탄소 중립 : 탄소에 대한 오해와 진실

BGM : Nightwish - Amaranth(Bye Bye Beautiful)

https://www.youtube.com/watch?v=VVBP9qRX47A 

탄소는 마녀사냥을 당하고 있다. 마치 없어져야 할 존재가 되었다. 그러나 탄소는 시들지 않는 꽃이다.

필자는 이전 포스팅을 통하여 ESG는 시대적 대세이며 이를 꼭 따르는 것이 글로벌 룰이라는 주장을 펼친 바 있다. 그러나 이번에는 그와 완전히 반대되는 이야기를 해보고자 한다. 바로 탄소이다. 탄소는 지구의 생태계 속에 꼭 필요한 원소임에도 불구하고 전 세계는 탄소 중립(Net zero carbon)을 외치고 있다. 그러한 이유는 무엇일까? 필자는 탄소에 대한 오해와 진실을 이 포스팅에서 다룰 것이며 이 탄소가 엄청난 가치가 있음을 역으로 검증하고자 한다.

 

https://gbcbaby.tistory.com/17

ESG 경영, 자본주의와의 관계는?

 

이미지출처 : LG케미토피아, https://blog.lgchem.com/2017/06/21_carbon/

신체를 구성하는 주요 원소 : 탄소

인간의 신체를 구성하는 원소는 약 60여 가지에 이른다. 그리고 인체 질량의 96%는 산소(O, 65%), 탄소(C, 18%), 수소(H, 9.5%), 질소(N, 3.2%)로 구성되어 있다. 즉, 탄소는 생물체를 이루며, 그 안에서 기관을 조직하고 생명력에 의하여 만들어지는 유기물(有機物)을 만들어 내는데 탄소가 매우 중요한 역할을 수행한다. 실제로 탄소 화합물은 알려진 것만 수천만 가지가 넘으며 지금도 꾸준히 발견되어가고 있으니 거의 무한대에 가능성을 가지고 있는 원소이다.

 

탄소화합물은 생명이 가지고 잇는 가장 기본골격(backbone)이다. 탄소와 탄소, 탄소와 수소의 공유결합은 유기 분자의 기초를 형성하고 있다. 여기에 산소, 질소 및 인과 같은 다른 원소는 탄소와 공유결합을 할 수 있으며 유기분자의 구조 및 화학적 성질을 변경함으로써 생명에 중요한 생체분자(biomolecule or biological molecule, 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산 등)로서의 역할을 한다. 

 

생명체가 가지고 있는 특징을 알아보자.

 

1) 생명은 물이라는 액체와 탄소화합물이라는 생체분자를 통해 생명체라는 구조를 만들어 생존한다.

2) 모든 살아있는 생명체의 구조는 세포막으로 나뉘고 내부구조를 형성하며 유전정보를 저장한다.

3) 생체분자는 세포의 성장, 발달 및 재생산에 필요한 활동을 수행한다.

4) 생명체는 물로 인해서 액체의 특징을 가지고 있고, 탄소화합물로 인해 고체처럼 구조를 가지고 있다.

5) 물은 만능 용매(universal solvent)로서 모든 물질을 녹이고, 생명체에 존재하는 물도 모든 생체분자를 녹인다.

6) 유전자(DNA)에서 시작한 모든 단백질은 물에서 물질 반응을 촉매 한다.

 

탄소는 생태계와 생명을 구성하는 아주 중요한 원소임을 우리는 알 수 있으며 만약 탄소가 지구상에 존재하지 않는다면 모든 생명체는 멸종될 것이라고 우린 예상할 수 있다. 심지어 나무 등의 식물들도 생존을 위하여 광합성 작용을 한다. 이 광합성 작용은 인간의 호흡과 반대 개념이다. 이산화탄소를 흡수하여 광합성 작용을 통하여 산소를 배출하므로 식물들은 생태계에서 꼭 탄소가 필요한 것이다.

 

<참고 사이트 : 한국의약통신, 생명은 자극에 반응할 뿐 예측하지 않는다 [제357호] , 2018.02.14, http://www.kmpnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=30667 >

생명은 자극에 반응할 뿐 예측하지 않는다 - 한국의약통신

공학과 산업에서는 탄소를 어떻게 활용하는가?

