전기동역학 강화풍화(EK-ERW): 태양광 저전압 DC장으로 용해와 침전을 공간 분리해 구동하는 밭 규모 in-soil 광물화

Electrokinetic Enhanced Rock Weathering (EK-ERW): Field-Scale In-Soil Mineralization Driven by Solar Low-Voltage DC Fields That Spatially Separate Dissolution and Precipitation

초록

농경지 강화풍화(ERW)에 의한 이산화탄소 제거(CDR)는 대규모 잠재량이 정량화되어 있으나 [1], 실제 밭 현장에서는 무기탄소 flux가 비유의하거나 미검출되는 사례가 반복된다 [3,4]. 그 병목은 (i) 규산염 표면에 수일 내 형성되는 비정질 실리카 부동태층이 용해속도를 두 자릿수 낮추고 [5,6], (ii) 방출된 2가 양이온이 탄산염으로 고정되지 못해 무기 CDR이 실현되지 않는 [7,8], 모두 수동확산 의존에서 비롯한 두 지점으로 수렴한다. 본고는 지구화학과 전기동역학을 1차 종합축으로 교차하여(토양미생물학은 보조 강화축), 밭에 매설한 태양광 저전압 DC 전극망으로 약한 전기동역학장을 걸어 이 3단계를 능동 구동하는 전기동역학 강화풍화(Electrokinetic Enhanced Rock Weathering, EK-ERW)를 명세한다. 핵심 기제는 (a) 물 전기분해 산전선과 전기이동·전기삼투로 양성자·유기산을 신선 광물면에 부동태 재생성보다 빠르게 능동공급해 실리카층을 지속 제거하고 [11,12,14,23,27], (b) 방출된 Ca²⁺·Mg²⁺을 음극쪽 고알칼리·고DIC 반응대로 전기이동시켜 탄산염 침전을 국소 강제하며 용해대와 공간 분리해 재용해를 차단하는 [13,29,30] 것이다. 무생물 전기화학 코어만으로 용해–침전 공간분리 원리는 닫히며, 토양미생물 축은 광합성 산물 유래 양성자·유기산으로 전기분해 기생전하를 상쇄해 에너지 예산을 완화하는 비대체 보조 기여를 담당한다. 병목 우회의 성패는 두 정량 관문으로 귀착된다: (G1) 광물 표면적을 동일 기준으로 재산정하면 밭 현실적 전기장(0.1–0.4 V/cm)에서 표면 도달 양성자 공급은 신선면 산-용해 수요와 대략 같은 자릿수로, 버퍼 손실에 따라 부호가 갈리는 얇은 여유이므로 밭 실측이 필요하고, (G4) 전하수지로 하향 재도출한 구동 에너지 강도(현실 추정 ~30–500 MWh tCO₂⁻¹)가 순 탄소음성 상한(~5 MWh tCO₂⁻¹)을 1–2자릿수 초과하여, 유효 표적수송수와 셀전압, 미생물 상쇄를 크게 개선하지 못하면 순 탄소음성이 성립하지 않는다. 주 예측: EK-ERW는 2035년 6월까지 단일 연구그룹에 의해 밭 규모 현장시험(파일럿; 연속 포장 ≥100 m²·≥1 생육기)으로 실증된다 — 무기탄소 기반 MRV로 측정한 확보 CDR율이 동일 포장 무인가 대조 대비 2배 이상·유의; 규산염 유래 2가 양이온의 50% 이상이 공간 분리 침전대에서 탄산염으로 고정; 태양광 에너지·소재 전과정 배출 차감 후 순 탄소음성. (신뢰도 40%) 대표 반증: 광물 표면적 기준 양성자·리간드 공급이 신선면 산-용해 수요를 지속 충족하지 못해 순 용해 가속을 낳지 못함이 토양온도에서 확정되면 기각된다.

주제어: 강화풍화, 이산화탄소 제거, 전기동역학, 전기삼투·전기이동, 실리카 부동태층, 이중 pH 전선, 용해–침전 공간분리, 전하수지·에너지 예산

Abstract

Carbon dioxide removal (CDR) by enhanced rock weathering (ERW) on croplands has a well-quantified large-scale potential [1], yet in real field trials the inorganic-carbon flux is repeatedly non-significant or undetectable [3,4]. The bottleneck converges on two points, both stemming from reliance on passive diffusion: (i) an amorphous silica passivation layer that forms on silicate surfaces within days and lowers dissolution rates by two orders of magnitude [5,6], and (ii) released divalent cations that fail to be fixed as carbonate, so inorganic CDR is not realized [7,8]. This work cross-synthesizes two load-bearing axes — geochemistry and electrokinetics — with soil microbiology as an auxiliary enhancement axis, to specify Electrokinetic Enhanced Rock Weathering (EK-ERW): a buried solar low-voltage DC electrode array that imposes a weak electrokinetic field on basalt/olivine-amended farmland to actively drive the three-step sequence. The core mechanisms are (a) the water-electrolysis acid front plus electromigration/electroosmosis delivering protons and organic acids to fresh mineral surfaces faster than the silica layer regenerates, continuously stripping passivation [11,12,14,23,27], and (b) electromigrating released Ca²⁺/Mg²⁺ to a cathode-side high-alkalinity/high-DIC reaction zone that locally forces carbonate precipitation, spatially separated from the dissolution zone to block re-dissolution [13,29,30]. The abiotic electrochemical core alone closes the dissolution–precipitation spatial-separation principle; the soil-microbial axis contributes a non-substitutable, bounded benefit by supplying protons/ligands from photosynthate, offsetting the electrolytic charge burden and relieving the energy budget. Bottleneck bypass reduces to two quantitative gates: (G1) when normalized to the same reference area (mineral surface area), the surface-delivered proton flux at field-realistic fields (0.1–0.4 V/cm) is of the same order as the fresh-surface acid-dissolution demand — a thin margin whose sign depends on buffering losses and must be measured in the field; and (G4) a top-down charge-balance re-derivation places the driving energy intensity at ~30–500 MWh tCO₂⁻¹, exceeding the net-carbon-negative ceiling (~5 MWh tCO₂⁻¹) by 1–2 orders, so net carbon negativity does not hold unless the effective target transport number, cell voltage, and microbial offset are substantially improved. Primary prediction: by June 2035 a single research group demonstrates EK-ERW at field (pilot) scale (contiguous plot ≥100 m², ≥1 growing season) satisfying all of — a secured CDR rate by inorganic-carbon-based MRV ≥2× a co-located field-off control and statistically significant; ≥50% of silicate-derived divalent cations fixed as carbonate in the spatially separated precipitation zone; and net carbon negativity after subtracting life-cycle emissions. (Confidence 40%) Representative falsifier: if, at soil temperature, mineral-surface-normalized proton/ligand supply cannot sustainably meet fresh-surface acid-dissolution demand to yield net dissolution acceleration, the prediction is rejected.

Keywords: enhanced rock weathering, carbon dioxide removal, electrokinetics, electroosmosis/electromigration, silica passivation layer, dual pH fronts, dissolution–precipitation spatial separation, charge balance / energy budget

1. 서론: 왜 이 기술은 아직 존재하지 않는가

1.1 문제 정의

충족되지 않은 기능 요구는 다음과 같이 정량 정의된다. 현무암·감람석으로 개량한 농경 토양을 입력으로 받아, 규산염 용해–양이온 이동–탄산염 침전의 3단계를 밭 토양 내부에서 능동 구동하여, (i) 순 2가 양이온(Ca²⁺·Mg²⁺) 방출속도를 수동확산 대조 대비 3배 이상으로 유지하고, (ii) 방출된 양이온의 50% 이상을 탄산염 고체로 고정하며, (iii) 그 결과의 무기탄소 제거율을 무기탄소 기반 정량(MRV)으로 유의하게 검출 가능하게 만들고, (iv) 구동 에너지·소재의 전과정 배출을 차감한 뒤에도 순 탄소음성을 유지하는 능력이다. 이 네 지표를 밭 규모 in-soil 조건에서 동시에 만족하는 시스템은 문헌·특허에 존재하지 않는다(부록 A). 이 중 (iv)는 3.5절·관문 G4에서 보이듯 가장 구속적인 조건이다.

여기서 신규성의 소재를 정확히 한정한다. 강화풍화 자체는 이미 작동한다. 미 옥수수 지대 다년 현장시험은 현무암 살포로 재현 가능한 탄소제거와 농경 공편익을 실측했고 [2], 국가 규모 CDR 잠재량과 비용이 정량화되어 있다 [1,17]. 부재한 것은 '분리 자체'가 아니라, 밭 토양 내부에서 3단계를 수동확산에 맡기지 않고 전기장으로 능동 구동해 용해와 침전을 공간적으로 분리·가속하는 능력이다. 열대 산성 사탕수수 토양 현장시험은 현무암 살포 후 pH·가용 Mg·Si 증가로 풍화는 확인했으나 HCO₃⁻ flux 차이(0.59 kmol ha⁻¹ a⁻¹)는 비유의했고 [3], 중서부 3년 현장시험에서도 현무암은 명확한 CDR 신호를 내지 못했다 [4]. 즉 밭 현장에서 수동확산 하 CDR 신호가 약하다는 것이 반복 관측된 사실이며, 이것이 본 기술의 직접 동기다.

1.2 기존 기술의 한계 지도

문제 정의에 접근해 온 기존 기술 계열과 각각의 정지점을 표 1에 정리한다.

