물질의 세계-구리

[류재훈]

물질의 세계-5th

AD CONWAY의 이어지는 글로 구리 이야기다. 구리는 보이지 않는 연결된 세계를 만든다. 인간의 생활 수준을 향상하게 한, 혁명적 변화 중 전기만큼 갑작스럽고 큰 환영을 받은 것은 없다. 전기가 들어오기 전 ‘텍사스’ 예를 보자. 1866년 주부들은 피부에 물집이 잡히는 가성 비누로 몇 시간 동안 손빨래를 했고, 우물에서 농가까지 물을 길어오느라 매일 수십 킬로를 걸어야 했다. 연간 238킬로를 걸어서 36톤의 물을 길어왔다. 전기가 소도시와 마을에 들어왔을 때, 대부분의 가정에서 가장 먼저 구매한 제품은 전기다리미였다. 석유 등잔이 전구로 대체되고 전기 펌프를 도입 우물에서 물을 기르지! 않자, 전기가 하느님의 사람 다음으로 중요해졌다. 일상생활은 빠르게 개선되었다. 전기를 각 가정으로 보내는 물질, 이 혁명은 바로 구리였다. 구리는 현대 사회를 지탱하는 위대한 기본 물질이지만 눈에서 뛰지 않는다. 만약 구리가 없다면 우리는 글자 그대로 어둠 속에 내몰릴 것이다. 강철이 세상의 뼈대를 세우고 콘크리트가 살을 붙인다면, 구리는 문명을 이루는 신경계라 할 수 있다.

스마트폰의 알림부터 에어컨의 윙윙거림까지, 우리가 활동 에너지라고 분류할 수 있는 것이 상당수가 자석과 금속의 상호작용에서 파생된다. 이런 일은 구리에서 시작하여, 구리로 연결된 장치까지 구리로 수송되는 전류에 의존한다. 역사상 가장 중요하고 성공적인 발명품으로 손꼽혀야 하지만, 컴퓨터나 제트 엔진에 밀려서 무시당하기 일쑤다. 지금까지 열과 추진력을 얻기 위해 사용했던 화석연료 시스템을 앞으로 몇 년 안에 전기 시스템으로 교체하게 되면, 구리에 대한 의존도는 더욱 높아질 것이다. 전기시대 이전의 가정의 밤의 등잔은 충격적으로 어둠이었다. 가장 밝은 램프도 100와트 전구의 15분의 1 수준이다. 전구의 빛만큼 밝은 양초를 구매하려면 19세기 노동자가 1,000시간 노동을 해야 한다. 집안이 밝아지자 더 깨끗해졌다. 학생들이 쉽게 읽고 배울 수 있게 되었다. 일터가 밝아지면서 오래 일하게 되었다. 안경 렌즈가 나이 든 사람들의 노동 연령을 늘렸다. 공장에서 비효율적인 증기 엔진이 사라지고 전기모터가 들어왔다. 이것만으로도 미국 제조업 생산성이 1930년대에 두 배나 증가했고, 1960년대에 또다시 두 배 증가했다.

인류가 구리와 인연을 맺은 것은 전기의 발명보다 앞선 일이다. 구리의 제련법 역시 오래된 일이나? 6,000년 전쯤에 ‘아르메니아-튀르키예-이집트’를 잇는 삼각형 어딘가에서였을 것이다. 구리는 동광석을 가열하는 과정에서 타버린 폐기물이다. 석기시대에서 금속 병용으로 전환은 큰 변화를 불러왔다. 주석을 첨가하여 단단한 도구를 제작하는 청동기 합금을 알아냈다. 하지만 지금까지도 구리의 진정한 전성시대는 오지 않았다. 18세기 영국은 전 세계에 무기를 판매하는 군수 산업이 존재했다. 해군 전함의 선체를 구리로 덮었다. 수온이 상승하면 발생하는 부식과 부패에 잘 견디며 더 오래 항해할 수 있었다. 영국의 구리 동광석이 나지 않는 ‘스완지’가 구리 생산의 세계적 수도가 된 사연은 석탄의 매장량이 풍부했기 때문이다. 동광석 1톤을 얻으려면 석탄 3톤이 필요했다. 그러자 스완지로 동광석을 보내는 것이 경제적이었다. 오늘날 중국은 전 세계 구리 공급량의 절반을 제련하고 정제하는 강대국이다.

