낙뢰 막아 산불 막는다? ‘기상 조작’ 스타트업을 둘러싼 기대와 논쟁

캐나다 기후테크 스타트업 스카이워드는 알루미늄으로 코팅된 가느다란 유리섬유 입자인 '채프'를 활용해 낙뢰를 억제하고 산불을 예방할 수 있는 기술을 개발했다고 주장한다. 하지만 이 기술의 과학적 검증과 환경적 영향에 대한 논란도 커지고 있다.

2023년 6월 1일, 찌는 듯한 폭염이 캐나다 동부 퀘벡주를 덮친 가운데 수천 차례의 낙뢰가 전역을 강타하며 120건 이상의 산불이 발생했다.

불길은 메마른 숲과 시든 초원을 휩쓸며 수주간 타올랐고, 캐나다 역사상 최악의 산불 해로 치닫고 있던 상황을 더욱 악화시켰다. 결국 전국적으로 약 7,000건의 산불이 발생해 수천만 에이커를 태웠고, 이로 인해 5억 톤에 가까운 탄소가 배출되면서 수십만 명의 주민이 집을 떠나 대피해야 했다.

전체 산불의 약 60%는 낙뢰로 인해 발생했으며, 이로 인해 전체 소실 면적의 93%가 불에 탔다.

이런 가운데 밴쿠버에 본사를 둔 기상 조작 스타트업 스카이워드 와일드파이어(Skyward Wildfire)는 낙뢰를 차단해 산불을 예방함으로써 앞으로 이러한 재앙적인 화재 발생을 막을 수 있다고 주장하고 있다. 이 회사는 최근 관련 제품 개발 가속화에 나서면서 사업 확장에 사용할 수백만 달러 규모의 투자를 유치했다.

스카이워드는 지난주까지 자사 웹사이트에 2023년 낙뢰로 발생한 산불 사례를 강조하며 “낙뢰 낙하를 최대 100%까지 방지할 수 있는 기술을 입증했다”고 밝혔다.

이 주장이 눈길을 끈 이유는 인간이 낙뢰 억제 가능성을 연구해온 과학자들의 신뢰 수준을 훨씬 뛰어넘는 주장이기 때문이다. 다만, MIT 테크놀로지 리뷰의 취재가 시작되자 스카이워드는 해당 내용을 삭제했다.

니콜라스 하테르(Nicholas Harterre) 스카이워드 정부 협력 담당관은 이메일에서 “해당 문구는 특정 조건에서 관찰된 결과를 반영한 것이었으나, 일관된 효과를 암시하려는 의도는 아니어서 삭제했다”고 설명했다. 그는 이어 “복잡한 대기 시스템에서 100% 일관된 결과를 얻는 것은 현실적으로 불가능하며, 이는 귀 매체가 인터뷰한 전문가들이 정확히 지적한 바와 같다”고 덧붙였다.

현재 회사는 “특정 폭풍 세포(storm cells)를 대상으로 구름과 지면 사이에서 발생하는 대부분의 낙뢰를 차단할 수 있다는 걸 입증했다”고 밝히고 있다. 그러나 지금까지 스카이워드는 구체적인 방지 방법을 공개한 적이 없다. 본지의 관련 질의에 대해 하테르 담당관은 “낙뢰 억제를 위해 사용된 물질은 규제 기준에 따라 선정된 불활성 물질일 뿐”이라고만 답했다. 폭풍 세포란 독립적으로 발달한 하나의 폭풍 단위로, 번개·폭우·강풍을 동반하는 개별 뇌우를 뜻한다.

그러나 온라인에 공개된 문서를 보면, 이 회사는 미국 정부 기관들이 1960년대 초부터 주시해온 방식에 의존하고 있는 것으로 보인다. 즉, 채프(chaff)로 불리는 알루미늄으로 코팅된 가느다란 유리섬유 입자를 구름에 살포하는 방식이다.

군사 분야에서는 채프를 레이더 신호 교란 용도로 활용한다. 예를 들어, 전투기는 공중전에서 유도미사일 시스템을 혼란시키기 위해 이를 투하한다. 수십 년 전 미국 기관들이 실시한 현장 시험 결과는 특정 조건에서 채프가 어느 정도 낙뢰 발생을 줄이는 데 도움이 될 수 있음을 시사하고 있다. 낙뢰는 뇌우 중에 번개가 치면서 생기는 번개와 그로 인한 전기적 충격을 말한다.