표 1. 기존 기술 한계 지도

표 1의 한계는 어느 것도 물리·화학 법칙상의 원리적 금지가 아니다. 수동 ERW는 용해·침전을 확산에 맡겨 느리고(공학적), 킬레이트 경로는 리간드를 수동공급하며(공학적), 전기화학 풍화는 반응기에 갇혀 있고(구조적), EA-MICP는 시멘테이션 목적에 머무르며(구조적), EK 정화는 수송 기전을 갖췄으나 오염물 제거에만 쓰인다(구조적). 이 '공학적·구조적' 한계들이 서로 다른 분야에 흩어져 부분 해소되어 있다는 점이 2장의 교차 신호이며, 그 결합이 본고의 논증이다.

1.3 본고의 주장과 구성

기존 한계 '밭 in-soil 3단계의 수동확산 의존'은, 지구화학이 규정한 두 병목(실리카 부동태층 [5,6], 양이온 미고정 [7,8])을, 전기동역학의 성과(물 전기분해 이중 pH 전선과 전기이동·전기삼투에 의한 이온 능동수송 [11,12,14,23,24])의 결합으로 해소 가능하며(2장), 그 결합체가 전기동역학 강화풍화(EK-ERW)이고(3장), 관문 G1~G4를 거쳐 2035년까지 실증된다(4~5장). 본고는 근본적으로 지구화학+전기동역학의 2축 종합이며, 토양미생물학은 무생물 코어를 대체하지 않되 에너지 예산과 표면반응 상한에서 경계가 명확한 보조 기여를 제공하는 강화축으로 편입된다(2.4·3.2절). 이하 2장은 근거 분야의 성과·교차 신호·절단 검사를, 3장은 시스템 명세·정식화·정량 예산을, 4장은 관문과 로드맵을, 5장은 반증조건과 예측 선언을, 6장은 파급과 위험을 다룬다.

2. 문헌 종합

2.1 종합 대상 문헌의 범위와 편향 신고

본고가 종합한 근거 문헌은 세 갈래로 정리되며, 앞의 둘이 1차 종합축, 셋째가 보조 강화축이다: (축1) 강화풍화·CDR 지구화학 — 규산염 용해 kinetics, 실리카 부동태층, 양이온 방출·탄산염 침전, 농경지 ERW 현장시험, MRV; (축2) 전기동역학·전기화학 토양처리 — 전기이동/전기삼투, 저전압·태양광 DC 토양전극, 이중 pH 전선, EA-MICP; (축3, 보조) 토양미생물학·근권 — 미생물 유기산·양성자·리간드에 의한 생물풍화, EK 생물증강, 전기활성 미생물. 검토 범위는 1997년부터 2026년까지이며, 학술 색인(Scopus·Web of Science·Google Scholar)과 게재지(Nature 계열·Science of the Total Environment·Frontiers in Climate·EST·Chemical Geology·Reviews of Geophysics·Geochimica et Cosmochimica Acta 등) 및 특허 색인(USPTO/EPO/KIPO)에 대한 검색식 요지는 "enhanced rock weathering cropland CDR", "silica passivation olivine dissolution", "electrokinetic soil remediation electromigration electroosmosis", "electro-assisted microbially induced carbonate precipitation", "solar low-voltage DC field soil"의 조합이다. 인용 문헌 총수는 42편으로 동료심사 학술지 논문이 다수를 이룬다. 분야 분포는 축1(지구화학) 16편, 축2(전기동역학) 13편, 축3(미생물) 13편 규모이며 일부 문헌은 두 축에 걸친다.

편향을 자진 신고한다. 첫째, 영어 문헌과 주요 색인에 접근이 편중되어 비영어권 및 산업 내부 데이터가 과소 대표될 수 있다. 둘째, EK-ERW의 개별 구성요소는 각기 다른 커뮤니티에서 성숙했기 때문에 두 1차 축을 잇는 통합 문헌이 없어 인용이 '요소 성숙'과 '미싱 링크'로 양분되며, 이는 본 주제의 신규성과 직결되는 구조이므로 2.3~2.4절에서 명시한다. 셋째, 실리카 부동태층의 정량 근거([6])는 90 °C·고 pCO₂ 조건이어서 토양온도(약 15–30 °C)로의 외삽에 큰 불확실성이 있으며, 이를 3.2절과 관문 G1에서 활성화에너지 기반으로 정량화해 별도로 다룬다. 최근 4년(2023–2026) 문헌이 다수를 차지한다.

2.2 분야별 최신 성과

2.2.1 강화풍화·CDR 지구화학 (축1)

표 2-1. 축1 핵심 성과

강화풍화 지구화학은 밭 규모 CDR의 기준 프레임워크를 확립했다. 살포량·비용·엔지니어링 과제가 국가 규모로 정량되었고 [1,17], 다년 현장시험이 재현 가능한 탄소제거와 공편익을 실측했다 [2]. 그러나 이 분야가 스스로 진단한 병목이 본 주제의 출발점이다. 초기 빠른 양이온 방출이 급감하는 원인은 비정질 실리카층·2차광물에 의한 표면 부동태화이며 [5], 감람석 표면 실리카층은 반응 2일 내 형성되어 용해속도를 두 자릿수 낮춘다 [6]. 감람석 용해속도의 pH·온도 의존은 원거리평형 기준으로 체계화되어 있어 [42], 산전선 pH·토양온도에서의 신선면 용해속도를 정량 비교할 근거를 제공한다. 또한 방출 양이온이 탄산염으로 고정되지 않으면 규산염이 풍화되어도 무기 CDR은 실현되지 않으므로 [7], 양이온 기반 지표만으로는 무기탄소 제거를 과대평가할 수 있어 DIC 기반 정량이 병용되어야 한다 [8]. 이 분야 단독으로는 표 1의 한계를 넘지 못한다 — 용해와 침전을 모두 수동확산에 맡겨, 부동태 재생성을 능가할 양성자 공급도 재용해를 막을 양이온 공간분리도 제공하지 못하기 때문이다.

2.2.2 전기동역학·전기화학 토양처리 (축2)

표 2-2. 축2 핵심 성과

전기동역학·전기화학 토양처리는 이온과 개량제를 토양에 능동 수송하고, 물 전기분해로 산/알칼리 반응대를 형성하는 기전을 확립했다. 세 수송기전 중 이질 다공질 매질에서 이온 유효이동도가 전기삼투투수도보다 10–300배 커 전질량플럭스에 전기이동 기여가 지배적임이 정량화되었다 [14,23]. 반응기 규모에서는 물분해 in-situ 양성자가 Mg-규산염 용해를 가속하고 표면 부동태를 제어함이 관찰되었으며 [12], 전해조 산/알칼리 생성으로 규산염 풍화·알칼리도 생성을 통한 CO₂ 격리 개념이 제시되었다 [11] — 이 무생물 전기화학 코어가 EK-ERW의 원리적 골격이다. 구동원 측면에서 태양광 저전압 DC가 밭 EK를 구동할 수 있음이 실증되었고 [16], 농경 논토양에서 20 V·저전압 gradient로 파일럿·풀스케일 처리가 수행되며 유기산(젖산)으로 음극부 pH를 조절했다 [15]. 물 전기분해는 양극에 산전선(H⁺, pH 1.5–2), 음극에 알칼리전선(OH⁻, pH 11–12)의 이중 전선을 형성하며, H⁺ 이동도가 커 산전선이 알칼리전선보다 약 1.75–2배 빠르게 전진한다 [24]. 나아가 구연산 등 유기산 음이온을 전기이동으로 토양에 침투시켜 산성화·양이온 착물화를 얻은 사례가 농경토에서 보고되었다 [27]. 그러나 이 분야 단독으로는 한계를 넘지 못한다 — 이들 기전은 오염물 제거·반응기 용해·지반 시멘테이션에 적용되었을 뿐, 밭 in-soil에서 규산염 광물면으로 양성자를 능동공급해 부동태를 지속 제거하고 방출 양이온을 침전대로 공간분리하는 CDR 목적으로 통합된 바 없다.

2.2.3 토양미생물학·근권 생물풍화 (축3, 보조)

표 2-3. 축3 핵심 성과

토양미생물학은 근권·광물풍화 미생물이 유기산·양성자·리간드로 규산염 용해를 능동 가속함을 확립했다. 규산염 용해속도가 pH 저하·미생물 유기산량과 상관하고 [35], 근권 미생물이 리간드·산·산화환원으로 광물 용해를 촉진하며 [36], 외생균근균의 옥살산 분비가 광물로부터 Ca 풍화를 제어한다 [37]. 특히 토양 미생물이 현무암 정착 시 siderophore 생산을 상향조절하고, EDDHA 킬레이트로 현무암 잠재 CDR이 최대 2.5배 증대된다 [10]. 침전 측에서는 인가 전기장이 요소분해균 이동과 반응이온 전기이동으로 CaCO₃ 침전의 위치·양을 조절함이 microfluidics로 시각화되었고 [29], 약전기장(0.5 V/cm)이 균 활성·핵형성을 증대해 침전을 개선하며 [30], 전기-반응-확산 결합계가 전류에 의한 이온 이동·pH 구배·침전 공간분포를 기술한다 [31]. 규산염암 미분을 MICP의 Ca 공급원으로 사용해 대기 CO₂를 격리한 사례는 규산염 용해와 탄산염 침전을 잇는 드문 선행이다 [40]. 다만 이 축은 무생물 코어를 대체하지 않는다: 미생물 유기산·양성자의 광물면 도달과 침전균 배치가 수동확산·현장 접종에 의존하며, 그 고유 가치는 아래 2.4절에서 절단 검사로 경계 지어진다.

2.3 교차 신호 분석

교차 신호는 서로 다른 분야의 독립적 성과들이 1.2절의 동일한 한계를 서로 다른 방향에서 부분 해소하여, 결합 시 한계 전체의 해소가 기대되는 상태를 뜻한다. 세 신호를 표 3에 등재하고, 신호별로 정합성 4항목(물리량 인터페이스·스케일·시간상수·공정 호환)을 논증한다. S1·S2는 1차 축 결합, S3은 보조 축 결합이다.

