지구 온난화의 주범, 탄소란 도대체 없애야 될 존재인가?

우리들은 지구온난화의 주범인 탄소를 감축시켜 나가야 지구환경을 되살릴 수 있기 때문에 탄소는 없어져야 될 존재라고 여기기 쉽다. 그렇지만 생물체들이 살고 있지 않은 태양계의 행성들은 대체로 탄소덩어리로 구성되어 있어 원시 지구의 모습은 탄소덩어리이었다고 사실을 쉽게 알 수 있다.

이렇게 탄소 덩어리로 된 지구환경이 많은 생물체들이 살아갈 수 있도록 지난 30여 억 년 동안 진화발전해 모든 생물체가 편안하게 살 아갈 수 있도록 지구환경은 항상성을 유지하고 있다. 즉 지구 평균기온이 15°C, 대기권의 원소 및 해양의 염분 농도는 매우 항상 안정적으로 유지시켜 지구생태계가 편안한 삶의 터전이 되어 왔다. 즉 지구 대기권의 원소란 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.93%, 나머지 기체(이산화탄소, 네온, 헬륨, 수소 등)들은 극소량으로 구성되고 있다.

최근 지구상에 탄소 비중이란 그간 0.03%에 불과했으나 화석연료 사용 증가, 산불, 화산활동 등으로 갑자기 크게 늘어나면서 지구상의 탄소농도는 크게 증가하였다.

사실 기나긴 세월 동안 대기 속 이산화탄소 농도는 300ppm을 넘지 않눈 항상성울 유지시켜 왔다. 그런데 산업혁명 이후 200년 동안 지나친 화석연료의 사용으로 2021년 현재 415.7mm로 늘어나 72.1%나 증가하게 되었다.

탄소란 대기 중에 200년 이상 머물러 있으면서 태양에너지의 긴파장 (적외선)을 흡수하는 온실가스라는 특성을 지니고 있다. 이런 온실가스가 쌓이면서 지구의 기온이 지속적으로 상승하면서 폭염, 산불, 폭우, 태풍, 지진 등 극한 기상이변이 발생하여 세계 인류의 생명을 위협하고 있다.

유엔은 IPCC라는 세계적인 전문가 그룹을 만들어 내는 보고서를 통하여 이 같은 사실을 밝혀냈다. 이제부터는 화석연료 사용을 중단시켜야 극한 기상이변으로부터 지구환경을 보호할 수 있다는 사실을 세계 인류에게 알렸다. 그래서 ‘2050 탄소중립’눈 세계 각국의 가장 큰 당면과제로 부각되고 있다. 그렇다면 지구온난화의 주범인 탄소는 자구상에 없어져야 될 존재인가?

지구상의 모든 생명체는 수소, 산소, 탄소, 질소의 네 가지 원소를 기반으로 황과 인, 두 원소가 극소량 포함되는 6가지 원소로 구성되었다.

지구생태계란 이런 6가지 원소를 기반으로 아주 다양한 유기 화합물들이 이루어지면서 생명을 유지시켜 오고 있다. 특히 물은 모든 생체 조직의 주성분이며, 보통 질량의 70%나 차지하고 있다.

한편 지구상의 모든 생물체들이 먹이사슬로 연결되어 있어 사실상 탄소는 먹이사슬을 통하여 질소와 함께 순환되고 있다고 할 것이다.

모든 생물체의 먹거리인 유기물질들을 식물의 광합성 작용으로 만들어진다. 즉 식물이 태양에너지를 기반으로 이산화탄소와 물로 다양한 유기물질을 만든다. 이런 유기물질을 초식동물이 먹고 육식동물은 초식동물이나 식물이 만든 유기물질을 먹고 살아가고 있다. 따라서 탄소는 유기물질의 기반이 되어 모든 생물체의 먹거리가 되어 먹이사슬을 통하여 순한되고 있다.

