of enormous climate change adaptation costs. For this climate change prediction and impact analysis, it is necessary to grasp not only the global average concentration but also the inhomogeneity of the greenhouse gas concentration which appears in each region. In this study, we analyze the feasibility of developing a greenhouse gas observation satellite, which is a cause of climate change, and present a development plan for a low orbit environmental satellite by examining the current status of the operation of the greenhouse gas observation satellite. The GHG monitoring satellite is expected to expand the scope of environmental monitoring by water/soil/ecology in addition to climate change, along with weather/agriculture/soil observation satellites.
*환경부 국립환경과학원 지구환경연구과([email protected], [email protected]), 교신저자 : 최원준 접수일자 : 2017년 6월 27일, 최종게재확정일자 : 2017년 9월 22일
I. 서 론
1. 기후변화 대응 필요성
IPCC 제5차 보고서는 기후변화에 따른 지구온난화는 명 백한 현실이며, 온실가스 농도의 상승에 따라 대기와 해양의 온도가 상승하고 해수면 상승 등 다양한 분야에서 기후변화 영향을 보고하고 있다.
특히, 10년 평균 지표 온도는 1850년 이래 지속적으로 상 승하고 있으며, 1880년부터 2012년까지 0.85℃ 상승률을 보 여 1983년에서 2012년의 30년간 북반구 평균 온도는 1400년
중 가장 높게 나타났다. 전 지구적으로 나타나는 기후변화는 우리나라에서 더 크게 나타나고 있는데 지난 100년간 온도 상승은 1.5℃, 제주지역의 해수면은 지난 40년간 22㎝ 상승 하여 세계 평균의 3배로 나타나고 있다.
이러한 기후변화는 이산화탄소 및 메탄 등 기후변화 유발 물질의 영향으로 파악되고 있으며, 과거 80만년 동안 전례 없는 고농도를 나타내는 것으로 분석되고 있다. 이러한 온실 가스는 주로 화석 연료 사용 등 인위적 배출에 의한 것으로, 산업화 이후 40% 이상 증가하고 있으며 전 세계적으로도 배 출량이 지속적으로 증가하고 있다. IPCC에서는 온실가스의
추가적 감축 노력이 없을 경우 2100년까지 전세계 평균 온도 상승폭은 3~5℃에 달할 것으로 암울한 예측을 내놓고 있다.
Fig. 1. Observed globally averaged combined land and ocean surface temperature anomaly 1850-2012.
기후변화는 집중호우와 잦은 태풍 등을 유발시켜 막대한 인명 및 재산 피해를 가져오고 있다. 이러한 기후변화의 피 해는 전 세계적으로 연간 1.2조 달러로 전세계 GDP의 1.6%
수준에 달할 것으로 추정(DARA, 2012)되며, 기후변화는 더 이상 먼 미래의 현상이 아닌 당면한 위기로 인식하여야 할 것이다. 특히, 우리나라에서는 ‘94년부터 ’05년까지 폭염으로 인해 2,127명이 사망한 것으로 분석되어지고 있으며, 기온상 승에 의해 촉진된 광화학 반응으로 대기 중 오존농도가 증가 하는 등 대기오염이 심화되어 국민 건강에 대한 악영향으로 영향을 미칠 것으로 예상된다. 또한, 매개체을 통한 질병인 말라리아 환자가 ‘94년(5명)에 비해 ’07년 22,227명으로 4,445 배 증가하는 등 국민 건강을 위협하고 있다.
2. 국내 기후변화 영향
앞서 언급한 바와 같이 우리나라는 온실가스 농도와 평균 기온, 해수면 상승률이 전세계 평균을 상회하는 등 기후변화 에 취약성을 보이고 있으며, 우리나라에 최적화된 기후변화 대응 정책과 적응 역량 강화가 절실하다. 일례로 우리나라 6 개 지점 평균 기온 상승률(1912~2005)은 1.5℃로 전구 평균 기온 상승률(1880~2012) 0.85℃(IPCC AR5)를 상회하고 있 으며, CO2 농도도 407.0ppm(2015)로 나타나 전지구 평균 (400.0)보다 높으며, 증가율(안면도 2.5ppm/yr, 전구 2.3ppm/yr) 또한 높게 나타나고 있다. 이는 기후변화가 전구 적으로 비균질하게 나타나며, 우리나라의 풍상측에 위치한 세계 최대 온실가스 배출국인 중국의 영향에 따라 우리나라 온실가스 농도와 기후변화의 영향은 전구 평균에 비해 더욱
크게 나타날 것으로 예상된다.
