파란하늘 빨간지구 - 기후변화와 인류세, 지구시스템에 관한 통합적 논의
조천호 지음 / 동아시아 / 2019년 3월
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 온난화는 매우 잘 알려져 있지만 그 과정을 자세히 설명한 책은 드물다. 이 책은 그 드뭄을 대한 갈증을 충족시켜주는데 설명이 매우 자세하여 온난화 과정과 그 원인에 대해서 많은 과학적 사실을 알 수 있었다. 

 책은 인간에게 매우 소중한 지구가 인간과 생명에 어쩌다 우호적 환경을 선사했는지 부터 설명한다. 그리고 이는 알다시피 기적적 우연에 가깝다. 일단 태양계의 위치인데 은하계에서 가장자리다 중심이 아니라 슬퍼게 느껴지지만 만약 태양계가 은하계의 중심에 위치했다면 블랙홀의 강한 복사에너지 때문에 행성들이 초토화되었을 것이다. 즉, 생명의 발생 가능성이 사라진다는 것이다. 다행히 우리 태양계는 블랙홀에서 멀리 떨어져있다. 

 그리고 태양계 내에서 지구는 다행이 위치가 적절하다. 지구와 형제인 금성과 화성은 생성 초기 대기조건이 매우 유사했다. 다만 금성은 태양과 가까워 복사에너지가 지구의 2배에 달하고 이로 인해 물이 기화되고 강한 자외선으로 수증기가 산소, 수소로 분리되었다. 가벼운 수소는 우주로 모두 날아가버리고 산소는 금성의 암석을 산성화시켰다. 때문에 물이 존재하지 않는다. 반면 화성은 질량이 지구의 1/10에 불과하다. 낮은 중력으로 기체가 거의 우주로 날아가버렸고 복사에너지도 적어 물이 없고 있다해도 지하나 일부 표면에 얼음으로만 존재한다. 

 반면 원시 지구는 달랐다. 초기엔 수증기만 존재했지만 소행성충돌로 고온상태가 끝나고 수증기가 응결하여 비가 내려 바다가 형성되었다. 당시 지구는 이산화탄소만 60기압에 달했는데 이 이산화탄소를 생성된 바다가 흡수했다. 그래서 이산화탄소 농도가 10기압까지 하강했는데 지구의 판구조로 인해 대륙의 갈라진 틈으로 칼슘과 마그네슘이 공급되었고 바다에 녹은 탄소가 이들과 결합해 탄산칼슘과 탄산마그네슘을 형성하여 초기 대륙의 재료로 쓰였다. 그리고 최종적으로 35억년 전 엽록소를 가진 생물이 탄생하여 이산화탄소를 산소로 전화하였다. 산소는 대기 중 수소와 만나 물을 형성하였는데 이를 통해 지구는 가벼운 수소가 물로 붙잡혀 상당량 남게 되었다. 이 모든 과정을 통해 초기에 무척 높던 이산화탄소는 지금처럼 적정하게 낮아지게 되었다. 

 생성된 산소는 위로 올라가 성층권에서 오존을 형성하여 자외선을 차단하게 되었다. 오존은 자외선으로 산소와 산소라디칼로 분리되지만 둘은 불안정하여 곧바로 다시 오존으로 결합한다. 5억8천만년이 되어서야 오존의 충분한 형성으로 자외선 량이 지금 수준으로 감소했다. 그리고 이로 인해 식물이 육상으로 진출하게 되었다. 성층권은 열구조가 대류권에 비해 안정적으로 형성되어 있는데 이때문에 지구 대기는 지구의 약한 중력에도 불구하고 탈출이 어렵다.

 달도 지구의 안정적 환경에 한몫을 했다. 원래 지구의 자전 주기는 6시간이었지만 달의 중력으로 인해 서서히 느려져 24시간이 되었다. 하루가 6시간이라면 진화는 매우 달라졌을 것이다. 그리고 달은 지구의 자전축을 기울여 계절을 발생시켰다. 계절로 인해 생명체는 안정적 진화가 가능해졌다. 만약 자전축이 기울지 않았다면 극한의 여름과 극한의 겨울만이 발생한다. 

 지금의 지구 환경엔 빙하가 큰 역할을 한다. 3500만년전 남극 대륙이 분리되어 남으로 이동하여 강한 해류가 주변에 생성되었다. 그로 인해 남극 주변으로 따뜻한 물이 유입되지 않기에 이르렀는데 그래서 남극에 거대 빙하가 생성되기 시작했다. 북반구에는 거꾸로 따뜻한 물의 유입이 빙하를 형성했다. 300만년전 대서양 열대 해류가 멕시코 만류를 통해 북극으로 흐르기 시작했는데 이 해류가 눈을 많이 내리게 해 북반구에 빙하게 형성된 것이다. 

 이 빙하는 확장과 수축을 반복하는데 북반구의 여름이 약해지면 고위도 지역의 눈이 여름에도 안 놓고 쌓여 빙하를 생성하고 성장한다. 그러면 빙하가 무거워져 그 압력으로 아랫부분이 녹아 빙하가 흘러내리면서 빙하는 점점 성장하며 퍼져나간다. 이 빙하는 햇빛을 더욱 반사하여 기온을 하강시키고 대양은 차가워져 이산화탄소 흡수를 더 많이 하게되어 온실효과가 약해져 빙하가 더욱 성장한다. 음의 되먹임 효과다. 

