Chemistry/화학의 이해

화학의 세계에 살면서 | 에어컨, 오존 구멍 및 기술 발전의 이면

곰뚱 2019. 8. 27.

DNA 분석보다 우리에게 직접적으로 영향을 주는 어떤 것-냉매로 사용되는 화합 물-을 생각해 보자. 냉매의 발달은 화학의 흥미있는 역사이다. 냉매는 1800년 후반 부터 사용되어 왔다. 그 과정은 증발할 때 열을 흡수하고 응축할 때 열을 방출하는 유체가 필요하며, 중단 없는 증발과 응축의 순환이 계속된다.

1900년도 초반에 냉매로 사용한 유체는 대부분 가연성이고 유독하였다. 어느 날 GM의 연구 책임자인 Charles Kettering은 젊은 기술자인 Thomas Midgley에 한 임무를 부여하였다. 냉장 산업은 어느 곳에서나 얻을 수 있는 새로운 냉매가 필 요했다. Midgley와 그 동료들은 이 문제를 열심히 연구하였다. 그들은 모든 화학실 험실에 가지고 있는 많은 자료에서 후보들을 고르고 화학 원소 성질의 체계적 변화 를 연구하였다. 플루오린이 유독하다는 평판을 가지고 있지만 그들은 어떤 경우에는 플루오린이 독성이 없을 것으로 판단하였다.

초기에 그들은 실험실에서 플루오 린을 함유한 새로운 화합물을 만들기로 하였다. 필요한 원료물질의 하나가 희귀한 플루오린 화합물이기 때문에 그들은 공급 가능한 5개의 작은 병에 든 물질을 신속 히 구입하였다. 한 병은 새로운 화합물의 첫 번째 시료를 만드는데 사용하였다. Midgley는 “기니아 피그를 종모양의 유리그릇 밑에 이것과 같이 넣었다. 책임을 맡 은 의사도 놀랄만큼 갑자기 기니아 피그는 숨을 멈추고 죽지 않았다. 실험동물은 발 진도 나타나지도 않았다. 우리의 예상은 성취되었다.”고 말하였다.

다른 병의 출발물질로 만든 두 번째 시료는 기니아 피그를 죽였다. 여기에 문제 해결의 길이 있었다. 연구 결과, 첫째 병만이 순수한 물질을 포함하고 있음을 알 았다. 기니아 피그를 죽인 것은 Midgley가 새로 만든 화합물이 아니라 오염물 질 이였다. 5개 병 중의 하나에 실제로 좋은 물질이 들어있었다. 우리는 첫 번째 시도에서 우연히 그것을 선택하였다. 다른 4개 중의 하나를 선택하였다면 실험동물은 우리 자신 외의 모든 사람들이 예상한 것과 같이 죽었을 것이다. 만약 그랬다면, 나는 나 쁜 물질(bum hunch)같이 보였을 것을 포기했었을 것으로 믿는다.

이런 짧은 이야기의 교훈은 단순하다. 응용 화학 세계에서 성공하기 위해서는 좋은 친구와 조수를 갖는 것과 같이 행운도 있어야 한다. 이 실험의 결과 가정용 냉장고의 급격한 보급을 가져왔다. 식품 부패가 사라지고 세계 2차 대전 후 식품생산 산업은 팽창하여 냉동식품을 생산하였다.

여기까지가 상당히 위해성이 적은 냉매인 CFC로 알려진 염화플루오르화탄소의 개발의 성공 이야기였다. 1950대와 1960년대를 통해 그의 사용은 팽창하였고 모든 종류의 신소비 제품이 시판되었다. CFC의 성질은 에어로졸 통에서 추진제로, 그리고 베개와 가구 쿠션에서 사용되는 폴리우레탄 발포제로 물질에 작은 공간을 생성하는데 이상적이다. 대단히 안정한 이 화합물의 운명을 아무도 몰랐기 때문에 1970년대까지는 환경에 유입될 때의 문제가 표면화되지 않았다.