스카이워드의 기술이 상당 규모로 안정적으로 활용될 수 있다면 기후 변화로 인한 기온 상승과 산림 건조, 낙뢰 발생 증가로 높아진 화재 위험에 대응하는 강력한 도구가 될 수 있을 것으로 보인다.

샘 골드만(Sam Goldman) 스카이워드 창립자이자 최고경영자(CEO)는 지난해 링크드인에 “위험도가 높을 때 낙뢰를 방지할 수 있다면 생명을 구하고 수십억 달러의 산불 피해를 막을 수 있다”며 “이는 가장 효과적이고 즉각적인 기후 해결책 중 하나”라고 주장했다.

그러나 연구자들과 환경 관측자들은 다양한 기상·기후 조건에서 이러한 살포 기술이 얼마나 효과적으로 작동할지, 얼마나 많은 물질을 방출해야 하는지, 얼마나 자주 시행해야 하는지, 그리고 상업적 규모로 낙뢰를 억제할 경우 어떤 2차적 환경 영향이 발생할지 등 여전히 많은 불확실성이 남아 있다고 지적한다.

일부 관측자들은 스카이워드가 캐나다 일부 지역에서 기상 조작 현장 시험을 진행하면서 충분한 공지를 하지 않았거나, 구름에 투입하는 물질에 대해 공개적으로 논의하지 않은 점에 대해서도 우려를 표하고 있다.

캐나다 환경 보호 단체 ‘환경 수호(Environmental Defence)’의 키스 브룩스(Keith Brooks) 프로그램 디렉터는 “산불 위험이 고조되는 상황에서 이를 완화할 수 있는 신기술의 잠재력을 평가하는 것은 합리적이지만, 우리는 신중하고 투명하며 검증 가능한 과학적 방법론으로 접근해야 한다”고 강조했다.

스카이워드의 웹사이트에는 기술적 세부사항이 거의 공개돼 있지 않다. 다만 회사는 2024년과 2025년에 캐나다 산불 대응 기관들과 협력해 기술 시연을 진행했다고 밝히고 있다. 또한 화재로 이어질 수 있는 낙뢰를 예측하는 인공지능(AI) 도구도 개발했다고 주장한다.

스카이워드는 2월 발표를 통해 지난해 초 마감된 시드 라운드를 통해 790만 캐나다달러(약 85억 원)를 추가로 조달했다고 밝혔다. 투자사로는 기후혁신캐피털(Climate Innovation Capital), 액티브 임팩트 인베스트먼트(Active Impact Investments), 다이어그램 벤처스(Diagram Ventures) 등이 참여했다.

스카이워드가 제시한 도면에는 낙뢰 발생 위험이 높은 고위험 지역에서 구름-지상 낙뢰를 방지하기 위해 항공기가 구름 속으로 채프를 살포하는 모습이 묘사돼 있다. 회사는 또 낙뢰 폭풍 예측, 처리 우선순위 설정, 폭풍 세포 표적화, 비행 경로 최적화 등 다양한 목적으로 AI를 활용하고 있다고 밝혔다.

하테르 담당관은 이 기술을 신중하게 운용하고, 산불 위험이 높은 폭풍 상황에 한해서만 적용할 것이라고 강조했다. 그는 이러한 폭풍이 특정 지역 전체 낙뢰 활동의 0.1% 미만에 불과하다고 덧붙였다.

그는 이어 “우리의 목표는 생명과 핵심 인프라, 생태계가 위협받고, 진화 비용과 그 영향이 급격히 커질 수 있는 극소수의 초고위험 시기에 화재 발생 가능성을 낮추는 것”이라고 강조했다.

세계은행이 게시한 문서에 따르면 스카이워드는 2024년 8월 앨버타 산불청과 협력해 항공기와 드론을 활용한 억제 효과 입증에 나섰으며, 이 과정에서 대조군(살포가 이뤄지지 않은 폭풍 세포)과 비교해 낙뢰 발생을 60~100% 감소시키는 성과를 거뒀다고 밝혔다.

