미래 항공

인간은 늘 날기를 꿈꿔 왔고, 여러 번 시도했지만 자연은 대개 중력이라는 다른 생각을 갖고 있었어요 ^[1-4]. 하지만 마침내 1903년, 엄청난 고집과 개인 안전을 꽤 걱정 없이 대하는 태도 덕분에 오빌과 윌버 라이트 형제가 해냈어요 ^[5].

안타깝게도 자연을 거스르는 데는 대가가 따르죠…

비행기가 내뿜는 오염물질은 지구온난화의 약 4%를 차지해요 ^[6,7,8].

분명 해결책이 필요해요.

오늘날 대부분의 비행기는 등유라는 화석연료를 태워요 ^[9,10]. 문제는 이 엄청난 양의 등유를 태우면 매년 약 10억 톤의 CO₂가 나오고 ^[11-14], 질소산화물과 다른 오염물질도 배출된다는 거예요. 특히 높은 고도에서는 이 물질들이 CO₂보다 기후에 더 나쁠 수도 있어요 ^{[10,12,15,16]}.

예를 들어 그을음과 수증기를 보세요. 이 둘은 비행운(비행기 뒤에 남는 가느다란 선)을 만들어요. 어떤 조건에서는 이 비행운도 열을 가둘 수 있어요 ^[17,18].

그래서 비행에서 나오는 CO₂는 지구온난화의 2%도 안 되지만, 모든 항공 배출량의 전체 영향은 약 4%예요 ^[6,7,8]. 그리고 2050년까지 항공 여행이 두 배로 늘어날 예정이라, 빠르게 더 큰 문제가 되고 있어요 ^[19,20,21].

그럼 어떻게 해야 할까요?

여러 발전이 더 깨끗한 하늘로의 전환을 이끌고 있어요.

라이트 형제의 발자취를 따라 엔지니어들은 비행기를 더 매끈하고, 가볍고, 효율적으로 만들어 왔어요 ^[22]. 예를 들어 대부분의 현대 항공기는 이미 항력을 줄이고 연료를 최대 5% 아끼는 휘어진 윙렛을 써요 ^[23,24,25].

하지만 여기서 멈출 이유가 있을까요? 박스 윙 구조는 연료 사용량을 최대 22% 줄일 수 있고 2030년대 도입이 계획돼 있어요 ^[26-30], 반면 동체와 날개를 매끈하게 잇는 설계는 연료 사용량을 최대 30% 줄이고 10년 안에 운항을 시작할 수도 있어요 ^[31-35].

그리고 이건 비행기 바깥쪽 이야기일 뿐이에요…

항공사들은 오래된 엔진을 최신 설계로 바꾸면서 배출량을 최대 15-25% 줄이고 있어요 ^{[11,22,36,37]}. 이제 많은 항공기 회사가 비행기를 그 어느 때보다 가볍게 만들기 위해 엔진부터 기체까지 경량 탄소 복합재 ^[11,37-40] 와 3D 프린팅 부품을 쓰고 있어요 ^[41-48].

날씬해질 수 있는 건 기체만이 아니에요: 더 나은 계획과 운영으로 비행 경로를 더 효율적으로 다듬으면 설계를 건드리지 않고도 배출량을 10% 줄일 수 있어요 ^[49-53]. 결과는요? 하늘에서 태우는 연료는 줄고 배출량도 낮아져요.

그런데 애초에 왜 비행기로 이동할까요?

고속철도의 발전으로 장거리 이동은 어느 때보다 더 깨끗하고, 저렴하고, 편안해졌어요 ^[54,55,56]. 실제로 800km까지의 거리는 고속철도가 비행기보다 더 빨라요! ^[57-60] 유럽에서는 단거리 항공편의 20%를 고속철도로 바꿀 수 있다고 추정돼요 ^{[57,61,62,63]}.

디지털 방식으로 전환해 수요를 줄이는 것도 쉬운 해결책이에요. COVID-19 팬데믹은 화상 회의, 원격 근무, 가상 협업으로 비행기 없이도 사람과 기업을 연결할 수 있다는 걸 보여줬어요 ^[64,65,66].

비행이 꼭 필요할 때는 많은 항공사가 탄소 배출량을 상쇄하는 탄소 상쇄 제도를 이용해요 ^[67,68,69]: 나무를 심거나, 직접 공기 탄소 포집(DAC)을 이용하거나, 재생에너지에 투자하는 방식이죠.

문제는 이런 모든 상쇄 활동의 환경 영향이 비행의 영향에 비하면 아주 작다는 거예요:

• 나무가 자라려면 수십 년이 걸려요.
• CO₂ 직접 포집은 가능성을 보여주지만, 여전히 비싸고 변화를 만들기에는 규모가 너무 작아요.
• 재생에너지에 투자해도 항공 배출량을 직접 해결하진 못해요 ^[69-73].

그러니 하늘을 정말 깨끗하게 하려면 비행기에 새로운 동력이 필요해요!

자동차처럼 연료를 배터리로 바꾸면 당연해 보일 수 있지만, 현대 배터리는 같은 에너지를 내기 위해 제트 연료보다 최대 50배나 무거울 수 있어요! 그래서 완전한 크기의 전기 여객기는 대서양을 건너기는커녕 활주로를 떠나는 것부터 힘들 거예요 ^[74-79].