 반면 여름이 강해지거나 화산의 분출등으로 대기중 이산화탄소 농도가 짙어지면 기온이 상승하고 빙하는 후퇴한다. 대양은 뜨거워져 이산화탄소를 녹여내지 못하고 대기중으로 방출하여 기온은 더욱 상승하고 빙하는 점점 적어진다. 양의 되먹이 효과다.

 이런 빙하는 현재 지구의 10%정도다. 빙하기 때는 25%였고, 두께도 2-3km였다. 이산화탄소 농도가 240ppm이면 빙하기로 전환되는데 현재는 산업화로 인해 무려 405ppm이다. 인간이 100ppm이상을 올려 놓았고 빙하기 간빙기 전환때 1만년간 4-5도가 상승하기에 지금의 온난화 속도는 이것의 20-25배에 해당한다.  

 인간은 20만년 전 등장했지만 문명은 겨우 7천년 정도 전에 형성되었다. 이는 빙하기와 관련이 깊다. 빙하기때는 기온이 낮아 증발량이 적고 사막이 많았다. 물론 해수면이 지금에 비해 크게 낮아 땅이 많았지만 대부분 빙하로 덮히거나 사막이 많아 거주할 만한 곳은 더 적은 셈이었다. 거기에 극지방과 저위도간 온도차가 커서 바람도 매우 세게 불었다. 이런 환경에선 사실상 농업은 거의 어렵고 채집과 수렵경제만이 가능하다. 그러다 2만년전부터 간빙기가 도래했고 인간은 그제서야 계절에 따른 식량 생산이 가능해졌다. 간빙기에 상승하던 해안선은 7천년전에야 지금모습으로 안정화하였는데 이 시기가 문명 발생시점과 일치한다. 즉, 자연환경이 안정되었기에 문명의 발전이 가능했다는 것이다.

 문명 이후에도 기후는 영향을 강하게 미쳤다. 기원전 400-기원후 200년은 기후가 매우 온난하고 안정적인 기후 최적기로 불린다. 이 시기 서양에서는 로마제국이 동양에서는 한 제국이 번성했다. 하지만 이후 가뭄이 닥치자 양 제국은 경제가 붕괴하고 이민족의 침략으로 멸망한다. 이는 역사의 법칙인데 기후가 좋아지면 농경제국은 번성하고 유목민족은 침공하거나 제압한다. 하지만 기후가 안좋아지면 농경제국의 경제는 붕괴하고 역시 목초지의 환경이 나빠진 유목민이 농경제국을 침공하여 위기에 빠뜨린다. 제국은 망하기도 하며 유목민제국으로 교체되기도 한다. 

 14-19세기는 소빙기로 동아시아는 서늘했고, 유럽은 17세기 북미는 19세기가 추웠다. 소빙기는 16세기의 잦은 화산활동으로 생겨났는데 인구감소도 영향을 미치는 것으로 생각된다. 당시 유럽은 흑사병, 북미는 원주민의 전염병으로 인한 절멸, 중국은 기아로 인구가 1억가까이 줄어들었다. 이는 목초지 및 농경지를 숲으로 회복하는 결과를 가져와 식생에 의한 대기중 이산화탄소 감소를 불러일으켰고 이것이 온난화 효과를 줄여 소빙기를 가져왔다는 것이다. 

 소빙기엔 왕조간 다툼 및 종교분쟁으로 전례없는 폭동과 전쟁이 생겨났다. 농업생산량 감소로 곡물가격은 폭등했고 인간의 신장은 작아지고 영양수준이 낮아 면역력이 떨어졌다. 이로 인해 전염병이 창궐했고 농민은 이를 피해 도시로 유입하여 전염병을 더욱 악화시켰다. 프랑스는 이로 인해 결국 혁명이 일어난다. 소빙기에 유럽엔 난방을 위한 목재수요가 급증했고 공급이 달려 어쩔수 없이 하급재료인 석탄에 의존하게 되었다. 석탄 수요가 급증하자 광산에서 이를 캐내기 위해 증기기관이 발명되었고 이는 곧 산업혁명으로 이어졌다. 

 이처럼 기후는 인간의 역사와 문명의 흥망성쇠에 지대한 역할을 미쳤다. 그런데 인간이 산업화로 인해 그 기후를 바꾸고 있다. 온난화는 온실가스에 의해서 발생하는데 질소나 산소등 이원자 분자나 아르곤 같은 단원자 분자는 적외선을 흡수하지 않는다. 이산화탄소나 메탄같은 다원자 분자가 적외선 복사와 같은 진동수로 진동하며 적외선을 흡수해 온실효과를 일으킨다. 사실 수증기가 가장 큰 온실효과를 일으키지만 인간에 의한 증가가 적고 어쩔수 없는 부분이기에 온실가스로 치부하지 않는다. 

 온실가스의 대표주자는 이산화탄소다. 이산화탄소는 온실효과의 74%를 담당하며 한번 대기에 방출되면 사라지는데 수백에서 수천년이 소요된다. 즉, 우리가 뿜어낸 이산화탄소는 한창 뒤의 후손들이 계속해서 감당해야 한다는 뜻이다. 메탄가스는 온실효과의 19%를 기여하나 12년정도만 대기에 머무른다. 아산화질소는 8%를 기여하며 대기중에 114년이나 머문다. 

