[과학향기][과학상식]수명 가장 짧은 곤충, 하루살이 아니다?

제 1952 호/2013-09-09

수명이 가장 짧은 곤충은 무엇일까?

곤충의 수명은 기온이나 먹이와 깊이 관련돼 있다. 현재까지 알려진 한 세대가 가장 짧은 곤충은 진딧물이다. 1960년 일본 도쿄과학대학의 노다 박사가 발견한 한 진딧물은 섭씨 25도의 온도에서 4.7일 만에 한 세대가 사멸했다. 1971년 미국 플로리다대학의 구티에레스 박사에 따르면 20도에서 아카시아진딧물이 5.8일 살았다. 또 1989년 발표된 연구에 따르면 26도에서 기장테두리진딧물이 한 세대를 마치기까지 5.1일 걸렸다.

얼핏 수명이 가장 짧은 곤충으로 떠올리기 쉬운 ‘하루살이’는 실제로 1년 정도 산다. 그럼에도 하루살이라는 이름이 붙은 까닭은 물속에서 유충상태로 대부분의 시간을 보내기 때문이다. 성충이 되어 물 밖으로 나온 후에는 짝짓기를 하고 하루 안에 죽게 된다. 물론 종(種)에 따라 수일~일주일 이상 사는 경우도 있다.

출처 : 과학향기 

[과학향기]곰팡이가 질병으로부터 인류를 구해낸 사연

  

제 1949 호/2013-09-04

수백 년 전만해도 인간의 평균수명은 불과 20~30살에 불과했다. 태어난 아이 10명 중 3명은 1살도 되기 전에 사망했으며, 절반 정도는 10살 이전에 사망했다. 그 이유는 천연두, 홍역, 말라리아, 콜레라, 이질, 설사, 폐렴, 패혈증 같은 질병 때문이었다.

오랫동안 인류는 질병의 원인을 알지 못했다. 기껏 귀신의 저주이거나 나쁜 공기에 의한 것이라고 짐작했을 뿐이었다. 인간이 걸리는 질병의 대부분이 미생물 때문이란 사실을 밝힌 사람은 파스퇴르와 코흐였다.

미생물에 의한 질병으로부터 인류를 구하기 위한 노력은 예방과 치료 두 가지로 형태로 발전했다. 이중 예방법은 좀 더 빨리 등장했다. 1796년 에드워드 제너는 천연두를 막기 위해 우두를 만들어 최초로 예방접종을 했다.

그러나 미생물을 직접 억제하거나 죽이는 항생제를 찾는 일은 쉽지 않았다. 먼저 특정 질병은 특정 병원균 때문에 생긴다는 이론이 확립됐다. 그중 독일의 에를리히는 매독균을 억제하는 특효약을 발견하기 위해 노력했으며 무려 606번의 실험 끝에 비소화합물인 살바르산 606호를 만들어냈다. 당시 매독 치료제로 썼던 수은은 부작용이 많고 효과는 적었던 것에 비해, 살바르산은 화학요법이 가능하다는 것을 보여준 최초의 사례였다.

[그림] 페니실린을 찾아낸 알렉산더 플레밍. 사진 출처 : 위키미디어

그러나 여러 항생물질은 인간에게도 해롭다는 것이 문제였다. 그런 점에서 인류 최초의 항생제는 영국의 알렉산더 플레밍이 찾아낸 ‘페니실린(Penicillin)’이라 할 수 있다. 플레밍은 1881년 스코틀랜드에서 농부의 아들로 태어나 세인트 메리 의과대학에 들어가 미생물학자가 됐다. 그는 페트리접시라는 특수한 배양접시에 미생물을 키우면서 미생물의 성장을 억제하는 물질을 찾아내는 일에 관심을 가지고 있었다. 이런 연구를 통해 눈물에서 추출한 라이조자임(Lysozyme)이라는 효소가 몇몇 박테리아의 성장을 억제한다는 사실을 밝힌 바 있다.

종종 위대한 발견에는 행운이 따르는 법이다. 플레밍이 일하던 실험실의 아래층에서는 곰팡이를 연구하던 라투슈가 실험을 하고 있었다. 1928년 여름 플레밍은 포도상구균을 기르던 접시를 배양기 밖에 둔 채로 휴가를 다녀왔다. 휴가에서 돌아온 플레밍은 페트리접시를 확인하던 중 푸른색 곰팡이가 페트리 접시 위에 자라있고 곰팡이 주변의 포도상구균이 깨끗하게 녹아있는 모습을 발견했다.

