과학 기술의 진보는 놀라운 기술 혁신을 뛰어 넘어 그 기술이 얼마나 환경친화적인가에 중점을 두기 시작했다. 특히 미래 사회의 기업 이윤이 대중의 의견을 적극적으로 수렴하는 전략을 추구하고 있기 때문에 환경적인 측면의 고려는 다양한 분야에서 적극적으로 시도될 전망이다. 최근 주목을 받고 있는 몇 가지 환경친화적인 기술을 소개하면 다음과 같다.

분해되는 폴리스티렌

일반적인 발포폴리스티렌(foam polystyrene, 폴리스티렌수지에 발포제를 넣은 다공성 기포플라스틱으로 스티로폼이라고도 함)은 생분해성이 없는 단점이 있어 환경적인 문제를 야기할 수 있다는 우려를 낳고 있다.

발포폴리스티렌은 제품을 보호하기 위한 포장 용도로 사용된다. 이 재료가 강도, 완충성, 단열성은 물론 생분해성을 갖출 경우 고유의 포장 기능 뿐 아니라 환경 유해성까지 완화시킬 수 있다.

여러 분야의 제조업자들은 미생물이 분해할 수 있는 셀룰로오스, 전분을 결합하거나 빛에 민감한 폴리머를 첨가하여 빛에 분해될 수 있도록 이 재료를 보다 환경친화적으로 전환시키려는 시도를 해왔다.

그러나 중국 청도과학기술대학(Quingdao University of Science & Technology) 고분자공학과 Shanpu Ya와 그의 연구진은 셀룰로오스, 전분을 결합하거나 빛에 민감한 폴리머를 첨가하는 방법들이 심각한 결함을 가지고 있다고 전했다. 특히 이 방법들을 이용했을 때 폴리머가 분해되는 데 너무 오랜 시간이 소요된다고 비판했다.

대신 폴리스티렌 같은 재료를 형성하기 위하여 중합 반응을 하기 전 스티렌 같은 화학 물질을 통해 직경 약 6 ㎛의 물을 흡수하는 수지 입자(water-absorbing resin particle)를 끼워 넣는 새로운 접근 방법을 개발했다.

이 방법을 이용하면 고체가 물과 접촉할 때 수지 입자가 팽창하여 입자 대비 폴리머 구조가 감소하여 생물 분해가 가능해진다. 연구팀은 분해 속도는 첨가물의 비율을 변경하여 제어될 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 환경과 비용을 모두 고려하는 기업들이 이 방법을 기꺼이 적용할 것으로 기대하고 있다.

보다 빠른 바이오디젤 제조

식물성 오일은 환경적 장점과 재생 가능 자원으로 만들어진다는 사실 때문에 최근 많은 관심을 끌고 있다. 이때 만들어지는 에너지의 양은 디젤 연료와 비슷하다.

최근 석유 가격의 증가와 석유 이용에 관한 불확실성의 증가로 인해 식물성 오일을 디젤 엔진에 사용하려는 시도가 크게 증가하고 있다. 특히 기존의 석유계 디젤에 비해 입자상 물질의 배출이 크게 감소되기 때문에 디젤 영역의 끓는점을 가진 물질이 주목을 받고 있다.

바이오디젤 제조는 식물성 오일에 있는 유리지방산(free fatty acid)과 트리글리세리드(triglyceride)가 16-18개 가량의 탄소 원자 길이의 메틸 에스테르(methyl ester)를 형성하기 위하여 메탄올과 반응하는 transesterification 반응을 포함한 공정을 통해 얻어진다. 정제된 메틸 에스테르는 이후 디젤 연료를 대체품으로 이용될 수 있다.

문제는 transesterification 반응이 느리고, 이 공정을 가속시키는 유일한 방법이 고온, 고압의 반응조에서 화학 물질을 자극하는 것이라는 점이다. 그러나 반응조에서 연료를 제조하는 것이 생산되는 바이오디젤 비율을 제한한다.

