지구 온난화 및 해수면 상승

온실가스 배출은 지구 온난화를 유발하는 가장 주요한 인자이다. 이는 주로 화석 연료의 연소, 산업 공정, 농업 활동, 그리고 토지 이용 변화를 통해 대기 중으로 방출된다. 온실가스는 태양으로부터 오는 짧은 파장의 복사 에너지는 통과시키지만, 지구 표면에서 방출되는 장파장의 적외선 복사는 흡수하여 다시 지구로 재방출한다. 이 온실 효과는 자연적으로 존재하여 지구를 살기 적합한 온도로 유지하지만, 인간 활동으로 인한 과도한 온실가스 농도 증가는 이 효과를 강화시켜 지구 평균 기온을 상승시키는 원인이 된다.

주요 온실가스로는 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 그리고 다양한 불화가스(F-gases)가 있다. 이들의 지구 온난화에 대한 상대적 기여도와 대기 중 체류 기간은 각기 다르다. 예를 들어, 메탄은 단위 질량당 이산화탄소보다 훨씬 강력한 온실 효과를 내지만 대기 중 체류 기간은 약 12년으로 비교적 짧다. 반면, 이산화탄소는 체류 기간이 수백 년에 달하여 장기적인 영향을 미친다.

산업화 이후 인간 활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 산업화 이전 약 280 ppm에서 420 ppm 이상으로 급격히 증가시켰다. 이 증가의 약 3/4는 석탄, 석유, 천연가스 등 화석 연료의 연소에서 비롯되며, 나머지는 주로 산림 파괴와 같은 토지 이용 변화에 기인한다. 전력 생산, 수송, 제조업이 가장 큰 배출 부문을 차지한다. 이러한 배출은 자연적 흡수원(예: 식물과 해양)의 능력을 초과하여 대기 중에 축적되며, 이로 인해 지구 시스템의 에너지 균형이 깨져 지구 온난화가 진행된다.

산림 파괴는 지구 온난화를 가속화하는 주요 인자 중 하나이다. 특히 열대 우림의 벌채는 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 직접적으로 기여한다. 나무는 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하고 탄소를 고체 형태로 저장하는 역할을 한다. 이러한 산림이 제거되면 저장된 탄소가 대기 중으로 방출될 뿐만 아니라, 미래에 흡수될 수 있었던 탄소의 양도 영구적으로 감소한다.

산림 파괴의 주요 원인은 상업적 농업 확대, 목재 채취, 광산 개발, 도시화 등이다. 예를 들어, 아마존 우림과 동남아시아의 열대 우림은 대규모 농장이나 목장을 조성하기 위해 빠르게 사라지고 있다. 이 과정에서 나무를 태우는 방식이 흔히 사용되며, 이는 대량의 이산화탄소와 다른 온실가스를 즉시 대기 중에 방출한다.

산림 파괴의 영향은 탄소 순환에만 국한되지 않는다. 숲은 지역 기후를 조절하고 수분을 순환시키며, 지표면 반사율에도 영향을 미친다. 숲이 사라지면 지표면이 더 많은 태양 에너지를 흡수하여 지역 온도를 상승시키는 경향이 있다. 또한, 생물 다양성의 급격한 감소를 초래하여 생태계의 회복력을 약화시킨다.

이러한 산림 파괴를 억제하기 위한 국제적 노력으로는 REDD+와 같은 산림 보전 프로그램이 있다. 그러나 경제적 이해관계와 개발 압력으로 인해 효과적인 감속은 여전히 과제로 남아 있다.

산업 활동과 에너지 생산은 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출의 가장 큰 원인 중 하나이다. 18세기 중후반 산업 혁명이 시작되면서 화석 연료의 대규모 연소가 본격화되었고, 이는 대기 중 이산화탄소 농도를 급격히 증가시키는 계기가 되었다. 현대 경제의 기반을 이루는 제조업, 건설업, 화학 산업, 철강 산업 등은 막대한 에너지를 필요로 하며, 이 에너지의 상당 부분은 여전히 석탄, 석유, 천연가스에 의존하고 있다.