그냥 재수 없는 일이라고 넘길 수도 있었다. 그러나 그는 곰팡이가 포도상구균의 성장을 막고 있다는 것을 알아차렸다. 나중에 알려진 사실이지만, 푸른곰팡이의 대부분은 페니실린을 만들지 못하고 오직 페니실리움 노타툼(Penicillium notatum)만이 페니실린을 만든다. 그리고 이 특별한 곰팡이는 아래층의 라투슈의 연구실에서 올라와 플레밍의 페트리 접시에서 자리를 잡고 자란 것이었다.

플레밍은 문제의 곰팡이를 배양했다. 그리고 배양된 곰팡이를 새로운 액체 배지에 옮기고, 다시 1주일이 지난 뒤 배양액을 1000분의 1까지 희석했는데도 포도상구균의 발육이 억제됐다. 이로써 곰팡이가 생산해 내는 어떤 물질이 강력한 항균작용을 나타낸다는 점이 확실해졌다. 그 곰팡이는 페니실리움(Penicillium)속에 속했으므로 그 이름을 따서 곰팡이가 만든 물질을 페니실린(penicillin)이라고 불렀다.

페니실린은 포도상구균 외에도 여러 종류의 세균에 대해 항균작용을 나타냈다. 특히 연쇄상구균, 뇌수막염균, 임질균, 디프테리아균 등 인간과 가축에 무서운 전염병을 일으키는 병원균들에 효과가 컸다. 이와 더불어 페니실린은 다른 약물들에 대체로 취약한 인간의 백혈구에 전혀 해를 끼치지 않는다는 점과 페니실린을 생쥐에 주사해도 거의 해가 없다는 사실을 확인했다. 플레밍은 이듬해인 1929년 연구결과를 ‘영국 실험병리학회지’에 발표했다.

그러나 페니실린 상용화에는 중요한 장애물이 있었다. 곰팡이를 직접 인간에게 투입할 수는 없기 때문에 페니실린을 약품으로 정제해야 하는데 플레밍에게 쉬운 일이 아니었다.

다행히 플레밍의 위대한 발견은 오스트리아 출신 플로리와 유대계 독일인 체인 덕분에 사장되지 않고 세상에 나올 수 있었다. 1935년 옥스퍼드 대학의 병리학교수로 발령받은 플로리는 곧 체인을 화학병리학 실험 강사로 채용했다. 플로리는 전부터 눈물과 침 등 점액에 들어있는 라이조자임에 관한 플레밍의 논문에 관심이 있었다. 플로리는 1937년 체인과 공동으로 라이조자임을 정제하는데 성공했다. 그들은 라이조자임을 연구하는 동안 항균물질에 대한 논문을 많이 읽었는데 특히 플레밍의 페니실린 논문을 읽고 흥미를 느꼈다.

1939년 플로리와 체인은 페니실린 연구에 착수했고 반년 동안의 노력 끝에 페니실린을 정제해 결정을 얻는데 성공했다. 그들은 정제된 페니실린으로 동물실험을 거듭해 1940년 의학 저널 ‘란셋’에 페니실린이 강력한 전염병 치료 효과를 갖고 있다는 연구결과를 발표했다.

이제 남은 것은 인간 대상의 임상시험이었다. 이듬해인 1941년 인간에게 최초로 페니실린이 투여됐다. 패혈증으로 회복 가능성이 전혀 없는 앨버트 알렉산더에게 페니실린 200mg이 투여된 것이다. 페니실린은 3시간 단위로 투여됐는데 그 효과는 놀라웠다. 24시간도 안 돼 알렉산더의 상태가 눈에 띄게 좋아진 것이다. 체온이 정상으로 떨어지고, 곪아가던 상처가 낫기 시작했으며 입맛도 돌아왔다. 사람들은 기적이 일어낫다고 생각했다. 엿새 만에 임상약이 떨어지는 바람에 알렉산더는 사망했지만, 이 임상시험 페니실린의 효능을 세상에 확실하게 알린 사건이었다.