 사실 인간이 내뿜은 온실가스에 의한 온실효과는 생각보다 적은 편이다. 인간은 산업혁명 이후 1초마다 히로시마 원폭의 4개, 하루 35만개 정도의 에너지에 해당하는 이산화탄소를 배출한다. 하지만 이 에너지는 바다가 90%, 육지 5%, 대기2%에 흡수되기에 온난화 효과가 적게 나타난다. 바다의 역할이 매우 중요한 셈인데 이는 어떻게 보면 시한폭탄이기도 하다.

 바다는 매우 순환이 느리며 즉각적으로 반응하는 육지에 비해 변화가 오래 걸린다. 현재 열대 아열대의 바다는 표층이 늘 따뜻하다. 거센 폭풍이 불면 표층의 열이 깊은 바다로 전달되는데 이는 20-30년정도 걸리는 일이다. 그리고 북극의 차갑고 밀도 높은 바닷물은 빙하를 형성하고 염분이 높아져 깊은 심해로 가라앉는다. 그리고 이 물이 대서양을 남북으로 갈로질러 남극 심층수와 합쳐지고 이 물이 동으로 올라가 북태평양에 도달한 후 동남아시아와 아프리카를 거쳐 멕시코 만류와 합쳐져 다시 북극으로 이동한다. 이 거대한 순환은 상당히 오랜 시간이 걸리는데 온난화로 인한 변화 역시 상당한 훗날에 갑작스레 크게 나타남을 의미한다. 이 순환이 약화하거나 사라진다면 지구기후가 크게 변화하기 때문이다. 유럽 지역은 위도가 매우 높음에도 상대적으로 따뜻한 기후를 유지하는데 그것은 바로 이 해수의 흐름때문이다. 이것이 사라진다면 유럽지역은 빙하기에 빠져드는 것이다. 

 온난화가 일어나면 증발량이 늘어 수증기가 늘어난다. 습한 공기가 더 많이 상승하는데 이는 응결하여 비를 많이 내린후 건조해져 하강한다. 호우와 가뭄이 반복되는 것이다. 현재 지구는 열대지역에서 강한 상승기류가 형성되어 열대호우가 발생하고 아열대 고압대에 하강기류가 생겨 이지역이 건조하다. 온난화는 열대호우는 강화하는 한편 그 반대급부로 하강기류도 강화한다. 즉, 건조지역이 확대하는 것이다. 때문에 이 지역에 해당하는 유럽 남부와 미국 서부는 건조의 확대로 매년 산불에 시달리고 있다. 산불이 온난화를 더욱 부채질하는 것은 자명하다.

 제트기류는 중고위도의 날씨를 제어한다. 온난화로 고위도 저위도간 기온차가 감소하면 제트기류가 비정상적으로 느려지는 블로킹 현상이 발생한다. 상층흐름이 정체되면 지상날씨도 정체되는데 그 결과 지상의 고기압 저기압이 더욱 강화한다. 이는 고기압 지역은 폭염, 저기압 지역은 홍수를 의미한다. 제트기류는 북극권의 공기와 중위도의 공기를 분리하는 역할도 하는데 이게 약해지면 북극권의 공기가 중위도 지역까지 흘러내린다. 혹한이다. 

 태풍은 지구의 에너지 불균형을 해소하는 장치다. 중위도의 고기압 저기압은 열대의 공기를 북으로 이동시키고, 극지방의 차가운 공기는 남으로 이동한다. 해양에서도 열대의 뜨거운 물이 북으로 이동하는데 그래도 에너지가 해소되지 못하면 태풍이 생겨난다. 대규모의 수증기가 응결하면 이 과정에서 대기로 열을 방출해 팽창한 공기가 상승한다. 상승한 공기는 태풍 상부에서 바깥으로 빠져나가고 이로 인해 중심기압이 낮아져 외부 공기가 태풍의 하부로 밀려 상승한다. 이때 수증기가 공급되며 이 과정이 반복해 태풍이 지속되거나 커진다. 태풍은 기압이 낮아 해수면은 누르는 힘이 약해져 해수면이 상승하는데 이로 인해 태풍이 불면 저지대가 침수된다. 온난화로 태풍은 강해졌는데 그 결과 저지대 침수가 잦아졌다. 또한 온난화는 열팽창으로 대양 자체를 팽창시켜 지난 백년간 해수면은 20cm나 상승했다. 

 온실가스가 계속 누적되어 온실효과를 가속화하면 지구는 티핑포인트를 넘어 대양과 토양, 식생을 통해 탄소를 흡수하는 역할에서 탄소를 배출하는 찜통지구로 변모한다. 학자들은 지구가 찜통지구로 진입하면 기온은 4-5도 가 높아지고 해수면ㅇ느 10-60m상승할 것으로 예측한다. 이를 막기위해 2018 IPCC보고서는 지구 온난화를 1.5도이내로 제한하는 것과 2도로 제한하는 것을 비교했다. 여름철 해빙은 전자의 경우 1세기에 한번 모두 녹고 후자라면 10년에 한번 사라진다. 산호초는 70-90%전멸에서 완전 전멸이 되고, 기후에 적합한 영역을 상실할 식물은 8%에서 10%가 된다. 극심한 폭염에 노출된 인구는 양자가 4억2천만이 차이가 나고 어획량도 150만톤의 차이를 보일 것으로 예측된다. 다만 이를 위해서는 온실가스의 배출을 2030년까지 2010년의 45%수준으로 감축해야하고 2050년엔 탄소제로시대를 만들어야만 한다.