대신 전기 추진은 소형 항공기와 짧은 여행에 가장 잘 맞아요 ^[80]. 실제로 최초의 실험용 전기 비행기는 이미 미국, 영국, 중국에서 날고 있어요 ^[81-85]. 배터리는 실험적인 하이브리드 구성에서 기존 엔진과 함께 쓸 수도 있어요 ^[77,79]. 이런 비행기는 언젠가 1,000km 이상을 날 수 있을지도 몰라요 ^[86,87,88].

그리고 배터리는 더 저렴해지고 더 강력해지고 있어서, 완전 전기 상업 여객기는 10년 안에 500km 미만의 짧은 구간을 날 수 있을 전망이에요 ^[89-93].

안타깝게도 중장거리 비행은 항공 배출량의 대부분을 차지해요. 적어도 2090년까지는 전기로 바꾸기 어려울 것 같아서, 인간에게는 여전히 다른 해결책이 필요해요 ^{[14,74,75,94]}.

지속 가능한 항공 연료, 즉 SAF가 등장합니다. 이 탄소중립 연료는 큰 개조 없이도 오늘날의 엔진에서 쓸 수 있어요 ^[95-98].

그럼 문제가 뭘까요?

가장 흔한 종류는 바이오연료예요. 식물로 만들 수 있지만, 이 식물을 지속 가능하지 않은 방식으로 재배하면 농지를 차지할 수 있어요 ^[99,100,101].

오늘날 이 연료는 항공 연료의 1%도 안 되기 때문에 ^[102-105], 생산을 늘리면 식량과 연료 중 하나를 골라야 할 수도 있어요. 잘못 다루면 산림 파괴로 이어져 탄소를 방출하고, 사용하는 목적 자체를 망칠 수도 있어요! ^{[10,106,107,108]}

식량에 미치는 영향을 줄이기 위한 보호 장치가 마련되고 있지만 ^[109-114], 훨씬 더 유망한 선택지는 해조류, 미세조류, 심지어 폐식용유처럼 지속 가능하고 식량이 아닌 원료를 쓰는 거예요 ^[11,115,116].

실제로 유럽 항공사들은 이미 재활용 지방과 식용유로 만든 SAF를 쓰고 있어요. 이 둘은 계획된 지속 가능한 연료 공급량의 약 55%를 차지해요 ^[117,118]. 그리고 미세조류로 만든 바이오연료는 미국에서 대규모 투자를 받았고 일본에서 성공적으로 시험됐어요 ^{[119,120,121]}.

또 다른 선택지는 그린수소예요. 재생에너지 전기로 물에서 수소를 분리해 만드는 그린수소는, 수증기만 남기는 깨끗하게 타는 놀라운 연료예요 ^[122,123]. CO₂를 완전히 없앨 뿐 아니라, 해로운 질소산화물도 약 86% 줄일 수 있어요 ^[124].

그럼 단점은 뭘까요?

수소도 열을 가둘 수 있어 성가신 줄무늬 구름인 비행운을 만들어요 ^[124]. 저장하고 운반하기도 꽤 까다로워서 고압 탱크나 초저온 액체 저장이 필요해요 ^{[122,125,126]}.

그래도 항공기 회사들은 미래의 수소 비행기를 개발하려고 경쟁하고 있고, 수소를 만드는 데 필요한 재생에너지 전기도 빠르게 늘고 있어요 ^[127-130]. 모든 게 계획대로라면 수소 비행기는 이르면 2035년에 나올 수도 있어요 ^[131-134].

하지만 그때까지는 아직 한참 기다려야 해요. 지금 기존 비행기에서 그린수소를 쓸 방법은 없을까요?

있어요! 그린수소는 공기에서 포집한 탄소와 3대 1 비율로 결합해 Power-to-Liquid 또는 e-SAF라고 하는 합성 지속 가능한 항공 연료를 만들 수 있어요 ^[135-139]. 이 연료는 개조 없이 오늘날의 비행기에 쓸 수 있어요 ^[94,140-143]. 이미 시험 비행에 쓰이고 있고, 앞으로 10년 동안 규모를 크게 늘릴 수 있어요 ^[140-147].

2050년까지 e-SAF가 모든 지속 가능한 항공 연료의 50% 이상을 차지해, 진짜 수소 비행기가 본격적으로 날아오르기 전에 배출량을 낮추는 데 도움을 줄 것으로 추정돼요! ^[148]

탄소 없는 비행은 친환경 에너지 전환에서 꼭 필요하고 피할 수 없는 부분이에요. 시간이 걸릴 수는 있지만, 인류가 최초의 동력 비행부터 음속 돌파까지 단 44년밖에 걸리지 않았다는 걸 생각하면 이 도전에 충분히 맞설 수 있어요! ^{[149,150,151]}

International Air Transport Association와 UN의 International Civil Aviation Organization이 모두 2050년 넷제로를 목표로 하면서, 경쟁이 시작됐어요! ^[152-155]

전 세계 항공사들은 더 나은 연료 효율을 향해 나아가고 있어요: 지속 가능한 연료와 그린수소 생산은 규모를 키우고 있고, 차세대 배터리는 빠르게 발전하고 있어요 ^[156-160]. 그러니 기술은 빨라지고, 추진력은 쌓이고, 이를 모두 뒷받침할 정책 틀까지 갖춰지면서 탄소 없는 비행은 긴 혁신의 역사에서 다음 이정표가 될 거예요.

더는 가능할지의 문제가 아니에요… 언제가 문제일 뿐이에요!