에너지 생산 부문, 특히 화력 발전은 전 세계 온실가스 배출의 주요 원천이다. 발전소에서 화석 연료를 태워 전기를 생산하는 과정에서 대량의 이산화탄소가 배출된다. 또한, 수송 부문에서의 휘발유와 디젤 연소, 산업 공정에서의 원료 가공 및 고온 열 공급도 중요한 배출원이다. 일부 산업 공정, 예를 들어 시멘트 제조는 화석 연료 연소 외에도 화학 반응 자체에서 이산화탄소를 발생시킨다[3].

에너지 수요와 산업 생산량은 세계 인구 증가 및 경제 발전과 함께 꾸준히 증가해 왔다. 이에 따른 배출량 추이는 국가별 발전 단계와 에너지 구조에 따라 차이를 보인다. 다음 표는 주요 산업 및 에너지 활동별 온실가스 배출 기여도를 간략히 보여준다.

이러한 배출을 줄이기 위한 전환 노력이 진행 중이다. 재생 에너지 기술의 발전과 원자력 에너지의 활용이 확대되고 있으며, 산업 공정의 에너지 효율 향상과 함께 탄소 포집 및 저장 기술 개발도 중요한 대응 방안으로 주목받고 있다.

해수 열팽창은 지구 온난화에 따른 해수면 상승의 주요 기여 요인 중 하나이다. 이 현상은 대기 중 증가한 온실가스로 인해 해양이 흡수한 열에너지가 바닷물의 온도를 높이고, 물이 가열되면 부피가 늘어나면서 발생한다. 순수한 물은 4°C에서 밀도가 최대이지만, 바닷물은 염분의 영향으로 대부분의 경우 온도 상승에 따라 지속적으로 팽창한다. 따라서 대기와 해양의 온도가 상승할수록 해수 열팽창의 기여도는 증가한다.

열팽창의 영향은 해양의 모든 수층에 균일하게 나타나지 않는다. 일반적으로 표층수의 온도 상승이 더 빠르게 일어나지만, 열염순환을 통해 심층으로 열이 전달되면서 전체 해양의 부피 증가에 기여한다. 관측에 따르면, 20세기 후반 이후 해수면 상승의 약 30~50%는 열팽창에 의한 것으로 추정된다[5]. 그러나 이 비율은 시기에 따라 변동하며, 최근에는 빙하와 빙상의 용해 기여도가 상대적으로 증가하는 추세이다.

해수 열팽창의 공간적 분포는 균일하지 않다. 지역에 따라 해수면 상승률에 차이가 나는 주요 원인으로, 해수의 온도 변화, 염분 변화, 해류 패턴의 변화 등이 복합적으로 작용하기 때문이다. 예를 들어, 특정 해역에서는 주변보다 더 강한 열팽창이 관측되기도 한다. 이러한 지역적 편차는 연안 지역의 위험 평가와 대응 전략 수립에 중요한 고려 사항이 된다.

육상 빙하는 산악 빙하와 빙상을 제외한 그린란드와 남극의 얼음을 의미한다. 이들은 주로 알프스 산맥, 히말라야 산맥, 알래스카, 안데스 산맥 등 고산 지대와 고위도 지역에 분포한다. 산악 빙하는 규모가 상대적으로 작고 기온 변화에 민감하게 반응하여, 지구 온난화로 인한 용해 속도가 특히 빠르다.

이러한 육상 빙하의 용해는 두 가지 주요 경로를 통해 해수면 상승에 기여한다. 첫째, 빙하가 녹아 생긴 담수가 강을 통해 직접 바다로 유입된다. 둘째, 빙붕의 끝부분에서 떨어져 나간 빙산이 바다에서 녹으면서 해수의 양을 증가시킨다. 20세기 후반부터 가속화된 이 과정은 전 세계 해수면 상승의 약 1/3을 차지하는 주요 요인으로 평가받는다[6].

육상 빙하의 소실은 단순히 해수면을 높이는 것을 넘어, 지역적 차원에서 심각한 결과를 초래한다. 많은 지역에서 빙하는 강의 안정적인 수원 역할을 하여 농업, 생활 용수, 수력 발전에 필수적이다. 빙하가 빠르게 후퇴하면 초기에는 홍수 위험이 증가할 수 있으나, 장기적으로는 가뭄과 물 부족을 야기할 수 있다. 또한, 빙하 호수의 형성과 붕괴로 인한 돌발 홍수 위험도 증가한다.

