광석·모래·석탄·나무는 인간 삶의 버팀목
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변종철 제주대학교 명예교수, 전 제주대학교 자연과학대학 학장

인간은 자연이라는 무궁무진한 혜택의 원천을 무한정 이용하고 있다. 그렇지만 인간은 자연에 무작정 의존하는 것보다 자연과 함께 호흡할 수 있는 측면을 다각도로 고민해야 된다. 인간에 필요한 것은 자연을 보존·관리하면서 최소한의 자연의 선물을 이용하여 인간의 노력에 의해 손에 넣어야 한다.

콘크리트로 축조한 집에 살며, 가구 또는 책, 전자제품과 TV로 둘러싸여 있고, 부엌에는 다양한 주방용품이 나열되어 있다. 이들의 출발물질은 돌, , , 석유, 석탄, 공기, 나무, 동물 등이다. 그들의 기본이 되는 재료들의 종류는 그다지 많지 않다. 이들은 자연으로부터 얻은 최대의 선물이다.

실질적으로 TV도 그 근본을 살펴보면, , 모래, 석탄, 공기를 가공하여 만든 것이다. 이들은 TV 제작에 주재료인 유리, 금속, 플라스틱, 목재 등의 뿌리이다. 금속은 광석에서 얻고, 그리고 유리는 모래, 플라스틱은 석탄과 공기 등으로부터 제조한다.

이런 측면에서 가공과 합성 기술을 생각해보면, 화학은 지구상에서 최고 경지의 마술이며 예술인 걸작품을 창출한다. 걸작품의 향기를 모르면 마술, 알면 과학이라고 했던가!

공기도 과학 발전에 훌륭한 재료이다. 로켓연료인 산화제, 접착제, 플라스틱, 암모니아, 질산, 질소비료, 약품, 도료, 폭약, 합성고무 등 수많은 것들이 공기를 재료로 재탄생한 것이다. 이것이 바로 과학의 향기이며, 발자취이다.

화학의 위력을 이용하면, 나무로부터도 수많은 종류의 명품을 생산할 수 있다. 이것은 메틸알콜, , 글리세린, 글루코스, 종이, 무연화학, 초산, 무두질용재, 영화용 필름, 셀룰로스, 인견 등 각양각색의 작품을 탄생시킨다. 나무도 대단한 재료이며, 자연의 버팀목이다.

여기서 인간이 수천 년 전부터 사용해온 도자기, 유리, 금속의 근본에 대해 살펴보는 것도 의미가 있을 것이다. 이런 소재에 대해 우리는 어느 정도나 알고 있을까? 이런 것들은 현재 제2의 인생을 누리고 있다.

보통 점토세공, 즉 점토로 만든 그릇은 건조되면 쉽게 부서지고, 물에 젖으면 흐물흐물해진다. 그러나, 이것을 불 속에 넣어 가열한 후 꺼낸 것은 새로운 작품으로 변모되었다. 불로 구운 점토는 물이 새지 않고 돌처럼 단단해졌다. 토기가 불에 의해 자기로 변신한 것이다. 인간은 자신이 의도한 용도에 맞춰 물질의 성질과 형태 등을 자유롭게 변화시킬 수 있음을 알게 되었다.

일반적 자기는 점토를 반죽하여 형을 만들고(성형), 온도를 조절하면서 불에 굽는다(소성). 이런 과정을 거치면 견고해진다. 여기서 또 과학자는 도전의 지표와 마주선다. 전력을 공급하는 원자력발전소의 반응로를 해결해야 된다. 반응로의 내부에서 발생하는 극심한 환경을 극복할 수 있는 새로운 재료를 찾아야 한다.

화학자들의 오랜 노력 끝에 우라늄 혹은 플루토늄에 견딜 수 있는 신소재, 세라믹스 용기가 개발되었다. 이 순간에도 세라믹스의 이용은 다양화되고 있다. 또 세라믹스는 파인 세라믹스(fine ceramics)로 변신하면서 산업현장을 열정적으로 누비고 있다.

세라믹스는 점토 등 천연원료를 사용해 열과 냉각 과정을 거쳐 마련한 무기화합물, 비금속 고체로 용기 등에 사용되었다. 이에 반하여 파인 세라믹스는 고순도의 인공 원료를 사용해서 만드는 것으로, 전자재료, 정밀기계재료 등 다양한 용도에 두각을 나타내고 있다.

신소재로서 금속, 세라믹스, 고분자라는 삼각편대가 우리의 일상생활과 산업현장에서 구축발전하는 인간의 삶 형태와 질을 변화시킬 것이다. 세라믹스는 금속이나 플라스틱과 달리 상당히 높은 온도가 될 때까지는 용융하거나 분해되지 않는다. 환언하면, 이 물질은 내열성이나 내화성이 탁월하다. 이러한 성질 때문에 제철소의 용광로, 우주선의 선미 부분 등 내열재료로서 다양한 분야에서 이용되고 있다.

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