표 3. 교차 신호 표

2.3.1 신호 S1: 부동태 병목과 양성자·리간드 능동수송

지구화학은 규산염 용해의 속도 병목이 표면에 재중합하는 비정질 실리카 부동태층임을 규정했다 [5,6]. 전기동역학은 이 병목을 겨냥할 수단을 제공한다: 물 전기분해 산전선의 H⁺와, 전기이동·전기삼투로 이송되는 유기산 음이온(구연산·옥살산)·용액을 광물면으로 능동공급한다 [11,12,14,23,27]. ① 물리량 인터페이스 — 두 분야의 접점은 '광물면에서의 국소 [H⁺]·리간드 활동도'로 동일 물리량이며, 전기장은 이 활동도를 확산보다 높게 유지한다. ② 스케일 — EK는 저투수 매질에서 밀리미터–미터 규모 수송을 이미 실증했고 [15,25], 광물 입자 간격도 동일 규모다. ③ 시간상수·기준면적(미충족) — 관건은 부동태 재생성 시간상수 대비 양성자 공급인데, 두 플럭스를 동일 기준면적(광물 표면적)으로 재산정하면 여유가 크지 않다(3.2절). 이 부호 판정을 밭 현실적 전기장·토양온도에서의 실증인 G1으로 등재한다. ④ 공정 호환 — 저전압 DC와 유기산 병용은 농경 토양에서 이미 양립 실증되었다 [15,27].

2.3.2 신호 S2: 양이온 미고정과 전기장 강제 침전

지구화학은 규산염이 풍화되어도 방출 양이온이 탄산염으로 고정되지 않으면 무기 CDR이 실현되지 않음을 지적한다 [7,8]. 전기동역학·미생물학은 DC장이 탄산염 침전을 국소 강제하고 공간분포를 조절함을 실증했다 [13,29,31]. ① 인터페이스 — 접점은 '2가 양이온과 탄산/알칼리도가 공존하는 반응대의 국소 과포화도'이며, 음극 알칼리전선(pH 11–12) [24]이 이 과포화를 만든다. ② 스케일(미충족) — 침전 실증은 대체로 모래·microfluidics 규모여서 밭 규모 반응대 유지·양이온 수지 정합이 관문 G2로 등재된다. ③ 시간상수 — 양이온 전기이동 전이시간(3.2절 추정 수일–수십일)이 계절 규모와 양립한다. ④ 공정(미충족) — 규산염 유래(요소 비의존) 양이온을 대상으로 한 침전은 [40]에 국한되어, 규산염-침전 연계와 재용해 억제가 G2로 등재된다.

2.3.3 신호 S3: 생물풍화 능동성과 EK 생물증강 (보조)

미생물학은 근권 생물이 유기산·siderophore·옥살산으로 규산염 용해를 능동 가속함을(현무암 잠재 CDR 최대 2.5배 [10]) 확립했다 [35,37]. 전기동역학은 세균과 그 분비물을 저투수토에 능동 수송·증강함을 실증했다 [25,26,34]. ① 인터페이스 — 세균은 중성 pH에서 순 음전하를 띠어 전기이동·전기삼투로 이동하며 [34], 근권 미생물의 광물면 재배치가 가능하다 [26]. 에너지 상쇄 접점 — 미생물/근권이 광합성 산물로부터 생성한 양성자·유기산은 물 전기분해 기생전류를 거치지 않으므로, 용해단계 양성자 부담의 일부를 전기분해 없이 충당해 G4의 에너지 예산을 완화한다. 미충족 항목은 산전선의 저 pH가 미생물 활성을 억제할 가능성(활성대·용해대 공간 배치)으로 G1과 연동되며, 순 에너지 기여의 정량은 G4로 등재된다. 전기활성 미생물의 EET [38]는 전극-토양-미생물 전자·양성자 결합의 부가 경로로 검토된다.

2.4 종합과 절단 검사

이상의 신호는 EK-ERW의 부재가 원리의 문제가 아니라 결합의 문제임을 시사한다. 다만 축3(토양미생물)의 종합 내 지위를 절단 검사로 명확히 한다. 무생물 전기화학 코어([11,12] + 이중 pH 전선 [24] + 전기이동 [14,23])만으로 용해–침전 공간분리 원리는 닫힌다: 물 전기분해가 양극에 산전선(양성자 공급·부동태 제거)을, 음극에 알칼리전선(강제 침전)을 만들고, 전기이동이 2가 양이온을 두 대역 사이로 이송한다. 따라서 미생물 축은 코어의 필수 대체재가 아니다. 그럼에도 미생물 축은 두 가지 비대체 보조 기여를 갖는다. 첫째(에너지), 광합성 산물 유래 양성자·유기산은 전기분해 기생전하를 상쇄해 G4의 구속적 에너지 예산을 완화한다 — 이는 무생물 코어가 원리적으로 제공할 수 없는(전기분해는 항상 전하를 소비하는) 고유 기여다. 둘째(표면반응 상한), 유기 리간드(siderophore·옥살산)의 표면 착물화는 순수 양성자 공격만으로 도달하는 신선면 용해속도의 상한 자체를 끌어올린다 [10,36,37]. 두 기여 모두 '필수'가 아니라 '한계 편익(marginal benefit)'으로 정의되며, 그 크기는 EK-on/off·미생물 유·무 이원 대조로 측정된다(G1·G4). 요컨대 본고는 2축 종합이며, 미생물 축은 경계가 명확한 강화축으로 편입된다. 결합에 필요한 잔여 조건은 관문 G1(부동태 극복 부호)·G2(양이온 공간분리 침전)·G3(밭 규모 통합·MRV)·G4(순 탄소음성 에너지)이며 4장에서 다룬다.

3. 예측 기술 명세

3.1 명칭 부여와 신규성 진술

(1) 명칭. 국문 명칭 전기동역학 강화풍화, 영문 명칭 Electrokinetic Enhanced Rock Weathering, 약어 EK-ERW로 확정한다. 명칭은 구동 원리(전기동역학장)와 기능(강화풍화 CDR)을 기술하며 고유명사·상표성을 배제한다.

(2) 신규성 진술. 본 명세와 동일한 작동 원리·구성 — 농경 토양 내부에 매설한 저전압 태양광 DC 전극망으로 (a) 물 전기분해 산전선과 전기이동으로 양성자·유기산을 신선 광물면으로 능동공급해 실리카 부동태층을 지속 제거하고 (b) 방출 2가 양이온을 별도 고알칼리·고DIC 반응대로 전기이동시켜 용해와 탄산염 침전을 공간적으로 분리·가속하는 밭 규모 통합 CDR 시스템 — 은 2026년 7월 20일 기준 학술·특허 어디에도 존재하지 않는다(부록 A). 신규성의 소재는 무생물 전기화학 코어 자체가 아니라, 그 코어를 밭 규모 in-soil로 옮겨 전기이동으로 용해대와 침전대를 공간 분리한 통합 구성이다. 가장 근접한 선행은 (i) 전기화학적 규산염 용해(밀폐 반응기) [11,12], (ii) 전기보조 MICP(지반 시멘테이션) [13,29,30], (iii) 수동확산 농경지 ERW [2,3]로, 각각 원리·구성의 일부만 구현한다. [12]는 물분해 in-situ 양성자로 Mg-규산염을 용해하고 부동태를 제어한다는 점에서 기전이 가장 근접하나 밀폐 전해조 실험이며 밭 in-soil·양이온 공간분리 침전이 없다. [13]은 DC로 탄산염 침전을 강제하나 목적이 시멘테이션이고 규산염 용해·부동태 제거 단계가 없다. 구성요소 수준의 대비는 부록 A 표 A-2에 제시한다.

3.2 작동 원리

EK-ERW는 현무암·감람석으로 개량한 토양에 매설 전극으로 저전압 DC장을 걸어 다음 인과 사슬을 구동한다.

입력. 개량 토양(현무암/감람석 미분), 태양광 저전압 DC(≤30 V, 전기장 0.1–0.4 V/cm), 근권·토착 미생물, 토양수·CO₂.

단계 1 (양성자·리간드 능동공급, 용해대 = 양극·산전선 영역). 양극에서 물이 산화되어 O₂와 H⁺가 생성되고 산전선(pH 1.5–2)이 음극 방향으로 전진한다 [실증: 24]. 유기산 음이온(구연산³⁻·옥살산²⁻)은 순 음전하로 양극 방향으로 전기이동해 이 영역에 농집되며 [실증: 27], 근권 미생물이 분비하는 옥살산·siderophore가 광물 특이적으로 Ca·Fe 풍화를 촉진한다 [실증: 10,37]. 지배 반응은 감람석의 경우

Mg₂SiO₄ + 4H⁺ → 2Mg²⁺ + H₄SiO₄

이며, H⁺·리간드의 지속 공급이 표면 비정질 실리카(H₄SiO₄ 재중합물)를 제거해 부동태를 억제한다 [관문 G1].