728x90

1980년대에 CFC는 안전한 상태로 성층권으로 확산되고 오존과 반응하여 오존을 파괴하는 것이 명백해졌다. 즉, 오존은 낮은 대기권에서 기체 공해물질이다 그 결과 오존 구멍이 생기고 지구표면까지 태양복사선이 도달하는 위험성이 증가했다. 성층권에 있는 오존은 자외선을 흡수한다. 오존 감소로 지구에 도달하는 복사 선이 상당히 증가하고 인간 피부암과 실명을 가져 올 수 있는 해로운 영향이 증가된 다.

증가된 자외선 노출은 또한 환경에도 해롭다. 해양에서는 식물성 플랑크톤 서식이 감소되어 식물성 플랑크톤을 먹는 어류가 감소한다. 또한 자외선 복사선은 산호 를 죽이고 변형 개구리수가 증가한다는 연구가 있다. 1987년에 CFC를 생산하는 나라들은 CFC의 사용을 줄이기 위한 법안을 마련 하였다. 그 후 개정안은 오존층에 해를 주는 모든 화합물의 완전 퇴출을 요구하고 그 퇴출을 위한 일정을 가속화하였다.

기초과학, 응용과학 및 기술 간의 구별을 알기 위해 냉매와 그 유사 사건들에 관한 문헌을 읽어 보는 것이 바람직하다. 기초과학 혹은 기초연구는 단기간의 응용의 목적을 염두에 두지 않고 우주에 관한 지식을 추구하는 것이다. 즉, 기초과학은 실제응용의 목적 없이 과학적 지식을 추구하는 것이다. 세포내에서 DNA 기 능을 정확히 알기위해 오랜 동안 연구한 생화학자들은 기초과학을 연구한 것이다.

응용과학은 어떤 특정 문제를 해결하기 위한 명확한 단기간의 목표를 갖는 과학이다. Midgley와 그 동료들의 더 나은 냉매에 관한 연구는 좋은 응용과학의 예이다. 그들은 명료하고 실질적 목적을 갖는다. 목표에 도달하기 위해 기초과학이나 응용 과학은 예측을 하고 그 예측을 확인하기 위한 실험을 하기 위해 앞에서 행한 연구의 기록된 관찰결과를 활용한다.

과학지식의 응용인 기술은 정의하기가 더 어렵다. 즉, 기술은 산업 생산, 경제계 및 사회적 목표와 연관된 과학적 지식의 응용이다. 근본적으로 기술은 사회, 경제계 및 산업의 관계에서 과학을 응용하는 모든 방법이다. CFC를 사용하는 최초 냉장 고와 자동차 에어컨은 새로운 기술의 산물이다. 새로운 의약품이나 다른 상용 제품을 만들기 위해 DNA을 조작하는 방법의 급속한 팽창은 생물공학기술(biotechnology)이라할수 있다. 과학적 발견의 형태에 상관없이 발견과 그 기술의 응용 간에는 상당한 시간이 필요하다. 표 1에 여러 가지 형태의 많은 실제 응용의 완성 기간을 나타냈다.

중요한 점은 과학과 같이 기술도 인간 활동이라는 점이다. 기술의 사용과 기술적 발전의 우선권에 관한 결정은 사람에 의해 결정된다. 과학적 지식이 어떻게 기술 촉진을 위해 사용되는가 하는 것은 그 결정을 하는 결정권자에 달려있다. 어떤 때는 결정권자가 우리 모두가 된다. 민주주의 사회에서 투표할 때 기술에 관한 결정에 영 향을 줄수 있다. 이러한 기회가 왔을 때 기술에 관련된 사회적 문제를 평가하기 위 해 정보를 충분히 아는 것이 중요하다.

CFC의 예의 역사에서 사회 여건과 같이 과학과 기술은 항상 진화하고 있다. CFC가 1930년에 냉매로 소개되었을 때 경제적으로 큰 발전이었고 위험물질은 교 체되었다. 그 때 기술적으로 발전한 나라의 수와 세계 인구는 적었다. 사람들은 자 연과정이 건강한 환경을 유지한다고 생각하고 있었고 오늘날보다 그 정도가 더 했 다. 그 때는 오존 감소를 알아내는 정교한 기기가 없었다. 변하는 시대에 적응하기 위해 준비할 수 있는 것은 지속적으로 정보를 얻는 것이다.