과학기술/기타

Nikkei Science_2018.7 (p98-103)

천연자원 “Is Deep-Sea Mining Worth It?
심해 자원 개발의 조건
자연개발과 해저보호의 활동이 급속도로 진행
T. 피콕 (매사추세츠 공과대학) / M.H. 알포드 (스크립스 해양연구소)

[ Key concepts ]
개발 추진에 필요한 “현명한 규제”
▶ 몇 가지 금속의 수요가 급증하고 있다. 경제적으로 채굴이 가능한 육지의 광상(鑛床)이 고갈되고 있기 때문에 국가 및 기업은 심해저의 채굴을 선택하게 될 전망이다.
▶ 수심 4,000m를 뛰어넘는 심 해저에는 도처에 주먹 크기의 ‘망간단괴’가 널려져 있다. 니켈과 동, 코발트를 풍부하게 함유하고 있는 자원이다.
▶ 대형 기계로 망간 단괴를 퍼 올려 불필요한 퇴적물을 해저에 버리는 채굴 활동이 예상된다. 해상의 모선에서도 처리 후에 불필요한 퇴적물을 바닷속에 투기한다. 그러나 육상의 채굴 활동도 이와 같은 영향을 환경에 미치고 있다.
▶ 환경으로의 영향을 최소한으로 줄이는 방법을 찾는다면 현명한 규제가 가능해질 것이다. 해저 자원의 산업화와 병행해 연구를 지속할 필요가 있다.

지난 2월 하순, 우리는 캘리포니아 주(州) 산디에고 앞바다 약 48km, 수심 1,000m의 태평양에 정박해 있는 해양조사선 샐리 라이드(Sally Ride)의 선상 위에 있었다. 갑판에는 심 해저에서 준설된 퇴적물을 넣은 소형차 정도 크기의 컨테이너 8개가 있다. 이날 오전 중에 우리는 이 퇴적물을 커다란 탱크 안에서 해수와 섞어 그것을 1시간에 걸쳐 배의 측면으로부터 길게 뻗은 길이 60m의 두꺼운 호스를 통해 바다로 방출시켰다.

방출된 흙탕물이 해저를 향해 확산되어 가는 것을 6시간에 걸쳐 추적했다. 배에서 바닷속으로 매달아 놓은 일련의 정교한 센서가 흙탕물의 형태와 농도를 파악, 시간의 흐름에 따라 흙탕물이 옅어져 가는 것을 알 수 있다. 그 목적은 가까운 미래에 해양에 커다란 영향을 미칠 수 있는 중요한 문제에 관한 첫 실측 데이터를 얻는 것으로, 심해저의 자원 채굴에 관련된 데이터를 취득하는 것이다.

세계 각국의 정부와 기업은 오랜 검토 끝에 심 해저에 니켈과 동, 코발트를 중심으로 한 유용한 금속을 탐사하기 시작했다. 그 한가지 예가, 이들 금속을 포함한 ‘망간단괴’라는 주먹 크기의 퇴적물로 수심 수천m의 심 해저에 존재한다. 농업용 콤바인 정도의 커다란 자동수확기계를 해저에서 무인 운행하여 망간 단괴를 포함한 퇴적물 층을 빨아 올리게 되면 퇴적물이 소용돌이를 일으키며 심해 안을 떠다니게 된다.

자동수확기는 망간 단괴가 포함된 토사를 해상의 커다란 모선(母船)에 길이 수km의 두꺼운 튜브를 통해 펌프로 송출한다. 배는 이것을 선별하여 하루에 약 수백만 개의 망간 단괴를 채집하고 남은 토사를 바다로 다시 방류한다. 이 과정에서도 바닷속에 퇴적물이 송출된다. 그렇다면 이런 활동은 해저와 바닷속 생물에 어떠한 영향을 주게 될 것인가? 우리의 퇴적물 방출 시험은 이 의문에 대한 답을 구하기 위한 첫걸음이다.

금속의 수요는 지속적으로 늘어나, 육지에 있는 양질의 일부 광산은 이미 바닥을 드러내고 있다. GSR(Global Sea-Mineral Resources) 및 UK Global Sea-Bed Resources 등 몇몇 기업이 심해에서의 채굴을 시도하고 있다. 육지의 광산보다 비용이 적게 들 가능성이 있기 때문이다. 육지의 경우, 질이 나쁜 광석을 산출하는 광산에 의지할 수 밖에 없으며 채굴 자체가 어렵다는 것이 해저 채굴의 배경이 되고 있다.