페니실린은 제2차 세계대전 중 상용화에 성공해 1943년부터 사용되기 시작했다. 1944년부터는 민간에도 사용돼 수많은 전염병 환자의 목숨을 구할 수 있었다. 플로리와 체인은 페니실린의 개발자인 플레밍과 함께 1945년 노벨 생리의학상을 수상했다. 이렇듯 페니실린의 발견은 인간이 미생물과의 싸움에서 엄청난 무기를 획득하게 된, 역사적으로 매우 중요한 사건이다.

글 : 서홍관 국립암센터 가정의학과 의사

출처 : 과학향기 

[과학향기][실험]호박 화석, 집에서 만들 수 있다?

  

제 1944 호/2013-08-28

인도와 중국 티베트 사이에 위치한 히말라야 산맥에서는 화석이 많이 발견된다. 놀라운 점은 조개나 산호, 물고기 등 수생생물의 화석이 발견된다는 것이다. 히말라야 산맥은 세계에서 가장 높은 에베레스트 산(최고 8,848m)을 비롯해 높고 험한 산이 많은 것으로 유명하다. 그런데 어떻게 그 높은 산꼭대기에서 수생생물이 화석으로 발견된 걸까?

화석은 지질 시대에 살았던 동식물의 유해나 활동 흔적이 퇴적물에 남아 그대로 보존돼 있는 것을 말한다. 한자를 풀이하면 ‘될 화(化)’와 ‘돌 석(石)’자로 ‘돌이 된다’는 뜻이다. 이처럼 오래 전에 살았던 식물이나 동물이 돌처럼 단단해진 것을 통틀어 ‘화석(化石)’이라고 한다.

화석은 어떻게 만들어지는 것일까? 화석을 직접 만들어 보며 화석이 왜 우리에게 중요한지, 고생물학자들은 왜 끊임없이 화석을 발굴하고 연구하는지에 대해 알아보자.


[교과과정]
초등 4-2 지층과 화석
중 1 지각의 물질과 변화
중 1 지각 변동과 판 구조론

[학습주제]
화석이 만들어지는 원리 이해하기
지구의 역사와 지각 변동
화석의 중요성 이해하기

<실험 방법 및 원리>

<실험 동영상>

* 실험 참고사항 :
• 액화수지, 경화제는 온라인 과학교구사에서 구입할 수 있습니다.
• 액화수지는 냄새가 나는 물질이니 환기가 잘 되는 곳에서 실험하세요.
• 액화수지에 경화제를 넣고 저을 때 가능한 기포가 생기지 않도록 주의하세요.
• 액화수지가 굳는 동안 열이 발생해 뜨거우니 손이 데지 않도록 주의하세요.
• 조개껍데기 대신 작고 단단한 물건을 넣어서 나만의 화석을 만들어 보세요.


액화수지에 경화제(액체를 빠르게 굳히기 위해 첨가하는 물질)를 넣으면 액화수지가 열을 내며 굳기 시작한다. 액화수지가 완전히 굳기 전에 조개껍데기를 넣으면 용액이 점차 굳어지며 투명하고 단단한 수지 안에 조개가 갇히게 된다. 이런 식으로 과거에 살았던 동식물이 지질학적 과정을 통해 지층 속에 묻혀 형성된 것이 화석이다.

지층에 묻힌 것만 화석이 되는 것은 아니다. 소나무의 끈적끈적한 수액이 굳어진 것을 호박이라고 하는데, 호박 안에 곤충이 갇혀 화석이 되기도 한다. 액화수지 안의 조개는 호박 속에 갇힌 곤충처럼 생화학적 성분이 보존돼 있다. 이런 화석을 ‘화학화석’이라 부른다.

[그림]호박 안에 갇혀 화석이 된 거미.
사진 출처 : 위키미디어

고생물들이 모두 화석으로 남는 것은 아니다. 화석으로 남기 위해서는 몇 가지 조건이 충족돼야 한다. 우선 당시에 그 생물이 번성해야 하고, 생물이 죽은 후 바로 퇴적물 속에 묻혀 분해되지 않아야 하며, 껍질이나 골격 등 딱딱한 부분이 있어야 한다. 일반적으로 연약한 조직은 분해돼 사라지고 딱딱한 부분만 화석으로 남기 때문이다. 단, 공룡의 발자국과 같은 생물의 흔적도 화석에 포함된다. 이런 화석은 ‘흔적화석’이라고 한다.

