어린이과학동아&수학동아 기사

 안녕하세요? 정윤수 기자입니다

 저는 국립과천과학관에서 열리는 탄소C그널 전시에 다녀왔습니다.

 최근 탄소와 관련된 많은 이슈가 나오고 있습니다. 그런 상황에서 이번 전시에서는 우리가 기존에 알고 있지 못했었던 탄소에 관해서 설명해주기도 하고 탄소와 관련된 각종 문제들을 해결하는 방법들이 나와 있어서 많은 도움을 주는 전시라고 생각해서 이번에 기사로 쓰게 되었습니다.

우리가 몰랐던 탄소

 탄소는 우리 주변에 다양한 화합물의 형태로 존재합니다. 탄소는 전자가 도는 가자 바깥쪽 껍질에 전자가 4개 더 들어갈 수 있는 공간이 있습니다. 탄소는 안정적으로 있기 위해서 그 공간을 메우려고 합니다. 이때 탄소는 다른 원자들과 결합해서 화합물의 형태가 됩니다. 이것을 공유결합이라고 합니다. 다른 탄소의 특징으로는 탄소는 탄소끼리만 결합해서 탄소동소체를 만든다는 것입니다. 탄소동소체에는 대표적으로 흑연과 다이아몬드가 있습니다. 탄소동소체란 흑연은 전기가 통하지만 다이아몬드는 전기가 통하지 않는 것, 탄소는 물렁하지만 다이아몬드는 단단한 것처럼 오직 탄소만으로 만들어졌지만 서로 성질이 다른 것을 의미합니다. 그리고 과학자들은 이것을 발전시켜서 직접 나노 단위의 탄소 동소체를 만들었습니다. 이의 첫 번째는 그래핀입니다. 그래핀은 흑연에서 한 겹을 떼어내는 방식으로 만들어서 잘 휘어집니다. 이 성질은 휘어지는 디스플레이를 만들 때 응용됩니다. 두 번째는 플러렌입니다. 플러렌은 탄소원자 60개로 만든 공 모양입니다. 그리고 이를 태양광전지판 등에 쓰기 위해서 연구를 하고 있습니다. 세 번째는 탄소나노튜브입니다. 탄소나노튜브는 도체가 되기도 하고 부도체가 되기도 하는 성질을 활용해서 차세대 전지로 쓰기 위해 연구 중입니다. 마지막은 사이클론카본입니다. 사이클론 카본은 탄소분자 18개로 이루어진 고리분자입니다.

탄소가 없어지면 어떻게 될까?

 지구는 암권, 수권, 기권, 생물권으로 이루어져 있습니다. 이들은 서로 탄소와 관련된 상호작용을 합니다. 기권과 생물권끼리는 호흡, 부패와 광합성 등을 통한 상호작용이 있습니다. 그리고 암권과 생물권끼리는 매장을 통해 상호작용을 합니다. 수권과 생물권은 호흡, 플랑크톤, 광합성 등을 통해서 상호작용을 합니다. 또 기권과 수권끼리는 해수용해, 풍화, 증발 등을 통해서 상호작용을 하는 관계입니다. 기권과 암권끼리는 화산연료 분출, 화석연료 연소 등을 통한 상호작용을 합니다. 마지막으로 암권과 수권은 화산분출, 퇴적암 생성으로 상호작용을 합니다.

 지구는 이 상호작용을 통해서 안정적으로 유지될 수 있습니다. 하지만 이 상호작용이 탄소를 기반으로 하는 것이므로 만약 탄소의 순환이 제대로 이루어지지 않는다면 지구가 매우 불안정해질 수 있습니다.