그린란드 빙상과 남극 빙상은 지구상에 존재하는 얼음의 약 99%를 차지하는 거대한 얼음 덩어리이다. 이들의 용해는 해수면 상승에 가장 큰 기여를 하는 요인 중 하나로 평가된다. 두 빙상은 그 규모와 특성에 차이가 있어 해수면 상승에 미치는 영향과 메커니즘이 다르게 나타난다.

그린란드 빙상은 주로 표면 용해에 의해 해수면 상승에 기여한다. 기온 상승으로 인해 빙상 표면이 녹아 생긴 물이 바다로 직접 유입된다. 또한, 빙하의 이동 속도가 빨라지면서 바다로 유입되는 얼음의 양도 증가하는 현상이 관측되고 있다. 반면, 남극 빙상은 주로 해수 온도 상승에 의한 해빙 아래쪽의 침식과 빙하의 불안정화로 인해 해수면 상승에 기여한다. 특히 서남극의 빙하는 해저면에 퇴적된 상태로, 상대적으로 따뜻한 해수가 빙하 아래로 침투하면 기반부가 녹아 불안정해지고 빠르게 후퇴할 수 있다[7].

두 빙상의 용해 속도와 기여도는 다음과 같이 요약할 수 있다.

기후 모델에 따르면, 현재의 온실가스 배출 경향이 지속될 경우 두 빙상의 용해는 가속화되어 2100년까지 해수면 상승에 수십 센티미터를 추가로 기여할 것으로 전망된다. 특히 남극 빙상의 대규모 붕괴는 장기적으로 수미터 규모의 해수면 상승을 초래할 수 있는 '티핑 포인트'로 간주되며, 이는 수세기에서 수천 년에 걸쳐 진행될 수 있다. 따라서 그린란드와 남극 빙상의 상태 모니터링과 변화 예측은 미래 해수면 상승 추정의 핵심 과제이다.

19세기 후반부터 본격적인 해수면 관측이 시작되었으며, 주로 조위계를 사용한 기록이 남아 있다. 20세기 들어 전 세계적인 관측망이 구축되면서 보다 체계적인 데이터가 축적되었다. 1901년부터 2018년까지의 관측에 따르면, 전 지구 평균 해수면은 약 0.20미터 상승했으며, 상승 속도는 점차 가속화되고 있다[11].

고해상도 위성 관측(1993년 시작)은 보다 정확한 전 지구 데이터를 제공한다. 1993년부터 2022년까지의 위성 고도계 자료는 연간 약 3.4mm의 상승률을 보여주며, 이는 20세기 평균보다 약 2배 이상 빠른 속도이다.

지질학적 기록에 따르면, 과거에도 해수면은 크게 변동했다. 마지막 빙하기 최성기(약 2만 년 전)에는 현재보다 약 120미터 낮았으며, 이후 빙하가 녹으면서 홀로세 초기(약 1만 년 전)까지 빠르게 상승했다. 최근 3천 년간은 비교적 안정적이었으나, 19세기 중반 이후의 상승은 자연 변동 범위를 벗어난 현상으로 평가된다.

기후 모델 시나리오는 미래의 해수면 상승 양상을 예측하기 위해 다양한 사회경제적 발전 경로와 온실가스 배출 시나리오를 바탕으로 구축된다. 이러한 시나리오는 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)가 제시하는 대표 농도 경로(RCP)나 공유 사회경제 경로(SSP)와 같은 표준화된 프레임워크를 사용한다. 각 시나리오는 인구 증가, 기술 발전, 에너지 정책, 국제 협력 수준 등에 따른 배출량의 차이를 반영하며, 이는 최종적인 온난화 수준과 해수면 상승 폭에 직접적인 영향을 미친다.

주요 시나리오는 일반적으로 낮은 배출(강력한 완화 정책), 중간 배출(현재 정책 유지), 높은 배출(화석 연료 의존 지속)의 세 가지 범주로 구분된다. 낮은 배출 시나리오(RCP 2.6 또는 SSP1-2.6)에서는 21세기 말 해수면이 1995-2014년 대비 약 0.3~0.6미터 상승할 것으로 전망된다. 중간 배출 시나리오(RCP 4.5 또는 SSP2-4.5)에서는 약 0.4~0.8미터, 높은 배출 시나리오(RCP 8.5 또는 SSP5-8.5)에서는 약 0.6~1.1미터 상승할 가능성이 있다[12].