• 화석 발굴이 중요한 이유
이제 서두에 대한 답변이 나올 차례다. 히말라야 산맥에서 조개나 물고기 화석이 많이 발견됐다는 것은 오래전 언젠가, 히말라야 산맥이 바다였다는 뜻이다. 이처럼 화석을 관찰하면 과거 그 지역이 어떤 환경이었는지 유추할 수 있다. 예를 들어 산호의 화석이 발견된 지층은 한때 예민한 산호가 살 수 있을 정도의 수질과 수온, 수심을 갖추고 있었다는 것을 의미한다. 생물은 여러 지질 작용과 화학적인 변화를 거치면서 화석이 된다. 나중에 암석이 땅 위로 솟아오르고 지표면이 깎이게 되면서 드러나게 된다.

산호처럼 과거 그 지역의 환경을 구체적으로 유추할 수 있도록 돕는 화석을 ‘시상화석’이라고 한다. 시상화석이 되기 위해서는 특정 환경에서만 살 수 있다는 조건이 충족돼야 한다. 예를 들어 산호는 따뜻하고 얕은 바다에서만, 고사리는 따뜻하고 습기가 많은 땅에서만 서식한다.

화석이 발견되는 지층이 언제 생긴 것인지 알려 주는 ‘표준화석’도 있다. 표준화석이 되기 위해서는 살았던 기간이 짧고, 서식지가 지구상에 넓게 분포해 있었으며, 독특한 특징을 가지고 있어야 한다. 지구는 약 45억 년 동안 몇 번의 큰 변화를 겪으며 서식하는 생물의 종류도 크게 변했다. 이런 변화를 기준으로 지구의 역사를 크게 선캄브리아대, 고생대, 중생대, 신생대의 네 부분으로 나눌 수 있다. 각각의 시대에만 살았던 대표 생물로는 고생대의 삼엽충, 중생대에는 공룡과 암모나이트, 신생대에는 매머드와 검치호랑이 등이 있다. 고로 이들이 화석으로 발견되면 그 지층이 생긴 시대를 유추할 수 있다.

이렇듯 화석은 지구의 역사와 생명의 진화를 설명하고 증명해 주는 중요한 자료다. 화석으로 나타나는 다양한 생물들을 연구하면 생물이 환경에 어떻게 적응하고 진화해 왔는지, 왜 멸종을 맞이했는지 등을 유추할 수 있다. 더 나아가 지구의 미래를 예측할 수도 있는 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

출처 : 과학향기

[과학향기]에어컨 없이도 시원한 건축물의 비밀!

에어컨 없이도 시원한 건축물의 비밀!  

제 1939 호/2013-08-21

한낮의 관공서에서는 땀을 뻘뻘 흘려대는 와중에도 에어컨만은 가동시키지 않고 버틴다. 멀리 창밖으로 보이는 시원스러운 전경은 그저 그림의 떡일 뿐이다. 전력난이 최고조에 이른 지난 주 초에는 어두운 실내에서도 불까지 끄고 지낼 정도였다.

전력 수급 비상에 무더위까지 겹친 여름날, 가장 고달픈 곳은 뜻밖에도 초현대식으로 지은 첨단 건물들이었다. 햇볕은 고스란히 쏟아져 들어오는데도 열리는 시늉 정도만 하는 창문을 지닌 건물 내부는 말 그대로 찜질방이 돼 버렸다. 언젠가부터 공공건물을 중심으로 유리로 뒤덮인 건축이 유행하기 시작했다. 이러한 건축양식은 주거용 건물에까지 영향을 미치고 있다.

유리를 대폭 활용한 건축방식이 유행하는 데는 나름의 이유가 있다. 유리 건축은 그 자체로 현대적인 세련미를 물씬 내고 풍요와 개방성을 상징한다. 1851년, 런던에서 수정궁이 선보였을 때 엄청난 반향을 몰고 왔던 까닭도 유리로 뒤덮인 건물이 그때까지의 어떤 건물과도 다른 세련미를 보이면서도 기술력과 물질적 풍요를 과시했기 때문이다. 수정궁은 철골 구조라는 신기술과 유리라는 새로운 벽면 재료를 활용해 미래의 건축을 한 발 앞서 제시하고 후대의 건축에 중요한 영향을 주었다.