최초 전기등인 ‘아크’ 등을 발명한 ’험프리 테이비‘가 등장한다. 전자기를 발견한’ 한스 크리스티안 외르스테드‘, 전기를 대중에게 보급한’ 토머스 에디슨‘도 빠지지 않는다. 전기의 부상은’ 적절한 종류의 구리를 적절한 양만큼 구할 수 있는가‘라는 세속적이고 실용적인 조건과 관련이 있다. 동광석을 녹여서 구리를 분리하는 기존 방식 대신 전기분해로 구리를 얻었다. 동광석을 용액 속에 넣고 전류를 흐르게 하는 전기분해 방식으로 정제된 구리는 훨씬 높은 순도를 자랑했다. 이 전기분해 방식으로 얻은 구리만이 미래에 전력을 공급할 전기모터와 발전기에 적합한 유일한 금속이다. 전기를 수력으로 생산하는 나이아가라 폭포의 ’에디슨‘과 ’웨스팅하우스‘ 발전소에서 전기를 생산할수록 초순수 구리를 더 많이 생산할 수 있었다. 에디슨은 전구를 최초 발명자가 아니다. 영국의 ’조지프 스완‘이다. 그러면 발전소에서 멀리 떨어진 지역은 어떻게 한단 말인가? 이 문제는 웨스팅하우스와 테슬라가 교류 방식을 개발하면서 해결되었다. 교류는 얇은 전선을 따라서 고전압의, 전류를 송전할 수 있다는 데 있다. 전 세계에서 구리가 고갈될 염려가 사라졌고, 더는 발전소가 거주지 근처에 위치할 필요가 없어졌다. 이렇게 해서 우리가 사용하는 에너지 시스템이 탄생했다.

구리 부족과 천연자원 고갈, 칠레의 ’추키카마타‘ 구리 광산은 ’아타카마‘ 사막을 뚫고 나온 기념비적 구덩이다. 뉴욕의 센트럴 파크보다 넓으며 세계 최고층 빌딩인 ’부르즈 할리파‘를 집어넣어도 충분한 깊이다. 바닥에서 동광석을 운반하는 트럭들은 지상까지 올라오는데 1시간 이상이 걸린다. 금덩이처럼 동 광석을 잘게 부수어 특별한 용액에 넣으면 거품이 일면서, 구리와 이물질이 분리되고 전기분해를 거치면 구리 함량이 30% 정도인 어두운색의 알갱이가 된다. 전기동을 만들고 남은 동정광은 다른 곳으로 보내 최종 품으로 정제된다. 지난 100여 연간 무수한 회사들이 생겼다가 사라졌고, 재벌이 흥망성쇠를 거듭했다. 컴퓨터 시대가 무르익었으며, 전기차가 자동차 시장에 자리 잡기 시작했다. 추키카마타 광산은 중국의 부상에 이바지했고, 앞으로 수십 년간 탄소 배출을 억제하기 위해 계획된 전력망, 친환경 자동차 풍력 발전용 터빈을 만드는 데 도움을 줄 것이다.