육지의 광산 자원이 풍부하지 않은 일본이나 한국 등의 나라는 해저에 주목하고 있다. 2017년 9월, 일본의 석유천연가스∙금속광물자원기구(JOGMEC)는 오키나와 인근의 배타적 경제수역에서 최초로 대규모 상업적 채굴 시험을 실시했다. 시작용 채굴기가 수심 1,600m의 해저 퇴적물로부터 대량의 아연 등의 금속을 채집했다. 통가 및 쿡 제도 등, 그런 산업을 자체적으로 보유할 여유가 없는 작은 섬나라나 지역은 자국의 배타적 경제수역에서의 채굴권을 제3자에게 제공할 수 있는 지를 검토하고 있다. 또한 공해(公海)에서의 상업 활동을 규제하고 있는 국제해저기구(ISA)는 지금까지 해저에서 샘플을 수집하는 탐사 허가를 20개국 기관에 총 28건 발행했으며 그 대상 영역은 전세계의 바다에 이르고 있다.

과학자들은 앞으로 발생될 수 있는 악영향을 지켜보면서 어떻게 하면 그것을 최소화 시킬지를 파악하기 위해 대책을 강구하고 있다. 현재, 각국의 정부와 산업계, ISA, 대학, 과학 단체가 협력하여 우리와 같은 연구조사를 실시하고 있다. 석탄 및 석유, 인 등의 천연자원에 관한 과거의 선례와는 달리, 해저 자원에 대해서는 대규모 상업 채굴이 시작되기 전에 미리 과학계가 모든 관계자와 공동으로 환경 보호책을 확립할 가능성이 있다. 해저 채광(採鑛)과 육상 채광 중 어느 쪽이 환경으로의 영향이 클지를 알아내는 것도 가능하게 될 것이다.

-- 니켈과 동, 코발트 --
바다에 퇴적 자원이 처음 발견된 것은 약 150년전 일이며, 스웨덴의 탐사대에 의해 시베리아의 카라 해에서 발견되었다. 이 광물자원은 1870년대 근대 해양 발전의 토대가 된 영국의 해양조사선 챌린저호의 조사에 의해 확인되었다. 1970년대에는 미국 중앙정보국(CIA)이 태평양에서 침몰한 구 소련의 잠수함 K-129를 인양하는 작업을 은폐시키기 위해 망간 단괴의 탐사를 가장해 잠수한다는 교묘한 눈속임 작전을 계획했다. 그러나 기술적인 어려움과 저렴한 광물자원 가격 때문에 실제로 상업적인 자원 탐사는 추진되지 않았다.

그러나 지난 10년간 광물자원에 대한 관심이 크게 높아졌다. 세계인구의 증가와 도시화, 소비량의 확대, 특정 금속을 필요로 하는 하이테크 제품의 개발로 인해 금속 자원의 수요 예측은 상당히 높아졌다.

예를 들어 니켈의 세계 수요는 현재의 연간 약 200만톤에서 2030년에는 50% 늘어날 전망이다. 육지의 광산에는 약 7,600만톤이 존재한다. 그리고 하와이에서 바하 캘리포니아 반도에 걸쳐진 좁고 기다란 심해 평원의 ‘클라리온-클리퍼톤 잔열대(CCFZ)’만 해도 육지의 보유량과 거의 비슷한 양의 니켈이 망간 단괴의 형태로 잠들어 있다. 해당 단열대의 망간 단괴에 포함된 코발트 양 또한 육지 매장량의 약 700만톤에 필적하거나 그것을 상회한다.

해저 퇴적물 중에서 유망한 것은 주로 ‘해저열수광상’과 ‘코발트 리치 크라스트’, 망간단괴의 3가지이다. 해저열수광상은 활동 중이나 또는 휴지(休止) 상태의 열수(熱水) 분출공으로, 해저 화산활동에 의해 열린 단층이 플레이트 경계를 따라 고온의 물질을 뿜어낸다. 이 물질에는 동이나 아연, 납, 금 등을 포함한 퇴적물이 국소적으로 집적해 있다. 파푸아뉴기니는 배타적 경제 수역인 ‘솔와라 1’라는 광구의 휴지 상태인 열수분출공에 관한 채굴 허가를 캐나다의 노틸러스 미네랄스(Nautilus Minerals) 사에게 제공하고 있다. 또한 ISA는 공해인 휴지 상태인 열수분출공의 탐사 허가를 수 곳에 발행한 상태이다. 활용 중의 열수분출공에 대해서는 주변에 독특한 생태계가 존재하기 때문에 과학자들이 채굴의 유예를 요구해 왔다.

