물질의 세계/모래 위에 세워진 세계

물질의 세계/ 모래 위에 세워진 세계    필자 ‘에드 콘웨이’의 이어지는 글로 모래가 주재료인 콘크리트의 빛과 그림자 주장을 들어보자. 요즘은 모래밭을 따라 국경선이 요동을 친다. 간척을 열심히 하는 지역은 아시아다. 일본은 바다를 메워 250제곱킬로미터를 얻었고, 중국은 2006~2010년 연평균 700제곱킬로미터의 토지를 간척하고 있다. 최근 남중국해에서 벌린 준설-간척 사업은 엄청나서 미군 제독은 “모래로 쌓은 만리장성”이라고 불렀다. 사람들은 모래를 무제한으로 존재하는 물질로 생각한다. 그러나 그렇지 않다는 것을 우리는 잘 안다. 사막 국가 두바이가 유럽에서 모래를 수입한다. 답은 수입한 모래의 성분이 더 유용하기 때문이다. 모래는 중요한 비즈니스다. 유엔환경계획에 따르면 모래는 천연자원이 아니라 전략적 광물로 여겨야 한다. 새로운 땅을 만들기 위해 운반되는 모래는 국경을 바꿔 놓았다. 모래는 모든 물질 중에 가장 저평가된 물질이다. 멕시코 빈민가의 흙바닥을 시멘트로 포장한 결과 기생충 감염률이 78%나 떨어졌다. 설사와 빈혈로 고생하는 어린이도 줄었다. 이 모든 것이 값싼 시멘트 덕분이다. 건축의 세계에서 시멘트만큼이나 엄청난 차이를 만든 물질은 없었다. 시멘트는 콘크리트가 단단히 달라붙도록 접착제 역할을 한다. 석회석에 산화철, 백악 chalk를 넣어 구어 으깨어 만든 가루이다. 시멘트에 골재를 넣으면 자갈과 모래가 들러붙으면서 콘크리트가 생성된다. 콘크리트에서 혁신을 창조한 인물은 ‘토머스 에디슨’이다. 그는 콘크리트 가구, 콘크리트 침대, 콘크리트 축음기 등 아예 집을 콘크리트로 지으려 했다. 그는 콘크리트 대량생산을 완성했다. 오늘날 지구상에는 1인당 80톤이 넘는 콘크리트가 존재한다. 지구상에 있는 모든 생물, 가축, 나무, 인간, 식물, 동물을 합친 무게보다도 더 무거운 존재다. 톈진에 가장 높은 건물은 ‘골딘파이낸스 117’이다. 이 타워는 세계에서 가장 높은 전망대, 레스토랑, 수영장 등이 들어설 예정이다. 2010년부터 시공하다 중단하다, 하여 아직 시공 중이다. 이건 건물이 설계된 이유는 강화 콘크리트로 된 ‘메가 칼럼’, ‘메가 브레이스’, 내부의 ‘콘크리트 코어’로 구성된 복잡한 구조 프레임이 있었다. 세계에서 가장 선진화된 철과 콘크리트 구조물 중 하나였다. 그러나 아직 미완성이다. 중국 정부는 마천루의 숫자와 높이를 제한하는 정책을 발표했다. 중국은 이 책을 한쪽 읽는 시간에 손수레 12만 대 분량의 콘크리트가 타설된다. 2018년~2020년까지 3년 동안 중국이 타설한 콘크리트 양은 미국이 콘크리트를 발명하여 지금까지 타설한 양보다 더 많다. 그럴 뿐만 아니라 가끔은 오남용되기도 했다. 콘크리트의 다른 저주는 제조법이 쉽지만, 잘못된 결과를 얻을 가능성 또한 크다는 점이다. 2010년 지진이 ‘아이티’를 덮쳤을 때 피해가 막대했는데, 빌딩 25만 채가 파괴되었고 수십만 명이 사망했다. 이유는 날림으로 졸속 건설 때문이다. 로마 ‘판테온’은 무려 2,000년 전에 지었는데도 끄떡없는 반면, 중국에서 최근 지어진 주택은 부실시공으로 평균 수명이 20년 정도밖에 되지 않는다. 미국 ‘연방고속도로관리국’에 따르면 다리들의 10개 중 1개가 구조적 결함을 안고 있다. 영국은 고속도로의 다리 절반이 결함의 징후를 보였다. 이는 콘크리트 역사에서 강화 콘크리트라는 대혁신이 가져온 결과이기도 하다. 강화 콘크리트는 콘크리트에 철, 강철로 된 봉을 함께 타설하는 방식이다. 이른바 ’강화 콘크리트라‘ 대혁신이 대담한 건물과 교량을 짓게 해주었으나 제조법이 잘못되는 경우 큰 재앙으로 이어졌다. 2021년 ’마이애미‘ 북부 ’서프사이드‘ 아파트 단지가 붕괴했을 때 조사단은 금이 간 콘크리트와 부식된 철근 기둥이 주원인이라는 진단을 내렸다. 2018년 이탈리아 제노바에서 ’모란디‘ 교량이 붕괴했을 때, 2020년 런던에서 ’해머스미스‘ 교량의 수리를 위해 폐쇄한 원인도 같았다. 콘크리트 부실시공의 후유증이 이제 막 나타나기 시작했다. 부실시공은 콘크리트가 환경에 미치는 영향에 비하면 아무것도 아니다. 콘크리트의 다른 저주는 탄소를 배출하는 물질 중 하나라는 점이다. 항공업과 삼림 파괴가 집중포화를 맞지만, 시멘트 산업은 이 두 가지를 합친 것보다, 더 많은 양의 이산화탄소를 배출하고 있다. 시멘트 산업은 전체 탄소 배출량의 7~8%를 차지한다. 