이러한 예측은 주로 해수 열팽창과 산지 빙하의 용해를 기반으로 하며, 그린란드 빙상과 남극 빙상의 불안정성은 큰 불확실성 요인으로 작용한다. 특히 남극의 빠른 유빙 현상이 포함된 고감도 시나리오에서는 2100년까지 1.5~2미터 이상의 더 극단적인 상승 가능성도 제기된다. 모든 시나리오는 2100년 이후에도 수세기 동안 해수면 상승이 지속될 것을 예측하며, 배출량이 낮을수록 장기적인 상승 속도와 총량을 크게 줄일 수 있다.

해수면 상승은 염습지, 맹그로브 숲, 산호초 등 연안 생태계에 직접적인 물리적 변화를 초래한다. 해안선이 점차 내륙으로 후퇴하면서 이러한 서식지들은 침식되거나 완전히 수몰될 위험에 처한다. 특히 평탄한 지형의 델타 지역과 섬 국가의 생태계는 매우 취약하다. 서식지의 상실은 그곳에 의존하는 생물 다양성에 심각한 타격을 주며, 많은 종들의 개체군 감소나 지역적 절멸을 야기할 수 있다.

해수면 상승은 담수와 해수의 경계를 변화시켜 기수 생태계에 영향을 미친다. 민물이 흘러드는 하구 지역의 염분 농도가 상승하면, 기존에 적응된 담수종이나 저염분 종들은 서식처를 잃게 된다. 이는 어류의 산란장과 치어 서식지 파괴로 이어져 수산 자원에 부정적 영향을 준다. 또한, 염습지는 육상으로부터 유입되는 영양분을 정화하는 자연적인 여과기 역할을 하는데, 그 면적이 줄어들면 수질 오염이 악화될 수 있다.

이러한 변화는 생태계가 제공하는 생태계 서비스의 감소로 이어진다. 연안 생태계는 폭풍과 해일로부터 육지를 보호하고, 물을 정화하며, 상업적·레크리에이션적 어업을 지원하는 기능을 한다. 해수면 상승으로 인한 생태계의 훼손은 결국 인간 사회의 경제적 비용과 재난 취약성 증가로 직접 연결된다.

해양 산성화는 대기 중 이산화탄소 농도 증가로 인해 해수의 pH가 낮아지는 현상이다. 해수는 대기 중 이산화탄소를 흡수하며, 이는 물과 반응하여 탄산을 형성한다. 이 과정에서 수소 이온 농도가 증가하여 해수의 산성도가 높아진다. 산업화 이후 해수 표층의 평균 pH는 약 0.1 단위 하락했으며, 이는 산성도가 약 30% 증가한 것에 해당한다[14].

해양 산성화는 탄산칼슘으로 껍데기나 골격을 만드는 많은 해양 생물에 직접적인 위협이 된다. pH가 낮아지면 해수에 용존하는 탄산염 이온의 농도가 감소하여, 산호, 패류, 플랑크톤 일부 종 등이 껍데기 형성과 유지에 어려움을 겪는다. 이는 먹이사슬 기초를 이루는 생물부터 복잡한 산호초 생태계에 이르기까지 광범위한 영향을 미친다.

이러한 생물학적 변화는 해양 생태계의 구조와 생산성을 변화시키며, 궁극적으로 수산자원과 해양 생물다양성에 심각한 영향을 줄 수 있다. 해양 산성화는 지구 온난화 및 해수면 상승과 함께 진행되는 주요 기후 변화 현상 중 하나로, 그 영향은 장기적이고 상당 부분 되돌리기 어려운 특징을 가진다.

북극곰과 펭귄과 같은 상징적인 종을 포함한 극지 생태계의 생물들은 빠르게 변화하는 환경에 특히 취약합니다. 북극해의 해빙 면적 감소는 북극곰의 주요 사냥터를 급격히 줄입니다. 해빙 위에서 물개를 사냥하는 북극곰은 빙판이 없어지면 장기간 헤엄을 치거나 육지로 올라와야 하며, 이는 에너지 소모 증가와 먹이 부족으로 이어져 개체군 감소를 초래합니다[15]. 바다코끼리와 북극여우와 같은 다른 종들도 해빙 서식지 감소의 직접적인 영향을 받습니다.