문서는 또한 스카이워드가 2025년 여름 브리티시컬럼비아주(BC)와 앨버타주의 산불 기관들과 추가 현장 시험을 진행해 ‘더 진보된 항공기, 센서 및 예측 기술을 활용한 광역적 해결책’을 제공할 것이라고 덧붙였다.

브리티시컬럼비아주 산불 서비스국은 MIT 테크놀로지 리뷰에 “스카이워드가 특정 상황에서 낙뢰 발생을 줄이는 기술을 개발 중임을 인지하고 있다”고 밝혔다. 이어 “지난해 스카이워드는 해당 기술과 브리티시컬럼비아주 적용 가능성에 대한 이해도를 높이기 위해 예비 시험을 진행했다”며 “향후 이와 같은 프로젝트가 추진될 경우 우리는 프로젝트 팀과 협력해 관련 내용을 학습하고 산불 대응에 활용할 수 있는 모든 도구를 검토할 것”이라고 덧붙였다.

커지는 낙뢰 위험

구름은 수증기, 물방울, 얼음 결정 등 다양한 형태의 물로 이루어져 있으며, 충분히 응축되면 하늘에 떠 있는 로르샤흐 테스트(Rorschach tests)의 잉크 얼룩처럼 보이는 형태를 이룬다. 로르샤흐 테스트는 잉크 얼룩 그림을 보여주고, 이를 보고 무엇이 떠오르는지를 말하게 하는 심리 검사를 말한다.

구름 내부에서는 눈송이와 그라우펠(graupel)이라 불리는 작은 얼음 알갱이가 서로 마찰하며 전자를 주고받는다. 이 과정에서 음전하와 양전하를 띤 고도로 반응성 이온이 생성된다.

상승 기류가 가벼운 눈송이와 그라우펠을 분리시키면서 전기장 내 전하 차이가 점점 커지고, 결국 낙뢰 형태의 정전기 방전이 발생한다.

2023년 산불 시즌은 캐나다에서 낙뢰 발생이 특히 많았던 해는 아니었다. 그러나 지표면이 극심하게 건조했던 탓에 적은 낙뢰에도 대형 화재가 발생하기 쉬운 환경이 조성됐다.

캐나다 산림청 연구원이자 해당 연도 산불을 분석한 연구의 주저자인 피유시 제인(Piyush Jain)은 “지표면에 떨어진 모든 낙뢰가 평소보다 훨씬 높은 확률로 산불을 일으킬 만큼 무더운 가뭄이었다”고 설명했다.

기후 변화는 이미 진행되고 있으며, 앞으로 낙뢰가 더 자주 발생할 위험이 크다. 따뜻한 공기는 더 많은 수분을 함유하고, 대기에 더 많은 대류 에너지를 공급한다. 이는 구름 형성과 번개 폭풍을 유발하는 수직 기류를 촉진한다.

제인 연구원은 “조건은 이미 마련됐으며, 앞으로 이러한 조건은 더욱 강화될 가능성이 높다”고 말했다.

세계 일부 지역에 대해서는 서로 다른 모델들이 상이한 낙뢰 예측 결과를 내놓고 있다. 그러나 지구 온난화가 가장 빠르게 진행되고 있는 최북단 위도 지역에서는 보다 분명한 추세가 나타나고 있다. 연구에 따르면 북극권 북방 지역에서 낙뢰로 인한 산불이 크게 증가했으며, 앞으로도 계속 늘어날 것으로 예측된다.

우드웰 기후연구센터(Woodwell Climate Research Center) 소속의 브렌던 로저스(Brendan Rogers) 선임 과학자는 “이는 산불 시즌 연장, 기온 상승, 식생 건조화 등 다른 위험 요소들과 결합돼 더 심각한 산불과 더 많은 온실가스 배출 가능성을 높인다”고 말했다. 그는 산불이 영구동토층 해동에 미치는 영향을 연구하고 있다.

실제로 2023년 캐나다 산불로 인한 탄소 배출량은 같은 해 화석연료 배출량의 네 배 이상에 달했다.

중반기의 현장 실험

과학자들은 낙뢰를 막기 위한 다양한 실험을 진행해왔으나 대부분 지난 세기 후반에 이루어졌다.