 온난화는 수자원의 상실도 가져온다. 온난화는 증발량을 크게 해 집중호우를 불러온다. 집중호우는 강우량 자체는 늘리지만 하천의 유출량을 크게하여 물의 보관 및 이용을 더욱 어렵게 한다. 물의 저장효율은 떨어지지만 토양침식이라는 부작용만 커지는 것이다. 그리고 세계인구의 무려 25%가 산악 빙하에 식수를 의지한다. 온난화는 이 산악빙하를 모두 녹여버려 사실상 이 지역의 수자원을 고갈시킨다. 대표적 산악빙하는 히말라야 산악빙하인데 이는 인도 갠지스, 인더스 강, 동남아사아 메콩강, 중국의 양쯔강과 황하강의 발원지이다. 그리고 이에 의존하는 인구는 무려 10억이 넘어간다. 수자원엔 한국도 긴장해야한다. 가상수란 개념이 있는데 식품을 생산하는데 들어가는 물의 양이다. 한국은 식량자급률이 25%에 불과한데 한국의 가상수 수입은 그래서 연간 무려 288억톤에 달한다. 이는 세계 5위에 해당하는 것으로 온난화로 인한 각국의 물부족이 한국의 어떤 치명타를 불러올지 쉽게 알려주는 대목이다. 

 온난화의 또 다른 문제는 공평하지 못함이다. 온실가스의 70%는 세계인구 20%이하의 공업선진국이 배출한 것으로 이들은 그래서 기후변화 무임승차국이된다. 반면 그 피해는 고작 3%이하를 배출한 저위도의 가난한 10억에게 집중한다. 이들은 기후변화 강제승차국이다. 또한 기후 변화는 선진국내에서도 더욱 가난한 이에게 더 큰 피해를 입힌다. 2009-2012년 서울의 전체 사망자 33544명을 대상으로 조사한 결과 가난할 수록 온난화에 의한 폭염으로 사망할 가능성이 높았다. 폭염발생때 가난하면 사망위험이 18%높았고, 녹지공간이 적은 곳에 살면 18%가 높았고 근처에 병원이 없다면 19%가 높았다. 때문에 기후변화의 정당한 대응원칙이 중시된다. 이는 형평성, 공동이지만 차별화된 책임, 개별 국가의 역량을 주장한다. 공동책임이지만 배출량이 많은 국가가 더 많은 책임을 지고, 기후 변화에 드는 비용은 각 나라의 지급능력에 따라 부담한다는 것이다. 


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수소경제 - 2050 탄소배출제로, 수소가 답이다
이민환.윤용진.이원영 지음 / 맥스미디어 / 2022년 2월
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 2020년쯤 부터 수소가 화두가 되고 있다. 하지만 태양광이나 풍력등 비교적 직관적으로 이해되는 에너지원인 재생에너지에 비해 수소는 사실 좀처럼 이해가 되지 않는 면이 많다. 지구상 아니 우주에서 가장 먼저 생겨난 원소이자 가장 풍부할 만큼 지천에 널린 수소가 대체 어떻게 미래 에너지원이 된다는 것일까. 사실 수소는 지천에 널렸지만 역설적으로 거의 없다. 수소원자 하나는 화학적으로 불안정하기에 곧바로 다른 원자와 결합하여 분자를 이루기 때문이다. 때문에 지구상의 대부분의 수소는 물이나(H2O) 암모니아(NH3)등 다른 것들과 결합하여 존재한다. 이로 인해 문제가 필연적으로 발생하게 되는데 수소를 에너지원으로 이용하기 위해서는 이런 것들로부터 수소를 떼어내야한다는 점이다. 

 하지만 이런 문제점에도 불구하고 수소는 사실상 미래 에너지원으로 낙점된 상태다. 태양광과 풍력이 있는데 대체 왜 쓰기도 쉽지 않은 수소가 필요한 것일까. 이는 우리가 사용하는 에너지의 형태가 전기라는 점과 관련한다. 전기는 현재도 그렇지만 전자를 이동시켜 발생하는 힘을 이용하는 것으로 사실상 물처럼 흐르는 에너지로 저장이 매우 어렵다. 현재 전기를 저장하는 방법은 3가지인데 양수발전과 공기압축형, 배터리다. 양수발전은 과다 발생 시킨 전기를 이용하여 하류로 흘려버린 물을 터빈으로 다시 상류로 옮겨놓아 가두는 방식이다. 그리고 나중에 전기가 필요하면 상류로 올려버린 물을 하류로 내리며 터빈을 돌려 발전하는 것이다. 공기 압축식은 남는 전기로 공기를 강하게 넓은 공간에서 압축시켜 놓은 후, 전기가 필요할때 압축한 공기를 분사하여 터빈을 돌려 역시 전기를 얻는 방식이다. 둘다 매우 손실이 많고, 전기 저장을 위해 넓은 공간과 특별한 지리적 요건이 필요하다. 반면 배터리 방식은 어디서나 할수 있다는 장점이 있고 손실도 적다. 다만 발전소에서 남은 전기를 저장할만큼의 고용량 배터리가 매우 가격이 높다는 점이다. 