이러한 기후변화에 의한 우리나라 경제적 영향은 최대 약 2,800조원에 달할 것으로 예상되며, 300조의 적응 비용(∼
2100년)이 필요할 것으로 연구되었다(KEI, 2011). 이러한 막 대한 적응 비용의 적시성, 효율성 등 비용 대비 효과의 극대 화를 위해 한반도 주변의 정확한 온실가스 농도 분석과 기후 변화 예측 정확도를 향상시킬 필요성이 있다.
Ⅱ. 국내･외적 기후변화 대응
1. 기후변화 완화를 위한 국제적 노력
2020년 이후 신 기후체제를 위해 세계 각국은 프랑스 파 리에서 개최된 제21차 기후변화 협약 당사국 총회(UNFCCC COP21)에서 신기후 체제 합의문인 “파리 협정(Paris Agreement)”를 채택하였다. 파리협정은 2020년 만료 예정인 기존 교토의정서 체제를 대체하기 위한 것으로 본 협정은 선 진국의 선도적 역할을 강조하며 모든 국가가 전지구적인 기 후변화 대응에 참여하게 된다.
본 협정은 국제사회 공동의 장기 목표로 산업화 대비 지 구 평균 기온상승을 2℃보다 낮은 1.5℃ 이하로 제한하기 위 한 노력을 추구하도록 하였다. 무엇보다 각국 정부는 국가별 기여방안(NDC)은 자체적으로 결정하되, 매 5년마다 상향된 목표를 제출하여 공통의 차별화된 책임과 국가별 여건을 감 안하도록 하였다. 이러한 책임은 모든 국가가 차기 감축목표 제출시 이전 수준보다 진전된 목표를 제시하고, 최고 의욕수 준을 반영해야 한다는 진전된 원칙을 규정하였으며, 감축목 표 유형과 관련, 선진국은 절대량 방식을 유지하며, 개도국에 게는 나라별 여건을 감안하되, 부문별 감축 목표가 아닌 경 제 전반을 포괄하는 감축 목표를 점진적으로 채택하도록 하 였다. 또한 모든 국가가 장기 저탄소 개발 전략을 마련하고, 이를 2020년까지 제출하는 것을 노력하도록 요청하였다. 이 러한 온실가스 감축목표의 효과적 달성을 위해 UN 기후변 화협약 중심의 시장 이외에도 당사국 간의 자발적인 협력도 인정하는 등 다양한 형태의 국제 탄소시장 매커니즘 설립에 합의하였다.
이행점검 방법으로는 5년 단위로 파리협정 이행 전반에 대한 국제사회 공동 차원의 종합적인 이행점검(Global Stocktaking) 방법을 도입하여 2023년에 이를 처음 실시하게 되며, 이행 점검을 위하여 국가 온실가스 인벤토리, 감축목표 달성 경과 등에 대한 보고가 의무화되며, 보고내용에 대한 전문가 검토와 다자협의를 거치도록 하여 각국의 이행을 투 명하게 관리하는 절차를 강화할 것을 합의하였다.
2. 우리나라의 기후변화 대응 정책
전 지구적인 온실가스 배출량은 일부 개도국과 최빈국의
배출량이 정확히 집계되지 않아 정확한 통계 산출에 한계가 있으나, `12년 우리나라는 세계 배출 8위(688.3백만 tCO2eq) 를 차지하고 있다. 이러한 수치는 의무감축국 중 미국, 러시 아, 일본, 독일, 캐나다와 의무감축국에 포함되지 않은 중국, 인도 다음의 8위로 추정된다. 34개 회원국으로 구성된 OECD를 대상으로 할 경우, 1990년 대비 2013년 이산화탄소 배출량 증가율은 2위 수준(156%), 미국, 일본, 독일, 캐나다 다음의 5위 배출국인 것으로 판단된다.(2014 국가온실가스인 벤토리 보고서) 이는 우리나라에서 온실가스 배출이 많은 에 너지 다소비 산업(중화학공업, 철강, 자동차, 조선 등)에 대 한 의존도가 높기 때문이다. 이러한 이유로 우리나라는 국제 적으로도 기후변화 대응 노력에 동참하여 감축 정책 수립 및 이행을 지속적으로 요구받아 왔으며, 우리나라는 저탄소 녹 색성장 기본법을 기반으로 기후변화종합대책 수립, 온실가 스 배출권 거래제 도입 등 다양한 노력을 경주하였다. 무엇 보다도 부문별 업종별 연도별 감축목표를 세우고 2015년 파 리 협약에서는 ‘2030년 온실가스 배출량을 배출전망(BAU) 대비 37% 감축한다’는 국가온실가스 감축목표 제시하였다.