탄소가 일으키는 문제와 해결하는 방법

이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 대표적인 물질입니다. 지구의 평균기온의 상승 정도를 나타내는 가열화 줄무늬를 보면 약 2010년부터 지구가 급격하게 뜨거워졌다는 것을 알 수 있습니다. 이는 약 2010년부터 이산화탄소 등의 온실가스가 급격히 많아져서 지구온난화를 일으켰다는 것을 의미합니다. 이로 인해서 바다도 뜨거워져 산호초가 백화현상을 겪으면서 파괴되었습니다. 그래서 산호초를 중심으로 한 바다의 생태계가 망가지고 있습니다. 이러한 탄소를 흡수하는 가장 간단한 방법은 숲을 만드는 것입니다. 하지만 우리나라의 숲에 있는 나무 중 대부분이 탄소를 많이 흡수할 수 있는 생장기를 지나서 탄소를 흡수하는 능력이 떨어졌습니다. 나무를 통해서 탄소를 흡수하기 위해서는 새롭게 탄소를 흡수하는 도시 숲을 만들거나 오래된 나무 중 일부를 배어낸 후 그 자리에 어린 나무를 심는 방법이 있습니다. 탄소저장고로써 바다의 기능을 회복하는 것도 하나의 해결방법입니다. 산호초, 갯벌, 염습지, 고래와 같은 해양동물, 플랑크톤 등의 블루카본을 복원할 수 있도록 노력해야 합니다.

 이 밖에도 대기 중 이산화탄소를 처리하는 기술인 탄소 포집, 이용, 저장 기술을 이산화탄소를 배출하는 화석연료 사용공정에 적용하면 획기적으로 대기 중에 있는 이산화탄소를 줄일 수 있을 것입니다. 이 기술은 총 3가지 단계로 나뉩니다. 첫 번째는 탄소포집입니다. 이는 대기 중에서 이산화탄소만 포집하는 기술입니다. 두 번째는 탄소이용입니다. 이 기술은 포집된 이산화탄소를 가치가 있는 제품원료로 저장하는 것입니다. 실제로 이산화탄소를 이용해서 폐지를 고급종이로 재활용 할 수 있는 기술이 개발되었습니다. 마지막은 탄소저장입니다. 이것은 포집된 이산화탄소가 대기로 배출되지 않도록 저장하는 기술입니다. 우리나라에서는 2025년부터 가스 생산이 중지될 동해가스전의 가스가 모여 있었던 층에 탄소를 집어넣어서 저장할 계획이 있습니다. 그리고 이 층은 누출 경로가 없으므로 안전하게 탄소를 저장할 수 있습니다.

 또 탄소는 에너지와도 관계가 있습니다. 우리나라가 전기를 만드는 수단은 석탄, 가스, 원자력, 수력, 풍력, 태양광 등이 있습니다. 이 중 석탄과 가스는 전기를 만들 때 탄소가 발생해서 지구온난화를 일으킵니다. 그리고 이는 한번 쓰면 다시는 쓸 수 없게 됩니다. 그래서 우리는 이 외의 원자력, 수력, 풍력, 태양광 등의 에너지를 사용하는 것이 좋습니다. 하지만 원자력은 방사능에 대한 문제가 있습니다. 그리고 그 외의 수력, 풍력, 태양광은 항상 일정하게 전기가 만들어지는 것이 아니므로 추가로 에너지를 저장하는 시설을 만들어야 하고 우리나라의 환경적 조건 때문에 쉽게 전기를 만들 수가 없습니다. 그래서 우리는 어쩔 수 없이 화석연료를 써야 합니다. 그리고 이 외에도 우리는 생활 곳곳에서 탄소를 배출시켜서 만들 수 있는 것들을 꼭 필요로 합니다. 그래서 우리는 탄소와 동행을 해야 합니다. 탄소와 동행을 하는 방법은 탄소를 무조건 안 배출시키는 것이 아니라 탄소를 배출시키더라도 다시 흡수할 수 있는 장치를 만드는 것이라고 생각합니다.

 지금까지 탄소에 대해서 알아보았습니다. 전시 끝부분에는 플라스틱 돌, 플라스티글로머레이트로 만든 작품이 있습니다. 플라스티글로머레이트는 탄소로 이루어진 플라스틱이 자연의 돌과 만나면서 새롭게 탄생한 돌입니다. 이 돌은 생물의 집이 되기도 합니다. 저는 이를 보면서 우리가 배출한 많은 플라스틱이 생태계를 파괴하기도 하고 어쩔 수 없이 생물들이 같이 살아가고 있는 것을 보면서 제가 사용한 플라스틱이 위와 같이 변했을 수도 있다는 생각에 죄책감이 들었습니다. 

 이 전시를 통해서 탄소는 지구의 일부로써 우리의 일상 속에 스며들어서 우리에게 많은 영향을 주고 있다는 것을 알게 되었습니다. 앞으로 생활 속의 탄소를 유용하게 사용할 수 있는 기술이 발전해서 지구와 인류가 함께 동행했으면 좋겠습니다.