전후 문화적 낙관론과 경제 호황 속에서 미국 연구 기관과 기업들은 자연을 정복하거나 최소한 그 위험을 완화하려는 목적으로 인공 강수 실험에 열을 올렸다. 연구팀들은 강수량 증가, 우박 감소, 안개 소산, 허리케인 방향 전환을 위해 드라이아이스나 요오드화은 같은 물질을 구름에 뿌리거나 투하했다.

매사추세츠 공과대(MIT)의 필립 스테파니안(Phillip Stepanian)과 얼 윌리엄스(Earle Williams) 연구원은 미국 《기상학회지(Bulletin of the American Meteorological Society)》에 게재한 2024년 낙뢰 억제 노력에 대한 기록에서 “(비·눈을 유도하기 위해 드라이아이스나 요오드화은 같은 물질을 뿌리는) 구름 씨뿌리기(cloud seeding) 활동이 매우 활발해, 1950년대 초 정점에는 미국 국토의 약 10%가 어떤 형태로든 기상 조절 프로그램의 대상이 될 정도였다”고 썼다. (MIT 테크놀로지 리뷰는 MIT 소유이지만 편집상 독립적이다.)

당시 미국 산림청 화재 연구부장이었던 해리 기즈본(Harry Gisborne)은 이 기술을 활용해 접근이 어려운 공공 토지 산불을 진압할 수 있는 폭우를 유발할 수 있을지 궁금해했다. 그러나 구름 씨뿌리기의 선구적 연구를 수행한 제너럴 일렉트릭의 빈센트 셰퍼(Vincent Schaefer)는 이 질문을 계기로 불을 일으키는 낙뢰 자체를 차단하는 방법을 떠올렸다.

두 사람의 대화를 계기로 1950년대부터 1960년대까지 일련의 실험을 수행한 다기관 민관 공동 연구 프로그램인 ‘프로젝트 스카이파이어(Project Skyfire)’가 시작됐다. 연구진은 애리조나주 샌프란시스코 피크스, 아이다호주 경계의 비터루트 산맥, 몬태나주 디어로지 국립산림 등지에서 구름에 물질을 살포하는 시딩 실험을 진행했다.

연구진은 처리된 폭풍우 구름과 처리되지 않은 구름을 비교한 결과, 구름 씨뿌리기를 통해 지상 낙뢰가 절반 이상 감소했다고 결론지었다. 그러나 MIT의 스테파니안과 윌리엄스 연구원이 지적했듯, 표본 크기가 작았고 연구 결과의 통계적 유의성에 대한 의문은 남아 있었다. (구 소련 과학자들도 1950년대에 낙뢰 억제 현장 실험을 수행했으며, 1970년대에는 로켓을 이용해 뇌우 속으로 요오드화납을 발사하는 관련 연구를 진행했으나, 해당 프로그램에 대한 추가 정보는 찾기 어렵다.)

1969년 아폴로 12호 우주선이 발사 직후 몇 초 만에 번개를 두 차례 맞는 사고가 발생하자, 미국 정부는 낙뢰 억제 가능성에 다시 관심을 쏟기 시작했다. 당시 우주비행사들은 시스템을 재설정하고 달 탐사 임무를 성공적으로 완수했지만, 자칫 큰 비극으로 이어질 뻔한 사건이었다.

이후 미국 항공우주국(NASA)과 해양대기청(NOAA)은 군사적 대응 수단으로 일반적으로 사용되는 금속 채프를 활용한 ‘프로젝트 썬더볼트(Project Thunderbolt)’를 공동으로 추진했다.

미 육군 전자 연구소(US Army Electronics Laboratory) 연구진은 이미 이 물질을 투하해 낙뢰를 억제할 가능성을 제안한 바 있다. 채프는 일부 방위산업체들이 제조하는 물질로, 형성 중인 전기장에서 전도체 역할을 한다. 이 물질은 일부 산소와 질소 분자에서 전자를 떼어내 다른 분자에 전달한다.

눈송이와 그라우펠 사이의 마찰로 구름 속 물 분자에 이미 축적된 전하 불균형은 이렇게 새롭게 전하를 띤 원자로 이동할 수 있다. 그 결과 낙뢰로 이어지는 정전기 축적이 줄어들게 된다.

스테파니안과 윌리엄스 연구원은 “약한 전기장 내에서 폭풍 내 전하를 지속적으로 재분배해 중화시키면, 낙뢰 발생에 필요한 강한 전기장이 형성되지 않을 것”이라고 기록했다.

