KIGAM 한국지질자원연구원

지구를 모방하면, 그 안에 해답이 있다 - 지구모방기술

광물자원연구본부 손정수 본부장

지구의 환경을 보존하면서, 기술을 개발할 수 있는 방법은 없을까? 기존의 생각을 뛰어넘는 생각의 전환이 필요한 때다.

그러기 위해서는 인류가 축적한 지식을 정확히 이해하는 것이 필요하다. 그 시작이 모방이다. 모방은 창조의 어머니다.

모방은 지식을 습득하고, 정확히 이해하는 데 필요한 과정이다. ‘지구모방기술’이 바로 그 예이다.

지구는 지난 46억 년 동안 일련의 과정(용융, 상분리, 지각의 생성 및 조산 운동, 마그마 분출, 화산활동, 물질의 자연순환 등)을

거치며 지금과 같은 모습으로 변화했다. 지구가 변화한 원리를 정확하게 이해해, 산업 기술에 적용하는 기술이 바로 지구모방기술이다.

왜 지구모방기술인가
인류는 ‘과학 혁명’과 ‘산업 혁명’을 통해 물질적으로 풍요로워지고 더 오래 살게 된 반면, 인구는 폭발적으로 증가했다.

산업화가 진행되면서 지구는 서서히 훼손됐다. 20세기에 들어서면서 과학기술이 발전하는 속도는 더욱 빨라졌고, 지구 생태계에 미치는 영향은 증가했다. 지구 온난화, 산성비, 오존층 파괴, 자원 고갈, 담수 부족, 초원의 사막화, 자연림 감소, 토양 침식 같은 문제가 발생했다. 바다는 화학물질과 쓰레기로 오염됐다. 과학기술은 삶을 윤택하게 해주었지만, 그에 못지않게 사회적, 경제적, 환경적으로 많은 문제를 일으켰다.

인류는 지구라는 제한된 서식지에서 한정된 자원을 활용해 살아가야 하는 존재다. 이를 해결하기 위해인류는 과학을 활용했다. 자연은 단지 호기심의 대상이었다. 인류는 농업혁명, 과학혁명, 산업혁명, 정보통신혁명을 거치면서 오히려 자연에서 벗어나고자 애썼다. 그러나 인류는 자원의 일부다. 다른 생물과 마찬가지로 생태학의 법칙을 따라야하는 존재다. 인류가 생태학의 법칙을 따르지 않는다면, 더는 생태계에서 번성하지 못해 멸종할 수도 있다. 인류가 직면한 문제를 해결하기 위해서 이제는 자연과 지구를 이해해야 한다. 자연을 앞지르거나 조정하는 것이 아닌, 자연에서 배우고 자연과 어울리는 방법을 모색해야 한다. 지구모방기술이 필요한 이유다.

지구모방기술의 종류

지구모방기술이란, 지구가 만든 물질에서 영감을 얻어 새로운 제품을 개발하는 것을 뜻한다.

즉, 지구에서 발견할 수 있는 독특한 요소를 산업 기술에 적용하는 것이다. 지구의 생성 과정과 변화 과정을 모방해 산업 생산 공정에 적용할 수 있다. 예를 들어 보자.‘인조 다이아몬드’가 있다. 이산화탄소는 고온고압과 환원 분위기인 지구 깊숙한 곳에서 탄소고체로 변한다. 이때 아름다운 색상과 커다란 결정을 갖는 다이아몬드로 재탄생된다. 인류는 흑연을 섭씨 2,000℃ 이상, 수만 기압의 압력 조건에서 철과 니켈을 촉매로 하여 6~8면체의 인조 다이아몬드를 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 연마재용 같은 산업용으로 활용할 수 있다. 하지만 크기가 큰 천연 다이아몬드를 만들기 위해서는 아직도 연구를 진행해야 하는 실정이다. 또 다른 지구모방기술로는 ‘광물탄산화’가 있다. 지구는 46억 년 동안 지각과 대기가 끊임없이 변화하면서 빙하기, 간빙기 등을 반복해 왔다. 지각에 존재하는 탄산염 암석이 지구내부로 들어가게 되면, 암석 내 존재하는 이산화탄소가 증발되면서 지구 온난화를 일으킨다. 이때 지구 온도는 상승한다.

