지구온난화지수가 높은 세 가지 화학물질의 반응속도 결정

[아이팍스]

지구온난화지수가 높은 세 가지 화학물질의 반응속도 결정

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-01-27

금주 Proceedings of the National Academy of Sciences 지에 게재된 연구에서는 고층대기(upper atmosphere)에서 발생하는 화학반응에 의해 파괴되는 세 가지의 가장 강력한 온실가스에 대한 새로운 속도 정보를 제공하고 있다.

이 세 가지 성분이 잠재적으로 중요한 이유는, 소위 대기의 창(atmospheric window) 영역이라고 불리는 적외선 에너지를 흡수하기 때문이다. 이 파장은 이산화탄소와 같은 다른 주요한 온실가스의 경우 복사선이 우주로 자유롭게 통과한다. 비록 오랫동안 잔존하는 이런 성분들이 상대적으로 적은 농도로 존재하지만, 이 파장의 에너지를 흡수하는 능력으로 인해, 농도가 증가하게 되면 지구온난화를 가속화시킬 수 있음을 의미한다.

이 화합물은 상대적으로 화학적으로 불활성이기 때문에, 이들이 어떻게 전자가 여기된 상태의 산소 원자 [O(1D)]와 반응하는지에 대한 정보는 이 물질이 대기 중에서 얼마나 오랫동안 흡수체로서 남아있을 수 있는지에 대한 예측의 정확도를 증대시킴으로써 지구기후모델의 정확성을 향상시키는데 도움을 주게 될 것이다. 또한 이 정보는 현재 산업적으로 이용되고 있는 화학물질을 기후변화에 대한 영향력이 약한 다른 물질로 대체해야만 하는지에 대한 정책토론에도 실마리를 제공하는 계기가 될 것이다.

Sulfuryl fluoride (SO2F2), nitrogen trifluoride (NF3) 및 trifluoromethyl sulfur pentafluoride (SF5CF3)에 대한 반응속도 정보는 2010년 1월 25일자에 게재되었다. 본 연구는 NASA(미국 항공 우주국)가 지원하였다.

Sulfuryl fluoride는 오존고갈 물질인 methyl bromide (CH3Br)의 대체품으로 훈증제로 널리 사용되고 있다. Nitrogen trifluoride는 플라스마 부식 및 장비 세척을 위해 전자산업체에서 사용되고 있다. 분자기준으로 볼 때 가장 강력한 온실가스로 알려진 Trifluoromethyl sulfur pentafluoride는 고압장비에 사용되는 절연체의 분해산물로 여겨지고 있다.

세 가지 물질은 대기 중 어떤 물질에 비해 가장 높은 지구온난화지수(global warming potentials)를 갖고 있다. Trifluoromethyl sulfur pentafluoride의 지구온난화지수는 100년 평균으로 볼 때 분자당 이산화탄소에 비해 18,000배나 지구온난화지수가 높다. Nitrogen trifluoride의 온난화지수는 17,000이고 sulfuryl fluoride는 대략 4,000배로 적외선 복사선을 가두는 능력이 이산화탄소보다 크다.

대기 중에 이런 물질이 존재하고 기후변화에 미치는 잠재적 영향력은 최근에 들어서야 밝혀진 것이다. 전자적으로 여기된 산소원자와의 반응은 이런 물질이 전리층 이하의 대기권에서 분해되는 과정은 유일하게 알려진 것이다. 비록 현재 매우 낮은 농도로 존재하는 것으로 알려져 있지만, 이 물질들의 영향력은 증대하고 있으며 대기 중 NF3의 농도는 연간 10%이상씩 증가하고 있다.

어떤 물질이 반응하고 산소원자를 불활성화시키는지에 대한 연구를 위해, 연구팀은 실험실에서 레이저섬광분해(laser flash photolysis)법을 이용하여 O(1D)를 만들고 이것을 200∼350K 의 온도범위에서 세 가지 물질에 노출시켰다. O(1D)는 대기 중에서 오존, 산소분자 및 자외선과 반응하여 생성된다. 전자적으로 여기된 산소는 질소나 산소분자와 같은 주변의 다른 분자에 비해 빨리 반응에 참여하여 기저상태의 산소원자를 형성한다. 따라서 이것의 농도는 저층대기보다 고층대기에서 높게 나타난다.

Trifluoromethyl sulfur pentafluoride와 반응한 O(1D)는 수천 번의 반응 동안 한번 정도 이 물질을 분해한다. 즉, 대기 중으로 방출되는 물질의 양은 오랫동안 대기 중에 머물러 있으며 대략 천 년간 남아있게 된다. NF3의 경우, 이전의 연구에서 발표된 것보다 두 배 정도 반응속도가 빠른 것으로 나타났으며, 이 물질의 온난화 영향은 이전에 생각했던 것보다 적다는 것을 의미한다. 해양에 의해 흡수되는 SO2F2의 경우, 기존의 연구결과와 유사하게 나타났다.

이 물질들에 대한 새로운 자료는 IPCC(기후변화에 관한 정부간 회의)의 다음 주요 보고서에 포함될 것이다.

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-01/giot-sdr012610.php