정량(광물 표면적을 동일 기준으로 재산정). 개량 조건을 명시한다: 현무암/감람석 미분 살포량 50 t ha⁻¹, 경운 심도 0.2 m(면적 부하 5 kg m⁻², 토양 용적밀도 1.3 g cm⁻³ 기준 질량분율 약 1.9%, 광물 부피농도 25 kg m⁻³), 미분 비표면적 A_s ≈ 0.3–1 m² g⁻¹(대표 0.5). 이로부터 토양 부피당 광물 표면적 a_v ≈ 1.25×10⁴ m² m⁻³(범위 0.75–2.5×10⁴)이다. 공급(벌크 단면 기준). 자유용액 H⁺ 이온이동도 μ_H ≈ 3.6×10⁻⁷ m² V⁻¹ s⁻¹에 토양 유효인자 0.1–0.3을 곱하면 μ_H,eff ≈ 3.6–11×10⁻⁸ m² V⁻¹ s⁻¹이고, E = 30 V m⁻¹(0.3 V cm⁻¹)에서 v_H ≈ 1–3×10⁻⁶ m s⁻¹(0.1–0.3 m day⁻¹)이다. 산전선 [H⁺] ≈ 1–10 mol m⁻³이면 벌크 단면 기준 양성자 플럭스 J_H,bulk ≈ 10⁻⁶–10⁻⁵ mol m⁻²(단면) s⁻¹이다 [산정: 23]. 동일 기준면적 환산. 이 벌크 플럭스를 산전선대 길이 ℓ ≈ 0.05–0.2 m에 분포한 광물 표면(단면당 광물 표면적 a_v·ℓ ≈ 6×10²–2.5×10³ m²(광물) m⁻²(단면))에 나누면, 광물 표면적 기준 양성자 도달 플럭스 J_H,surf ≈ J_H,bulk/(a_v·ℓ) ≈ 10⁻¹⁰–10⁻⁸ mol m⁻²(광물) s⁻¹(관대 가정, 도달 손실 무시) 규모다. 수요(동일 기준면적). 신선 감람석의 산전선 pH(2–4)·토양온도(25 °C) 원거리평형 용해속도는 약 10⁻⁹±¹ mol m⁻²(광물) s⁻¹ 규모이며 [42], 1 mol당 H⁺ 4 mol 소비이므로 신선면 양성자 수요 ≈ 4×10⁻⁹ mol m⁻²(광물) s⁻¹이다. 부동태 억제 상태 용해속도는 약 2자릿수 낮아 수요 ≈ 4×10⁻¹¹ 규모다 [5,6]. 결론. 동일 기준면적으로 재산정하면 양성자 공급은 신선면 산-용해 수요와 대략 같은 자릿수이며, 관대 가정에서 최대 수 배 상회하나 도달 손실이 커지면 그 아래로 떨어진다. J_H,bulk≈10⁻⁵가 알려진 감람석 용해속도를 3–5자릿수 초과하는 것처럼 보이는 것은, 벌크 단면 기준과 광물 표면적 기준을 잇는 면적 환산인자(a_v·ℓ ≈ 10³)로 대부분 해소된다 — 즉 본 계는 양성자 공급 율속이 아니라 표면반응 율속에 지배되며, EK의 역할은 표면을 양성자로 '범람'시키는 것이 아니라 완충·부동태에 맞서 신선면 국소 저 pH를 유지해 표면반응이 산-pH 신선면 속도로 진행되게 하는 것이다. 도달 효율의 의미. 따라서 '도달 효율'은 임의 할인값이 아니라 완충·이온교환·2차침전에 의한 버퍼 손실 후 신선면 도달 분율로 정의된다. 관대 가정(≈100% 도달)에서 공급≈수요(부호 미확정), 도달 1%에서는 J_H,surf ≈ 10⁻¹¹로 부동태 억제 수요 수준까지 떨어져 순 용해 가속이 성립하지 않는다. 요컨대 순 용해 가속의 성패는 '광물 표면적 기준 공급이 신선면 산-용해 수요를 지속 충족하는가'라는 부호 문제로 귀착되며, 이 얇은 여유를 밭 현실 전기장·토양온도에서 직접 실측하는 것이 G1이다(외삽 불확실성이 F1의 근거).

단계 2 (양이온 전기이동·공간분리). 방출된 Ca²⁺·Mg²⁺은 순 양전하로 음극 방향으로 전기이동해 용해대(산전선·양극)에서 이탈한다. 정량(추정). Ca²⁺·Mg²⁺ 자유이동도(약 0.55–0.62×10⁻⁷ m² V⁻¹ s⁻¹)를 토양 보정하면 v_cation ≈ 0.01–0.05 m day⁻¹, 전극 간격 L = 0.3–0.7 m에서 전이시간 t_transit = L/v_cation ≈ 수일–수십일로 계절 규모(약 150일)와 양립한다 [산정: 23]. 다만 양이온이 전류에서 차지하는 유효수송수(t̄)는 물 전기분해가 주입하는 고이동도 H⁺·OH⁻ 및 배경 전해질과 전류를 나눠 낮으며(t̄ ≈ 0.05–0.2), 이는 단계 3의 물질 전달률과 3.5절 에너지 예산을 동시에 지배한다. 양이온이 용해대에서 침전대로 물리 이송되므로 산전선 재용해 노출이 최소화된다 [관문 G2].

단계 3 (탄산염 강제 침전, 침전대 = 음극·알칼리전선 영역). 음극에서 물이 환원되어 H₂와 OH⁻가 생성되고 알칼리전선(pH 11–12)이 형성된다 [실증: 24]. 이 고 pH·고DIC 반응대에서 이송된 2가 양이온이 탄산염으로 과포화되어 침전이 강제된다:

Ca²⁺ + CO₂ + 2OH⁻ → CaCO₃↓ + H₂O

DC장은 미생물 이동과 반응이온 이송으로 이 침전의 위치·양·결정상을 조절한다 [실증: 13,29,30,31]. 무기 CDR 회계는 규산염 유래 2가 양이온 1 mol당 대략 CO₂ 1 mol이 탄산염 고체로 고정되는 것으로 계상하며, 알칼리전선이 토양·대기 CO₂를 탄산염으로 포집한다는 점에서 [11]의 전기화학 풍화 알칼리도 생성과 동형이다. 고 pH 침전대는 산이 공간적으로 부재하므로 재용해가 억제된다 [관문 G2]. 실측 검증은 양이온 지표의 과대평가를 피하기 위해 무기탄소 기반 MRV로 수행한다 [8,22] [관문 G3].

출력. 침전대에 고정된 탄산염(확보 CDR), 개선된 토양 pH·양이온 가용성(공편익 [2]).

3.3 시스템 구성도

flowchart LR
    SUN["태양광 PV<br/>≤30 V DC, 펄스 듀티"] -->|저전압 DC| C1["C1: 매설 저전압 DC 전극망<br/>(양극/음극 열)"]
    ROCK["현무암·감람석 개량토<br/>+ 근권/토착 미생물"] -->|광물면·유기산원| C2
    C1 -->|산전선 H⁺·전기장| C2["C2: 양성자·유기산 능동수송부<br/>(전기분해·전기이동·전기삼투)"]
    C2 -->|H⁺·리간드 플럭스| C3["C3: 규산염 용해·부동태 제거 반응대<br/>(용해대=양극측)"]
    C3 -->|Ca²⁺·Mg²⁺ 방출| C4["C4: 2가 양이온 전기이동·공간분리<br/>(음극 방향 이송)"]
    C4 -->|양이온 이송| C5["C5: 탄산염 강제 침전대<br/>(침전대=음극/알칼리전선, EA-MICP)"]
    C5 -->|확보 CDR| OUT["탄산염 고정 + 공편익"]
    C5 -.->|무기탄소 MRV| MRV["DIC 기반 정량·검증"]

3.4 핵심 구성요소별 기술 성숙도 평가

표 4. 구성요소별 TRL 평가

C1 (TRL 6). 태양광 저전압 DC EK가 밭·파일럿 규모에서 실운용 유사 환경으로 실증되었으므로 TRL 6으로 판정한다 [15,16]. 요구 성능은 계절 내구·매설 배치이며 격차는 G3에 등재된다. C2 (TRL 4). EK가 이온·유기산을 능동 수송하고 물 전기분해가 산전선을 형성함이 검증되었으므로 TRL 4로 판정한다 [14,23,24,27]. 격차는 광물 표면적 기준 표면 도달 플럭스가 신선면 수요를 충족하는지(공급의 부호)로 G1에 연동된다. C3 (TRL 2). 전기화학적 규산염 용해와 부동태 제어는 밀폐 반응기에서 원리 관찰되었으나 [11,12] 밭 in-soil 부동태 극복은 미실증이므로 TRL 2로 판정한다. 격차는 EK-on/off 순 용해 ≥3배·부동태 지속 억제로 G1에 등재된다. C4 (TRL 3). EK 양이온 이동과 유효이동도 우세는 정량화되었으나 [23,27] CDR 목적의 밭 규모 공간분리는 미실증이므로 TRL 3으로 판정한다(격차 G2). C5 (TRL 3). DC 강제 탄산염 침전·위치조절은 실증되었으나 요소분해 기반·지반강화 목적이며 [13,29,30] 규산염 유래 양이온과의 연계·재용해 억제는 미실증이므로 TRL 3으로 판정한다(격차 G2).