만약 이 과정에서 암석의 풍화가 증가하면, 탄산염광물의 경우 물과 반응해 탄산의 용해가 증가한다. 그러면 규회석(Wollastonite)이 물에 용해된 이산화탄소와 반응해 석영과 방해석을 만들게 되며, 온실효과를 일으켰던 이산화탄소 상당 부분을 지구내부로 되돌릴 수 있다.

최근에는 산업화 때문에 대기 중의 이산화탄소가 급격하게 증가했다. 이산화탄소가 증가하면서 46억년 동안 지구에서 한 번도 일어나지 않았던 지구 온난화가 발생했다.

이러한 문제를 해결하는 방안이 바로 지구 탄산염반응이다. 탄산염반응은 지구가 이산화탄소의 대기 중 농도를 적절히 조절하도록 도와준다.

더불어, 탄산염반응을 모방해 과잉의 이산화탄소를 방해석으로 만들고, 이를 다양한 원료로 활용 할 수 있는 방안을 모색해야 한다.

어떻게 전개할 것인가

한국지질자원연구원은 광물자원을 확보하고 지구 환경을 보전하기 위해 지구모방기술을 활용할 계획이다.

 첫째, 지구 구성 물질의 생성 메커니즘을 모방한 선광, 제련, 소재화 공정 개발이다.

희토류 금속과 같은 금속광물, 석회석을 비롯한 비금속광물을 대체하는 원료를 얻을 수 있을 것이며, 이는 광물자원의고갈을 해결할 수 있다.

 둘째, 지구가 46억 년 동안 환경을 유지한 원리를 응용해 환경오염을 해결할 방안을 연구할 계획이다.

기후변화 대응 이산화탄소 저감을 위한 광물탄산화 연구가 해당된다. 지구가 46억 년 동안 변화한 과정에서 환경 문제가 없었던 요인을 분석해, 현재 환경 문제에 적용하는 연구다.

 셋째, GT+BT기술 개발이다.

서부영화에서 사금을 채취하는 장면을 본 기억이 있을 것이다. 우리는 주변 금광이 풍화와 침식 과정을 통해 하천에 흘러들었다고 생각한다. 그런데 사금 생성이 지질적인 요인이 아닌, 생물과 관련이 있다는 주장이 있다. 사금의 구조를 분석한 결과, 마이크론 단위의 둥근 물체가 가느다란 막대로 연결되어 있고, 또 그 구조는 구물구조였다.

즉, 사금은 페도미크로븀(Pedomicrobium)이라는 세균이 자기 몸 위주로 금을 모으면서 만든 구조물이다. 또한, 갯벌에 자생하는 미생물은 주변에 있는 중금속을 몸속에서 밖으로 배출하는, 이른바 ‘pumping-out’ 기능을 수행하는 효소 또는 단백질을 갖고 있다. 이런 기능을 규명한다면, 저품위 광석 내 유가금속을 농축하는 미생물 선광방법을 개발할 수 있을 것이다.지구모방기술은 생체모방기술뿐만 아니라, 대기의 흐름, 해수의 흐름 등 다양한 분야를 포함한다. 우리는 지질자원 분야와 생명공학을 연계해, 지구와 인류에 도움이 되는 기술을 개발하고자 한다. 10년 전,한국지질자원연구원은 KIGAM 2010 비전으로 ‘하나뿐인 지구의 올바른 이해와 유한한 자원의 효율적 이용을 통하여 살아 숨 쉬는 지구촌 보전에 기여하는 선도적 연구기관’을 만든 적이 있다. 앞으로도 지구에 대한 이해를 바탕으로, 현재 과학기술이 당면한 과제를 해결하고 국민이 행복한 삶을 영위하도록 다양한 연구를 펼쳐갈 예정이다. 지구모방기술이 그 해답이 될 것이다.