순위 국가명 1990 2011 2012 증감율
(‘90) 증감율 (‘11) 1 미국 6,219.5 6,717.0 6,487.8 4.3 -3.4 2 러시아 3,363.3 2,284.3 2,295.0 -31.8 0.5 3 일본 1,234.3 1,306.5 1,343.1 8.8 2.8 4 독일 1,248.0 928.7 939.1 -24.8 1.1
5 캐나다 590.9 701.2 698.6 18.2 -0.4
8 대한민국 295.5 685.7 688.3 132.9 0.4 표 1. 우리나라 온실가스 총배출량 순위(단위:106tCO2eq)
Fig. 2. 우리나라의 1인당 온실가스 배출량 및 추계인구 (1990-2012)
우리나라의 국민 1인당 온실가스 배출량은 13.8tCO2eq로 세계 18위, OECD 6위로 나타나고 있다. 우리나라는 온실가 스 배출 증가 속도가 지난 `90~`08년간 타 OECD 국가들과 비교할 때 가장 빠르게 증가하고 있는 것으로 조사되고 있으 며, 현재와 같은 에너지 다소비형 산업구조 및 소비패턴에서 는 국가온실가스 배출량도 계속 증가될 것으로 전망된다.
교토의정서에 온실가스 의무감축국들은 배출권 거래제, 청정개발체제 등 교토의정서 이행 메카니즘을 통한 온실가
스 감축 노력과 함께 새로이 창출되고 있는 온실가스 감축관 련 환경산업 및 기술개발을 선정하고자 노력하고 있다. 특히, EU는 140gCO2/km 이상 배출되는 차량에 대해서는 수출을 제한하는 자발적 협약을 발효할 예정이며, 유사 수준에서 수 출 장벽으로 작용될 가능성이 있다.
무엇보다 우리나라는 2005년 현재 국가 온실가스 배출량 이 1990년 대비 2배에 달해 Post-2020의 신기후 체제에서 온 실가스 감축에 대한 국제적 압력이 커질 것으로 예상되나, 수출에 의존하는 우리나라의 경제 구조상 정부에서는 전 세 계적인 온실가스 감축 및 저감 압박을 무시할 수 없으며, 국 가 경제에 부담으로 작용할 것으로 보인다. 2013년부터 온실 가스 배출량을 1995년 대비 5% 감축을 가정할 경우, 실질 GNP의 0.78% 감소할 것으로 예상되며, 산업계의 감축부담 을 국민들이 부담하게 될 경우 국민들의 실제 체감 경제적 효과는 더욱 클 것으로 보인다.
그러나 이러한 온실가스 감축은 일방적인 경제적 타격이 아닌, 새로운 경제적 시장이 형성되는 기회로 여겨지기도 한 다. 일례로 탄소배출권거래제는 저탄소 경제 구조로 전환을 위해 비용 효과적인 온실가스 감축을 위한 제도로 국내에서 는 ‘15년부터 시행되었으며, ’14년 9월 현재 미국, 일본, 중국, EU 등을 포함 38개국 국가에서 시행 중에 있다. 중국의 시범 지역의 탄소배출권 총거래량(`15)은 약 4000만 톤, 약 23억 위안(한화로 4800억원)으로 추정되며, 향후 60억 톤으로 성 장할 것으로 예상된다. 전 세계적로도 ‘05년 23억 달러에 비 해 현재 514억 달러로 22배가 넘는 규모로 증가하였으며, 경 제적으로 긍정적 여파가 기대되는 바, 각 국가에서는 이러한 경제적 효과를 선점하여 자국의 이익을 극대화하기 위해 다 각적인 노력을 기울이고 있다. 만약 선제적 대응이 성공할 경우 경제적 효과 창출이 가능함을 인지하여 경제적 가치를 창출하고자 정부에서는 기후변화에 대한 국제적 선도 그룹 으로의 진입을 시도하고 있다. 이러한 정부 기조는 환경부가 중심이 된 20개 정부부처 합동 제2차 국가기후변화 적응대 책(’16~‘20)을 수립 시행에 반영되는 등 범부처적인 노력을 기울이고 있다.