 이런 전기의 저장방법으로 대두된 것이 바로 수소다. 미래는 신재생에너지가 주요 동력원이 될 것인데 생각과는 다르게 신재생에너지 역시 기존 화석 연료처럼 지구상에 매우 불균등하게 분포한다. 바람이나 태양은 어디에나 있는 것 같지만 훨씬더 태양광이 강력하고 훨씬더 강하게 바람이 하루종일 부는 곳이 지역적으로 편재한다는 것이다. 때문에 신재생에너지 시대가 되어도 에너지를 더 싸게 생산할수 있는 지역이 있고 더 비싸게 생산할수 밖에 없는 지역이 발생하며 이로 인해 지금처럼 미래에도 에너지는 수출 수입이 일어나게 된다. 거기에 신재생에너지는 기후의 영향으로 화석연료에 비해 발전이 안정적이지 못하다. 때문에 수출수입을 위한 이동, 그리고 변동성에 대한 대비로 저장이 필수적이며 이 저장을 가능하게 하는 것이 바로 수소다. 

 남는 전기를 수소로 저장하는 방법은 수전해다. 언급한 것처럼 수소는 자연계에 홀로 존재하지 않는다. 때문에 물을 신재생에너지 중 남는 전기로 분해하여 수소를 저장해 놓는 것이다. 그리고 이 수소를 연료전지에 투입하여 다시 전기를 발생시키는 것이 미래 수소경제의 큰 그림이다. 정리하면 신재생에너지로 발전하여 남는 과잉 전기를 물을 분해하는데 사용하여 수소로 저장해 놓고 이 수소를 에너지가 비싼 지역에 수송하여 팔거나 다시 수소를 연료전지에 투입하여 전기를 발생시켜 저장 및 이동매체로 사용한다는 것이다. 

 수소로 전기를 만들어내는 연료전지는 다른 연료전지처럼 가장 작은 단위가 셀이다. 이 셀은 전극/전해질/전극의 세층으로 구성되는데 전해질은 머리카락 1/3두께로 매우 얇다. 이 전해질은 오직 수소이온만을 통과시키며 투입한 가스와 전자를 통과시키지 않는다. 때문에 연료전지에 수소가스를 투입하면 수소원자가 이온화하여 전해질을 통과하게 된다. 통과하지 못한 전자는 전극에 연결된 전선으로 이동하게 된다. 한편 반대편극으로는 산소가스가 들어오는데 이것이 수소이온과 전자를 받아 물이 된다. 이런 화학반응이 에너지를 일으키는 것은 반응전과 후의 에너지 차이 때문이다. 즉, 반응전인 수소원자와 산소원자 각각이 가진 에너지가 반응후 물이 되었을때의 에너지보다 크다는 것이다. 이런 반응을 통해 여분의 에너지를 연료전지가 전기로 만들어내는 것이다. 

 이런 연료전지는 자동차를 움직이는 배터리로 사용되는데 언급한 하나의 셀이 0.9V정도의 전압을 만들어내고 자동차 운행을 위해서는 수백 V의 전압이 필요하므로 단위셀은 500개 정도 직렬로 연결해야 한다. 그리고 이런 장치를 스택이라 부른다. 각 셀은 스택으로 하나가 됨녀서도 수소와 공기가 섞이지 않게 막으면서도 이들 기체를 골고루 공급하고 생선된 전기를 잘 전도해서 외부로 뽑아내낸 분리판을 갖고 있다. 때문에 수소연료전지는 전기차의 단순한 배터리스택보다 복잡한 구조를 갖게 되는데 수소보관 탱크와 이 수소를 스택에 공급하는 연료 공급시스템, 공기공급시스템, 열관리 시스템이 그러하다. 때문에 수소연료전지차는 소형화하기 다소 곤란한 부분이 있다. 이처럼 수소전기차는 일반 전기차와는 다르게 전기를 외부에서 공급받지 않고 수소를 공급받아 자체적으로 전기를 생산한다. 이는 얼핏 큰 손실로 보이는데 일반전기차가 전기로 바로 충전하여 매우 적은 손실로 에너지를 운행에만 사용하는데 비해 수소전기차는 발전소에서 전기를 만들고 이를 수분해하여 수소로 바꾸고 이를 다시 수송하여 수소전기차에 넣고, 수소전기차의 연료전지에서 다시 발전하는 등 복잡한 과정을 통해 손실이 비교할수 없을 만큼 커지기 때문이다. 하지만 언급한 것처럼 수소의 생성에 사용되는 전기는 남는 전기로 이용하지 않는다면 어차피 버려질 전기이기에 이와같은 손익계산이 맞지 않는다. 때문에 수소전기차를 통해 얻는 운행에너지는 손실이 아니라 생성으로 보아야 한다는게 저자의 주장이다. 

 학자들은 미래 전기차는 소형은 전기차 대형은 수소전기차로 운행될 것으로 보고 있다. 소형의 경우 언급한 수소연료전지의 구조적 복잡성으로 인해 설계가 어려운 면이 있다. 반면 대형의 경우는 문제가 달라진다. 대형자동차는 운행을 위해 큰 에너지가 필요하며 전기차로 가기 위해서는 엄청나게 무거운 배터리가 필요하다. 실제 소형전기차도 배터리의 무게로 인해 내연기관차보다 무게가 20%정도 더 나간다. 연료전지기반으로 트럭을 구성한다면 배터리 무게만 7톤이 필요하다. 한편 수소연료진지는 150kg에 불과하다. 즉, 대형차는 수소차가 훨씬 유리하다는 것이다. 이뿐 아니다. 대형차를 전기배터리로 운행할 경우 오랜 충전 시간이 필요하다. 하지만 수소의 경우 대형차량이더라도 10분이내에 충전이 완료된다. 

