The Earth
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이번 달에 F1 경기가 캐나다에서 개최됩니다. 우크라이나, 러시아, 파키스탄, 인도, 중국, 이스라엘 등 세계 곳곳에서 전쟁과 분쟁이 일어나고 있고, 기후변화에 따른 천재지변과 농작물 피해가 크게 일어나고 있는데, F1 경기라니? 정말 개념없는 호사찬란한 뻘짓을 벌이고 있습니다. 세상은 정말 내몰라라 내손내잡 세상입니다.
F1 경기에 그 큰 돈 내고, 비행기값과 호텔비 내고 구경갈 호사꾼들의 경지에는 이르지 못했지만, 도토리 키재기, 오십보백보, 그런 놈들에게 냉소적이면서도 정작 제 수준도 그에 못지 않습니다. 그냥 오늘 하루 안위하면 댕큐하는 수준의 삶인건 매 한가지입니다. 아니 더 허접한지도 모릅니다.
F1 경기장에는 가지 못하지만, 저도 F1 머신은 하나 있습니다. 무려 배터리로 움직이는 전기 F1 머신입니다. 스마트폰으로 작동이 가능합니다.
지금 충전하고 있는 배터리는 무려 리튬이온 배터리입니다. 미중간 갈등으로 촉발된 중국의 희토류 수출금지. 그로 인해 코비드 이후로 다시금 자동차 생산이 중단되기 시작하는 사태를 맞이하고 있습니다. 자동차 부품을 제작할 때, 희토류 금속이 많이 들어갑니다.
이런 중대한 사태를 맞이하여 트럼프가 미국이 희토류 생산을 재개한다고 하지만, 희토류 생산이 중단된 상태에서 다시 시작하려면 준비기간이 10년이 필요합니다. 그리고 미국에는 희토류 생산에 뛰어들 기업도 사람도 없고, 각종 환경규제와 지역사회의 반대 때문에 사업을 펼칠 여건도 되지 않습니다. 희토류 생산에는 어마어마한 환경오염과 노가다 작업이 필요한데, 미국이 이걸 타개할 방법이 없어 보입니다. 이 정도 이야기로는 희토류가 뭐길래? 무슨 오염 물질이 배출되기에? 고개가 갸웃 이해가 완전히 되지 않을 것같아 제일 손쉬운 방법, AI(구글 Gemini)에게 설명을 부탁했습니다.
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희토류는 어떤 금속을 이야기하는가? 어디에 쓰이는가? 추출하는 과정에서 얼마나 많은 오염물질이 생기는가? 추출과정은 복잡한가?
희토류: 첨단 산업의 비타민, 그 이면의 환경 문제
희토류(Rare Earth Elements, REE)는 주기율표의 17개 화학 원소를 총칭하는 것으로, 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)과 란타넘(La)부터 루테튬(Lu)까지의 란타넘족 15개 원소를 포함합니다. 이름과 달리 지각에 비교적 풍부하게 존재하지만, 한곳에 농축된 광맥이 드물고 분리 및 정제가 매우 까다로워 '희귀한 흙'이라는 이름이 붙었습니다.
첨단 기술의 핵심 소재
희토류는 독특한 자기적, 화학적, 광학적 특성 덕분에 현대 첨단 산업에 없어서는 안 될 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 주요 용도는 다음과 같습니다.
강력한 영구자석: 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 디스프로슘(Dy) 등은 전기차 모터, 풍력 발전기 터빈, 하드 디스크 드라이브, 스마트폰, 이어폰 등에 사용되는 고성능 영구자석의 핵심 원료입니다.
디스플레이 및 조명: 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 이트륨(Y) 등은 스마트폰 화면, TV, LED 조명의 발광 재료로 사용되어 선명한 색상을 구현합니다.
촉매 및 센서: 세륨(Ce), 란타넘(La)은 자동차 배기가스 정화 촉매와 석유화학 공정의 촉매로 활용됩니다.