Ⅲ. 환경분야 차세대 중형위성 개발 타당성 및 활용 방안
1. 차세대 중형위성 개발 계획
우주개발중장기계획 에 반영되어 추진 중인 차세대 중 형위성 개발은 중 저해상도 광역관측, 기상 해양 환경 관측 등 공공분야 관측 수요에 적기 대응하기 위해 500㎏급의 표 준 본체를 확보하고 해외 수출용 국산화 고유모델로 개발하 는 것을 목표로 하고 있다. 그 동안 진행되어온 위성개발 경 험과 기술력을 기반으로 ‘중형급 표준형 위성본체, 위성부품
의 국산화, 위성산업의 활성화, 다양한 공공수요의 충족’을 목표로 시작된 차세대 중형위성 사업은 현재 1단계 사업이 수행되고 있으며, 2단계 사업을 위한 기획이 진행 중이다. 1 단계 사업에서는 중형급 표준형 위성본체의 표준화를 위한 연구개발에 중점을 두고 있으며, 위성 산업화를 대비한 산업 체 주관의 2호가 착수 예정이다. 2단계 사업에서는 ‘21년~’30 년까지 정밀과학, 광역광학, 기상/환경, 영상레이다 등 공공 서비스 제공을 목적으로 23기의 위성을 발사하는 것을 목표 로 하고 있다.
이러한 차세대 중형위성 개발 사업은500㎏급의 위성 본체 에 대한 표준 플랫폼의 양상체계를 구축하여 개발기간과 비 용의 저가화를 통해 수출 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 하 고 있다. 이러한 사업 전략에 따라 초기 사업 단계에서부터 산업체의 적극적인 참여를 독려하고 있으며, 공공 위성 서비 스에 필요한 수요를 차세대 중형위성을 통해 제공하고자 하 는 노력을 경주하여 왔다.(교육과학기술부 2012, 미래창조과 학부 2016) 본 사업은 규격화된 중형위성 본체의 양산을 통 해 제작 비용의 저가화로 수출을 도모하고 우주개발 산업을 육성하고자하는 긍정적인 면을 가지고 있으나, 위성 임무가 결정되는 탑재체의 다양성을 반영하지 못하는 약점이 있으 며, 향후 수출화를 위해서는 이러한 단점을 극복할 수 있는 방안이 마련되어야할 것으로 판단된다.
또한, 원격탐사 기법 발달로 우주 기술(ST)을 환경 감시 기술(ET)에 접목시켜 동북아 지역의 대기환경을 상시 감시 하고 단기 기후변화 유발물질의 기후변화 영향 분석을 위해 정지궤도 복합위성에 환경감시 센서 탑재를 국정과제(93)로 추진 중에 있다. 또한, 대기환경 및 기후변화 감시를 위한 환 경위성 관측망 구축 및 운영에 대해 법적 기반( 대기환경보 전법 )을 마련하는 등 위성을 활용한 대기환경 및 기후변화 감시를 위한 기반 구축에 노력하고 있으나, 환경분야에서 우 주기술 도입은 초기 단계로 지속적으로 보강이 필요한 상황 이다.
2. 저궤도 온실가스 관측위성의 필요성
기후변화 영향은 전구적으로 비균질하게 나타나며, 우리 나라는 기후변화 영향과 온실가스 농도가 전구 평균에 비해 높게 나타나고 있다. 특히, 우리나라는 고온 발생 등 국민 건 강에 직접적인 영향을 미치는 기후변화 영향이 전 지구적인 증가 추세에 비해 더 강하게 나타나고 있으며, 국지적인 기 후변화 영향 분석을 통한 국내 실정에 최적화된 대응이 필요 한 상황이다. 이러한 대응은 온실가스에 대한 전구적인 농도 분석뿐만 아니라, 우리나라 주변 온실가스와 기후변화에 대 한 국지적인 상호 영향 분석을 기반으로 가능하다고 할 수 있다.
