화학으로 문제해결한 사례 - hwahag-eulo munjehaegyeolhan salye

28일 국내·외 석학들이 모여 '지속성장 가능한 녹색 화학기술'로 이러한 과제를 해결하자는 논의를 가졌다. 한국화학연구원(원장 이재도)은 28일 30주년 기념의 일환으로 '국제 ET(Environment Technology) 심포지움'을 열고 6인의 저명한 국내·외 연사들의 초청강연을 개최했다.

'지속성장'이라는 주제는 정부는 물론 산업계와 공공부문에서 인류의 삶의 질 향상을 위한 가장 중요한 이슈로 떠오르고 있으며 세계 과학자들이 항상 염두에 두고 있는 부분이다. 환경문제의 경우 선진국 등에서 규제를 강화해 향후 우리나라의 수출 산업에도 큰 여파를 미칠 것으로 전망된다.

이번 심포지움을 통해 국내·외 과학자들은 환경문제를 원천적으로 일으키지 않도록 하는 화학기술들에 대해 소개했다. 특히 녹색화학 분야의 세계적인 전문가인 네덜란드 델프트 공과대학의 로저 셸던 교수가 '지속성장의 핵심 해결방안으로서 녹색화학과 촉매기술'이란 주제로 기조강연을 펼쳐 많은 연구자들의 주목을 받았다.

셸던 교수는 화학공정의 환경적 영향을 평가하는 'E 펙터(E factor)'개념을 세계 최초로 도입한 과학자로 유명하다.

또한 올해 블록버스터 의약품 중 하나인 '리피토(Lipitor)' 중간체 제조공정의 청정기술 개발로 'Green Chemistry Presidential Award'를 수상했다. 그는 이번 심포지움에서 청정기술로 중간체를 개발해 제조단가를 내리고 환경문제를 해결한 연구과정을 소개했다. 화이트 BT, 화학적 응용 BT, 엔자임효소사용, 바이오 정류제품 등의 중요성을 설명하면서 식물성 연료가 CO2 문제를 완화시킬 수 있는 대안이 될 수 있음을 강조했다.

국가의 주요 산업인 기계, 자동차, 전기·전자 등은 화학을 기반으로 성장해 왔다. 하지만 화학이 환경문제를 야기시켰다는 눈총을 받아오고 있는 실정. 

미소노 교수는 "지속성장가능한 사회를 이루기 위해서는 환경문제를 해결하는 화학기술개발로 산업의 성장도 함께 이뤄가야 한다"고 주장했다. 조나단 도르딕 미국 렌슬러 폴리텍 대학 교수는 바이오 촉매 기술활용에 대해 설명했다. 그는 화학촉매, 바이오 촉매 등을 이용한 녹색 화학기술에 대해 소개했다.

국내 연사로는 박상언 인하대학교 교수, 이영무 한양대학교 교수, KAIST(한국과학기술원) 김학성 교수가 촉매기술과 분리막기술을 이용한 환경친화적 기술 등에 대해서 강연을 가졌다.

이번 심포지움을 주관한 장종산 화학연 박사는 "선진국은 이미 모든 산업이 친환경에 초점을 맞추고 있다"며 "우리나라는 5~10년 정도 뒤쳐진 상태로 꾸준한 연구개발투자로 환경문제를 해결해 나가야 한다"고 말했다.

안녕하세요. 학습코치 부이쌤입니다. 이번 시간에는 화학을 통한 식량 문제, 의류 문제, 주거 문제를 해결하기라는 주제로 고등학교 과학탐구영역 화학1에 대해서 이야기를 하도록 하겠습니다.

사람이 살아가면서 가장 중요한 것이 의식주입니다. 이 의식주 문제와 화학이 어떤 관계가 있는지를 볼 것인데 이번 주제를 통해 화학의 의미와 식량 문제, 의류 문제, 주거 문제를 알아보고 각각의 해결 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

■화학

화학은 물질 자체를 종합적으로 다루는 과학입니다. 화학에서는 어떤 원소로 이루어져 있는가, 어떤 상호작용을 하는가, 얼마나 견고한 구조인가 하는 점을 하나하나 따지고 이에 따라 물질을 다르게 분류합니다.

화학은 불의 발견을 통해서 금속을 가공할 수 있게 되었고, 연금술이 발전하여 화학적 조작 및 새로운 화학 물질을 만들 수 있게 되었습니다. 또한 18세기 말 라부아지에의 화학 혁명을 통해 물질이 산소와 결합하여 연소(타는 것)된다는 사실이 밝혀저 화학이 크게 발전하는 원동력이 되었습니다.

■식량 문제

식량 문제는 산업 혁명 이후 인구의 급격한 증가로 인해 식물의 짚, 잡초, 낙엽 등의 부속물이나 동물의 똥, 오줌과 같은 천연 비료에 의존하던 농업이 한계에 이르게 되었습니다. 그래서 농업 생산량을 높이기 위해 화학 비료가 필요했습니다.