기타 첨단 산업: 이 외에도 광섬유, 레이저, 특수 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 분야에서 희토류가 필수적으로 사용됩니다.
복잡하고 오염 심한 추출 과정
희토류의 추출 과정은 매우 복잡하고 환경에 심각한 부담을 줍니다.
추출 과정의 복잡성: 희토류는 여러 원소가 함께 섞여 존재하기 때문에, 이를 분리하고 정제하는 과정이 매우 까다롭습니다. 광석을 파쇄하고 선별하는 물리적 공정과, 황산이나 염산과 같은 강한 화학약품을 사용하여 각 원소를 분리해내는 화학적 공정을 거쳐야 합니다. 이 과정은 기술적으로도 어렵고 많은 비용이 소요됩니다.
심각한 환경 오염: 희토류 1톤을 생산하는 과정에서 막대한 양의 오염 물질이 발생합니다.
폐수: 강산을 사용한 화학 처리 과정에서 다량의 산성 폐수가 발생하며, 여기에는 중금속과 불소 등 유독 물질이 포함되어 있습니다.
가스: 분해 과정에서 황산이 포함된 유독 가스가 배출되어 대기오염을 유발합니다.
방사성 폐기물: 희토류 광석에는 토륨(Th), 우라늄(U)과 같은 방사성 물질이 함께 매장된 경우가 많아, 추출 과정에서 방사성 폐기물이 발생하여 토양과 지하수를 오염시킬 수 있습니다.
이러한 문제로 인해 희토류 생산은 종종 심각한 환경 파괴와 지역 주민의 건강 문제로 이어지기도 합니다. 따라서 희토류의 안정적인 공급망 확보와 더불어, 친환경적인 추출 기술 개발 및 재활용 노력의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
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황산은 자동차 배터리 내부에 있습니다. 황산이나 염산은 정말 위험한 화학물질입니다. 황산 테러를 당한 사람은 살아도 나머지 삶이 사는 게 아닙니다. 황산을 뒤집어 쓰면 피부와 장기가 녹아 극심한 고통을 당합니다.
참고로 고등학교 화학 시간에 배우던 주기율표를 보면 희토류가 어느 군에 속한 것인지를 볼 수 있습니다.
자동차와 전쟁무기가 전자화되고 스마트폰이 대중화되면서 희토류가 인류 문명사의 대표적인 물질이 되었지만, 에드 콘웨이(Ed Conway)는 그의 저서 “물질의 세계”에서 현대문명을 일으킨 물질로 희토류 말고 여섯가지를 뽑고 있습니다. 그 내용도 AI(구글 Gemini)에게 설명을 부탁했습니다.
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에드 콘웨이가 물질의 세계에서 이야기하는 여섯 가지 물질은 무엇인가?
에드 콘웨이(Ed Conway)는 그의 저서 "물질의 세계 (Material World: The Six Raw Materials That Shape Modern Civilization)"에서 현대 문명을 형성한 여섯 가지 핵심 물질을 다음과 같이 이야기합니다.
흙, 모래 (Sand)
가장 오래된 기술 재료 중 하나인 모래는 오늘날 최첨단 기술의 핵심이기도 합니다. 콘크리트의 주성분으로서 현대 도시를 건설하는 데 필수적이며, 모래에서 추출된 규소(실리콘)는 반도체 칩과 광섬유 케이블의 기초가 되어 디지털 시대를 가능하게 했습니다.
소금 (Salt)
역사적으로 생명 유지에 필수적이었던 소금은 문명의 발달과 교역로 형성에 중요한 역할을 했습니다. 오늘날에는 식품 보존뿐만 아니라, 화학 산업의 핵심 원료로 사용되어 플라스틱, 비누, 염소 등 수많은 제품을 만드는 데 기여하고 있습니다.
철 (Iron)
철과 그 합금인 강철은 산업 혁명의 뼈대를 이루었으며, 오늘날에도 여전히 가장 중요한 건축 및 공학 재료입니다. 건물, 다리, 자동차, 선박 등 우리 사회의 기반 시설 대부분이 철로 만들어져 있습니다.
