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지구 온난화
Ⅰ) 배경설명
오늘날 인류가 당면한 가장 심각한 문제 중의 하나가 온난화로 인한 기후 변화이다. 과연 현재 일어나고 지구의 온난화 현상은 얼마나 계속되고, 어떠한 재해를 가져올 것인지, 우리는 기후 변화의 방지를 위해 어떤 대책을 세워야 되는지 생각해보자.
Ⅱ) 제시자료
1) 온실 효과
이산화탄소, 메탄과 같은 온실 기체는 태양복사 에너지 중 가시광선은 통과시키나 적외선인 지구 복사 에너지는 흡수하는 성질을 가지고 있다. 지표가 태양빛을 흡수했다가 다시 적외선을 방출하면 대기 중의 온실 기체는 이를 흡수하여 다시 지표로 되돌려 보냄으로써 지표와 대기의 온도를 모두 상승시키는 데 이러한 현상을 온실효과라고 한다. 자연상태에서의 온실 효과는 지구의 온도를 적당히 높여 지구상에 생명체가 살아갈 수 있는 최적의 환경을 유지시켜 준다.
2) 지구 온난화
최근 들어 전 세계 평균 기온은 기상 관측 이후 최고치를 계속하여 갱신하고 있다. 이것이 온실 기체의 비정상적 증가에 의해 생기는 지구 온난화의 결과라는 것에 대해 이견이 없다.
산업화 이후 화석 연료의 사용 증가와 인류에 의한 원시림의 파괴는 대기 중 온실 기체들의 농도를 비정상적으로 증가시켜 왔다. 이러한 온실 기체의 증가는 대기 중에 머무는 에너지의 양을 증가시켜 대기와 지표면의 온도를 높이게 되는 것이다.
현재와 같은 이산화탄소 증가율이 계속 유지된다면 2030년경에는 기온이 1.8℃ 정도, 2100년경에는 2.5℃ 정도 상승할 것으로 것이라고 한다. 또한 기온 변화는 지역적으로 큰 편차를 보이겠지만 양 극 지방의 기온이 상대적으로 더욱 높아질 것이라고 한다. 이처럼 지구의 기온이 상승할 경우 가장 크게 우려되는 피해는 해수의 열팽창과 대륙 빙하의 해빙에 따른 해수면의 상승이다. 해수면은 2050년까지 약 30cm 상승하여 고도가 낮은 해안 지역이 상당 부분 침수될 것이다. 또한 바다에는 증발량이 많아져 대규모 태풍이 빈번하게 발생할 것이고, 강수량이 증가해 홍수가 빈발하게 될 것이다.
3) 지구 온난화 방지 대책
지구의 온난화를 방지하기 위해서는 첫째, 지구 온난화에 가장 큰 영향을 주는 온실 기체인 이산화탄소의 발생량을 줄여야 한다. 이산화탄소는 주로 화석 연료의 사용에서 발생하므로 에너지 효율을 높이는 방법과 원자력, 지열, 태양열, 풍력, 수소 등 대체 에너지 사용에 관한 연구가 있어야 할 것이다. 그리고 온실기체의 흡수, 고정을 위한 기술을 개발하여 인위적으로
이산화탄소 등의 온실가스를 줄이기 위한 방법으로 연구되는 것 중 하나는 새로운 청정에너지인 수소 연료의 개발이다. 차세대 에너지로 각광받는 분자량 2에 불과한 수소기체는 가볍고 잘 타는 기체로 산소와 결합하면 쉽게 불이 붙고 때론 강한 폭발을 일으키기도 한다. 또한 수소가 연소되면 많은 에너지와 함께 물이 생성되기 때문에 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 같은 공해물질이 생기지 않는다. 하지만 수소는 에너지를 투입해야 얻을 수 있는 에너지원이기 때문에 풍부하기는 하지만 물이나 유기화합물 속에 있는 수소를 효과적으로 분리해내는 방법을 찾아내는 것이 관건이다.
