Material World 물질의 세계

Material World 물질의 세계 필자 ‘에드 콘웨이’는 영국의 저널리스트로 영국 Sky News의 경제-데이터 편집장이다. 1979년 런던, 생으로 옥스퍼드 영문학 석사다. 현대 사회가 디지털 경제를 강조하지만 실제로는 철-구리-리튬-석유 같은 물질 자원에 더욱 의존하고 있다고 주장한다. 필자는 공급망, 에너지 전환, 광물 확보 경쟁이 앞으로 세계 경제와 지정학을 좌우할 것이라고 주장한다. 2013년 8월에 2주에 걸쳐 난이도와 더위에 씨름하면서 읽은 <이기적 유전자>와 함께 ‘콘웨이’의 <Material World>는 “생물학적 진화”가 아닌 “물질과 자원의 진화”라는 관점에서 문명을 설명하는 흥미로운 책이다. 인류의 과거와 현재, 미래를 넘나드는 물질세계로의 여행을 시작해 보자. ‘바릭골드’ 금광은 ‘유타’주의 소금 평원을 지나 카우보이의 고장인 ‘네바다’주 ‘코르테즈’ 광산의 산모퉁이다. 버튼을 누르면, 흙 무더기가 쏟아진다. 골드바 400트로이온스 (약 12.4킬로그램) 을 만들려면 5,000톤의 흙을 파내야 한다. 엄청난 구덩이는 이층 버스 높이의 타이어를 단 3층 높이의 트럭들이 움직이고 있었다. ‘존 메이너드 커인스’는 금을 가리켜 “야만적 유물”이라고 비판했다. 있어도 그만이고 없어도 그만인, 생활에 별 지장 없는 금속을 지하에서 채굴하기 위해 수많은 과정을 거쳐야 할까? 그렇다면 인류가 실제로 크게 의존하고 있는 물질은 뭘까? 필자는 먼저 철을 생각한다. 자동차는 철과 탄소가 주요 원소고, 우리가 사는 건물과 도로와 터널과 교량의 콘크리트도 강철로 만든다. 구리도 필수 요소일 것이다. 장차 미래의 핵심 원료인 리튬도 빼놓을 수 없다. 이들 광물 채굴도 방금 쓴 금 광산의 행위를 거쳐야만 할까? 경제학은 이런 질물에 해줄 말이 없다. 답안은 상품의 가치는 사람들이 그것에 대해 기꺼이 지불하려는 의지에 따라 결정된다는 것이다. 만약 어떤 상품의 공급이 부족해지면 사람들은 소비를 줄이고 대체재를 찾는다. 그러면 문제는 사라진다. 그러나 현실은 맞지 않는다. 그 물질은 여전히 중요하기 때문이다. 세상에 산소를 제외하면 모래를 이루는 주요소는 실리콘이다. 모래알은 수천 년을 거쳐 부식되어 생성되었다. 고대 열대 태양이 남긴 모래는 높은 순도를 자랑하여 활발히 거래된다. 모래는 아스팔트와 콘크리트의 주원료다. 모래의 실리콘이 없다면 현대 사회를 지탱하는 컴퓨터 칩도 만들 수 없다. 모래를 첨가제로 사용해 고온에서 녹이면 유리가 만들어진다. 유리는 재료과학의 커다란 미스터리 중 하나다. 액체도 고체도 아닌 이 물질의 원자 구조는 아직도 완벽하게 이해하지 못했기 때문이다. 유리에 붕소를 적당량 첨가하면 붕규산유리가 된다. 안정적이고 투명하며 급열 급랭에도 깨지지 않는다. 가스레인지의 불꽃부터 우주 공간의 혹한에 전부 견뎌내기에 용도도 대단하다. 그러나 그다지 주목받지 못하는 현대의 숨은 영웅이다. 우리는 일상용품이 만들어지는 과정에 별로 아는 것이 없다. 이 복잡한 제조 과정을 한 사람이 맡거나 통제하는 것은 불가능하다. ‘밀턴 프리드먼’은 소런 경제학자들의 주장, 즉 중앙위원회에서 경제 전체를 통제할 수 있다는 생각이 잘못되었다고 반격했다. 반도체의 부족 현상이 일어나기 한참 전부터 실리콘 결정 이야기를 필자는 준비했단다. 반도체 파운드리에서 일하는 사람들은 광식각 공정이나 화학적 마모에 대해서는 잘 알지만, 자신이 작업 중인 실리콘 웨이퍼가 실제로 어떻게 만들어지는지는 알지 못했다. 실리콘 칩은 모래알이 아니라 주먹 크기의 돌 상태로 생애를 시작하는데, 채석장에서 석영암을 캐내는 사람들 중, 누구도 그 돌의 최종 목적지를 알지! 못했다. 우리는 물질의 세계와 전혀 다른 그러니까, 비물질의 세계라 부르는 곳에서 너무나 오래 살았기 때문이다. 