남극에서는 크릴 서식지가 위협받습니다. 크릴은 펭귄, 고래, 바다표범 등 남극 해양 생태계의 기초를 이루는 중요한 생물입니다. 해수 온도 상승과 해양 산성화는 크릴의 생존과 번식에 부정적 영향을 미칩니다. 또한, 남극 반도와 같은 지역의 기온 상승은 아델리펭귄의 번식지에 영향을 줍니다. 더 따뜻하고 습한 기후는 강설량을 증가시켜 펭귄 새끼들이 젖은 눈 속에서 저체온증으로 죽을 위험을 높입니다.

이러한 변화는 단일 종의 문제를 넘어 전체 먹이사슬과 생태계의 균형을 무너뜨립니다. 한 종의 감소나 소멸은 그 종에 의존하는 다른 포식자나 청소생물에게 연쇄적인 영향을 미칩니다. 또한, 극지 생물들의 서식지가 줄어들거나 분열되면 유전적 다양성 감소와 같은 장기적인 생물학적 위험에 직면하게 됩니다.

연안 도시는 해수면 상승에 따른 침수 위험에 가장 직접적으로 노출된 지역이다. 이 위험은 단순히 평균 해수면의 상승만이 아니라, 폭풍 해일과 고조위 현상과 결합하여 더욱 증폭된다. 기존의 방파제와 제방과 같은 방재 시설은 설계 당시의 기후 조건을 기준으로 만들어졌기 때문에, 지속적인 해수면 상승 앞에서는 그 효과가 점차 약화될 수밖에 없다.

주요 위험 요소로는 지반 침하 현상을 들 수 있다. 많은 연안 도시들은 지하수를 과도하게 양수하거나, 무거운 건축물의 하중으로 인해 지반이 가라앉는 문제를 겪고 있다[17]. 이 자연적 또는 인위적 지반 침하는 상대적 해수면 상승률을 가속화시켜 침수 피해 규모를 키운다.

예상되는 피해는 광범위하다. 도시 기반 시설인 도로, 철도, 지하철, 상하수도 시스템이 침수되거나 기능을 상실할 수 있다. 항만 시설과 공항의 운영에도 장애가 발생하며, 전력망과 통신 시설도 위협받는다. 이는 경제 활동의 마비로 이어져 막대한 경제적 손실을 초래한다.

장기적으로는 일부 저지대 연안 도시의 부분적 또는 완전한 이주 필요성까지 논의된다. 이에 대비하여, 네덜란드의 델타 프로젝트와 같은 대규모 방조제 건설, 방조림 조성, 부유식 구조물 개발 등 다양한 적응 공학 기술이 연구되고 적용되기 시작했다. 그러나 이러한 대책의 효과와 경제성은 해수면 상승 속도와 규모에 크게 의존한다.

기후 난민은 기후 변화의 직접적 또는 간접적 영향으로 인해 거주지를 이탈하거나 강제로 이주하게 된 사람들을 지칭하는 용어이다. 이들은 주로 해수면 상승, 극한 기후 현상, 가뭄, 사막화 등으로 인해 생계 기반을 상실하고 안전을 위협받아 이동한다. 국제법상 공식적인 난민 지위는 부여되지 않지만, 이들의 규모와 취약성은 국제 사회의 주요 관심사로 부상하고 있다.

기후 난민 발생의 주요 원인은 다음과 같다. 첫째, 해수면 상승으로 인한 연안 침수와 염분 침입은 농경지와 담수 자원을 파괴하여 주민들의 생존을 어렵게 만든다. 둘째, 열대성 저기압과 같은 극한 기후 현상의 빈도와 강도 증가는 주거지와 사회 기반 시설을 파괴한다. 셋째, 내륙 지역에서는 장기간의 가뭄과 사막화로 인해 농업과 목축이 불가능해져 생계형 이주가 발생한다.

기후 난민 문제는 국제적 협력과 법적 보호 체계의 부재라는 도전에 직면해 있다. 1951년 난민의 지위에 관한 협약은 박해를 이유로 한 난민만을 정의하여 기후 요인으로 인한 이주자를 포괄하지 않는다. 이로 인해 이들은 법적 보호와 지원을 받기 어려운 상황에 처해 있다. 일부 국가에서는 인도주의적 차원의 비자나 보호를 제공하는 사례가 있지만, 포괄적이고 장기적인 해결책은 마련되지 않고 있다. 이 문제는 환경 정의, 인권, 국제 안보가 교차하는 복잡한 과제로 남아 있다.