 수소는 현재 그레이 수소와 블루 수소, 그린 수소로 나뉜다. 이는 수소를 얻는 방법에 따른 구분인데 수소 생산과정에서 온실가스를 배출하느냐의 여부로 분류한다. 그레이 수소는 부생수소와 개질수소로 개질수소는 천연가스등을 고온에서 가공하는 과정에서 발생한다. 부생수소는 석유화학이나 제철공정 중 부수적으로 발생하는 혼합가스를 간단히 정제해서 생산한다. 현재 전세계 생산 수소중 개질수소가 78%, 부생수소가 18%로 96%의 수소가 그레이 수소에 해당한다. 즉, 그레이 수소는 수소생산과정에서 온실가스를 배출하는 것을 말한다. 

 한편 블루 수소는 수소 생산과정에서 온실가스를 배출하지만 그 과정에서 발생하는 탄소를 포집하여 사실상 온실가스를 배출하지 않는 수소 생산방식을 의미한다. 그린 수소는 언급한 것처럼 수소 생산과정에서 신재생에너지를 활용하여 생산 한 것으로 온실가스를 전혀 배출하지 않는다. 장기적으로는 수소생산 방식을 그린 수소형태로 전환 될 것이다. 

 미래 수소가 새로운 재생에너지의 저장 및 수송, 운송, 사용의 통합적 매개체가 되기 위해서는 실질적 저장과 운송 사용방법이 잘 정착되어야 한다. 수소는 무게당 에너지 밀도는 가솔린의 3배로 무척 높은 편이며 수소연료전지는 효율이 40-50%로 내연기관의 30%를 압도한다. 즉, 수소차는 내연기관차보다 4.5배의 에너지량을 갖는 다는 셈이다. 하지만 수소는 부피당 에너지 밀도가 무척 낮다. 즉, 한곳에 잘 압축하여 모아놔야 쓸모가 있어진다는 것이다. 

 수소를 한곳에 모으는 방법은 압축과 액화가 있다. 압축은 700기압 정도로 압축하는 것으로 탄서섬유와 플라스틱 라이너로 만든 탱크가 가장 최신이다. 이 경우 수소 1kg 저장에 탱크 무게가 20kg정도로 쓸만하다. 수소를 액화하면 부피밀도 문제는 압축보다 훨씬 수월이 해결된다. 하지만 문제는 수소가 무려 -253도 에서야 액화한다는 점이다. 이런 극저온의 유지를 위해서는 많은 에너지가 필요하며 액화시킨 후 보관을 위해서도 배부용기와 외부용기사이에 진공공간을 두어야하고 용기 완전밀폐시 폭발위험이 있어 애써 액화한 수소를 조금씩 외부로 유출해야한다. 때문에 수소의 액화로 수소를 액체유기화합물이 녹이는 액상유기수소운반방법이 제시된다. 이 경우 극저온이 필요치 않은 장점이 있으나 유기화합물에서 나중에 다시 수소를 추출해야 하는 번거로움이 따른다. 액체유기화합물로는 암모니아가 제시되는데 암모니아는 -33도면 액화가 가능하다. 또한 암모니아는 비료의 주재료로 이미 지난 100년간 생산과 저장, 운송, 시설이 기 구축되어 있어 빠르고 손쉬운 활용이 가능하다는 점에서 유리하다. 고체수소도 수소의 저장방법이다. 다공성 고체에 10기압의 낮은 압력만으로도 수소가 고체에 침투하여 저장이 가능하다. 하지만 이 역시 나중에 추출이 필요하다.

 수소의 운송방법으로는 파이프 라인 운송이 꼽힌다. 기존 천연가스 파이프라인이 잘 구축되어 있어 이를 활용하면 손쉬우나 고압의 수소를 운송하면 기존 파이프가 부러지는 단점이 있다. 때문에 파이프라인을 수소용으로 별도 개조하거나 천연가스와 수소를 혼합하여 수송하는 방법이 제안된다. 수소운송으로는 튜브트레일러 방식도 제시된다. 수소를 압축해 튜브트레일러라는 긴 용기에 저장 운송하는 것이다. 이 튜브는 충전소에서 충전되며 350kg의 수소를 운성한다. 선박을 이용한 운송도 방법이다. 언급한 액상유기수소운반방법을 이용한다면 기존 유조선을 그대로 사용할수 있다는 장점이 있다. 

 장래 수소는 수분해를 이용해 확보될 것으로 보인다. 하지만 수소1톤의 생산을 위해서는 정제수가 9톤이 필요하며 일반물을 정제수로 만들려면 물 20톤이 필요하다. 이는 매우 많은 양으로 지구온난화로 인한 기후변화로 수자원확보가 더욱 힘들어질 미래사회를 고려한다면 상당한 난관이 될수도 있다. 때문에 해양플랜트를 통한 담수확보가 중요하다. 해수를 담수화하여 수분해를 하면 이 문제는 해결가능하기 때문이다. 때문에 미래 사회에서는 단순히 식수자원확보를 위해서가 아니라 에너지의 확보를 위해 해양담수화 기술이 중요해진다. 