3.5 목표 성능 규격

표 5-1. 목표 성능 규격

에너지 예산의 하향식 재도출. 순 탄소음성(지표 (iv))이 구속 조건임을 전하수지로 보인다. 탄산염 1 tCO₂ 고정에 필요한 표적 2가 양이온 전하량은 Q_cation = 2·(10⁶ g / 44 g mol⁻¹)·F ≈ 4.4×10⁹ C이다. 실제 통과 전하는 Q_total = Q_cation/t̄ (t̄ = 표적 양이온 유효수송수)이고, 구동 에너지는 W = Q_total·U_cell이다. 물 전기분해가 주입하는 고이동도 H⁺·OH⁻와 배경 전해질이 전류를 크게 나눠 t̄ ≈ 0.05–0.2로 낮으며, 셀전압 U_cell ≈ 5–20 V에서 W ≈ 30–500 MWh tCO₂⁻¹(면적 기준 30–1500 MWh ha⁻¹)로 산출되어 EK 정화 실적(30–900 MWh ha⁻¹)과 정합한다. 순 이온수송만 고려한 이론 하한(t̄→1)조차 U_cell 2–20 V에서 ~2–24 MWh tCO₂⁻¹이다. 한편 순 탄소음성(전과정 배출 ≤ gross의 20%, 태양광 LCA ~40 gCO₂eq kWh⁻¹)의 에너지 상한은 ~5 MWh tCO₂⁻¹이다. 따라서 현실 추정(30–500)과 순음성 상한(5) 사이에 1–2자릿수 격차가 있으며, 이 격차가 해소되지 않으면 P1의 셋째 조건(순 탄소음성)은 성립하지 않는다. 격차 축소 경로는 (i) 표적수송수 t̄ 상향(저배경EC 토양·이온선택막·펄스운전으로 H⁺/OH⁻ 기생전류 억제), (ii) 셀전압 최소화, (iii) 용해단계 양성자를 광합성 산물 유래 미생물/근권 유기산으로 대체해 전기분해 기생전하를 상쇄(축3의 비대체 에너지 기여, 2.4절)이며, 세 경로를 모두 최대화해도 순음성 상한 진입은 현재 미검증이다. 이 판정이 G4이며 단일 실패점이다.

목표 절대 CDR율이 수동 잠재량과 동급인 이유는, 본 기술의 신규성이 'CDR 크기'가 아니라 밭 현장에서 유의하게 검출되는 확보된 CDR(양이온 미고정·재용해로 실패하던 것을 능동 고정)과 에너지 예산을 차감한 순 탄소음성에 있기 때문이다. 후자가 가장 불확실하다.

작동 원리·정량 도해(그림 7). 아래 인라인 SVG는 (A) 양극(산전선·용해대)→양이온 전기이동→음극(알칼리전선·침전대)의 공간 분리 배치와, (B) 광물 표면적을 동일 기준으로 놓았을 때 양성자 공급과 신선면 산-용해 수요가 대략 같은 자릿수임(로그 스케일)과, 상향식 에너지 강도가 순 탄소음성 상한을 1–2자릿수 초과함을 도해한다.

<svg viewBox="0 0 780 400" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" font-family="sans-serif" font-size="12"> <rect x="0" y="0" width="780" height="400" fill="none"/> <text x="20" y="20" font-weight="bold">A. 용해–침전 공간 분리 (밭 단면)</text> <rect x="30" y="40" width="360" height="150" fill="#f3ead9" stroke="#b9a06a" stroke-width="1"/> <rect x="40" y="55" width="18" height="120" fill="#c0392b"/> <text x="34" y="50" font-size="10.5" fill="#c0392b">양극(+)</text> <rect x="362" y="55" width="18" height="120" fill="#1f6f3f"/> <text x="352" y="50" font-size="10.5" fill="#1f6f3f">음극(−)</text> <text x="70" y="80" font-size="10.5" fill="#c0392b">산전선 pH 1.5–2</text> <text x="70" y="96" font-size="10.5">규산염 용해·부동태 제거</text> <circle cx="150" cy="120" r="10" fill="#7aa8d6" fill-opacity="0.5" stroke="#2f5f96"/> <text x="143" y="124" font-size="9">광물</text> <text x="200" y="120" font-size="14" fill="#333">→ Ca²⁺,Mg²⁺ →</text> <path d="M110,150 L350,150" stroke="#2f5f96" stroke-width="1.4" marker-end="url(#arr)"/> <text x="150" y="166" font-size="10" fill="#2f5f96">양이온 전기이동(0.01–0.05 m/day)</text> <text x="290" y="80" font-size="10.5" fill="#1f6f3f">알칼리전선 pH 11–12</text> <text x="285" y="96" font-size="10.5">CaCO₃ 강제 침전</text> <circle cx="345" cy="120" r="7" fill="#eaeaea" stroke="#1f6f3f"/> <circle cx="335" cy="132" r="6" fill="#eaeaea" stroke="#1f6f3f"/> <text x="55" y="205" font-size="10">H⁺·유기산 능동공급</text> <text x="250" y="205" font-size="10">공간분리 → 재용해 차단</text> <defs><marker id="arr" markerWidth="8" markerHeight="8" refX="6" refY="3" orient="auto"><path d="M0,0 L6,3 L0,6 z" fill="#2f5f96"/></marker></defs> <text x="430" y="20" font-weight="bold">B. 플럭스(광물 표면적 기준) 및 에너지 격차</text> <line x1="470" y1="55" x2="470" y2="185" stroke="#555" stroke-width="1.2"/> <line x1="470" y1="185" x2="760" y2="185" stroke="#555" stroke-width="1.2"/> <text x="428" y="55" font-size="9.5" fill="#555">mol m⁻²(광물) s⁻¹</text> <rect x="490" y="95" width="44" height="90" fill="#c0392b" fill-opacity="0.6"/> <text x="486" y="90" font-size="9">공급~10⁻⁹</text> <text x="484" y="198" font-size="9">표면정규 공급</text> <rect x="560" y="95" width="44" height="90" fill="#8a6d3b" fill-opacity="0.55"/> <text x="556" y="90" font-size="9">수요~10⁻⁹</text> <text x="552" y="198" font-size="9">신선면 수요</text> <rect x="630" y="160" width="44" height="25" fill="#2f5f96" fill-opacity="0.6"/> <text x="626" y="155" font-size="9">~10⁻¹¹</text> <text x="618" y="198" font-size="9">부동태/1% 도달</text> <text x="482" y="225" font-size="10" fill="#333">공급 ≈ 수요 (동일 기준면적, 부호 미확정) → G1</text> <line x1="470" y1="300" x2="760" y2="300" stroke="#999" stroke-dasharray="4 3"/> <text x="474" y="285" font-size="10" fill="#c0392b">상향식 에너지 30–500 MWh/tCO₂ (현실)</text> <text x="474" y="330" font-size="10" fill="#1f6f3f">순 탄소음성 상한 ~5 MWh/tCO₂ (40 gCO₂/kWh)</text> <text x="474" y="352" font-size="10.5" fill="#333">1–2자릿수 격차 = 단일 실패점 (G4)</text> </svg>

4. 실현 경로

4.1 기술 관문

G1. 부동태 극복률: 양성자·리간드 공급(광물 표면적 기준) ≥ 신선면 산-용해 수요

• 정의: 밭 현실적 전기장에서 광물 표면적 기준 양성자·리간드 도달 플럭스가 신선면 산-용해 수요를 지속 충족해 순 용해 가속을 낳는지가 실증되지 않았다.
• 현재 상태: 부동태의 용해 억제(2자릿수)는 정량 [5,6], EK의 양성자·유기산 수송·전기분해 산전선은 실증 [14,23,24,27], 전기화학 규산염 용해·부동태 제어는 반응기에서 관찰 [12]. 그러나 3.2절의 동일 기준면적 재산정은 공급이 수요와 대략 같은 자릿수로 여유가 얇고 도달 손실에 따라 부호가 갈림을 보인다. 또한 [6]의 부동태 2자릿수 억제·τ_pass는 90 °C·고 pCO₂ 값이며, 실리카 재중합·감람석 용해의 활성화에너지(약 60–80 kJ mol⁻¹)를 반영한 토양온도(15–30 °C) Arrhenius 외삽은 용해속도와 부동태 형성 시간상수를 각각 약 1.5–2자릿수 이동시킬 수 있어 외삽 불확실성이 크다.
• 해소 조건: 개량 토양 컬럼/메소코즘에서 토양온도·EK 인가(≤1 V/cm) 시 감람석/현무암 순 용해속도(또는 순 Si·Mg 방출)가 무인가 대조 대비 ≥3배로 동료심사 문헌으로 재현성 있게 실측되고, 부동태 형성·재생 속도를 외삽이 아니라 토양온도에서 직접 계측할 것.
• 예상 해소 시점: 2029년(최빈) ~ 2031년(비관), 2031년까지 해소 확률 55%.
• 의존 관계: 없음(선행 관문).
• 대안 경로: 유기산·킬레이트 전기이동 강화([10,27]) 또는 미분화·표면적(A_s) 증대로 신선면 수요 충족 여유 확대 — 공급/수요 부호의 부분 개선.

G2. 양이온 공간분리 탄산염 침전과 재용해 억제

• 정의: 규산염 유래 2가 양이온을 별도 반응대로 전기이동시켜 ≥50%를 탄산염으로 고정하고 재용해를 억제하는 밭 규모 구성이 미실증.
• 현재 상태: DC 강제 탄산염 침전·위치조절은 실증되나 요소분해·지반강화 목적 [13,29,30,31], 규산염 유래 Ca-MICP는 [40]에 국한. 음극 알칼리전선(pH 11–12)은 확립 [24].
• 해소 조건: 토양 컬럼/파일럿에서 규산염 유래 방출 2가 양이온의 ≥50%가 음극측 침전대에서 탄산염(무기탄소 기반 확인)으로 고정되고, 계절 규모에서 재용해 손실 <20%임을 실측.
• 예상 해소 시점: 2030년(최빈) ~ 2033년(비관), 2033년까지 해소 확률 55%.
• 의존 관계: G1 선행.
• 대안 경로: 침전대에 반응성 매질(고알칼리 개량제) 병설로 과포화 유지 — 침전 강제의 화학적 보강.