농업 생산성은 기온, 강수 패턴, 극단적 기상 현상에 직접적인 영향을 받는다. 지구 온난화로 인한 평균 기온 상승은 일부 고위도 지역에서는 생육 기간을 연장하는 긍정적 효과를 보일 수 있으나, 전반적으로는 열 스트레스를 증가시키고 물 수요를 증대시킨다. 특히 밀, 쌀, 옥수수와 같은 주요 곡물의 수확량은 생육 적정 온도를 넘어서는 고온에 매우 민감하게 반응하여 감소한다[18]. 또한 강수 패턴의 변화, 즉 가뭄과 홍수의 빈도 및 강도 증가는 작물의 생장 주기를 교란하고 토양의 영양분을 유실시켜 농업 생산의 불안정성을 크게 높인다.

수자원 가용성에도 중대한 변화가 예상된다. 기온 상승은 증발산량을 증가시키고, 강수 패턴의 변화는 강수 시공간 분포를 불규칙하게 만든다. 이는 기존의 관개 농업 체계에 의존하는 지역에 심각한 물 부족을 초래할 수 있다. 예를 들어, 히말라야와 알프스 산맥의 빙하와 적설이 감소하면, 이들에 의존하는 하류 지역의 강 유량이 건기에 크게 줄어들게 된다. 이러한 변화는 농업용수 뿐만 아니라 생활용수와 산업용수의 공급에도 위협이 된다.

농업과 수자원에 대한 영향은 지역에 따라 상이하게 나타난다. 다음 표는 주요 영향과 지역적 특징을 요약한 것이다.

이러한 영향은 식량 안보와 물 안보를 위협하며, 궁극적으로 식량 가격 상승과 사회경제적 불평등을 심화시킬 수 있다. 따라서 기후 변화에 강건한 스마트 농업 기술 도입, 물 이용 효율 향상, 그리고 수자원 통합 관리와 같은 적응 전략의 개발과 실행이 시급한 과제로 대두된다.

국제 사회는 지구 온난화를 완화하기 위한 공동의 노력으로 여러 차례의 협약과 의정서를 채택해왔다. 초기에는 유엔 기후 변화 기본 협약이 1992년 채택되어 기후 변화 대응의 기본 틀을 마련했다. 이후 1997년 채택된 교토 의정서는 선진국에게 법적 구속력 있는 온실가스 감축 의무를 부여한 최초의 국제 협정이었다. 그러나 주요 배출국의 참여 부족 등 한계가 드러나면서 새로운 포괄적 합의의 필요성이 대두되었다.

2015년 제21차 유엔 기후 변화 당사국 총회에서 채택된 파리 협정은 기후 변화 대응 국제 체제의 중요한 전환점이 되었다. 이 협정은 산업화 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 2°C보다 훨씬 아래로 유지하고, 1.5°C로 제한하기 위해 노력한다는 장기 목표를 설정했다. 모든 당사국이 자국의 국가 결정 기여를 제출하고 5년마다 점검하며 상향 조정하도록 하는 '상향식' 접근 방식을 채택한 것이 특징이다.

파리 협정의 주요 운영 메커니즘은 다음과 같다.

협정은 2016년 11월 발효되었으며, 190개 이상의 국가가 비준하여 거의 보편적인 참여를 달성했다. 그러나 NDC의 자발성으로 인해 현재 제출된 감축 목표만으로는 파리 협정의 온도 목표를 달성하기에 불충분하다는 평가가 지속적으로 제기되고 있다. 이에 따라 당사국들은 협정 이행을 강화하고 목표를 상향 조정할 것을 촉구받고 있다.

탄소 중립 정책은 국가 또는 기업이 인간 활동으로 인해 배출되는 온실가스의 양과 흡수·제거되는 양을 균형시켜 순배출량을 '0'으로 만드는 것을 목표로 하는 정책적 접근법이다. 이 개념은 파리협정의 장기 목표인 산업화 대비 지구 평균 온도 상승을 1.5°C 이내로 제한하기 위한 핵심 수단으로 부상했다. 탄소 중립을 달성하기 위해서는 에너지, 산업, 수송, 농업 등 모든 경제 부문에서의 배출을 줄이는 동시에 산림 확대, 탄소 포집 및 저장 기술 등을 통한 흡수량을 증대시켜야 한다.