우리는 비물질 주요 회사 월마트, 애플, 테슬라, 구글 같은 회사는 잘 알지만, 물질의 거대회사 CATL, 버커, 코텔코, 사강, TSMC, ASML은 잘 모를 것과 같은 이치다.(참고로 몇 개 회사는 나도 잘 몰라 정리한다. CATL; Contemporary Amperex Technology co Limited 중국- 리튬 베터리, Wacker 독일 폴리실리콘 화학소재, Codelco 칠레 구리 생산, Shagang 중국 철강생산, TSMC 타이완 반도체 파운드리, ASML 네덜란드 노광장비)  필자가 주장하는 소재 모래 소금 철 구리 석유 리튬 여섯 가지 물질이 우리 환경을 구성하는 주요 요소다. 배터리가 없으면 휴대폰이 먹통이고, 콘크리트가 없으면 대형 건물, 소형 주택, 상가 및 아파트와 고속도로와 교량과 터널과 구조물이 불가능하다. 그러나 리튬이나 모래가 인류의 분투나 혁신 스토리에서 주인공으로 등장한 적이 없다. 이 물질이 없어도 살 수는 있겠지만 번영을 누리진 못했을 것이다. 6대 광물은 대부분의 영역에서 즉각적인 대체물이 존재하지 않는다. 이 물질은 인간이 세상을 구축하도록 돕고 있다. 없다면 세상은 큰 혼란에 빠질 것이고 문명의 붕괴 혹은 승리는 6대 물질 중 어느 하나가 없거나 있었기 때문에 일어났다. 러시아의 우크라이나 침공으로 유럽은 에너지 가격을 최고 수준으로 주고 샀다. 비물질 세계에서 에너지, 원자재 같은 지저분한 것들과 완전히 결별했다고 자만하기는 쉽다. 그러나 경제는 결국 모든 것이, 에너지로 환원된다. 전혀 예상치 못한 물질들이 에너지로 환원된다. 비료, 소금, 화학제품, 플라스틱, 음식, 음료 이 모든 게 정도의 차이는 있을지언정 화석 원료에서 나왔다. 필자는 모래부터 이야기를 시작한다. 인류가 모래를 이용해서 환경의 많은 부분을 만들었기 때문이다. 가장 오래된 제품인 유리, 가장 고도화된 반도체가 바로 모래에서 나왔다. 모래가 만드는 물질이라면 소금은 물건을 변형하는 데 필요한 마법의 물질이다. 철과 구리는 서로 연결하는 물질이다. 철은 석탄과 구리는 전기의 매개체이다. 모래알의 주성분은 실리카이다. 이산화규소나 석영으로 알려져 있다. 유리는 녹인 모래라 할 수 있다. 통상의 유리는 70%의 실리카를 포함한다. 반면 리비아사막유리는 98%의 실리카를 포함한다. 인간이 만들 어떤 유리보다 더 순수하다. 매우 다양한 곳에 다양한 유형의 모래가 있다. 열대 해변의 흰 모래는 바닷조개와 산호의 잔여물로 만들어져 성분이 다르다. 모래는 종종 무역전쟁의 원인이 되기도 했다. 중국이 대만과 한국처럼 수준 높은 반도체를 만들 수 있을까? 이 문제는 워싱턴 정가의 뜨거운 관심사다. 중국은 미국보다 더 빨리 양자 컴퓨터를 개발해서 더 큰 성공을 거둘 수 있을 것인가. 그러나 현재 중국은 그 필연의 근처에도 가지 못했다고 필자는 주장한다. 중국은 철, 건설, 배터리와 스마트 폰 제조, 소셜 미디어까지 주도적 국가로 부상했지만, 반도체 산업에서만큼은 아직 세계 최고가 아니다. 왜 산업혁명이 18세기에 유럽이라는 시간과 장소에서 일어났는가? 정치제도와 역할, 사회 교육제도, 지리적 요인 등이 있다. 증기기관과 용광로가 핵심 역할을 했다는 주장이다. 하지만 인간은 유리 덕분에 우주를 들여다볼 수 있었다. ‘갈릴레오 갈릴레이’가 지구가 태양의 주위를 일정한 궤도로 돈다는 사실을 발견할 수 있었다. 렌즈가 발명되기 전까지 인간은 시력이 감퇴하면 조기 퇴직을 했으나, 렌즈 덕분에 은퇴를 미루고 오래 일할 수 있었다. 유리를 이용한 거울은 화가들을 전혀 다른 관점에서 보게 하였다. 거울이 불현듯 나타난 곳에서 르네상스가 발생했다는 게 우연일까? 유리 제조 기술을 적극적으로 받아들인 나라에서 계몽사상에 이어 산업혁명이 일어나고 중국과 중동같이 그 기술을 거부한 나라들은 몇 세기 동안 경제적으로 쇠퇴한 것이 우연의 일치일까? 