그러나 현대식 유리 건축은 중요한 결점을 안고 있다. 널찍하고 시원스러운 공간을 제공하고 태양에너지를 효율적으로 이용하기는 하지만, 지나치게 많은 에너지가 집중됐을 때 이를 적절히 해소할만한 장치를 갖추지 못했다는 점이다. 요컨대 난방에는 우수한 효율을 보이지만 냉방에는 오히려 낮은 효율을 보인다는 뜻이다. 예전 같으면 실내가 바깥보다 더 덥다면 그저 창문만 활짝 열면 그만일 것을 유리벽이 창문을 대체하면서 많은 에너지를 소모해가면서 냉각시스템을 구동해야 한다.

고전 건축이나 자연물은 현대 건축이 놓친 바로 이 부분에 많은 시사점을 제공한다. 고전 건축은 오랜 경험을 통해 적은 에너지로도 충분한 냉방이 가능한 시스템을 구축했다. 비결은 바로 물과 바람을 활용하는 방식에 있다.

그리스와 로마의 저택에서 중원(Atrium, 안마당)은 태양열을 받아들이는 역할만 했던 것이 아니다. 아트리움에는 보통 ‘임플루비움(Impluvium)’이라는 사각형 빗물받이 겸 연못을 만들어두는데, 비열이 큰 물이 중원의 온도를 일정하게 유지시켜주는 역할을 했다. 고대 로마인들은 침실을 말 그대로 자는 용도로만 활용했고 대부분의 시간은 햇볕이 들어오면서 쾌적한 온도를 유지하는 아트리움에서 보냈다. 또 다른 개방공간인 페리스타일(Peristyle)도 마찬가지였다. 기둥과 처마로 둘러싸인 공간인 페리스타일에는 정원이나 채마밭을 두곤 했는데, 식물들이 적절한 습도와 온도를 유지하도록 도와주는 역할을 했다.

[그림1] 알람브라 궁전의 아세키아 타피오티
분수에서 시작된 물은 수로를 따라 방으로 흘러 들어간다. 물이 있는 중정은 무더운 지중해의 여름을 시원하게 날 수 있게 해 주었다.
사진 출처 : 위키피디아 Andrew Dunn

온도조절에 중정(中庭)을 활용하는 방식은 남부 유럽을 중심으로 널리 자리 잡았다. 대표적인 사례는 스페인의 알람브라(Alhambra) 궁전이다. 가장 아름다운 건축물 중 하나로 꼽히는 알람브라 궁전은 가운데의 커다란 정원을 방들이 사각형으로 요새처럼 둘러싼 구조다. 중정에는 큰 연못이 있고 이곳으로부터 사방으로 수로가 뻗어 나와 방 안쪽까지 물이 흘러든다. 중정으로부터 흘러나오는 물은 생명의 물, 오아시스를 상징하는 한편으로 효과적인 냉각장치 역할을 한다. 건물의 한가운데에 연못 정원을 두는 건축양식은 이슬람 세계에 오랜 시간 동안 장려돼 이른바 ‘지중해식 중정’으로 정착했다.

한여름, 전형적인 지중해식 중정은 길거리보다 온도가 섭씨 9도나 낮다. 중정의 시원한 공기를 이용하면 냉각에 필요한 에너지를 대폭 줄일 수 있을 것이다. 세비야 대학에서는 지중해식 중정의 시원한 공기를 능동적으로 건물 내부로 끌어들이는 냉각기법을 개발해 말라가 호텔에 적용함으로써 냉각에 필요한 에너지를 절반으로 줄이는 성과를 얻었다.

자연 냉각의 또 다른 키워드인 바람 역시 여러 문화권에서 광범위하게 활용됐다. 전통 한옥이 바람을 이용한 냉각방식의 전형적인 사례다. 한옥은 앞뒤로 트인 대청을 사이에 두고 텅 빈 마당을 집 앞에, 식물을 심은 후원을 집 뒤에 둔다. 햇볕을 받으면 맨땅인 마당이 빨리 뜨거워져서 상승기류가 발생하고 식물이 심긴 후원으로부터 시원한 공기가 마당 쪽으로 흘러든다. 이 공기가 대청을 지나면서 집 전체를 시원하게 해 주는 것이다. 여기에 통째로 들어 올려 아예 벽이 없는 형태로 만들어줄 수 있는 들문을 설치해 냉각 효과를 극대화했다.