탄소의 어원을 살펴보자. 탄소(炭素)의 한자 탄은 숯을 의미한다. 그리고 탄소의 영어 표현인 carbon은 라틴어 carbo에서 유래하였으며 뜻은 석탄이다. 그래서 인류는 석탄과 석유 그리고 천연가스 등을 활용하여 발전 공정을 통하여 전기에너지, 열에너지 등으로 활용한다.

 

또한, 강재 소재에서도 탄소는 꼭 필요한 원소이다. 기계 부품의 주요 소재인 강재(steel)는 탄소를 혼합하여 만든다. 탄소를 혼합하면 강재의 항복강도와 인장강도가 증가한다. 그러나 너무 많이 탄소를 혼합할 경우 연성(ductile)이 줄어들어 강재가 취성화(brittle) 되는 단점도 존재한다. 게다가 강재에 탄소량이 많으면 용접성이 떨어지므로 기계를 설계할 때 용접공정이 포함되는 경우, 탄소량이 작은 강재를 선택한다. 그래서 재료공학에서는 강재의 강도를 높임과 동시에 연성을 확보하기 위하여 연성에 영향을 주는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 추가로 혼합하여 강재를 생산하기도 한다. KS D 3867 기계 구조용 탄소강 강재가 바로 그 예시 중 하나이다.

 

<참고 사이트 : e나라표준인증, 국가표준, 상세 검색-> 표준번호 검색창에 KS D 3867 입력, https://standard.go.kr/KSCI/standardIntro/getStandardSearchList.do >

국가표준 | e나라 표준인증

즉, 탄소는 중량 대비 소재 혹은 구조체의 강도를 높이는 데 결정적인 역할을 수행한다. 그렇기 때문에 우리는 탄소를 활용하여 중량을 줄이는 기술을 개발하는 데 열중하고 있다. 그 예시가 바로 자동차와 항공 등 운송 체계이다. 참 아이러니하게도 탄소 배출량을 줄이려면 중량을 줄여야 하는데 중량을 줄이면서 강도를 유지해야 하기 때문에 탄소를 써야 한다. 그래야 더 적은 에너지를 통하여 운송 체계를 움직이게 할 수 있기 때문이다. 그래서 현재 자동차, 항공기 차체에 탄소나노튜브를 결합한 신소재를 사용하는 연구를 진행 중이며 브레이크 시스템은 카본 브레이크를 도입하고 있다. 그러나 문제는 단가가 엄청 비싸다는 것이다.

 

<참고 사이트 : 케미컬 뉴스, 항공기 브레이크 교체로 탄소배출 줄인다, 2022.05.10, http://www.chemicalnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=4673 >

항공기 브레이크 교체로 탄소배출 줄인다 - 케미컬뉴스

탄소의 단점은 취성이다. 그러나 이를 극복하기 위하여 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 개발하고 있다. 탄소나노튜브란 튜브 형태의 1차원 탄소 물질의 격자 구조로 이루어진 것이 특징이다. 나노라는 단어를 통하여 이미 아실 테지만 나노는 아래의 그림과 같이 10의 마이너스 9 제곱이다. 눈에도 보이지 않는 저 격자 구조를 실타래처럼 엮어서 섬유처럼 제작하여 강도뿐만 아니라 연성도 확보할 수 있다. 게다가 가볍기까지 하니 재료공학이 추구하는 가장 이상적인 소재임은 분명하다.

나노의 뜻

그래핀(Graphene)이라는 물질을 아는가? 아마 음모론을 좋아하는 분들은 이 물질에 대하여 알 것이다. 이 물질은 종이와 같이 2차원 형태로 이루어져 있는 탄소 동소체이다. 그래핀은 현재 반도체와 같은 첨단 산업에 혁신을 일으킬 물질이라는 평가를 받고 있다. 게다가 그래핀은 DNA와 하이브리드를 형성할 수 있는 특징을 가지고 있다. 즉, DNA와 그래핀을 결합할 수 있으며 이를 통하여 인체의 상실된 신경 시스템의 기능을 늘리거나 이를 보완할 수 있는 인공신경 기관을 만드는 것을 연구하고 있다. 이러한 가능성에 우리는 주목해야 한다. 즉, 그래핀이라는 기술이 상용화가 될 시점이 되면 인체는 언제든지 개량화가 가능하다는 것이다.