누가 유리를 발명하였는지는 아무도 모른다. 고대 무역상 ‘페니키아’인들이 밤에 잠들기 전에 강가에 모닥불을 피우고 솥을 둘 자리가 마땅치 않아 ‘나트론’덩어리 위에 올려놓았다. 그리고 불을 붙였는데 “거기에 불의 열기가 닿고 해변의 모래가 더해진 순간, 지금껏 본 적이 없는 투명한 액체가 작은 시내를 이루면서 흘러내렸다. 이것이 유리의 기원이다.” 모래의 주성분 실리카는 섭씨 1,700도에서 녹는다. 이 온도는 들판 불이나! 원시적 화재로는 불가능하다. 융재를 넣으면 낮은 온도에서 실리카가 녹는다. 그러니까 페니키아인들이 용제를 찾아낸 것이다. 나아만 강의 모래는 실리카와 석회의 비율이 적당하다. 여기에 나트론을 약간 더하고 가열하면 소다석회유리를 만들 수 있다. 1차대전에서 유리 쌍안경은 매우 중요했다. 1915년 영국군은 서부 전선에서 독일군과 대치했다. 당시 전쟁은 눈으로 보고 총 쏘고, 대포 쏘는 것인데 여기서 정밀 조준경이 있으면 따 놓은 당상이다. 유리 기술이 있는 독일이 유리한 것은 의문의 여지가 없다. 쌍안경, 망원경, 잠망경, 거리계, 과학용 렌즈 등 정밀 광학 분야에서 전 세계의 공급망을 꽉 잡고 있었다. 당시 광학 유리는 ‘쇼트’라는 회사가 만들었다. 독일 화학자 ‘오토 쇼트’의 이름을 딴 회사였다. 영국은 독일과 프랑스에서 유리를 수입했다. 전쟁이 터지자, 독일은 정밀 유리 공급을 중단했다. 유리 기근으로 한 나라가 독점하면 얼마나 황망한 일이 벌어지는가를 보여주는 예다. 스위스를 통해 적국에서 유리 공급을 타진하자 독일이 예스라 한 것이다. 반대로 독일은 영국 식민지의 고무 수입을 허용해 달라고 한 것이다. 독일은 군차량 타이어와 고무 펜 벨트용 고무가 필요했다. 그러면 영국은 왜 유리 경쟁에서 뒤처졌을까? 17~18세기 영국은 상업용 유리 분야의 선두였다. 사유는 조세 정책에 기인한다. ‘윌리엄’ 3세가 1696년 창문세를 도입한다. 소득세가 징수되기 훨씬 전일이다. 거주자가 잘사는 집은 창문이 많았다. 창문 숫자로 세금을 매기자, 부자들이 창문을 벽돌로 막으면서 유리가 망각의 뒤안길로 사라졌다. 1차 대전이 끝나고 정부는 “거의 한 세기 동안 정부는 자유 방임주의 학파의 개인주의 원칙 아래서 번영해 왔다. 자유 무역은 70년 이상 번창하고 있다.”라 문서에 썼다. 1차대전 동안 영국은 광학 산업의 주원료인 ‘퐁텐블로’ 모래를 수입할 수 있었다. 그러나 독일의 탄산칼륨은 공급이 끊겼는데, 탄산칼슘은 수천 년 전 페니키아인들이 사용했던 나트론 덩어리와 비슷하게 유리를 만들 때 융제 역할을 했다. 인터넷은 유리 선을 타고 흐른다. 미국의 화학자 ‘제임스 프랭클린 하이드’는 화학 성분을 합성하여 유리를 만드는 법을 고안했다. 이 방법으로 ‘리비아사막유리’보다 순도가 높은 석영유리를 만들어냈다. 전화기는 구리 선을 통해 정보를 전달했다. 문제는 거리가 멀수록 잘 들리지 않는 단점이 있다. 그러다 1960년대 들어 ‘찰스 가오’가 장거리 통신을 새롭게 바꾸는 획기적인 발견에 성공하여 오늘날 광섬유 시대가 열린다. 광섬유는 두 개의 커다란 유리 선으로 되어 있다. 유리 광섬유는 먼 거리까지 빛을 보낸다는 사실을 발견한 것이다. 우리는 놀라운 자산에 거의 생각하지 않는다. 유리가 없으면 일상생활을 전적으로 의존하는 정보 인프라가 작동하지 않는데도 말이다. 우리를 먹여 살리는 비료, 건물과 교량을 지탱하는 강철 등에 신경을 쓰지 않는 것과 비슷하다. 모래처럼 눈에 띄지 않는 물질도 없다. 모래는 현대적 삶의 기초다. 하지만 우리는 그 물질에 그다지 신경을 쓰지 않으며, 더 나아가 얼마나 중요한지도 제대로 알지 못한다. 고 필자는 주장한다. 2016.06.16.Material World에드 콘웨이 지음이종인 옮김인프루벨설 간행