한옥이 수평적인 공기의 흐름을 이용했다면 이슬람 사원은 수직적인 공기 흐름을 활용했다. 16세기 오스만 제국의 건축가인 시난(Mimar Sinan)은 그의 대표작인 술레이마니에 사원에 수직적인 환기 시스템을 도입함으로써 온도 조절과 환기라는 두 마리 토끼를 잡아냈다. 시난은 양초와 램프에서 생긴 그을음이 사원의 내벽을 더럽히는 문제를 해결하느라 고심했다. 공간의 성격상 많은 사람들이 모여들어 공기가 탁해진다는 점도 해결해야 할 과제였다. 시난은 출입구 위의 작은 공간으로 내부의 후덥지근하고 지저분한 공기를 빼내고 바닥에 둔 관으로 외부의 신선한 공기를 끌어들이는 방식으로 문제를 해결할 수 있었다.

사실 공기 흐름을 이용한 냉각의 진수는 인간이 아닌 흰개미에게서 볼 수 있다. 흰개미의 집에는 엄청나게 많은 통로가 복잡하게 얽혀 개미탑 표면의 수많은 구멍을 통해 바깥과 연결된다. 흰개미는 곰팡이와 버섯을 키우는 부분과 주요 생활공간을 집의 아래쪽에 두는데, 여기서 나오는 열이 집 내부의 공기를 위로 밀어 올려서 개미탑의 위쪽 구멍을 통해 덥고 탁한 공기가 바깥으로 빠져나가게 한다. 내부의 공기가 빠져나간 자리에 아래쪽 구멍을 통해 시원하고 신선한 공기가 유입된다.

흰개미는 개미탑의 구멍들을 열고 닫으면서 공기의 흐름을 조절함으로써 집 내부의 온도를 일정하게 유지한다. 흰개미의 환기 시스템은 이들의 주 서식지인 아프리카 초원에서 빛을 발한다. 외부의 기온은 한낮에 섭씨 40도를 오르내리고 밤낮의 일교차가 심한데, 흰개미집의 내부는 항상 섭씨 29~30도 정도로 유지될 만큼 효율적이다.

짐바브웨 출신의 건축가, 믹 피어스(Mick Pearce)는 자국 수도인 하라레에 에어컨이 없는 쇼핑센터를 설계해달라는 요청을 받았다. 섭씨 40도를 오르내리는 아프리카의 에어컨 시설이 없는 쇼핑센터라니, 황당한 요구였다. 처음에는 막막해보였지만 피어스는 흰개미의 환기시스템을 모방해 최초의 대규모 자연냉방 건물인 ‘이스트게이트 쇼핑센터’를 건설했다. 구조는 간단했다. 건물의 가장 아래층을 완전히 비워버리고 꼭대기에 더운 공기를 빼내는 수직 굴뚝을 여러 개 설치한 후, 두 개의 건물 사이에 저용량 선풍기를 설치했을 뿐이다.

[그림2] 흰개미의 환기시스템을 모방해 만든 최초의 대규모 자연냉방 건물 ‘이스트게이트 쇼핑센터’. 건물 옥상에 줄지어 선 굴뚝으로 건물 내부의 더운 공기가 빠져나온다. 사진 출처 : 위키피디아 David Brazier

단순한 구조였지만 효과는 놀라웠다. 건물 내에서 더워진 공기가 꼭대기의 굴뚝을 통해 빠져나가고 아래쪽에서는 신선한 공기가 지속적으로 유입돼 에어컨 없이도 실내온도가 섭씨 24도 정도로 유지됐다. 전력이 소모되는 곳이라고는 공기 순환을 거드는 선풍기뿐이었다. 이 간단한 시스템 덕분에 이스트게이트 쇼핑센터는 동일한 규모의 건물의 10%에 불과한 전력만을 사용한다.

사람의 목숨은 물이 없다면 사흘, 공기가 없다면 15분을 넘기지 못하지만 주변에 늘 있기 때문에 그 역할과 고마움을 잊어버리곤 한다. 하루 중 반은 없어서인지 태양의 고마움을 잊지 않는다는 점을 생각해보면 참 부당한 대우다.

아무래도 건축에서도 마찬가지인 모양이다. 요즘의 친환경 건축은 태양을 어떻게든 실내로 끌어들이는 데 골몰해왔다. 그러는 동안 공기와 물은 더 이상 건축의 중요한 요소로 고려되지 않았다. 제대로 된 친환경 건축을 실현하려면 첨단기술 도입만 생각하기 이전에 전기시스템에 의존하지 않던 건축을 들여다봐야 한다. 굳이 온고지신을 들먹이지 않더라도 말이다.