학자들의 구릿값을 걸고 하는 세기의 대결이 있었다. 1980년대 곤충학자 ’파울 에를리히’와 평범한 대학의 무명 경제학자 ‘줄리언 사이먼’의 내기 결말을 보자. 곤충학자인 파울은 현대판 노스트라다무스로 이름이 알려졌다. 그는 ‘전 인류를 먹여 살리기 위한 전쟁은 끝났다. 1980년대가 오면 수억 명이 굶어 죽을 것이다. 그 어떠한 것도 세계 사망률의 증가를 막지 못할 것이다.’ 주장했다. 비판론자에게 맬서스 학파가, 낙관론자에게 신화 속의 풍요 뿔 ‘코르누코피아’에서 유래한 낙관적 미래파라 칭했다. 훗날 비판론자 편에 로마클럽은 <성장의 한계>라는 책을 출판하여 인류가 생태적 환경적 재앙을 향해서 가고 있고 곧 천연자원이 고갈되리라고 경고했다. 그러나 낙관적 미래파의 사이먼은 <사이언스>에 기고하여 “나쁜 소식을 실어야 책, 신문, 잡지가 팔립니다. 좋은 소식은 그 절반만큼도 흥미롭지 않습니다.”라 썼다. 그는 <인구 폭탄>이나 <성장의 한계>는 대부분 거짓이라 주장했다. 식량 생산은 줄기는커녕 늘어나고 있었고, 기근은 점점 드문 일이 되어갔다. 세상에 사람이 너무 많아서 천연자원이 고갈 직전이라면 이 모든 것의, 가격은 하늘을 찌를 정도로 높아져야 하지 않겠는가? 그러다 둘 사이에 편지가 오고 가다. 사이먼이 ‘내 말에 책임을 지겠습니다. 곡물과 석유 등 원자재 가격이 장기적으로 폭등하지 않는다는데, 품목마다 100~1,000달러씩 총액 1만 달러를 공개 내기를 걸겠다‘고 편지를 쓴다. 애틀리히는 재빨리 내기를 받아들인다. 구리, 크롬, 니켈, 주석, 텅스텐 이렇게 5종목의 가격에 대한 내기였다. 1980년 9월 29일부터 1990년 9월29일 사이 인플레이션 고려 실질 가격의 관점에서 가격이 상승하리라는 데 에를리히는 항목당 200달러를 걸었다. 당시 기준 10년간 구리는 59%, 텅스텐은 357% 상승한 상태였다. 10년 뒤 결과는 사이먼이 에를리히가 보낸 576달러의 수표를 우체통에서 발견한다.

추키카마타 광산의 동광석은 1913년 구리 함량이 2.4%, 20세기 중반에 2.0%, 20세기 후반에 1% 이하로 떨어졌다. 구리 1톤을 생산하기 위해서 가공해야 할 동광석의 양은 50톤에서 800통으로 증가했다. 그러나 해당 기간 구릿값은 상승하지 않았다. 인플레이션을 적용해서라도 본질적으로 가격은 변동이 없었다. 업계의 관심사는 채굴용 대형 트럭과 채굴기를 무인으로 운행하여, 현장에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서 원격으로 작업을 제어하는 것이다. 전 세계 구리 자원의 총량은 56억 톤이며, 그중 21억 톤은 이미 발견되었다. 연간 구리 소비량을 고려하면 앞으로 약 226년을 쓸 수 있는 분량이다. 탄소 배출을 줄인다는 건 본질적으로 인간의 활동 전반을 화석연료에서 전기 기반으로 전환한다는 의미이다. 가정에서는 가스와 기름을 사용하는 보일러가 사라지고, 전기히터 펌프가 들어온다. 내연기관 차량은 사라지고 배터리로 구동되는 자동차가 그 자리를 대신한다. 2020년부터 2050년까지, 1차 에너지로서 전기가 차지하는 비율은 20%에서 50%로 증가하리라 예상된다. 갑자기 구리가 모든 것은 근간이 되는 셈이다. 보통 자동차는 구리 선을 1.6킬로 내장한다. 배터리로 구동하는 버스는 거의 반 톤의 구리를 사용한다. 고속철도에서는 더 많은 양의 구리가 필요하다. 발전기의 심장부에 구리가 들어간다. 태양광 패널에는 일반 발전소보다 7배나 많은 구리가 쓰인다. 탄소 중립을 달성하기 위해 최근 내건, 다양한 약속을 이행하려면 엄청난 양의 구리가 필요하다. 탄소 발자국을 줄이겠다는 말은 곧 구리 발자국을 늘린다는 말이 된다. 그나마 다행인 것은 구리를 재활용으로 구할 수 있다는 것이고, 나쁜 소식은 낡은 파이프와 전선을 가능한 한 많이 재활용하더라도 우리가 필요한 양에는 턱없이 부족하다는 것이다. 진짜 염려는 구릿값이 오를까보다, 구리 생산국에서 얼마나 참아줄까이다. 칠레, 페루, 남아메리카 국가들은 구리 채굴에 따른 환경 부담에 대해 우려 섞인 목소리를 내고 있다. 그들은 미래를 걱정하면서 채굴 한도를 두기 시작했다. 라 필자는 주장한다.

2026.06.26.

물질의 세계-5th

에드 콘웨이 지음

이종인 옮김

인플루인셀 간행

[정세주]

좋은 글
감사합니다.

좋은 하루 되세요