메탄(Methane, CH₄)이란?
메탄가스는 탄소 1개와 수소 4개(C₁H₄)로 이루어진 무색, 무취의 가연성 기체로, 자연적으로 발생하거나 인위적으로 생성될 수 있다. 기후변화의 주요 원인이 되는 대표적인 온실가스이다.
메탄가스의 특징
✅ 화학식: CH₄
✅ 물리적 특성:
- 무색·무취(순수한 상태)
- 공기보다 가벼움 (공기보다 약 55% 가벼움)
- 폭발성 있음 (공기 중 농도가 5~15%일 때 폭발 가능)
연료로 사용 가능하다. 연소 시 에너지를 방출하여 천연가스, 바이오가스의 주요 성분이기도 하다. 이산화탄소(CO₂)보다 약 28~84배 강한 온실효과를 유발한다.
메탄가스 발생 원인
주요 발생원별 메탄 배출량 (전 세계 기준)
1. 농업 (Agriculture) – 약 40%
2. 화석연료 채굴 및 연소 (Fossil Fuels) – 약 35%
3. 폐기물 처리 (Waste Management) – 약 20%
4. 기타 자연적 발생 – 약 5%
🔹 자연적 발생
- 늪·습지·호수에서 미생물 분해 과정 중 방출
- 소·양 등 반추동물의 장내 발효 과정
- 유기물이 부패하면서 자연적으로 생성
🔹 인위적 발생
- 화석연료 사용 (천연가스, 석탄, 석유 채굴·운송 중 누출)
- 쓰레기 매립지에서 유기물 분해
- 축산업 (소·가축의 트림과 배설물에서 발생)
- 농업(벼농사): 물에 잠긴 논에서 미생물 활동으로 메탄 배출
주요 발생원별 세부내용
📌 1. 농업 부문 (약 40%)
✅ ① 가축 장내 발효 (Enteric Fermentation, 약 30%)
- 소, 양, 염소 등 반추동물의 위에서 미생물이 음식물을 소화하는 과정에서 메탄이 방출됨.
- 주로 트림(burp)으로 배출됨.
- 소 한 마리당 연간 50~100kg의 메탄 배출.
✅ ② 가축 분뇨 관리 (Manure Management, 약 5%)
- 축산업에서 가축 분뇨(똥, 오줌)가 부패하는 과정에서 메탄 발생.
- 액체 저장 방식(분뇨 저장조, 슬러리 시스템)에서 더 많은 메탄 배출.
✅ ③ 벼농사 (Rice Cultivation, 약 5%)
- 논에서 물을 가득 채우면 혐기성(산소 없는) 환경이 형성되면서 미생물이 메탄을 생성.
- 물을 빼는 "간헐적 관개(Alternate Wetting and Drying)"로 배출량을 줄일 수 있음.
📌 2. 화석연료 채굴 및 연소 (약 35%)
✅ ① 석탄 채굴 (Coal Mining, 약 10%)
- 석탄이 형성될 때 갇힌 메탄가스(광산가스, Coal Mine Methane, CMM)가 채굴 시 대기로 방출됨.
✅ ② 천연가스 및 석유 생산 (Oil & Gas, 약 20%)
- 천연가스의 주성분이 메탄(CH₄)이며, 시추·운송 과정에서 누출(플레어링, 벤팅 등)됨.
- 메탄 누출을 줄이기 위해 가스 회수 및 밀폐형 시스템 도입이 중요함.
✅ ③ 바이오매스 연소 (Biomass Burning, 약 5%)
- 산불, 농업 폐기물 소각 등에서 메탄 발생.
- 불완전 연소 시 메탄 배출 증가.
📌 3. 폐기물 관리 (약 20%)
✅ ① 매립지 (Landfills, 약 11%)
- 음식물 쓰레기 및 유기물(종이, 나무 등)이 매립지에서 분해될 때 혐기성 발효로 메탄 발생.
- 메탄을 줄이기 위해 매립가스 포집 시스템(LFG, Landfill Gas Capture) 적용 가능.
✅ ② 폐수 처리 (Wastewater Treatment, 약 9%)
- 하수 및 산업 폐수가 분해되는 과정에서 메탄 배출.
- 혐기성 소화 시스템을 도입하면 메탄을 에너지원으로 활용 가능.
📌 4. 기타 자연적 발생 (약 5%)
✅ ① 습지 (Wetlands, 약 4%)
- 강, 호수, 늪 등에서 미생물이 유기물을 분해할 때 메탄이 방출됨.
- 전 세계 자연 메탄 배출의 가장 큰 원천.
✅ ② 영구동토층 해빙 (Permafrost Melting, 약 1%)
- 북극권에서 지구온난화로 인해 얼었던 땅(영구동토)이 녹으며 메탄 방출.
- "메탄 폭탄(Methane Bomb)"이라고도 불리며, 기후변화의 주요 위험 요소.
메탄가스의 활용
천연가스(LNG)의 주요 성분으로 발전소, 가정용 연료로 활용된다. 또한 음식물 쓰레기·분뇨 등에서 생성된 메탄을 에너지로 활용한다. 메탄올, 수소, 암모니아 등의 화학산업의 원료이기도 하다.
메탄가스의 문제점
❌ 온실효과: CO₂보다 강력한 온실가스 → 기후변화 가속화
❌ 폭발 위험: 가스 누출 시 폭발 위험 (광산, 가정가스 사고)
❌ 대기오염: 연소 시 일산화탄소(CO), 이산화황(SO₂) 등 유해가스 배출
온실가스별 배출량 단위 변환
온실가스는 각각의 지구온난화지수(GWP, Global Warming Potential)에 따라 이산화탄소(CO₂) 환산량(tCO₂e)으로 변환됨.
| 온실가스 | 화학식 | GWP(100년 기준, IPCC AR6) | 단위 |
| 이산화탄소 | CO₂ | 1 | tCO₂ |
| 메탄 | CH₄ | 27.9 | tCH₄ → tCO₂e |
| 아산화질소 | N₂O | 273 | tN₂O → tCO₂e |
| 수소불화탄소 | HFCs | 100~12,400 | tHFCs → tCO₂e |
| 과불화탄소 | PFCs | 6,630~12,350 | tPFCs → tCO₂e |
| 육불화황 | SF₆ | 25,200 | tSF₆ → tCO₂e |
| 삼불화질소 | NF₃ | 17,200 | tNF₃ → tCO₂e |
✔ 변환 공식 예시
- 1 tCH₄ = 27.9 tCO₂e
- 1 tN₂O = 273 tCO₂e
✔ 예시: 메탄(CH₄) 배출량 환산
100t CH₄ × 27.9 = 2,790tCO₂e