 

<참고 사이트 : LG케미토피아, 원소로 보는 화학사 Vol. 004 '원자번호 6번 탄소를 소개합니다', 2017.06.21, https://blog.lgchem.com/2017/06/21_carbon/ >

원소로 보는 화학사 Vol. 004 ‘원자번호 6번 탄소를 소개합니다’

<참고 사이트 : The Science Times, 생체 시스템과도 연계되는 그래핀, 2013.03.05, https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%83%9D%EC%B2%B4-%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C%EA%B3%BC%EB%8F%84-%EC%97%B0%EA%B3%84%EB%90%98%EB%8A%94-%EA%B7%B8%EB%9E%98%ED%95%80/ >

국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송

탄소를 마녀로 만드는 여론 형성의 역사

이렇게 탄소의 활용 가능성이 무한하며 지구의 생태계를 유지하는 아주 중요한 물질임에도 왜 탄소를 마녀로 몰아가는 것인가? 우리는 1952년 영국으로 거슬러 올라갈 것이다. 필자가 주목하는 사건은 1952년 영국 런던에서 발생한 스모그사건이다. 1952년 12월 2일부터 10일간 지속된 스모그 현상으로 인하여 런던에서는 약 4천 명의 사망자가 발생하였으며 최대 1만 2천 명이 폐렴과 심장질환 등의 질환으로 사망하였다. 이 사건이 발생한 이후 전 세계적으로 환경오염의 심각성을 인식하기 시작하였으며 환경을 보호하는 비영리단체가 우후죽순 생기기 시작하였다.

 

그러나 이 스모그사건의 주원인은 오염물질 배출보다는 그 배출된 오염물질이 대기 순환이 안된 점이 더 큰 문제였다. 스모그는 연기 smoke와 안개 fog의 합성어이다. 안개의 특징이 바로 대기순환이 이루어지지 않는다는 점이다. 게다가 배출가스와 미세먼지가 포함된다면 대기 순환은 더더욱 되지 않는다. 만약 안개가 없었다면 이러한 큰 피해는 발생하지 않았을 것이다.

 

다양한 언론보도를 보면 이 스모그 사건을 안개에 집중하는 것보다는 배출된 오염물질에 집중하는 것을 알 수 있다. 물론 오염물질을 대기 중에 배출하는 것은 문제가 맞다. 하지만 안개에 의한 정체 현상에 대해서는 축소 보도하고 있다는 점에 주목해야 한다. 이는 인류가 오염물질 배출에 대한 경각심을 크게 키우기 위한 하나의 언론 전략이기 때문이다.

 

<참고 사이트 : 이투뉴스, 런던스모그 사건이 환경개념 바꿨다, 2010.09.30, https://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=43227 >

런던스모그 사건이 환경개념 바꿨다 - ::: 글로벌 녹색성장 미디어 - 이투뉴스

 

그리고 현재는 이산화탄소가 바로 우리의 적이 되었다. 이산화탄소가 대기 중에 많아지면 기후가 변해서 생존에 위협을 받는다고 각종 언론이 보도하고 있다. 그리고 실제로도 지구상의 평균 온도는 증가하고 있으며 전 세계에서는 이상 기후 현상이 연이어 보도되고 있다. 필자는 환경오염이라는 이 주제가 1952년부터 지금 현재까지 여론이 만들어낸 하나의 현상이라고 생각하고 있다. 

탄소를 마녀사냥하는 여론의 목적은 무엇인가?

여기서부터는 필자의 주장이자 추론이다. 그러나 그 근거는 위에 명시한 것이다.

 

첫 째, 일반인이 탄소에 접근하는 모든 루트를 사전에 차단하는 것이다. 즉, 탄소를 통하여 새로운 사업을 진행한다거나 탄소를 통하여 새로운 시장을 만드는 모든 행위를 차단함으로써 탄소를 활용하는 것은 오로지 세력만이 가능하게 만드는 것이다.

 

둘 째, 탄소세를 도입하기 위한 명분을 만드는 것이다. 인간은 호흡을 통하여 생명을 유지한다. 호흡은 산소를 흡수하여 이산화탄소를 내뱉는다. 따라서, 탄소세를 도입하게 되면 이제 인간은 숨만 쉬어도 세금을 내야 한다. 만약 이 글을 읽는 당신이 강아지나 고양이 등과 같이 반려동물을 키운다면 반려동물이 호흡하며 발생된 탄소량을 계산하여 세금을 내야 할 것이다.