NASA와 NOAA는 1970년대 초중반 콜로라도주 볼더 상공과 이후 케네디 우주 센터에서 일련의 구름 씨뿌리기 실험을 수행했다. 여기서도 실험은 전반적으로 유망한 결과를 보였지만, NASA는 결국 채프가 무선 통신에 영향을 미칠 가능성을 우려해 프로그램을 중단했다.

스테파니안과 윌리엄스 연구원은 “낙뢰 억제 연구는 또다시 중단되었고, 낙뢰 위험 완화 책임은 기상 예보관들에게로 돌아갔다”고 결론지었다.

쉽지 않은 결론

그렇다면 이 모든 것이 낙뢰 예방 능력에 대해 무엇을 시사할까?

MIT 링컨 연구소 항공 교통 관제 및 기상 시스템 그룹 기술 연구원인 스테파니안은 “이 기술이 폭풍 속 낙뢰 타격을 줄이는 데 사용될 수 있다는 점은 분명한 사실”이라며 “다만 몇 가지 중대한 주의사항이 있다”고 말했다.

예를 들어, 방출해야 할 물질의 양, 지속 시간, 그리고 다양한 기후 및 기상 조건에서 효과가 어떻게 달라질지는 명확하지 않다는 것이다.

낙뢰 억제 역사에 관한 그의 공동 저자는 조금 더 회의적인 듯하다. MIT의 물리 기상학 및 대기 전기학 연구원인 윌리엄스는 이메일에서 “채프가 뇌우의 전기화에 영향을 미친다는 명백한 증거가 있다”고 밝혔다. 그러나 그는 “채프가 낙뢰 활동을 줄이거나 제거하는 효과는 여전히 논란의 여지가 있어 추가 실험이 필요하다”고 덧붙였다.

윌리엄스 연구원은 기존 낙뢰 억제 연구에 여러 한계가 있었다고 지적한다. 예를 들어, 처리된 구름과 그렇지 않은 구름 사이의 높이 차이를 고려하지 않았고, 일부 연구는 구름 내부 낙뢰를 제외한 지상 낙뢰만 측정했다는 점이다.

그와 스테파니안 연구원은 연구팀과 함께 플로리다에서 수행한 최근 연구에서, 군사 훈련 중 살포된 채프가 포함된 구름과 그렇지 않은 구름을 비교했다. 그 결과, 채프가 포함된 폭풍은 크기와 지속 시간은 짧았지만, 전체 낙뢰 발생 횟수는 오히려 더 많았다.

연구진은 채프를 활용한 낙뢰 억제 효과에 대해 아직 명확한 결론을 내리기 어렵다고 밝혔다.

충분한 효과를 내려면 많은 양의 채프가 필요할 가능성이 있으며, 이는 난류 속에서 빠르게 희석되기 때문에 현실적인 운용에 어려움을 준다는 점도 지적됐다.

환경적 영향에 대한 우려도 제기된다. 미군 연구에 따르면 채프는 대체로 무독성이지만, 레이더 교란, 기상 예보 오류, 수질 변화 가능성 등 부작용이 보고된 바 있다. 전문가들은 대규모 살포 시 추가 연구가 필요하다고 강조한다.

환경단체들은 스카이워드가 사용하는 물질의 출처와 생태계 영향에 대해 더 많은 정보 공개를 요구하고 있다. 복잡한 기후 시스템에 개입할 경우 예기치 않은 결과가 발생할 수 있다는 우려도 크다.

한편 스카이워드는 모든 규정을 준수하고, 군사용보다 적은 양을 제한된 고위험 지역에만 사용한다고 주장한다.

그러나 회사는 아직 실험 데이터나 논문을 공개하지 않아, 기술의 실효성을 객관적으로 검증하기 어렵다는 비판을 받고 있다. 연구진 역시 ‘100% 예방’이라는 기존 주장에 회의적인 입장이다.

투자자들은 산불 예방 기술의 잠재력에 큰 기대를 걸고 있으며, 사후 진화보다 사전 예방이 비용과 위험 측면에서 훨씬 효율적이라고 강조한다. 일부 연구자들은 환경적 부작용이 없다면 낙뢰 억제가 중요한 역할을 할 수 있다고 평가한다.

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