글 : 김택원 과학칼럼니스트

출처 : 과학향기 

[과학향기][FUTURE] 2023년, 생명줄 ‘물’을 보호하라! 제 1935 호/2013-08-19

[FUTURE] 2023년, 생명줄 ‘물’을 보호하라!  

제 1935 호/2013-08-19

2013년 KISTI의 과학향기에서는 올 한 해 동안 매월 1편씩 [FUTURE]라는 주제로 미래기술을 소개하는 코너를 마련했습니다. 칼럼에서 언급된 미래기술은 KISTI에서 발간한 <미래기술백서 2013>의 자료를 토대로 실제 개발 중이며 10년 이내에 실현 가능한 미래기술들을 선정한 것입니다.
미래기술이 상용화 된 10년 이후 우리의 생활이 어떨지, 또 이 기술들로 인해 우리 사회가 어떻게 변할지를 이야기로 꾸며 매월 셋째 주 월요일에 서비스할 예정입니다. 과학향기 독자 분들의 많은 관심 부탁드립니다.

2023년, 우리나라는 지구온난화로 인해 급격한 기후변화를 겪고 있다. 강수량은 여름에만 집중돼 예상치 못한 물폭탄이 내리는가 하면, 가을부터 이듬해 봄까지는 가뭄이 이어지고 있다. 어느새 우리나라는 UN이 정한 ‘물 부족 국가’에서 ‘물 기근 국가’로 분류되고 말았다.

물 기근 국가란 만성적으로 물 부족을 경험하며 그 결과 경제발전 및 국민복지, 보건이 저해되는 상태를 말한다. 우려했던 일이 벌어지고 만 것이다. 하루빨리 물 낭비를 줄이고 대체 수자원을 확보하지 않으면 안 된다. 물은 생명과 직결돼 있기 때문이다.

집에서 물을 줄줄 틀어놓고 설거지를 하거나 샤워를 하던 시대는 호랑이 담배 피던(?) 시절 얘기가 됐다. 관리비 중 수도요금이 몇 년 새에 몇 십 배나 껑충 뛰어올랐기 때문이다. 또 집집마다 단수 조치가 시행돼 정해진 시간에 물을 받아놓고 써야한다. 요리하고 마실 식수도 부족해지자, 사람들은 설거지물을 아끼기 위해 그릇을 최소로 쓰고 심한 경우 스님들처럼 한 종지의 물과 한 조각의 김치로 모든 그릇을 씻고 그 물을 마실 지경에 이르렀다. 한 달에 한 번 욕탕에 물을 받아서 가족들이 돌아가면서 씻을 수 있으면 감지덕지다.

목욕탕, 찜질방, 수영장 등 물을 이용하는 시설은 전면 금지되고 국가에서 지정한 몇 군데만 허용되고 있다. 또 요금이 턱없이 비싸 일반인들은 엄두도 낼 수 없다. 특히 샤워시설이 갖춰진 헬스장 회원권의 수요는 넘쳐나는데 물건이 없어 가격이 천정부지로 뛰어올랐다. 2023년, 샤워를 매일 하는 것은 돈 걱정 없는 최상류층이나 가능한 일이 됐다.

2008년 미국 워싱턴에서 열린 세계미래회의에서 미래학자 앨빈 토플러는 “세계적인 물 부족으로 물 값이 원유 가격만큼 올라 10년 안에 물 전쟁이 발발할 가능성이 높다”고 예측했었는데, 15년도 채 안 된 지금 더 심각한 상황에 빠져버렸다. 원유가 고갈되기 시작하자 많은 과학자들이 신재생에너지를 연구․개발해 총에너지에서 원유의 비중을 점점 낮춰갔다.