다수의 국가가 법적 구속력을 가진 장기 전략으로 탄소 중립을 채택하고 있다. 예를 들어, 유럽 연합은 2050년까지 탄소 중립을 달성하는 '유럽 그린딜'을 추진 중이며, 대한민국은 2050년 탄소 중립을 법제화했다. 일본과 캐나다도 2050년 목표를 설정했다. 주요 정책 수단으로는 탄소세나 배출권 거래제와 같은 탄소 가격 책정 제도, 재생 에너지 보급 확대를 위한 보조금 및 규제, 화석연료에 대한 보조금 철폐, 그리고 녹색 산업에 대한 연구 개발 투자 확대 등이 포함된다.

이러한 정책의 효과적인 이행에는 기술적·경제적 도전이 수반된다. 특히 철강, 시멘트, 항공 등 탄소 집약도가 높은 산업의 탈탄소화는 기술적 돌파구가 필요하다. 또한, 정책이 사회경제적 형평성에 미치는 영향, 예를 들어 에너지 비용 상승에 따른 저소득층 부담 증가 문제를 해결하기 위한 '공정한 전환' 정책도 중요한 과제로 대두되고 있다.

연안 방재 시설은 해수면 상승과 폭풍 해일 등으로 인한 연안 지역의 침수 및 침식을 방지하거나 피해를 경감하기 위해 건설되는 인공 구조물을 말한다. 주요 목표는 인명과 재산을 보호하고, 중요한 사회기반시설을 유지하며, 해안선의 안정성을 확보하는 것이다. 이러한 시설은 기존의 방파제나 방조제 개념을 넘어 기후 변화에 대응하는 적응 수단으로서의 역할이 강조된다.

대표적인 연안 방재 시설 유형은 다음과 같다.

이러한 시설을 계획하고 건설할 때는 단순한 공학적 접근을 넘어 생태공학적 관점이 중요해지고 있다. 예를 들어, 거대한 콘크리트 구조물만 의존하기보다는 갯벌, 염습지, 맹그로브 숲과 같은 자연 생태계의 방재 기능을 보강하거나 복원하는 '녹색 인프라' 접근법이 주목받는다[21]. 이는 생물 다양성 보전과 탄소 흡수라는 추가적 편익을 제공할 수 있다.

그러나 연안 방재 시설에는 한계도 존재한다. 시설의 설계 수준을 초과하는 극한 기상 사상이 빈번해질 수 있으며, 유지 관리 비용이 막대하고, 해안 경관과 생태계를 훼손할 수 있다. 따라서 장기적인 기후 모델 예측을 바탕으로 한 유연한 설계와 함께, 시설 건설, 자연 복원, 그리고 위험 지역에서의 계획적 이전(Managed retreat)을 포함한 포괄적인 연안 관리 전략의 일부로 통합되어야 한다.

재생 에너지 기술은 화석 연료의 사용을 대체하여 온실가스 배출을 근본적으로 줄이기 위한 핵심적인 기술 분야이다. 이 기술들은 태양, 바람, 물, 지열, 생물 자원 등 자연적으로 재생 가능한 자원을 활용하여 전기나 열을 생산한다. 화석 연료 연소와 달리 운영 과정에서 이산화탄소를 거의 배출하지 않아 지구 온난화 완화에 직접적으로 기여한다.

주요 재생 에너지원으로는 태양광 발전과 태양열 발전, 풍력 발전, 수력 발전, 지열 에너지, 바이오매스 에너지 등이 있다. 발전 방식과 효율은 기술 발전과 함께 지속적으로 진보하고 있다. 예를 들어, 태양광 패널의 변환 효율은 높아지고 제조 비용은 낮아지는 추세이며, 해상 풍력 터빈은 더 큰 규모와 높은 출력으로 발전한다.

이러한 기술의 보급 확대는 에너지 시스템의 탈탄소화를 가능하게 하지만, 간헐성 문제(태양광·풍력의 기상 의존성), 대규모 저장 기술 필요, 초기 투자 비용, 환경 및 입지 갈등 등의 과제도 동반한다. 이를 해결하기 위해 스마트 그리드 기술, 고성능 에너지 저장 시스템(ESS), 그리고 다양한 재생 에너지원을 결합한 하이브리드 시스템 개발이 활발히 진행된다. 재생 에너지 기술의 발전과 경제성 확보는 파리 협정의 목표 달성을 위한 필수 조건으로 간주된다.