또한, 현재 온실가스 배출량 산정은 주로 지상관측과 통계 적 기법이 적용된 Bottom-up 방식의 인벤토리에 의존하고 있다. 그러나 이는 관측 가능한 지점에 대해서만 산출이 가
능하여 산림, 해양지역 등에 대한 흡수/배출정보와 국가 및 대륙간 수송정보 등을 획득하기 어려우며 실시간 접근이 불 가능하다. 대안으로 온실가스 환경위성 자료로부터 Top-down방식을 통한 배출량 추정연구를 통해 실시간 광 역의 정보를 얻을 수 있다.
현재 정부에서 추진 중인 정지궤도 환경위성은 세계 최초 로 정지궤도에서 운영되는 환경위성으로 한반도가 포함된 동아시아 지역의 대기오염물질 상시 감시뿐만 아니라, 단기 체류 기후변화 유발물질(SLCP, Short Lived Climate Pollutant)인 오존 및 에어로졸 등을 관측하여 기후변화 영향 의 정밀한 효과를 파악하고 효과적인 감축 방안을 제시가 가 능하다. 그러나 기후변화에 가장 큰 영향을 미치는 이산화탄 소 및 메탄 등의 농도 관측은 불가능하며 저궤도에서 운영되 는 해외(미국, 일본) 온실가스 관측 위성(OCO-2, Orbiting Carbon Observatory-2, GOSAT, Greenhouse gases Observing SATellite)의 자료를 사용하여야 하는 상황이다.
기존의 저궤도 온실가스 관측위성 중 GOSAT(일본 NIES)은 전구 CO2 농도 산출을 주 목적으로 지상 10㎞의 비 교적 낮은 관측 해상도를 가짐에 따라 적은 구름의 영향에도 민감한 CO2 농도 산출에 제약이 크다. 특히, 한반도 주변 특 정 지역의 정밀한 온실가스 농도 관측을 통해 배출량을 감시 하기 위한 목적으로는 적절하지 않다. OCO-2 위성(미국 NASA)은 해상도가 3㎢로 비교적 정밀한 표적 관측(Target Observation)이 가능함에 따라 온실가스 농도를 관측하여 온실가스 배출량 감시가 가능하다. 이는 UNFCCC COP21의 파리협정에서 합의한 온실가스 감축 이행 점검에 활용이 가 능하며, 국제적으로 연계를 추진 중인 탄소배출권거래제의 검증 방법으로도 사용이 가능할 것으로 기대된다. 특히, 국가 별 탄소배출권 시장의 연계 및 통합으로 단일 국제 탄소배출 권 거래 제도에서 필수적으로 수행되어야하는 배출량 검증 방안으로 위성 활용이 가능할 것으로 보인다.
Fig. 3. NASA OCO-2(Orbiting Carbon Observatory-2)로 도출된 전구 CO2 평균 농도
그러나 현재 운용 중인 OCO-2 위성은 표적 관측을 검 보 정에 필요한 지상 관측 지점(TCCON, Total Carbon Column Observing Network)에 집중되고 있으며, 국내 관심 지역인 대도시 또는 공단지역을 관측하고자 할 경우, 위성 운영 기
관(미 NASA)과 협의가 필요하며, 이해 관계가 일치하지 않 을 경우 관측이 불가능한 상황이 발생할 수 있다. 또한, 국내 주요 지역에 대한 온실가스 관측은 생산 공정이 노출될 수 있는 등 민감한 내용을 포함하게 됨에 따라 자국의 위성을 이용하는 것이 국가적 이익에도 부합된다고 할 수 있다.
3. 온실가스 관측 자료의 활용 방안
기후변화의 강력한 원인으로 대기 중 이산화탄소 농도 증 가로 인한 복사강제력 증가를 꼽을 수 있는데 이러한 기후변 화의 정확한 분석과 영향의 정밀 파악을 위해서는 이산화탄 소의 전구 분포 파악이 필요하다. 이러한 전구 이산화탄소 농도 파악을 위해 세계기상기구(WMO)에서는 회원국이 참 여하여 지구급(global station) 관측소 36개, 지역급 관측소 (regional station) 647개, 협력 관측소(contributing station) 288소가 운영 중이다.