사실상 화석연료라는 것도 땅속에 붇힌 생물체의 시체나 배설물들이 높은 열과 압력을 받으면서 석유, 석탄, 가스로 변화한 것이어서 모든 생물체의 내부에 있는 탄소로 구성되어 있어 땅속에 묻힌 것으로 캐내어 다시 지구환경으로 되돌아가고 있다고 할 수 있다.

우리들의 몸은 70%가 물로 구성되었으며 그 다음으로는 탄소의 비중이 18%나 된다. 즉 인간을 비롯한 동물들은 음식으로 섭취한 부분적으로 환원된 탄소화합물을 이용해서 조직과 기관을 만들고, 그 에너지를 이용해서 삶을 살아가고 있다고 할 것이다.

실제로 우리 몸을 구성하는 60조 개의 세포가 모두 탄소의 화합물로 만들어진 것이다. 우리 몸에서 일어나는 생리작용을 정교하게 통제해주는 효소와 호르몬과 같은 단백질도 탄소의 화합물이다.

우리가 살아 움직이기 위해 필요한 생리적 에너지를 공급해주는 탄수화물이나 지방도 예외가 아니다. 심지어 생명의 연속성에 꼭 필요한 유전 정보를 담고 있는 DNA와 유전 정보로부터 단백질을 합성하는 과정에서 핵심적인 역할을 하는 RNA도 탄소의 화합물이다. 이같이 탄소 화합물을 생명을 가진 유기체의 전유물이라고 할 수 있다.

인류 문명의 근대화를 가능하게 만들어준 화석연료도 모두 탄소의 화합물이다. 정보화 시대를 가능하게 만들어준 전기도 대부분 석탄을 비롯한 화석연료로 생산한다. 결국 탄소를 이용해서 생산하는 에너지가 인류 문명의 눈부시게 발전시켰다고 할 수 있다.

땅속 깊은 곳 고온·고압 상태에서 탄소는 투명한 다이아몬드가 된다. 다이아몬드는 아름다운 광채를 띠면서 경도도 모스경도 10으로 세계에서 가장 강도가 높은 물질이다. 그렇지만 혹연은 100% 탄소결정체이지만 이상하게도 다이아몬드와 정반대로 가장 연한 모스강도 ‘1 이하’이어서 가격은 저렴하고, 미끄럼 특성이 좋아 필기구인 연필심으로 사용된다.

흑연 결정질 탄소와 반대로 비 정질탄소가 되면 천연고무와 결합을 잘해 항공기, 자동차 타이어에 강화첨가재로 사용된다. 그리고 최근 탄소 버키볼(C60), 그래핀(Graphene) 소재로 개발돼 스마트폰 등 IT 기기에 투명전극 소재로 활용되고 있다.

19세기 중반부터 인류의 탄소 의존도는 더욱 빠르게 심화되면서 천연물에 의존하던 염료, 섬유, 의약품을 인공적으로 합성하는 효율적인 화학 기술로 전환되었다. 20세기에는 탄소를 기반으로 하는 고분자 합성기술이 등장하면서 탄소는 우리들의 일상용품으로 자리잡고 있는 것이다.

이제 탄소와 금속소재가 융합되는 합금속이 미래 첨단소재로 개발되면서 탄소 기반의 첨단 나노 소재 세상을 만들어 나가고 있다. 즉 티타늄이라는 탄소를 기반으로 하는 합금속이 다양한 용도로 활용되면서 기존 산업체는 새로운 첨단 나노소재라는 새로운 옷으로 갈아입고 있는 것이다.

요즈음 배출되는 탄소를 포집, 저장, 활용하는 CCUS기술이 탄소중립의 핵심기술로 부각되면서 탄소를 활용하여 미래 첨단 나노소재룰 개발해 나가는 티타늄 기술들이 기존 산업체를 친환경 첨단 소재로 갈아 있는 세상이 되고 있다.

탄소는 지구온난화의 주범으로 부각되고 있지만 이를 활용한다면 첨단 나노소재에 의해서 새로운 세상을 만들어 나갈 수 있는 것이다. 탄소는 없애야 될 존재가 아니라 더욱 발전시켜 지구환경을 되살려 나가는 기반으로 활용해야 되는 세상이 된 것이다.