한편, 코발트 리치 크라스트는 해산의 꼭대기나 측면의 단단한 암석 위에 해수 속 금속이 자연스럽게 석출되어 형성된다. 100만년에 수mm라는 상당히 느린 속도로 성장하여 5~10cm의 두께에 달하는 것이 많다. 코발트를 비롯해 니켈 등의 유용 금속도 포함하고 있다. ISA가 지금까지 남태평양에 관해 4건의 탐사 허가를 내고 있지만, 코발트 리치 크라스트의 채광은 어렵다. 바위에서 크라스트를 떼어내는 것이 어려울 뿐만 아니라, 바위의 표면에 요철이나 경사가 있어서 수중에서의 처리가 어렵기 때문이다.

-- 망간 단괴 --
채굴 후보지의 조사는 배에 탑재한 기기 종류와 자립 항행 잠수정, 모선에서 내려진 샘플을 모으는 박스형의 수집기를 사용해 수 개월이나 소요된다. 대상 영역은 상당히 넓으므로 채취한 샘플 데이터를 전역에 통계적으로 외삽(外插) 한다. 면적 1㎡당 망간단괴가 약 10kg 이상 있으며 덮여있는 퇴적물이 거의 없어 회수가 용이, 해면의 경사가 10%미만으로 수집 장치를 사용한다면 경제적인 채굴이 가능하다고 판단된다.

채광 작업의 중핵을 담당하는 것은 이 수집 장치로, 모선으로부터 케이블로 전력을 공급해 작동시킨다. 수집 장치는 망간 단괴를 주위의 퇴적물과 함께 흡입하거나 퍼 올려 그와 동시에 재빨리 선별하여 불필요한 퇴적물은 그대로 바다에 폐기한다. 망간 단괴를 포함한 진흙은 펌프에 달린 긴 호스를 통해 해상의 모선으로 보내진다. 이 시스템은 석유나 가스의 채굴 및 준설에 사용되고 있는 확립된 기술에 근거하고 있다. 모선은 망간단괴만을 분리하여 불필요한 퇴적물은 호스를 통해 바다에 버린다. 대형 화물선이 모선으로부터 망간 단괴를 육지의 처리공장으로 운반함으로써 필요로 하는 금속을 추출한다.

-- 생물로의 영향 --
ISA는 국제연합해양법조약(UNCLOS)을 기반으로 설립되어, 이 조약은 각국에 해양 환경을 지키기 위한 수단을 강구하도록 요구하고 있다. ISA가 탐사 허가를 부여한 해저는 15만㎢에 달한다. 해당 조약의 비준국 및 가맹국(167개국과 유럽연합)은 공해를 ‘인류의 공동재산’으로 인식하고 있으며, 해저 자원의 채굴을 희망하는 기업 및 조직은 어느 곳이든 조약 비준국의 보증을 받지 않으면 안 된다. 탐사 종료 후 기업은 해당 구획을 이등분하여 ISA가 한 쪽을 선별하여 개발도상국이 장래에 채굴할 수 있게 보류해 놓는다.

지금까지의 조사에 따르면, 기업 1사에 할당되는 면적 7만5,OOO㎢의 탐사구획 중, 경제적으로 채광에 적합하다고 기업이 판단하는 것은 1만1㎢ 정도(클라리온 클리퍼턴 단열대의 약 0.2%)가 될 것으로 보고 있다. 수집 장치가 해저 표층을 10~15cm 깎고 그 부분은 단단히 다져놓는다. 망간 단괴의 표면이나 퇴적물 중에는 크기가 50㎛를 넘는 다양한 생물들이 살고 있다. 이들 중 대부분은 떨어져 나가 죽거나 위로 떠올라온 퇴적물 침강으로 뒤덮여 질식사할 수 있다.