G3. 밭 규모 통합과 무기탄소 기반 MRV

• 정의: 전극망·용해대·침전대를 밭 포장에 통합하고, EK-구동 CDR을 수동 풍화·부수 탄산염 용해 아티팩트와 구별해 유의하게 정량하는 방법이 미확립.
• 현재 상태: 태양광·저전압 밭 EK 실증 [15,16], 다중프록시·DIC 기반 MRV 성숙 [8,22]. 그러나 EK-ERW 통합·전용 MRV는 부재.
• 해소 조건: EK-on/off 포장 대조로, 무기탄소 기반 MRV(공극수 DIC·알칼리도·확보 탄산염)에서 확보 CDR율이 대조 대비 ≥2배로 통계적으로 유의함을 밭 규모(연속 포장 ≥100 m²·≥1 생육기)에서 실측.
• 예상 해소 시점: 2032년(최빈) ~ 2035년(비관), 2035년까지 해소 확률 55%.
• 의존 관계: G1, G2 선행.
• 대안 경로: 라이시미터·폐쇄 배수 포장으로 flux 정량 정밀도 확보 — 개방 포장 불확실성의 우회.

G4. 순 탄소음성: 구동 에너지·소재 대비 CDR (단일 실패점, 구속 조건)

• 정의: 태양광 구동 에너지와 전극·시스템 소재의 전과정 배출을 차감한 뒤에도 순 탄소음성이 유지되는지가 미확정이며, 3.5절 하향식 재도출은 현실 추정(30–500 MWh tCO₂⁻¹)이 순음성 상한(~5 MWh tCO₂⁻¹)을 1–2자릿수 초과함을 보인다.
• 현재 상태: 전하수지 하향식으로 W = (Q_cation/t̄)·U_cell, Q_cation ≈ 4.4×10⁹ C tCO₂⁻¹. t̄ ≈ 0.05–0.2·U_cell ≈ 5–20 V에서 30–500 MWh tCO₂⁻¹(EK 정화 30–900 MWh ha⁻¹와 정합), 이론 하한(t̄→1)조차 2–24 MWh tCO₂⁻¹. 순음성 상한은 태양광 LCA ~40 gCO₂eq kWh⁻¹에서 ~5 MWh tCO₂⁻¹.
• 해소 조건: t̄ 상향(저배경EC·이온선택막·펄스운전), 셀전압 최소화, 미생물 양성자 상쇄(용해단계 전기분해 기생전하 대체)를 반영한 실측 계절 에너지 강도가 ≤ ~5 MWh tCO₂⁻¹(또는 확보 CDR 대비 전과정 배출 ≤20%)를 만족.
• 예상 해소 시점: 2031년(최빈) ~ 2034년(비관), 2034년까지 해소 확률 35%.
• 의존 관계: G1(용해 가속)·G2(수송수)·G3(CDR 정량)와 결합.
• 대안 경로: 없음 — 단일 실패점. 에너지·소재 배출이 CDR을 초과하면 시스템의 CDR 명제 자체가 성립하지 않으며, 현재 정량은 이 조건이 가장 성립하기 어려움을 시사한다.

4.2 관문 의존 그래프

flowchart TD
    G1["G1: 부동태 극복 부호<br/>(표면정규 공급 ≥ 신선면 수요)"] --> G2["G2: 양이온 공간분리 침전<br/>(≥50% 고정)"]
    G1 --> G3["G3: 밭 규모 통합·MRV"]
    G2 --> G3
    G1 --> G4["G4: 순 탄소음성 에너지<br/>(단일 실패점·구속)"]
    G2 --> G4
    G3 --> G4
    G4 --> D["EK-ERW 밭 규모 실증 (P1)"]
    G3 --> D
    style G4 fill:#f5c6cb,stroke:#a33,stroke-width:2px

4.3 마일스톤 로드맵

표 6. 마일스톤 로드맵

4.4 실현 주체 분석

관문별로 현재 가장 근접한 연구 역량은 공개 정보 기준 다음과 같다. G1·G3(부동태 극복·밭 통합·MRV)는 다년 농경지 ERW 현장시험과 CDR 정량을 수행해 온 지구화학 그룹 [1,2,3,22]과, 밭 규모 저전압·태양광 EK를 실증한 전기동역학 그룹 [15,16]의 교차 역량에 근접해 있다. G2(공간분리 침전)는 EA-MICP·전기장 탄산염 침전 커뮤니티 [13,29,30,31]와 규산염-MICP 연계 [40]의 결합이 요구된다. G4(순 탄소음성)는 EK 에너지 예산과 전과정 평가(LCA)를 다루는 공정·환경공학 역량을 요하며, 3.5절이 보인 1–2자릿수 격차 때문에 가장 난이도가 높다.

필요 자원의 차수 추정은 다음과 같다. 컬럼·메소코즘 실증(G1·G2)은 EK 셀·저잡음 이온·DIC 계측을 요하며 소규모 학술 그룹 규모(장비 10⁵–10⁶ USD 차수, 인력 3–8명)에서 가능하다. 밭 파일럿 통합(G3·G4·P1)은 매설 전극망·태양광 어레이·라이시미터·다지점 MRV를 요하며 한 차수 큰 컨소시엄 규모가 필요할 것으로 추정된다. 구조적 위험은 본 기술이 지구화학·전기동역학·환경공학의 경계에 있어 어느 단일 커뮤니티도 전체 스택을 관할하지 않는다는 점이며, 협업 부재가 최대 병목이다. 특정 기관의 미공개 계획을 단정하지 않는다.

5. 반증 조건과 예측 선언

5.1 예측 선언

P1 (주 예측). EK-ERW는(는) 2035년 6월까지 단일 연구그룹에 의해 다음 정량 조건을 모두 만족하는 밭 규모 현장시험(파일럿) 형태로 실증된다. 여기서 밭 규모 현장시험(파일럿)은 연속 포장 면적 ≥ 100 m²에 전극망을 통합해 ≥ 1 생육기(≥ 150일) 운용하고 in-soil 무기탄소 MRV를 수행하는 수준으로 조작적으로 정의한다. 조건: 무기탄소 기반 MRV로 측정한 확보 CDR율이 동일 포장 무인가(EK-off) 대조 대비 ≥ 2배이고 통계적으로 유의; 규산염 유래 2가 양이온의 ≥ 50%가 공간 분리된 침전대에서 탄산염으로 고정; 태양광 구동 에너지·소재의 전과정 배출을 차감한 뒤 순 탄소음성 유지(전과정 배출 ≤ 확보 CDR의 20%). (신뢰도 40%)

P2 (보조 예측). EK-ERW의 핵심 기제로서, 2030년 12월까지 단일 연구그룹에 의해 현무암/감람석 개량 토양 컬럼에서 토양온도·EK 인가(≤1 V/cm)가 무인가 대조 대비 순 2가 양이온 방출(또는 순 용해속도)을 ≥ 3배 증가시킴이 실험실 현장시험으로 실증된다. (신뢰도 60%)

P3 (보조 예측). 2031년 12월까지 규산염 유래 2가 양이온의 ≥ 50%가 음극측 고알칼리 침전대에서 탄산염으로 고정되고 계절 규모 재용해 손실이 < 20%임이 토양 컬럼 실험실 현장시험으로 실증된다. (신뢰도 55%)

5.2 반증 조건

F1 (원리적). 밭 현실적 전기장(≤ 1 V/cm)·토양온도에서 광물 표면적 기준 양성자·리간드 공급 플럭스가 신선면 산-용해 수요를 지속 충족하지 못해 EK 인가가 순 용해 가속(대조 대비 ≥3배)을 낳지 못함이 2031년 12월까지 동료심사 문헌으로 공표되면 본 예측은 기각된다.

F2 (경로). 규산염 유래 2가 양이온의 ≥ 50%를 공간 분리된 침전대에서 탄산염으로 고정(재용해 억제)하는 토양 규모 실증이 2033년 12월까지 나오지 않으면(관문 G2 미해소) 본 예측은 기각된다.

F3 (경로/에너지). 유효수송수 t̄ 상향·펄스 저전류·미생물 양성자 상쇄를 반영해 하향 재도출한 계절 구동 에너지·소재의 전과정 배출이 확보 CDR을 초과함(순 탄소양성)이 2034년 12월까지 확정되면(단일 실패점 관문 G4 미해소) 본 예측은 기각된다.

F-말미 (시한). 2035년 6월 경과 시점까지 P1의 정량 조건이 관측되지 않으면 본 예측은 기각된다(expired).

5.3 판정 프로토콜

예측검증위원회는 시한 도래 후 90일 이내에 다음 규칙으로 판정한다. (1) 판정 근거로 인정되는 정보원은 동료심사 학술지·학회 논문과 독립 검증 가능한 공개 현장시험(원자료·MRV 프로토콜 공개 포함)에 한한다. 프리프린트는 정식 게재 또는 독립 재현이 병행될 때만 인정한다. (2) 부분 실현(partially_verified) 기준: P1의 정량 조건 3건 중 2건을 충족하고 잔여 1건이 목표값의 80% 이상(예: 확보 CDR ≥1.6배 또는 양이온 고정률 ≥40%)에 도달한 경우로 한정한다. 단, 순 탄소음성 조건이 미충족이면 부분 실현으로도 인정하지 않는다(구속 조건). (3) 판정 곤란 시 처리: 정보원 부족·MRV 프로토콜 불일치·수동 풍화/부수 탄산염 용해 아티팩트와의 미구별 등으로 판정이 불가능하면 기각(falsified)으로 간주한다(저자에게 불리하게 설정). 확보 CDR의 판정은 동일 포장 EK-on/off 대조와 무기탄소 기반 정량을 요구하며, 양이온 기반 지표 단독 [8]이나 서로 다른 포장의 비교로 대체할 수 없다.