 불행히도 미래 신재생에너지에 유리한 지역은 북아메리카와 남아메리카 아프리카 거의 전역, 중동지역, 호주, 중국 서북부 지역이다. 재생에너지시대에서도 한국은 에너지 빈국인 것이다. 우습게도 미래사회가 되어서도 한국이나 일본은 지금처럼 중동지역이나 아프리카 호주등지에서 발전을 위한 수소를 수입하는 나라가 될 가능성이 높다. 때문에 이를 잘 활용할 수소운송, 저장방법, 수소차, 수소연료전지의 개발이 더욱 중요하다. 자원자체가 부족하니 그 활용 방법을 극대화하여 활로를 찾아야 하기 때문이다.

 이 책을 통해서 잘 이해하지 못하던 수소경제에 대해 잘 이해하게 되었다. 미래 사회 에너지에 관심이 있는 사람들에게 추천한다. 

 


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비만의 종말 - 어느 비만수술 전문의사의 고백
가쓰 데이비스 지음, 김진영 외 옮김 / 사이몬북스 / 2021년 4월
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 저탄고지, 구석기 식단 등 한번 쯤 들어본 적이 있는 식사 방법들이다. 공통점은 당뇨와 비만을 불러일으키는 탄수화물을 멀리하고, 고단백, 좋은 지방을 갖춘 식단을 갖추라는 것이다. 물론 약간의 채식도 포함이다. 이처럼 언젠가부터 우린 탄수화물을 건강의 적처럼 여기며 멀리하기 시작했다. 그럴만도 하다. 커피와 각종 음료에 들어가는 온갖 시럽과 크림등은 탄수화물에 지방 투성이고, 달디단 도넛과 슈거 등도 모두 탄수화물이다. 이들은 정말 단맛이 강해 중독성이 크고 먹으면 살이 많이찌게되니 건강에 상당한 문제요소로 여겨졌다. 실제 이의 영향을 많이 받아 많은 사람들이 식단에서 고기나 약간의 야채만 먹는 경우가 많고, 내가 사용하는 스마트폰의 건강앱같은 경우 탄수화물, 지방, 심지어 비타민이나 칼슘, 칼륨, 철분등의 섭취량에도 일일 제한량이 있지만 단백질은 제한량이 없다. 무한히 먹어도 괜찮다는 말이다. 하지만 과연 그럴까나. 

 저탄고지나 구석기 식단은 모두 인류가 농경 이전 탄수화물을 많이 먹지 않고 고단백, 고지방 식사를 즐기면서 건강을 영위해왔다는 가정에 기반한다. 하지만 인간은 먹은 식품의 대부분은 역사상 농경이전에도 탄수화물이었을 가능성이 크다. 인간은 육식동물이 아니고 잡식이고 사실상 채식에서 육식을 첨가하는 잡식으로 진화했다. 즉, 기본 바탕이 채식이라는 것이다. 또한 육식을 시작하고서도 변변치 않은 육체적 능력과 사냥솜씨로 인해 채식이 열량의 대부분을 채웠을 것이 분명하다. 사냥 기술이 발달한 이후에도 마찬가지다. 사냥은 성공률이 떨어졌고 변동성이 커 대부분의 열량은 역시 탄수화물 기반의 채식에서 이뤄졌을 것이다. 인류가 사치품은 육류를 마음껏 즐길수 있게 된 것은 기껏해야 최근 50년간 선진사회에서만으로 인간이 과거 화석연료를 이용하는 방법을 개발해낸 이후이다. 그리고 탄수화물을 멀리하고 단백질을 찬양하기 시작한 것도 바로 이 시점이며 인간이 비만과 고혈압, 고지혈, 심장병, 뇌졸증, 당뇨병 등 각종 성인병에 시달리기 시작한 것도 이 시점이다. 

 저자는 단도직입적으로 말한다. 탄수화물은 우리의 적이 아닌 오랜 에너지원으로 우리 몸에 가장 적합한 요소이며 단백질과 지방은 그렇지 않다고. 특히 단백질의 문제점에 대해 상당히 많이 지적한다. 보여지는 근육을 중시하는 사회가 되면서 근육의 생성을 위해 단백질의 섭취를 트레이너들을 중심으로 중요히여기는데 저자는 그렇지 않다고 말한다. 근육은 우리몸에서 충분히 재활용을 통해 재생성되므로 굳이 고기를 먹어가면서까지 보충할 필요가 없으며 단백질 섭취량을 늘려나가면 어느정도까지는 근육 생성량이 늘어나지만 이후에는 오히려 감소한다고 말이다. 거기에 작금의 단백질 중독 현상은 비만과 암, 당뇨병, 고혈압, 심장병등의 주요 원인이라고 지적한다.

 저자는 단백질의 진실로 5가지를 지적한다.

 우선 단백질은 체중감량의 열쇠가 아니라는 점이다. 저탄고지나, 구석기 식단이 인기를 끈 이유는 눈에 보이는 체중감량 효과와 근육 증량을 가져왔기 때문이다. 하지만 이는 일년 이내의 매우 단기적 효과다. 이런 식단을 유지하면 결국 이전 체중 이상으로 증가하는 요요현상이 오고 성인병과 설사, 통풍, 고약한 채취 등으로 고생하게 된다. 고단백 다이어트를 시작하게 되면 몸은 에너지원 탄수화물이 고갈되어 간에 저장한 글리코겐을 분해하여 에너지원으로 사용하게 된다. 글리코겐은 수분과 함께 저장되는데 글리코겐을 사용하며 이 수분이 같이 사용되게 된다. 즉, 고단백 다이어트의 효과는 이 수분의 상실효과에 불과하다. 때문에 고단백 식단은 건강하고 지속적인 다이어트 방법이 되질 못한다. 