논제 1) 기후 변화에 의한 환경 재앙을 방지하기 위해 2005년 온실가스 감축의무를 부과하는 교토의정서가 공식 발효되었고, 전 세계 인류가 기후변화 방지를 위한 노력을 시작하고 있다. 지구 온난화를 방지하기 위한 효과적인 방법에는 어떤 것들이 있을 수 있는지 논술하시오.
논제 2) 최근에는 화석 연료를 대체할 수 있는 유력한 미래 에너지원으로서 수소 연료가 연구되고 있다. 수소 연료의 장, 단점과 수소를 효과적으로 얻을 수 있는 방법을 논술하시오.
논술 출제 의도 및 예시 문항
논제 1)
1. 출제 의도
일반적으로 교과서에서 이야기되는 지구 온난화 대비책인 화석 연료의 사용을 줄이고, 대체 에너지를 개발하고, 삼림을 보호하자는 정도만 적어서는 좋은 결과를 얻을 수가 없다. 지구 온난화가 발생하는 과정과 지구 기후의 변화 요인을 잘 이해하고 있어야하며, 온난화에 대한 대책을 서술할 때는 나름대로 참신하고 합리적인 방법을 하나라도 생각하여 논리적으로 적어보려는 노력이 필요하다.
기후 변화를 일으키는 요인으로는 천문학적 요인, 수륙 분포의 변화, 지표면 상태의 변화, 대기 성분의 변화 등이 있다. 이중에서 인간이 어떻게 해볼 도리가 없는 천문학적 요인, 수륙 분포의 변화를 빼고 지표면 상태의 변화, 대기 성분의 변화 중 지구의 온도를 내리게 하는 요인인 온실 기체의 감소, 지구 반사율의 감소 등을 찾아내어 그것과 관련된 요인에서 합리적인 해결책을 찾아 서술하여야 할 것이다.
2. 예시 답안
화석 연료의 사용에서 발생하는 이산화탄소의 양을 줄이기 위해서는 대체 에너지의 개발이 필요하다. 수소연료의 경우 연소될 때 이산화탄소가 만들어지지 않기 때문에 온실 기체를 줄이는 데 매우 효과적이다. 물론 수소는 또 다른 에너지를 투입해야 얻을 수 있기는 하지만 햇빛으로 수소를 생산하는 광촉매나 미생물 등을 이용하여 기술을 개발한다면 가능할 것이다. 수소연료 이외에 태양열 발전, 풍력 발전, 조력 발전 등의 대체 에너지를 본격적으로 개발해야 하고, 이런 에너지들이 현실화되기 전에 우선은 온실기체를 방출하지 않는 원자력 발전의 이용을 화석 연료의 사용보다는 우선적으로 고려해야 할 것이다.
그리고, 광합성을 하는 녹색 식물의 양을 늘려야 할 것이다. 특히, 광합성량이 많은 열대의 밀림에 대한 보호가 절실하며, 이를 위해 열대 밀림 지대에 사는 주민들에게 선진국에서 경제 지원을 함으로써 열대밀림의 농경지화나 무분별한 벌목을 막아야 할 것이다. 그리고 많은 광합성이 해조류에 의해 일어나므로 해조류의 개체수가 줄지 않도록 해양 오염을 줄이는 방법도 연구되어야 할 것이다.
또, 이산화탄소를 흡수할 수 있는 화학 물질이나 미생물을 이용하여 대기 중의 이산화탄소를 모으는 방법에 관한 연구도 필요할 것이다.
그리고, 지구의 반사율을 증가시켜서 더 많은 양의 태양 빛이 우주 공간으로 반사되게 하는 방법도 필요할 것이다. 가령 모든 건축물의 지붕과 도로를 반사율이 높은 흰색으로 칠해 지표면의 반사율을 높이는 방법도 있을 수 있다. 그리고 지구 궤도를 도는 인공위성에 거대하고 반사율이 큰 얇은 막을 설치하여 태양빛이 지구에 도달하는 것을 막는 방법도 가능할 것이다. 우주로 큰 막을 올려 보내는 것이 문제인데 형상 기억 합금을 이용하여 작은 상태로 모양을 만들었다가 우주에서 원래의 모양대로 크게 펼치게 할 수 있다면 얇은 막의 수송 문제는 해결될 수 있을 것이다.