5.4 예측 등록표

표 7. 예측 등록표

6. 파급 효과와 위험

6.1 과학·기술 파급

실현 시 열리는 후속 연구는 다음과 같다. 첫째, 전기장으로 용해대와 침전대를 공간 분리·구동하는 능력은 강화풍화를 '수동확산 살포'에서 '능동 제어 광물화'로 전환하여, 현장 CDR의 유의 검출성과 재현성을 높이는 새 실험 범주를 연다. 둘째, EK-on/off 대조와 무기탄소 MRV의 결합은 규산염 CDR과 부수 탄산염 용해·양이온 이동을 분해하는 진단 도구를 제공하여, ERW 속도 과대추정 함정 [5]과 양이온≠DIC 문제 [8]를 실험적으로 절단하는 방법론을 성숙시킨다. 셋째, 산전선·알칼리전선의 공간 배치 제어는 토양 pH 구배 하 근권 미생물 군집·생물풍화의 능동 조작이라는 접점을 열어, 전기활성 미생물 EET [38]와 결합한 전극-토양-미생물 계면 연구를 촉진할 수 있다. 각 파급은 '전기장으로 용해·침전을 공간 분리·구동하는 능력'이라는 단일 성능에서 직접 도출되며, 확대된 연쇄 추정은 하지 않는다.

6.2 산업·경제 파급

농경지 강화풍화는 대규모 CDR의 유력 경로로 평가되나 [1,17], 밭 현장 신호가 약하고 [3,4] 양이온 미고정으로 실제 무기 CDR이 실현되지 않을 수 있다는 점 [7]이 상업화·크레딧 발행의 핵심 불확실성이다. 유의하게 검출되는 확보 CDR을 밭에서 제공하는 능력은 이 불확실성을 정면으로 겨냥한다. 다만 3.5절이 보인 구동 에너지 예산(관문 G4)이 순 탄소음성을 좌우하며, 현재 하향식 추정은 순음성 상한을 1–2자릿수 초과하므로 경제성·순효익은 저배경EC 토양·고수송수 운전·저탄소 태양광 가용성에 강하게 의존한다 — 이 조건이 충족되지 않으면 순효익이 성립하지 않을 수 있다. 시장 규모 수치 인용은 산출 방법이 검증된 자료에 한정하며, 본고는 특정 기업·종목에 대한 서술과 투자 조언을 하지 않는다.

6.3 위험과 오용 가능성

이중용도 관점에서, 전기장으로 토양 이온을 지향성 이송·농집하는 능력은 특정 이온(예: 방사성·중금속)을 특정 구역에 의도적으로 농집하는 데 전용될 가능성을 원리적으로 배제하기 어렵다. 다만 관문 G3(밭 규모 통합·계측)와 G4(에너지 예산)가 대규모 오용의 실질적 장벽으로 작용한다. 환경 측면에서 음극 알칼리전선(pH 11–12)은 국소 토양 화학을 크게 교란할 수 있어 근권·미생물 군집 영향 평가와 침전대의 공간 한정이 설계 요건이며, 양극 산전선의 저 pH가 중금속 가동화를 유발할 수 있어 [15]의 유기산·pH 관리 선례를 준용해야 한다. 규제 공백으로는 전기 구동 in-soil CDR이 기존 살포형 ERW 크레딧·안전 기준에 들어맞지 않아 MRV·인증 체계가 미비할 수 있다. 오용 행위자는 이온 농집을 노리는 비인가 주체가, 오용 경로는 전극 배치 조작이 될 수 있으며, G3의 통합·계측 난이도가 진입장벽이다.

6.4 예측의 상호작용

본 논문의 공표 자체가 예측에 미치는 영향을 평가한다. 자기실현 효과로, 부동태 극복 부호(공급 vs 신선면 수요)·양이온 공간분리 침전(≥50%)·순 탄소음성 에너지 예산이라는 구체 이정표와 EK-on/off·무기탄소 MRV 프로토콜의 제시가 지구화학·전기동역학 그룹의 교차 연구를 유인할 수 있다. 자기부정 효과로, 밭 CDR 수요가 경쟁 경로(수동 살포량 증대 [1,2], 킬레이트 화학 강화 [10], 반응기 전기화학 풍화 [11,12])로 이동하면 본 경로 실현이 지연될 수 있으며, 특히 구동 에너지 예산(G4)이 순음성 상한을 1–2자릿수 초과한다는 정량 결과가 경쟁 경로 대비 결정적 약점이다. 이 에너지 격차와 얇은 G1 여유를 반영하여 P1 신뢰도를 40%로, 단일 실패점 관문 G4를 반영해 보수적으로 산정했다.

이해상충

이해상충: 선언할 이해상충이 없다.

참고문헌

[1] Beerling, D. J.; Kantzas, E. P.; Lomas, M. R.; Wade, P. et al. "Potential for large-scale CO₂ removal via enhanced rock weathering with croplands." Nature, 583, 242–248, 2020. doi:10.1038/s41586-020-2448-9.

[2] Beerling, D. J.; Epihov, D. Z.; Kantzas, E. P.; Taylor, L. L. et al. "Enhanced weathering in the US Corn Belt delivers carbon removal with agronomic benefits." Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(9), e2319436121, 2024. doi:10.1073/pnas.2319436121.

[3] Holden, F. J.; Davies, K.; Bird, M. I.; Hume, R.; Green, H.; Beerling, D. J.; Nelson, P. N. "In-field carbon dioxide removal via weathering of crushed basalt applied to acidic tropical agricultural soil." Science of the Total Environment, 951, 174404, 2024. doi:10.1016/j.scitotenv.2024.174404.

[4] Maxbauer, D. P.; Milliken, E.; Yambing, J. R.; Watson, E.; Gregg, R. B.; Swanson, L.; Sohng, J.; Sokol, N. W.; Planavsky, N. J. "Evidence for carbon dioxide removal via enhanced rock weathering with steel slag, though not basalt, in a midwestern U.S. field trial." Frontiers in Climate, 7, 1657058, 2025. doi:10.3389/fclim.2025.1657058.

[5] Power, I. M.; Hatten, V. N. J.; Guo, M.; Schaffer, Z. R.; Rausis, K.; Klyn-Hesselink, H. "Are enhanced rock weathering rates overestimated? A few geochemical and mineralogical pitfalls." Frontiers in Climate, 6, 1510747, 2025. doi:10.3389/fclim.2024.1510747.

[6] Daval, D.; Sissmann, O.; Menguy, N.; Saldi, G. D.; Guyot, F.; Martinez, I.; Corvisier, J.; Garcia, B.; Machouk, I.; Knauss, K. G.; Hellmann, R. "Influence of amorphous silica layer formation on the dissolution rate of olivine at 90 °C and elevated pCO₂." Chemical Geology, 284(1–2), 193–209, 2011. doi:10.1016/j.chemgeo.2011.02.021.

[7] Vienne, A.; Frings, P.; Rijnders, J.; Boito, L.; Hartmann, J.; Niron, H.; Poetra, R.; Estrada, M. P.; Reershemius, T.; Steinwidder, L.; Suhrhoff, T. J.; Vicca, S. "Weathering without realizing inorganic CO₂ removal revealed through base cation monitoring." SOIL, 12, 421–440, 2026. doi:10.5194/soil-12-421-2026.

[8] Hasemer, H. D.; Borevitz, J.; Buss, W. "Measuring enhanced weathering: inorganic carbon-based approaches may be required to complement cation-based approaches." Frontiers in Climate, 6, 1352825, 2024. doi:10.3389/fclim.2024.1352825.

[9] Brantley, S. L. et al. "Understanding the lab–field discrepancy in mineral dissolution from flasks to enhanced rock weathering." Reviews of Geophysics, 63, e2025RG000881, 2025. doi:10.1029/2025RG000881.

[10] Epihov, D. Z.; Banwart, S. A.; McGrath, S. P.; Martin, D. P.; Steeley, I. L.; Cobbold, V.; Kantola, I. B.; Masters, M. D.; DeLucia, E. H.; Beerling, D. J. "Iron chelation in soil: scalable biotechnology for accelerating carbon dioxide removal by enhanced rock weathering." Environmental Science & Technology, 58(26), 11553–11567, 2024. doi:10.1021/acs.est.3c10146.

[11] Rau, G. H. "Electrochemical acceleration of chemical weathering as an energetically feasible approach to mitigating anthropogenic climate change." Environmental Science & Technology, 42(23), 8935–8940, 2008. doi:10.1021/es0701816.

[12] "Electrochemically induced chemo-morphological changes in magnesium silicate on dissolution." Energy & Fuels, 39(24), 2025. doi:10.1021/acs.energyfuels.5c01960.

[13] Terzis, D.; Hicher, P.; Laloui, L. "Direct currents stimulate carbonate mineralization for soil improvement under various chemical conditions." Scientific Reports, 10, 17014, 2020. doi:10.1038/s41598-020-73926-z.

[14] Wen, D.; Fu, R.; Li, Q. "Removal of inorganic contaminants in soil by electrokinetic remediation technologies: a review." Journal of Hazardous Materials, 401, 123345, 2021. doi:10.1016/j.jhazmat.2020.123345.

[15] Wang, Y. et al. "In situ electrokinetic (EK) remediation of the total and plant available cadmium (Cd) in paddy agricultural soil using low voltage gradients at pilot and full scales." Science of the Total Environment, 796, 148266, 2021. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.148266.

[16] Souza, F. L.; Sáez, C.; Cañizares, P.; Motheo, A. J.; Rodrigo, M. A. "Solar-powered electrokinetic remediation for the treatment of soil polluted with the herbicide 2,4-D." Electrochimica Acta, 190, 371–377, 2016. doi:10.1016/j.electacta.2015.11.106.

[17] Beerling, D. J. et al. "Transforming US agriculture for carbon removal with enhanced weathering." Nature, 638, 425–434, 2025. doi:10.1038/s41586-024-08429-2.

[18] Montserrat, F.; Renforth, P.; Hartmann, J. et al. "Olivine dissolution in seawater: implications for CO₂ sequestration through enhanced weathering in coastal environments." Environmental Science & Technology, 51(7), 3960–3972, 2017. doi:10.1021/acs.est.6b05942.