 

https://gbcbaby.tistory.com/73

ESG가 만드는 세상 - 탄소세 도입의 함의는?

 

셋 째, 국가가 원하는 인간을 생산할 수 있다. 그래핀의 DNA 결합을 통하여 DNA를 조작할 수 있게 되면 이제 정부는 원하는 인간을 언제든지 생산할 수 있게 된다. 이 경우 이제 인간은 가정을 이룰 필요가 없어진다. 필자는 그래서 전 세계에 페미니즘과 성소수자를 뿌리내려지는 것이 가정의 파괴를 그 목적으로 한다고 생각한다. 인간이 사회를 구성하는 가장 기초적인 단위는 바로 가정이다. 그런데 이 가정이라는 존재는 이를 구성하는 인간들의 국가, 역사, 가문, 사상, 공동체 정신 등의 요소에 의하여 다양한 인간이 창조된다. 이러한 다양성은 국가와 세계를 다스리는 정부의 입장에선 변수에 해당한다. 그러나 이제 그래핀과 DNA 결합을 통하여 변수를 제거할 수 있는 가능성이 생겼다.

 

넷 째, 탄소의 양이 너무 적다는 것이다. 탄소는 4차 산업혁명에 매우 중요한 원소이다. DCO 연구팀은 지구 안에 묻혀 있는 탄소의 양이 184경 5000조 톤이라고 추산했다. 또 지구상에 분포돼 있는 탄소량이 43조 5000억 톤으로 추산했는데 이는 0.0023%에 불과한 양이다. 이를 확보하는 데 들어가는 비용과 시간이 만만치 않은 것이다. 따라서, 세력은 탄소포집활용기술(Carbon Capture Utilization, CCU)을 서둘러 개발하고 확보해야 한다. 상상해 보라. 모든 제품에 탄소가 들어가야 되고 심지어 인간의 신체에도 탄소를 써야 하는데 존재하는 탄소량이 너무나도 적다면 말이다.

 

<참고 사이트 : The Science Times, “지구의 탄소순환 체계 심각한 수준”, DCO, 지구 탄소량 측정…43조 5000억 톤 추정, 2019.10.02, https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%A7%80%EA%B5%AC%EC%9D%98-%ED%83%84%EC%86%8C%EC%88%9C%ED%99%98-%EC%B2%B4%EA%B3%84-%EC%8B%AC%EA%B0%81%ED%95%9C-%EC%88%98%EC%A4%80/ >

국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송

글을 마치며

2018년 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)와 시즈오카대학교 연구진은 우주공간에서 두 위성을 연결하는 길이 10m의 강철 케이블 위에서 미니 엘리베이터를 작동시키는 실험을 진행하였다. 이 실험을 진행하는 최종 목적은 지구와 달을 연결하고 엘리베이터를 설치하여 지구와 달을 이동하는 운송수단을 만드는 것이다. 이 우주엘리베이터를 만들기 위해서는 정지 고도인 36,000km에  엘리베이터 정거장을 설치하고 달까지 엘리베이터 작동 통로를 만들어야 한다. 이 작동 통로를 만드는 주요 소재가 바로 탄소나노튜브의 결합체이다. 그리고 달까지 연결하는 데 필요한 연결 길이는 최대 384,400km - 36,000km = 348,400km이다. 만약 이를 성공시킬 수 있다면 건설 비용은 약 90억 달러이며 운송비는 kg당 200달러 이므로 우주로 가는 비용을 획기적으로 개선할 수 있다.

 

게다가 수소 산업과 소형모듈 원자력(SMR) 발전을 전 세계적으로 뿌리내리려는 의도도 필자는 탄소에 있다고 생각한다. 에너지를 발전시켜 사용해야 하지만 이를 탄소를 통해 진행하기에는 너무나도 탄소량이 적기 때문이다. 

 

https://gbcbaby.tistory.com/47

수소 경제 수소 산업 육성의 필요성과 미래 전망

 

이러한 대규모 사업을 벌이기 위해서 탄소가 절대적으로 필요한 상황인 것이다. 따라서 결국 탄소가 인류에게 마녀처럼 몰린 것은 인류가 탄소의 가치를 알아보지 못하게 함과 동시에 인류가 탄소에 접근하지 못하게 막기 위함인 것이다.