탄소 포집 및 저장은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 장기적으로 지중 또는 해저에 격리하는 기술을 총칭한다. 이 과정은 주로 대규모 배출원인 발전소나 공장에서 배출가스를 처리하는 포집 단계, 압축 및 수송 단계, 그리고 최종적으로 안전한 저장소에 주입하는 단계로 구성된다.

포집 기술은 크게 세 가지 방식으로 나뉜다. 연소 후 포집은 배기가스 중 이산화탄소를 화학 흡수제를 이용해 분리한다. 연소 전 포집은 연료를 가스화시킨 후 이산화탄소를 제거하고 남은 수소를 연소한다. 산소 연소 방식은 순수 산소로 연소하여 배기가스 중 이산화탄소 농도를 높여 포집 효율을 증가시킨다. 포집된 이산화탄소는 액체 상태로 가압되어 파이프라인이나 선박을 통해 저장 장소로 이동한다.

저장은 주로 심부 대수층, 퇴적된 유전이나 가스전, 심해 해저 퇴적층 등 지질학적 구조를 활용한다. 이산화탄소는 암석층 내의 공극에 주입되어 갇히거나, 광물과 반응하여 고체 탄산염 광물로 변환되어 장기간 안정적으로 격리된다. 저장 적합성과 안전성을 평가하기 위해 저장소의 지질 구조, 뚜껑암의完整性, 그리고 장기적인 모니터링 체계가 필수적이다.

이 기술은 탄소 중립 목표를 달성하는 데 있어 재생 에너지 전환을 보완하는 역할을 하지만, 높은 비용과 에너지 소비, 저장소의 장기적 안전성에 대한 우려도 존재한다.

지구공학 접근법은 지구 온난화의 영향을 직접적으로 상쇄하거나 완화하기 위해 지구 시스템을 의도적으로 대규모로 조작하는 기술적 개입을 포괄하는 개념이다. 이는 탄소 중립 정책이나 재생 에너지 전환과 같은 배출 감축 노력과는 구분되는, 기후 변화에 대한 직접적인 물리적 대응으로 간주된다. 주로 태양 복사 관리와 탄소 제거 기술의 두 가지 광범위한 범주로 나뉜다.

태양 복사 관리 기술은 지구에 도달하는 태양광의 일부를 반사시켜 지구의 온도를 낮추는 것을 목표로 한다. 대표적인 방법으로는 성층권 에어로졸 주입이 있다. 이는 화산 폭발 시 발생하는 현상을 모방하여, 성층권에 황산염 등의 미세 입자를 뿌려 태양광을 반사시키는 방식이다. 다른 방법으로는 해상 구름 밝게 하기가 있으며, 해수면 위의 저층 구름에 해수 미스트를 뿌려 구름 입자의 수를 증가시키고 반사율을 높이는 기법이다.

탄소 제거 기술은 대기 중에 이미 축적된 이산화탄소를 직접 포집하여 제거하는 데 초점을 맞춘다. 여기에는 직접 공기 포집 기술이 포함되며, 이는 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 필터를 사용하는 공학적 방법이다. 생물학적 방법으로는 대규모 조림 및 해양 비옥화가 있다. 해양 비옥화는 철 등의 영양염을 특정 해역에 공급하여 식물성 플랑크톤의 번식을 촉진하고, 이들이 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수하도록 유도한다.

이러한 지구공학 기술들은 효과의 규모와 속도 측면에서 잠재력을 지니지만, 상당한 위험성과 불확실성, 윤리적 문제를 동반한다. 대규모 기후 시스템 조작은 의도하지 않은 지역적 또는 전지구적 부작용을 초래할 수 있으며, 기술적 낙관론이 배출 감축 노력을 약화시킬 수 있다는 '도덕적 해이' 문제도 제기된다. 따라서 현재 대부분의 연구는 이러한 기술들을 잠재적인 보완 수단으로 간주하며, 근본적인 온실가스 배출 감축을 대체할 수 없다는 데 과학적 합의가 존재한다.