초기에는 나트륨의 질산염 광물인 칠레 초석, 가스법 부산물인 황안이 사용되었는데, 1900년대에 접어들어 공중 질소의 고정법이 발견되어 합성 황안, 석회질소가 탄생하였습니다. 이 양자는 현재까지 양적으로 질소 비료의 왕좌를 차지하고 있는데, 최근에는 요소, 염안 등이 새로운 질소 비료로서 중요한 존재가 되었습니다. 또, 화학 비료는 단비로부터 다성분 복합 비료로 변화되는 경향을 보이고 있어 질소 비료만의 사용은 앞으로 점차 줄어들 것으로 보입니다.

또, 암모니아를 원료로 하여 만든 질소 비료는 식량 문제 해결에 크게 기여하였는데요. 암모니아는 흔히 독특한 자극적인 냄새가 나는 무색 기체의 형태로 알고 있습니다. 암모니아는 음식과비료의 전구체로써 육상 생물에게 필요한 영양소를 제공합니다. 암모니아는 주로 다양한 제약 제품 합성 과정에 사용되며, 상업용으로판매되는 세정제에 쓰이는 편입니다.

■의류 문제

의류문제는 식물에서 얻는 면이나 마, 동물에서 얻는 비단과 같은 천연 섬유는 강도가 약하며, 생산 과정에 많은 시간과 노력이 들어 값은 합성 섬유보다 비싸고 대량 생산이 어려운 것을 말합니다.

합성 섬유는 인조 섬유의 일종으로, 저분자 화합물을 원료로 하여 화학적으로 합성한 고분자 물질로 형성되어 있는 섬유를 말합니다. 1912년에 만들어진 폴리염화비닐섬유가 가장 오래되었는데, 1938년 미국에서 나일론이 만들어지고나서 급격히 그 종류가 많아졌고, 오늘날에는 실용적으로 쓰이는 합성 섬유만 10종류 정도 있습니다. 

합성 섬유는 천연 섬유에 비해 흡수하고 습착하는 흡습이 좋지 않고, 질기고 쉽게 닳지 않습니다. 또, 대량 생산이 가능하고, 세탁이 간편하고 해충과 곰팡이의 피해가 없습니다. 그리고 다양한 기능의 섬유를 제작할 수 있습니다.

■주거 문제

주거 문제는 산업 혁명 이후 인구의 급격한 증가로 인해 대규모 주거 공간이 필요해진 것을 말합니다. 화학을 통해 합성한 건축 재료로는 첫째, 철입니다. 철은 단단하고 내구성이 뛰어나 건출물의 골조, 배관 및 가전제품이나 생활용품 등에 이용됩니다. 철은 은회색 광택을 내는 전이 금속 형태이며, 지구의 핵을 구성하는 주요 성분을 말합니다.

둘째, 스타이로폼입니다. 스타이로폼은 건물 내부의 열이 밖으로 빠져나가지 않도록 하는 단열재로 사용되며, 가볍고 거의 부식되지 않지만 열에 약합니다. 스타이로폼과 같은 의미로 사용되고 있는 폴리스타이렌 발포체는 공예 분야에도 사용되고 있습니다.

셋째, 시멘트입니다. 시멘트는 석회석을 가열하여 생석회로 만든 후 점토와 섞은 건축 재료입니다. 오늘날 시멘트로 불리는 것이 포틀랜드 시멘트인데요. 이것의 주성분은 석회, 실리카, 알루미나, 산화철 등입니다. 시멘트는 주요 건설자재로서 콘크리트 또는 시멘트를 주원료로 한 2차 제품용으로 사용되는데, 슬레이트, 기와, 기포 콘크리트, 전주, 관 등 생활주변에서 시멘트 제품은 흔히 볼 수 있습니다.

넷째, 콘크리트입니다. 시멘트에 물, 모래, 자갈 등을 섞은 건축 재료이며, 압축에는 강하지만 잡아당기는 힘에는 약합니다. 독일을 중심으로 철근콘크리트의 개발이 계속되어 최근에는 댐이나 포장도로, 교량 등의 토목공사나 건축용 구조재료의 중심이 되고 있습니다.

다섯 째, 철근 콘크리트입니다. 철근 콘크리트는 콘크리트 속에 철근을 넣어 콘크리트의 강도를 높인 것으로 주택, 건물, 도로 등의 건설에 이용됩니다. 

여섯 째, 유리입니다. 유리는 모래에 포함된 이산화 규소를 원료로 만들며, 건물의 외벽과 창 등에 이용됩니다. 유리는 일상생화에서 흔히 볼 수 있는 도자기나 폴리머를 사용한 유리는 이산화 규소보다 가벼워서 유리병이나 안경과 같은 많은 응용 분야에 널리 사용되고 있습니다.

■차시 예고

지금까지 화학을 통한 식량 문제, 의류 문제, 주거 문제를 해결하기라는 주제로, 의식주의 결핍으로 생기는 다양한 문제를 화학을 통해 해결하고 오늘날 쓰이는 것까지 알아보았습니다. 다음 시간에는 탄소 화합물에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 지금까지 학습코치 부이쌤이었습니다.