그런데 우리는 아직도 이산화탄소를 배출하지 않고서 탄소를 제거하는 손쉬운 방법을 발견하지 못하고 있다. 해결책은 시멘트 강도를 떨어트리지 않고 다른 분말을 사용하여 클링커를 희석하면 된다. 플라이 애시나 석회석 같은 물질을 첨가하는 방법도 있다. 이 기술은 활용되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움을 주고 있지만 완전히 없애지는 못한다. 이를 해결하기 위해서 시멘트 산업은 CCS carbon capture and storage (탄소포집저장)에 희망을 걸고 있다. 이는 굴뚝에서 나오는 이산화탄소를 걸러서 지하 같은 다른 곳에 저장할 수 있는 물질로 바꾸는 기술이다. 그래서 희망이 있다. 현재 콘크리트의 상당 부분이 중국에서 타설된다는 점이다. 현재 탄소 배출이 없는 콘크리트를 발명하려는 경쟁이 치열하다. 해결책은 중국에서 나올 가능성이 크다. 탄소 문제가 해결된다면 콘크리트는 앞으로 물질세계의 주력 제품일 것이다. 그렇다면 우리에게 모래의 역설이 있다. 모래는 인류 최초의 제조품인 유리의 기질에 머물지 않는다. 모래는 세상을 형성하는 기본에 그치지 않고, 건물의 기초를 닦거나 국경을 넓히는 데 사용되는 물질로 끝나지 않는다. 모래가 품은 이야기는 놀라운 규모를 자랑하지만 동시에 작은 이야기이기도 하다. 콘크리트를 이루는 원자가 컴퓨터 시대를 열어나가고 형성하는 원자이기도 하기 때문이다. 모래의 역설은 자연에서 흔한 물질을 가져와서 역사상 가장 중요한 제품을 창조한다는 것이다. 하지만 그렇게 되기까지 여러 단계의 변모를 거쳐야 하는데, 그 과정은 유리나 콘크리트가 겪는 여정보다 더 놀랍다. 이 세상에서 가장 놀라운 여행이라 할 수 있다. 고 필자는 주장한다. 현대 사회를 움직이는 가장 놀라운 여정인 반도체의 탄생을 보자. 컴퓨터와 스마트폰의 두뇌에 해당하는 반도체를 모르는 사람은 없지만, 이것이 얼마나 널리 사용되고 있는지 아는 사람은 생각보다 적다. 반도체 칩은 단지 세상의 두뇌 신경계뿐만 아니라 힘줄, 정맥, 수용체로 점점 더 역할을 늘리고 있다. 거의 모든 경제 활동과 세계의 GDP를 이루는 달러는 어떤 식으로든 반도체의 미세한 스위치에 의존하고 있다. 실리콘의 힌 ’‘웨이퍼’는 실리콘과 같은 물질이다. 실리콘은 모래, 콘크리트 성분이 아니던가? 실리콘은 경이로운 물질이다. 유리나 콘크리트가 되어 건물을 유지한다. 그리고 주기율표의 다른 원소들과 차별화된 전기적 특성을 가지고 있어서 반도체가 될 수 있다. 한동안 이물질로 무엇을 할지 아무도 알지 못했지만, 과학자들은 이 반도체를 일종의 스위치로 쓸 수 있다는 사실을 발견했다, 첫 스위치가 트랜지스터다. ’솔리드 스테이트‘ 스위치는 혁명이었다. 각각 2진법 코드를 물리적으로 구현하면 스위치는 작은 컴퓨터가 된다. 이때 웨이퍼에서 잘라냈기에 ’칩‘이라 불리게 됐다. 현대라는 시대를 탄생시킨 물질적 진보였다. 최신 스마트폰과 기기들, 최신 자동차와 냉장고는 모두 작고 가느다란 실리콘 조각에 의존한다. 이 조각은 다양한 물질과 융합하고 미세한 트랜지스터 세트로 식각 되어 있다. 2020년 초반 스마트폰 프로세서에는 1제곱센티미터보다 더 작은 공간에 120억 개의 트랜지스터가 들어간다. 트랜지스터는 작을수록 성능이 더 좋아진다. 더 빨리 더 적은 전력으로 컸다 껐다 할 수 있기 때문이다. 트랜지스터 하나가 결국은 전기 스위치 하나라는 사실을 잊어서는 안 된다. 컴퓨터 칩은 다양한 용도로 활용된다. 간단한 기능은 헤어드라이어, 진공청소기, 전화선까지 현대의 전자 제품에는 모두 반도체가 들어간다. 스마트폰 카메라 센서 기능을 하고 사진을 저장한다. 각각 기기의 두뇌 역할을 한다. 트랜지스터가 많이 들어가면 연산이 빠르고 컴퓨터의 성능이 향상된다. 최신 핸드폰은 약 1천5백만 개의 트랜지스터를 장착하고 있다. 적혈구보다 작고 코로나19 바이러스 크기에 트랜지스터가 4개 들어가는 크기다. 각각의 트랜지스터는 바이러스 중심에서 내뻗은 막대기 모양의 덩굴손인 스파이크 단백질과 비슷한 크기이다. 반도체의 놀라운 여행을 추적하려면 ’실리콘 밸리‘가 아닌 다를 곳을 찾아봐야 한다. 당신의 손에 있는 아이폰은 캘리포니아에서 설계되어, 중국에서 조립되고 디스플레이, 유리 액정, 배터리, 카메라, 가속도계, 모뎀과 트랜지스터, 스토리지와 진력 관리 칩은 각각 다른 공장에서 제조되어 중국에서 조립된 뒤 우리에게 배송된 것이다. 2026.06.18.물질의 세계-2nd에드 콘웨이 지음이종인 옮김인푸루엔셀 간행