현재 코넬 대학(Cornell University)의 Christian Fleisher와 그의 연구진은 반응조를 비우고 채우는 과정을 거치지 않고 연속적으로 바이오디젤을 생산하는 방법을 개발했다. 이것은 연속 반응조(plug flow reactor)라고 알려진 시스템을 이용하여 한쪽 끝에서 식물성 오일과 메탄올을 연속적으로 첨가하는 한편 바이오디젤은 다른 쪽 끝으로 흘러나오게 하는 기술이다.

Fleisher는 수산화나트륨 같은 촉매를 이용하여 반응 속도를 빠르게 하는 데 성공했다. 따라서 많은 시간이 소요되는 대신 transesterification 반응이 3분 이하로 수행된다.

에너지를 생산하는 안테나

다수의 전자 태그(RFID tag)는 배터리를 필요로 하지 않는다. 대신 각 태그는 AC 시그널을 DC 전압으로 전환시킬 수 있는 회로에 연결된 안테나(antenna)를 갖는다. 태그는 이후 이러한 전압을 이용하여 자체적인 신호를 전송한다. 필수적으로 태그는 환경 중에 존재하는 전파로부터 에너지를 얻는다.

이 원리에 착안하여 피츠버그 대학(University of Pittsburgh) 전기 공학자인 Marlin Mickle은 수많은 안테나 회로를 갖는 태그를 만들어 다른 무선 주파수(radio frequency)에서 에너지를 흡수하도록 고안했다. 이 방법은 RFID 태그 이외의 장치에도 동력을 제공할 수 있으며, 아직까지 이용되지 않은 분야의 자원으로부터 얻을 수 있는 청정 에너지원을 창출할 수 있다.

바이오 태양 전지

실리콘 태양 전지는 일광을 전류로 전환시키지만 설비를 구축하는 데 시간이 소요되고 비용이 비싼 단점이 있다. 한편 전통적인 태양전지들과는 다르게 유기 태양 전지들은 필름처럼 구부러지고 얇으며 투명해질 수 있다. 유기 광발전 물질들의 장점들은 제조 공정에서 비용을 굉장히 절약할 수 있도록 해주며 새로운 제품들도 만들 수 있도록 해준다.

미국 MIT 공대 분자자기조립 연구소(Laboratory of Molecular Self Assembly)의 Shuguang Zhang과 그의 연구진은 빛을 얻을 수 있는 생물학적으로 유도된 분자를 이용하는 계획을 구상했다.

엽록소는 반도체 기질 위에 있는 산화아연 나노와이어에 고착될 수 있는 펩티드 분자에 붙는다. 전체 결합체는 이후 보호를 위하여 투명 폴리머로 코팅된다. 에너지는 더 높은 에너지 수준으로 여기되는 색소에서 전자로 생산된다.

이 계획은 극한 미생물 박테리아(extremophile bacteria)에서 엽록소(chlorophyll)라 불리는 빛을 얻을 수 있는 분자를 분리하는 것이다. 이 박테리아들은 매우 높은 온도에서 견딜 수 있기 때문에 얻어진 태양 전지 역시 고온에서 견딜 수 있다.

이 방법은 바이오 태양 전지가 일광을 전기로 얼마나 효율적으로 전환시킬 수 있는지, 바이오 태양 전지는 얼마나 오래 지속 가능한지, 이러한 시스템을 만드는 비용은 얼마나 저렴한지 등 여러 가지 문제를 안고 있다. 그러나 바이오 태양 전지는 초기 단계에 있으며 가까운 시일 내에 보다 개선될 것으로 전망된다.

상기 언급된 기술들은 기본적인 구조를 바꾸거나 고유의 특성을 활용하여 환경적인 측면을 강화시키고 더불어 기술적인 발전까지 도모한 사례들이다. 과학 기술의 활용 사례는 뛰어난 진보에서 시작되는 것이 아니라 기초적인 아이디어를 어떻게 변화시키는 지에서 시작되고 있다.

또한 인간은 상상력을 넓혀 아직까지 생각하지 못한 영역, 예를 들면 에너지를 생산하는 안테나처럼 기발한 영역에서 새로운 가능성을 모색해야 할 것이다.

(technology.newscientist.com)