남은 바이오매스는 세균 등 더욱 작은 미생물로서 이것들이 잘 살아남을지는 의문이다. 퇴적물과 함께 소용돌이 치며 올라와 최대 수km 떨어진 지점에 침착하게 된다. 생활의 터전을 망간 단괴에 의존했던 것들은 잘 살아남지 못할 것으로 예상된다. 망간 단괴의 형성에 수백만 년이 소요된다는 것과 열수분출공으로부터 떨어진 장소의 생물집단 발생이 상당히 오래 걸린다는 점을 감안하면, 채굴 지역이 원래의 상태로 복구되기란 상상조차 힘들다. 독일 연구 팀이 약 30년 전에 수심 4,100m의 페루 해분(海盆)에서 1대의 톱 사용으로 준설하여 채광을 모의했다. 2015년에 현장을 조사한 결과, 30년 전 깎아 낸 상태가 그대로 남아 있었다.     

심해저의 퇴적물 층이 자연적으로 성장하는 속도는 상당히 느리기 때문에(1000년에 1mm 정도) 회수장치가 아주 적은 퇴적물을 퍼 올리기만 해도 멀리 떨어져 있는 해저의 생물까지 질식시킬 가능성이 있다고 생물학자는 생각하고 있다.

한편, 채굴 영역에서의 생물 손실이 그 곳의 생태계뿐만 아니라, 인근 심해 생물군 및 몇km나 떨어진 장소에 얼마나 영향을 미치는 지를 파악하는 연구도 추진되고 있다. 클라리온 클리퍼턴 단열대에 관해 ISA는 커다란 보호 수역을 9개 지정하고 있을 뿐만 아니라, 탐사를 허가한 각 구역 내에 보유 지역을 설치하기 위한 절차를 검토 중에 있다. 이것들을 포함한 구역을 전문가가 모니터링 하여 어떤 영향을 불러일으킬 지를 관찰할 계획이다.

-- 육지인가 바다인가? --
심해와 육상의 채광이 환경에 미치는 영향을 비교 검토하는 것이 중요하다. 예를 들어 세계 코발트의 60%를 공급하고 있는 콩고 민주공화국의 경우, 육지의 채광에 의해 수목 파괴와 수질오염, 대기오염이 발생할 뿐만 아니라, 아동 노동의 문제도 발생되고 있다. 또한 몇몇 국가에서는 비교적 쉽게 채굴되는 니켈 광상(鑛床)이 고갈되기 시작했기 때문에 보다 채굴이 어려운 광상으로 작업을 이전하게 됨으로써 이전보다 많은 에너지와 화학처리를 필요로 하게 되어 환경으로의 부담이 커지고 있다.

바다에서 채굴된 망간 단괴를 처리하는 육지의 시설에도 환경에 영향을 미치게 된다. 망간 단괴에 포함된 유용 금속이 총 중량의 30%에 불가하다는 것은 나머지 70%는 슬러리로서 폐기되는 것을 의미한다. 육지 광산의 경우, 슬러리는 채굴 뒤에 다시 파묻게 되는 경우가 많다. 바다에서 채굴한 대량의 망간단괴에서 발생된 슬러리는 육지에는 없는 물질이지만, 어딘가에 폐기할 필요가 있다.

회수량과 환경으로의 영향을 줄이기 위해서는 효과적인 리사이클 법을 개발해 세계 규모로 실시하는 것이 중요하다. 그러나 리사이클만으로는 수요 층이 쫓아갈 수 없다. 해저 채굴이 같은 양의 육지 채굴에 비해 환경에 좋은지 나쁜지를 현시점에서 언급하는 것은 어렵다. 어느 쪽이 좋은 지에 대한 결과는 규제에 따라 달라지기 때문이다.

상업적인 채광 활동에 관한 지침이나 기준의 일부는 기존 산업에 대한 내용을 개정하면 되지만, 그 외의 것에는 제로부터 새롭게 만들 필요가 있다. 관계자가 이대로 협력을 지속한다면 심해 채굴은 하나의 세계 기준이 될 수 있다. 자원 개발에서는 과거의 사례를 볼 때, 산업 활동보다 규제가 나중에 이뤄져, 그 대응책 마련에 당국과 시민이 어려움을 겪었다. 그러나 이번에는 비영리 NGO 단체인 ‘The Pew Charitable Trusts’의 Nugent 씨가 말하는 것처럼 “해저 채굴 활동을 시작하기 전에 그것을 총괄할 규칙서를 만들 기회가 남아 있다”.

 -- 끝 --