Fig. 4. 세계기상기구(WMO)의 지구대기감시 프로그램 관측 소 현황
이러한 전구 이산화탄소 농도 측정을 위한 지구대기감시 프로그램은 대체적으로 미국, EU, 일본 등 선진국을 중심으 로 설치되어 있으며, 미개발국가 또는 해양에서는 관측이 어 려워 전구 관측소의 비균질성으로 정확한 온실가스 정보 파 악에 한계가 있다. 또한 전 세계의 자발적 참여를 통해 운영 되는 만큼 각 국의 관측 능력에 좌우되어 편차가 매우 크게 나타나는 경향이 있으며, 한반도에 영향을 미치는 중국의 관 측소가 부족하여 우리나라의 온실가스 배경농도 파악에 어 려움이 있다.
이러한 온실가스 관측 공간적 한계와 관측 능력의 편차를 줄이고 정확한 전구 이산화탄소 농도를 산출하기 위해 위성 을 이용하는 방법이 도입되고 있다. 특히 원격탐사 기술의 발달로 온실가스 관측 위성이 도입, 운영 중에 있다.(‘09, 일 본 GOSAT, ’14, 미국 OCO-2)
최초의 온실가스 관측 위성인 GOSAT 위성은 whisk broom 방식으로 관측 영역(Swath)이 750~1,000㎞에 달해 3 일에 1회 전구 관측이 가능하나, 관측 지상해상도가 10㎞로 구름 탐지에 매우 취약하여 자료 산출율이 낮은 약점을 가지
고 있다.
‘09년 발사에 실패한 OCO 위성의 후속 위성인 OCO-2는 push broom 방식으로 관측 해상도가 1.29×2.25㎢로 도시 규 모의 배출량 감시가 가능한 강점이 있으나, 직하점의 지상 영역(Swath)이 10.3㎞로 좁은 단점이 있다. 그러나 이산화탄 소의 농도 구배가 크게 변화하지 않음에 따라 전구 모델링 등 부가적인 도구를 이용하여 이산화탄소 농도 분포 산출이 가능하다.
Fig. 5. 일본 GOSAT에서 관측된 CO2 컬럼 농도 (09.4.20~28)
Fig. 6. 미국 OCO-2에서 산출된 평균 CO2 농도 (14.10.1~11.11)
상기 OCO-2 위성의 설명에서 언급하였듯 OCO-2 위성의 직하점의 지상 관측 범위는 매우 협소하여 지상 대량 배출 의심 지역에 대한 집중 관측과의 선별적 관측이 필요하다.
OCO-2 위성은 직하점 관측, 표적 관측, 해면 반사 관측, 3개 관측 모드가 있으나, 직하전 관측을 주관측으로하며, 표적관 측은 검 보정을 위한 TCCON(Total Column Carbon Observing Network) 지역을 주대상으로 수행하게 된다. 따 라서 이산화탄소 배출을 집중 관측을 위한 도시 지역의 표적 관측은 주목적이 아님에 따라 온실가스 배출량에 대한 정확 한 산정, 감시에 위성자료를 적용하기에는 여전히 어려움이 있다. 이에 우리나라와 주변국가의 도시 및 산업단지의 온실 가스 배출 감시를 위해 국내 독자적인 온실가스 감시 위성 보유가 필요하다고 할 수 있다.
Ⅳ. 온실가스 관측위성의 개발 방안
온실가스 관측을 위해 차세대 중형위성에 탑재되는 근적 외선 초분광기는 NASA의 OCO-2와 ESA의 CarbonSat, JAXA의 GOSAT 위성을 베이스로 위성 개발 방향을 설정, 3개안으로 제시하였다. 1안은 미국 NASA의 OCO-2를 베이 스로, 파장분해능의 성능이 월등하여 정밀한 CO2 관측 정보 산출이 가능하나, 관측폭이 10㎞로 한정된다. 2안은 일본 JAXA의 GOSAT을 베이스로 하고 있으며, FTS 방식으로 900㎞의 관측폭을 10.5㎞의 5개 지점을 Whisky broom 방식 으로 관측하게 된다. 마지막으로 ESA의 CarbonSat을 기반 으로 한 방식으로 관측폭이 240㎞를 2㎞×3㎞ 해상도로 관측 하는 방식이다.