논제 2)
1. 출제 의도
탄화수소인 화석연료는 가장 쉽게 구할 수 있고 가장 많이 사용하는 연료이다. 별 생각 없이 화석연료를 사용한 결과 생활은 편리해졌으나, 많은 환경오염이 발생하였고 온실 기체의 양이 증가하여 지구온난화라는 재앙이 점점 현실화되고 있다. 또한 많은 양을 계획 없이 사용한 결과 재래적인 에너지자원도 수 십 년 내에 고갈될 위험에 처해 있어서 대체에너지의 개발과 실용화가 무엇보다 중요하게 대두되고 있는 상황이다.
대체에너지로는 태양에너지인 태양열과 태양광을 이용하는 방법, 지열을 이용하는 방법, 수력과 풍력 원자력을 이용하는 방법 등 다양한 방법이 있고, 주변 물질을 이용하는 방법으로는 식물에너지를 이용하는 방법, 발효과학을 이용하는 방법, 물을 이용한 수소기체를 이용하는 방법 등이 있다. 이 중 수소기체는 산소와 반응할 때 많은 에너지와 함께 생성물로 물이 나오고, 지구 온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소 같은 공해물질이 생기지 않는다. 이 문제에서는 온실효과를 일으키지 않는 연료로서의 수소에 대해 초점을 맞추고 서술하는 것이 필요하다.
수소는 많은 에너지를 투입해야 얻을 수 있는 에너지원이며 풍부하기는 하지만 물이나 유기화합물 속에 있는 수소를 분리해내는 것이 쉽지 않아 경제성이 떨어지고 끓는점이 매우 낮아 항상 기체 상태로 존재하므로 저장과 운반이 어렵다는 것이 문제다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수소저장합금 등 저장기술을 개발하는 것이 필요하고 더 쉽게 수소기체를 얻을 수 있도록 경제성을 높이는 것이 필요하다.
수소는 자원 분쟁의 염려가 없고 기술이 높은 나라가 이 에너지 산업을 주도하게 될 것이다. 국내에서는 광촉매나 미생물을 이용하여 햇빛으로 수소를 생산하는 기술을 개발하고 있고 녹색식물이 태양에너지를 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 바꾸는 과정에서 수소이온이 생기는데 이를 환원시켜 수소를 만들 수도 있다. 또한 원자력을 이용해 원자로가 생산한 고온 가스나 전기로 수소를 만드는 원자력 수소 생산에 거는 기대는 매우 크다. 과기부와 원자력연구소는 오는 2019년까지 국내 하루 석유소비량의 20%를 대체할만한 양의 수소를 생산하는 상용로를 도입한다는 계획이다. 이렇게 생산된 수소는 기존의 가스 공급망이나 탱크로리를 타고 각 가정과 건물, 발전소, 충전소 등에 공급될 예정이다.
2. 예시 답안
수소는 분자량이 약 2
수소의 저장과 운반을 해결하기 위해 현재는 수소를 원자의 형태로 저장하는 수소저장합금을 개발되어 있으나 이런 합금의 효율을 좀 더 높이는 연구가 필요할 것이다.
궁극적으로 온실기체를 줄이려면 화석 연료를 사용하지 않고 수소 기체를 만드는 방법이 연구되어야 한다. 미생물이나 새로운 촉매 등을 이용하여 수소를 효율적으로 생산하는 기술을 개발할 필요가 있으며, 이때 사용되는 에너지는 화석 연료를 근원으로 하면 안 되고 태양에너지나 지열, 원자력, 풍력, 조력 에너지 등을 근원으로 하여야만 할 것이다. 또 녹색식물이 태양에너지를 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 바꾸는 과정에서 수소이온이 생기는데 이를 환원시켜 수소를 만들 수도 있을 것이다.
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첫댓글 고맙습니다