[19] King, H. E.; Plümper, O. et al. "Olivine dissolution and carbonation under conditions relevant for in situ carbon storage." Chemical Geology, 372, 45–56, 2014. doi:10.1016/j.chemgeo.2014.02.026.

[20] "The dissolution of olivine added to soil at 32 °C: the fate of weathering products and its implications for enhanced weathering at different temperatures." Frontiers in Climate, 6, 1252210, 2024. doi:10.3389/fclim.2024.1252210.

[21] "Enhanced CO₂ removal and improved carbon budget by enhanced rock weathering: a field experiment in Hokkaido, Japan." Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2025. doi:10.1007/s10705-025-10414-8.

[22] Knapp, W. J. et al. "Quantifying CO₂ removal at enhanced weathering sites: a multiproxy approach." Environmental Science & Technology, 57(26), 9854–9864, 2023. doi:10.1021/acs.est.3c03757.

[23] Sprocati, R.; Rolle, M. "On the interplay between electromigration and electroosmosis during electrokinetic transport in heterogeneous porous media." Water Research, 213, 118161, 2022. doi:10.1016/j.watres.2022.118161.

[24] "The role of pH, electrodes, surfactants, and electrolytes in electrokinetic remediation of contaminated soil." Materials (review), 2022. [동료심사 리뷰; PMC9657640.]

[25] Mao, X.; Wang, J.; Ciblak, A.; Cox, E. E.; Riis, C.; Terkelsen, M.; Gent, D. B.; Alshawabkeh, A. N. "Electrokinetic-enhanced bioaugmentation for remediation of chlorinated solvents contaminated clay." Journal of Hazardous Materials, 213–214, 311–317, 2012. doi:10.1016/j.jhazmat.2012.01.022.

[26] "Transportation and augmentation of the deposited soil bacteria in the electrokinetic process: interactions between soil particles and bacteria." Geoderma, 401, 115288, 2021. doi:10.1016/j.geoderma.2021.115288.

[27] "Enhanced electromigration and electro-osmosis for the remediation of an agricultural soil contaminated with multiple heavy metals." Process Safety and Environmental Protection, 104, 2016. doi:10.1016/j.psep.2016.09.001.

[28] Islam, A.; Kothari, S. K.; Ghosh, B.; Satapathy, K. K.; Mandal, T. K.; Koley, S. "Electrokinetic remediation of saline agricultural land using solar energy." Environment and Ecology, 42(4C), 2086–2093, 2024. doi:10.60151/envec/ZLFZ5391.

[29] "Regulating the process of microbially induced calcium carbonate precipitation through applied electric fields: evidence and insights using microfluidics." Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering (ASCE), 150(12), 2024. doi:10.1061/JGGEFK.GTENG-12532.

[30] "Using electric field to improve the effect of microbial-induced carbonate precipitation." Sustainability, 15(7), 5901, 2023. doi:10.3390/su15075901.

[31] Nishimura, I.; Matsubara, H. "Electricity-reaction–diffusion system for microbially induced carbonate precipitation." Soils and Foundations, 62(5), 101217, 2022. doi:10.1016/j.sandf.2022.101217.

[32] "Study on the electrokinetic effect of the microbially induced calcium carbonate precipitation process using integrated electric-microfluidics." Science China Technological Sciences, 67, 2024. doi:10.1007/s11431-024-2854-3.

[33] Tian, A.; Tang, X.; Chen, J.; Hu, M. "AC-assisted microbially induced carbonate precipitation for sand reinforcement: an experimental study." Geomechanics for Energy and the Environment, 40, 100609, 2024. doi:10.1016/j.gete.2024.100609.

[34] DeFlaun, M. F.; Condee, C. W. "Electrokinetic transport of bacteria." Journal of Hazardous Materials, 55(1–3), 263–277, 1997. doi:10.1016/S0304-3894(97)00023-X.

[35] "Release of phosphorus and silicon from minerals by soil microorganisms depends on the availability of organic carbon." Soil Biology & Biochemistry, 144, 107730, 2020. doi:10.1016/j.soilbio.2020.107730.

[36] "The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zone." npj Materials Degradation, 6, 66, 2022. doi:10.1038/s41529-022-00312-7.

[37] Schmalenberger, A. et al. "Oxalate secretion by ectomycorrhizal Paxillus involutus is mineral-specific and controls calcium weathering from minerals." Scientific Reports, 5, 12187, 2015. doi:10.1038/srep12187.

[38] "Electroactive bacteria in natural ecosystems and their applications in microbial fuel cells for bioremediation: a review." Microorganisms, 11(5), 1255, 2023. doi:10.3390/microorganisms11051255.

[39] "Rock weathering by indigenous heterotrophic bacteria of Bacillus spp. at different temperature: a laboratory experiment." Mineralogy and Petrology, 106, 2012. doi:10.1007/s00710-012-0201-2.

[40] "Dolerite fines used as a calcium source for microbially induced calcite precipitation reduce the environmental carbon cost in sandy soil." Frontiers in Microbiology, 11, 557119, 2020. doi:10.3389/fmicb.2020.557119.

[41] Yang, Y.-Y.; Bueno de Mesquita, C. P.; Lawrence, C. R.; Weyman, P. D.; Dores, D.; Timmermann, T.; Fierer, N.; Fuenzalida-Meriz, G. A. "Synergistic effects of a microbial amendment and crushed basalt: soil geochemical and microbial responses." Global Change Biology, 32, e70705, 2026. doi:10.1111/gcb.70705.

[42] Rimstidt, J. D.; Brantley, S. L.; Olsen, A. A. "Systematic review of forsterite dissolution rate data." Geochimica et Cosmochimica Acta, 99, 159–178, 2012. doi:10.1016/j.gca.2012.09.019.

부록 A. 신규성 검증 기록

검증 수행일: 2026-07-20 (메타데이터 novelty_check_date와 일치).

검색 대상. 학술 DB 2종 이상 — Scopus, Web of Science, 보조로 Google Scholar; 게재지 색인 — Nature/Science/Frontiers/EST/Chemical Geology/Reviews of Geophysics. 특허 DB 3종 — USPTO(미국), EPO Espacenet(유럽), KIPO KIPRIS(한국). 검색 언어는 영어(및 국문 병행).

표 A-1. 신규성 검색 기록

표 A-2. 근접 선행 5건의 3수준(목적/원리/구성) 차이

판정. 근접 선행은 (i) 밀폐 반응기 전기화학 규산염 용해([11,12]), (ii) 지반강화 EA-MICP([13]), (iii) 수동확산 농경지 ERW([3]), (iv) 화학 킬레이트 강화([10])로, 각각 원리·구성의 일부만 구현한다. 농경 토양 내부에 저전압 태양광 DC 전극망을 매설해 물 전기분해 산전선·전기이동으로 양성자·유기산을 신선 광물면으로 능동수송(부동태 지속 제거)하면서 동시에 방출 2가 양이온을 별도 고알칼리·고DIC 반응대로 전기이동시켜 용해와 탄산염 침전을 공간 분리·가속하는 동일 목적·원리·구성의 통합 밭 규모 선행은 학술·특허 DB에서 발견되지 않았다(identical_prior_found = false).

부록 B. 예측 등록 카드 (기계가독)

prediction_card:
  paper_id: ""
  tech_name: "전기동역학 강화풍화"
  tech_name_en: "Electrokinetic Enhanced Rock Weathering"
  primary_prediction:
    deadline: "2035-06"
    demonstration_level: "single_group_field_pilot"
    field_pilot_definition:
      contiguous_plot_area_m2_min: 100
      operation_duration_days_min: 150
      note: "연속 포장 ≥100 m²에 전극망 통합, ≥1 생육기 운용, in-soil 무기탄소 MRV"
    quantitative_conditions:
      - metric: "secured_CDR_rate_vs_control"
        operator: ">="
        value: 2
        unit: "ratio"
      - metric: "silicate_cation_to_carbonate_fixation_fraction"
        operator: ">="
        value: 50
        unit: "percent"
      - metric: "net_carbon_negative_lifecycle_emission_share_of_gross_CDR"
        operator: "<="
        value: 20
        unit: "percent"
    binding_constraint: "net_carbon_negative (G4): top-down 30-500 MWh/tCO2 vs ceiling ~5 MWh/tCO2"
    confidence: 40
  falsification:
    - id: "F1"
      type: "principle"
      condition: "밭 현실적 전기장(≤1 V/cm)·토양온도에서 광물 표면적 기준 양성자·리간드 공급이 신선면 산-용해 수요를 충족하지 못해 순 용해 가속(≥3배) 미실현이 동료심사 문헌으로 공표"
      check_by: "2031-12"
    - id: "F2"
      type: "pathway"
      condition: "규산염 유래 2가 양이온 ≥50%를 공간분리 침전대에서 탄산염 고정(재용해 억제)하는 토양 규모 실증 부재"
      check_by: "2033-12"
    - id: "F3"
      type: "pathway"
      condition: "유효수송수 상향·펄스 저전류·미생물 양성자 상쇄를 반영해 하향 재도출한 계절 구동 에너지·소재 전과정 배출이 확보 CDR 초과(순 탄소양성) 확정"
      check_by: "2034-12"
    - id: "F-deadline"
      type: "deadline"
      condition: "2035-06까지 P1 정량 조건 미관측"
      check_by: "2035-06"
  adjudication:
    window_days: 90
    partial_verification_rule: "P1 정량 조건 3건 중 2건 충족 및 잔여 1건이 목표값의 80% 이상(확보 CDR ≥1.6배 또는 양이온 고정률 ≥40%) 도달 시 partially_verified. 단 순 탄소음성 미충족이면 불인정(구속 조건)"
    unresolvable_defaults_to: "falsified"