각각의 방식은 장 단점을 보유하고 있는데, 1안은 높은 관 측 파장분해능과 공간분해능으로 관측 결과의 정확도가 높 고 배출원과 배출량의 정밀한 관측이 가능한 장점이 있으나, 관측폭이 좁아 전구 관측과 배경 농도 측정에 불리한 단점이 있다. 2안은 경우는 공간 해상도가 10.5㎞로 5개 지점을 선 택, 관측함에 따라 짧은 시간에 전구 농도 관측이 가능하다 는 장점이 있으나, 관측 지점의 배출원 원인 분석에 취약한 단점이 있다. 또한, 관측 격자에 소량의 구름이라도 자료 산 출에 영향을 미치는 CO2 산출 알고리즘의 특성상 자료 획득 율이 떨어지는 한계점을 가지고 있다. 3안은 1안의 좁은 관 측폭과 2안의 낮은 관측 분해능을 보완한 안으로, 1안에 비 해 분광 분해능이 저하되며 2안에 비해 관측폭이 좁아 전구 관측에 다소의 시간이 더 걸리는 단점이 있으나, 1안과 2안 의 장 단점을 보완한 컨셉으로 판단되어진다.
항 목 1안 2안 3안
파장 (nm)
1 758∼772 758∼775 747∼773
2 1,594∼1,619 1,560∼1,720 1,590∼1,675 3 2,045∼2,081 1,920∼2,080 1,925∼2,095
4 - 5,500∼14,300 -
파장 분해능 (λ/Δλ)
1 18,000 600 7,600
2 21,000 3,000 5,400
3 21,000 2,000 3,600
4 - 5,500 -
해상도 1.25×2.25㎞ 10.5 2×3㎞
관측폭 10㎞ 900㎞ 240㎞
관측대상 CO2, O2 CO2, CH4, O2 CO2, CH4, O2 표 2. 저궤도 온실가스 관측 위성 개발안
Ⅴ. 기대 효과
기후변화 대응은 에너지소비 감축 등 산업구조 변화를 초 래하기 때문에 경제와 직결되며, 기후변화가 가져올 환경, 생 태계 영향, 파급효과 등을 정확히 파악하여 합리적 대응정책
을 추진함이 필요하다. 이를 위해서는 온실가스 배출, 이동 등 분포 변화에 대한 진단이 기반되며, 결과에 따라 정책방 향 및 소요비용이 크게 달라질 수 있다.
온실가스 환경위성의 경제적 및 산업적 파급 효과는 기후 변화 적응, 완화, 국제협력 분야에서 다양하게 나타날 것으로 예상된다. 우선, 적응분야는 기후변화를 예측하고, 그 영향에 대응하여 생태적, 사회적, 경제적 체제를 조정하는데, 기후체 계에 대한 이해의 불완전성에 의해 기후변화 예측불확실성 이 크며 사용되는 초기 조건과 모델에 따라 기후변화 예측결 과의 차이가 매우 크다. 그러나, 위성자료로부터 산출된 과거 와 현재의 온실가스 정보는 기후변화 예측모델에 사용될 경 우 불확실성을 크게 줄일 수 있으며, 정확한 기후변화 예측 결과로부터 합리적인 적응 및 완화 정책이 수립 및 이행되면 정책의 불확실성이 줄어들어 매몰비용(sunk cost)이 크게 감 소할 수 있을 것으로 예상된다.
기후변화 완화 정책에서는 청정개발체제사업(CDM), 탄 소 배출권거래제 등이 시행되고 있는데, 위성자료로부터 추 정된 지역별 온실가스 변화추이 및 흡수/배출 특성자료는 에 너지효율 개선을 위한 근거자료로 활용될 수 있다. 또한 국 외 탄소 흡수지역을 조사하여 배출권을 구매하는 등 향후 온 실가스 관련 경제사업에서 이익을 창출할 수 있으며, 국내 지역별 산업단지별 온실가스 배출정보를 객관화하고 감축 효과를 증대하여 향후 완화관련 정책을 보다 적은 예산으로 조기 달성할 수 있을 것으로 기대된다.
마지막으로 많은 국가가 기후변화 해결을 위해 기후변화 협약에 참여하고 국제 협력의 필요성이 높아지고 있는 상황 에서 이산화탄소 배출량이 상위권 범주에 속하는 우리나라 는 체류기간이 긴 온실가스의 정량적 수송정보를 과학적으 로 규명하여 국가간 비용 배분을 통해 효율적 메커니즘을 형 성할 수 있다. 나아가 전 세계적으로 온실가스 위성자료 배 포를 통해 기후변화 문제 규명에 대한 리더쉽을 제고할 수 있다.