구리 (Copper)
구리는 뛰어난 전도성 덕분에 전기의 시대를 연 핵심 물질입니다. 전력망, 전선, 전자 기기 등 보이지 않는 곳에서 세상을 연결하고 있으며, 전기 자동차와 재생 가능 에너지 시스템의 확산으로 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.
석유 (Oil)
석유는 지난 세기 동안 세계 경제를 움직여 온 주요 에너지원입니다. 연료로서 교통과 발전을 담당했을 뿐만 아니라, 플라스틱, 비료, 의약품 등 수많은 현대 제품의 원료가 되는 물질 세계의 역설적인 존재입니다.
리튬 (Lithium)
'하얀 석유'로 불리는 리튬은 21세기의 가장 중요한 자원 중 하나입니다. 스마트폰부터 전기 자동차에 이르기까지, 재충전 가능한 배터리의 핵심 원료로서 에너지 저장 기술과 청정 에너지로의 전환에 필수적인 역할을 하고 있습니다.
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현대 문명 발전에 기여한 여섯 가지 물질로 에드 콘웨이가 꼽은 것은 흙(모래), 소금, 철, 구리, 석유, 리튬입니다. 그런데 사실 이 여섯 가지 물질은 모두 땅속에 있는 것들입니다. 뿐만 아니라 희토류도 모두 땅 속에 있는 것들입니다.
주님은 창조의 시작에서 제일 먼저 땅을 언급합니다. 세상에, 아니 세상이란 것조차 없고, 아무 것도 없을 때, 무에서 유를 창조할 때, 땅은 혼돈한 상태로 나타납니다.
[창1:2] 땅이 혼돈하고 공허하며 흑암이 깊음 위에 있고 하나님의 영은 수면 위에 운행하시니라
[Ge 1:2, NIV] Now the earth was formless and empty, darkness was over the surface of the deep, and the Spirit of God was hovering over the waters.
주님이 천지창조를 시작하시고 땅의 형태를 잡은 것은 창조 3일째입니다. 첫날 빛을 창조하시고, 둘쨋날 물을 창조하신 다음에, 땅을 창조하신 것은 땅이 얼마나 중요한 것인지 알 수 있습니다. 땅 다음에 해와 달과 별과 동물들을 창조하시고 창조의 마지막 날에 사람을 창조하셨습니다.
[창1:11] 하나님이 이르시되 땅은 풀과 씨 맺는 채소와 각기 종류대로 씨 가진 열매 맺는 나무를 내라 하시니 그대로 되어
[Ge 1:11, NIV] Then God said, "Let the land produce vegetation: seed-bearing plants and trees on the land that bear fruit with seed in it, according to their various kinds." And it was so.
주님이 창조하신 땅 속에 인간에게 필요한 모든 물질이 들어있습니다. 문명 발전을 위한 것은 추가적인 일이고, 생명과 사람을 위해서도 땅 속에 많은 것을 담아 주셨습니다. 식물이 땅속의 물질을 정제하여 사람과 동물의 삶에 필요한 먹거리를 제공합니다. 사람이 식물의 뿌리보다 더 정교하게 땅속의 물질을 정제해낼 수 있을까요? 주님이 허락하신 솜씨로만 그것이 가능합니다.
땅과 하늘과 바다를 보십시오. 주님의 은혜와 사랑이 넘칩니다. 주님의 창조를 부인할 수 있는 능력은 이런 것들 뿐입니다. 상식 없음과 분별력 없음과 어리석음.
[롬1:20] 창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그가 만드신 만물에 분명히 보여 알려졌나니 그러므로 그들이 핑계하지 못할지니라
[Ro 1:20, NIV] For since the creation of the world God's invisible qualities—his eternal power and divine nature—have been clearly seen, being understood from what has been made, so that people are without excuse.
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