그러나 물은 어떤 것으로도 대체할 수 없다. 세계인구가 2023년 현재 약 80억 명으로 늘어났고 개발도상국의 도시화가 빠른 속도로 진행되자 물 부족이 세계적인 문제로 부각됐다. 1L의 생수 가격이 휘발유 가격의 몇 십 배로 뛰어올랐다. 이대로 가다가는 물로 인해 수천만 명의 사람들이 생명의 위협을 느끼는 것은 물론, 수자원 확보를 위해 이웃나라와 전쟁까지 일어날 판이다. 인류의 미래가 ‘물’에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

경기도 양평군 팔당댐 근처에 위치한 한국물대학(KWNU, Korea Water National University)은 이런 심각한 물 위기를 타개하기 위해 정부가 세운 국립대학이다. 2020년에 생겨서 3년째 학생을 받고 있다. 물대학이라고 해서 절대 물로 봐서는 안 된다. 한국물대학은 물 관련 다양한 학문의 융·복합 및 산학협력 등 물산업에 대한 체계적인 교육·연구기관으로 물에 관한한 최고의 전문 인력을 양성하고 있다. 곧 물학사를 시작으로 물석사, 물박사들이 물고 터지듯 줄줄줄 나올 것이다.

한샘물 학생은 올해 3학년에 재학 중이다. 이 학생이 한국물대학으로 진로를 정한 것은 전 세계적으로 심각한 물위기가 올 것이라고 예측했고, 물과 관련된 전문가들이 꼭 필요한 시대가 올 것이라고 확신했기 때문이다. 심각한 물 사태를 직접 해결하는 것은 평소의 꿈이기도 했다.

한샘물 학생이 학교에서 국가와 기업간 공동으로 연구하고 있는 프로젝트는 두 가지다. 하나는 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술¹⁾이고 또 하나는 스마트 워터 그리드 시스템²⁾이다.

3면이 바다로 둘러싸여 있는 우리나라가 물 기근으로 고생하고 있는 것은 아이러니라 할 수 있다. 바닷물을 식수로 바꿀 수 있다면 물 걱정은 더 이상 하지 않아도 될 것이다. 그러나 물에서 염분을 빼는 기술은 만만치 않다. 바닷물을 끓이는 증류법을 사용하면 또 다른 화석 에너지가 필요하기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술이다. 이 기술은 바닷물을 삼투막에 통과시켜 염분을 제거하는 방식으로 식수나 산업용수를 생산한다. 특히 기능성 혼합 탄소나노튜브를 이용한 역삼투막기술로 해수를 담수로 바꿀 때 에너지 소비와 비용을 최대한 줄일 수 있게 된다.

스마트 워터 그리드 시스템은 우리나라의 강점인 ICT기술(Information Communication Technology)을 이용해 하천수, 우수, 지하수, 하폐수처리수, 해수담수 등 다양한 수자원을 효율적으로 배분·관리·수송해 수자원의 지역적, 시간적 불균형을 시스템적으로 관리하는 것을 말한다. 예를 들어 비나 눈이 왔을 때 새지 않게 모았다가 실시간 네트워킹과 시스템을 통해 필요한 곳으로 보내는 등 물 낭비를 없애는 기술이다.

한샘물 학생은 하루빨리 이 두 기술이 완벽하게 개발․상용화돼 현재 겪고 있는 물 문제를 해결해 전 국민이 물을 맘껏 쓸 수 있는 날이 오면 좋겠다고 생각했다. 더불어 이 기술들을 전 세계에 수출해 물 부족으로 고통 받고 있는 전 인류가 다함께 웃을 날이 빨리 오길 바랐다. 깊은 밤, 한국물대학의 모든 연구실이 늦도록 불이 꺼지지 않는 이유다.

글 : 정영훈 과학칼럼니스트

[각주-미래 기술]

1) 나노기술기반 역삼투막 해수담수화 기술 : 해수담수화 기술은 블루오션 사업이자 인류사회에 기여할 수 있는 대표적인 산업임. 차세대 해수담수화 핵심기술의 지속적인 개발을 기반으로 플랜트 설계건설과 유지관리 기술 확보를 통해 기술 경쟁력 확보가 유리함. 우리나라는 서울대학교 산학협력단에서 기능성 혼합 탄소나노튜브 역삼투막기술의 개발 및 응용을 진행하고 있음. 5~6년 후 기술 실현이 예상됨.

2) 스마트 워터 그리드 시스템 : 첨단정보통신기술을 이용해 용수관리 인프라를 경제적이고 효율적으로 관리할 수 있는 시스템. 기후변화에 적극 대처해 지속적이고 안정적인 용수공급이 가능함. 국토해양부에서는 스마트 워터 그리드 기술개발에 대해 2016년까지 기술개발단계, 2023년까지 실증단계, 2030년까지 선도단계로 전망하고 있음.

참고 : <KISTI 미래백서 2013>

출처 : 과학향기