무엇보다 온실가스 위성 개발 및 활용을 통해 불확실성이 높은 기후변화 체계에 대한 과학적 분석기술이 향상될 것으 로 기대된다. 그러한 과학적 진보를 통해 기후변화 예측 정 확도가 개선될 경우, 비용 효율적 환경 정책수립이 가능해질 것이다. 또한 배출원 거래제 등 완화정책의 근거자료가 확대 됨에 따라 국제 탄소시장이 활성화될 것이며, 지역별 탄소 배출특성 정보를 제공하여 에너지효율 개선 정책수립을 원 활히 할 수 있음에 따라 저탄소 대체에너지 개발이 활발하게 이루어질 것으로 전망된다. 나아가 온실가스 위성 개발 및 활용 관련 전문가 양성 등 지속 개발 가능한 사회 실현을 위 한 일자리 창출에도 이바지할 것으로 기대된다.
Ⅵ. 결 론
종합하면 우리나라의 경제 규모와 세계 온실가스 배출 순
위를 고려할 경우 국제적 기후변화 감축 참여에 대한 압력은 피할 수 없는 현실이며, 온실가스 감축의 수동적 자세에서 기후변화 대응의 적극적이고 전향적인 자세를 통해 기후변 화 대응 산업을 선점, 국가적 이익 극대화가 필요한 시점이 다. 이에, 정부에서는 최신 우주 기술을 도입한 온실가스 감 시 위성 개발을 통해 국지적으로는 국내 기후변화 영향 분석 능력을 강화하고 효과적인 기후변화 대응 대책을 수립, 국제 협상에 필요한 기초자료를 확보하고자 한다. 더 나아가 기후 변화 대응의 선제적 대응으로 국제 기후변화 대응 선진국 그 룹에 진입하고, 온실가스 배출 검증 기법에 위성을 이용한 객관적이고 과학적인 방안을 제시하여 효과적인 온실가스 감축에 필요한 국제적인 기대에 부응하고자 한다.
이러한 온실가스 위성자료는 객관화된 배경자료와 배출 원 및 배출량 자료 추출이 가능하며, 저비용 고효율 정책을 수립 이행이 가능하도록 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 체류기간이 긴 온실가스의 정량적 수 송정보를 과학적으로 규명하여 국가간 비용 배분을 통해 효 율적 메커니즘을 형성할 수 있다. 나아가 전 세계적으로 온 실가스 위성자료 배포를 통해 기후변화 문제 규명에 대한 리 더쉽을 제고할 수 있을 것으로 기대됨에 따라 차세대 중형위 성을 통한 온실가스 관측 위성 개발 사업을 적극적으로 추진 해야할 것으로 판단된다.
참 고 문 헌
[1] 김정수 외, “차세대중형위성 2단계 개발을 위한 기획연구”, 미 래창조과학부, 2016
[2] 문경정 외, “저궤도 환경위성을 활용한 온실가스 감시연구”, 국 립환경과학원, 2013~5
[3] 최원준 외, “차세대 정지궤도 지구관측 위성시스템 개발 사업 관리 개선방안에 관한 연구”, 한국위성정보통신학회논문지 제 10권제4호, 2015
[4] IPCC AR5
[5] 온실가스종합정보센터, 2014 국가온실가스 인벤토리 보고서
저자
최 원 준(Won Jun Choi) 정회원
․2002.02： 연세대학교 대기과학과 학 사졸업
․2004.08： 연세대학교 대기과학과 석 사졸업
․2005.9∼현재： 국립환경과학원 환경 연구사
<관심분야> : 위성정보융합기술, 환경위성탑재체, IT-ET 융 합, 환경정보 Big-Data 분석 및 제공, 우주정책
김 상 균(Sangkyun Kim)
․1990.01： 국립환경과학원 환경연구사
․2001.05： 국립환경과학원 환경연구관
․2014.07∼현재：국립환경과학원 지구환경연구과장
<관심분야> : 대기오염물질 배출원 제어, 배출량 산정, 대기 환경측정, 원격탐사, 위성정보융합기술, 환경위성탑재체