 두 번째는 단백질이 당뇨, 고혈압, 심장병, 암과 같은 병의 원인이라는 것이다. 세 번째는 식물성 단백질이 인간에 이로우며 모든 식물에는 인간에게 필요한 충분한 단백질이 존재한다는 것이다. 영양학계에서는 인간에게 필요한 단백질을 하루 50g정도로 꼽는데 이는 사실 최소 권장량이 아닌 최적의 권장량이다. 즉, 다소 모자라도 괜찮고 넘어서면 과잉이라는 점이다. 이는 생각보다 매우 적은량으로 언급한 것처럼 인체 자체가 상당수의 단백질을 재합성하여 활용하기 때문에 가능한 일이다. 50g의 단백질은 풍성한 채식 위주의 식단만으로도 하루 보충이 충분히 가능하다. 채식으로 3끼니를 모두 떼우고 단 한번만 육식을 하면 단백질은 바로 과잉이 된다. 네 번째는 저단백, 저지방 식단을 살을 빼고 건강을 향상시키며 미래의 질병을 예방한다는 것이며 마지막은 탄수화물은 인간의 건강과 활력의 원천이나 정제 탄수화물만은 건강의 적이라는 점이다. 여기서 정제 탄수화물은 가공에 좋게 정제된 백색 밀가루나 백미, 백색 설탕등을 의미하는 것이다. 

 동물성 단백질을 과다 섭취하게 되면 몸엔 바로 이상 증상들이 나타나는데 바로 이것들이다. 과체중, 콜레스트롤 과다, 과민성 대장 증후군, 고혈압, 변비, 설사, 피부의 여드름, 종종 피곤하거나 에너지 부족, 기억력 집중력 등 뇌의 인지기능의 문제, 잦은 통증이다. 육식이 잦은 미국인들은 게실염이라는 병을 앓는데 이는 육류섭취가 과다하고 채식이 부족할때 생기는 병이다. 섬유질이 부족해지면 배설물이 결장에 쌓여있어 대변이 잘 나오지 않게 되는데, 그러면서 배변시 많은 힘을 주게 되고 그 압력으로 대장벽이 망가져 부풀어 오르다 터져버리는 것이 게실염이다. 

 사실 채식이 건강에 좋다는 것은 매우 자명하다. 세계적으로 장수하는 국가 사람들은 대개 10%이하의 열량만을 단백질에서 얻는다. 현재의 건강상식은 탄수화물, 단백질, 지방의 이상적 비율은 5:3:2정도로 잡고 단백질 식단을 요구하는 사람들은 이를 3:5:2정도로 시행한다. 하지만 이런 식단을 갖는 사람들은 선진국 사람들로 대개 성인병을 앓고 있다. 하지만 건강한 장수국가의 사람들은 채식위주의 식단이고 단연 탄수화물 중심의 식단이다. 아마 8:1:1정도일 것이다. 세계 최장수국인 일본, 거기서도 더 장수하는 오키나와의 원주민의 전통 식단은 쌀과 고구마류인 얌이다. 이들은 오랜 기간 대부분의 열량을 여기서 얻었고 약간의 생선류를 즐겼을 뿐이다. 

 그리고 선진사회에서도 채식을 즐기는 자들의 건강에 압도적으로 좋다. 비건은 체중이 가장 덜 나가며, 성인병 유발이 적고, 수명도 길다. 많은 사람들이 탄수화물이 당뇨를 유발한다고 하는데 저자는 당뇨를 유발하는 것은 사실 단백질이라고 말한다. 실제 과거 육류가 귀한 시절의 사람들은 지나칠 정도로 곡식을 많이 섭취하여 현대인이 보기에 과다한 탄수화물을 섭취하였지만 당뇨가 거의 없었다. 유럽 10개국 52만명을 12년간 추적한 에픽 실험은 당뇨는 육류와 관련하고 채소 및 과일은 관련이 없음을 결론내렸다. 실제 채식인의 당뇨발병률은 2.9%, 유제품과 달걀까지를 허용하는 페스토는 3.2%, 생선까지 허용하는 채식인은 4.8%, 보통 육류 섭취자는 7.6%로 상당한 차이를 보였다. 실제 위 추치는 단백질 섭취가 허용될 수록 당뇨발병률이 증가함을 보여준다. 

 단백질이 당뇨를 유발하는 매커니즘은 다음과 같다. 인간은 채식에서 진화했으므로 오랜 기간 천연당을 활용하게 발달했다. 췌장에서 생산된 인슐린은 포도당을 세포에 배달하는 역할을 하는데 저탄고지 식사를 하게 되면 인슐린의 분비가 최소화된다. 하지만 그러면서 인슐린 저항성이 생겨나는데 이는 고기에 포함된 지방 성분 때문이다. 섭취한 지방은 세포로 침투하는데 단백질 섭취 증가로 인해 황이 풍부한 아미노산도 같이 증가한다. 아미노산은 이름처럼 산성으로 인체를 산성하시키고 이로 인해 조직에 염증이 발생하게 된다. 신체는 산도 조절을 위해 근육의 칼슘을 혈류에 내버리게 된고 이로 인해 칼슘 부족으로 골다공증이 생겨난다. 즉, 단백질은 당뇨와 골다공증을 같이 일으키는 셈인 것이다. 

 고기가 비위생적인 것은 이런 현상을 더욱 악화시킨다. 충분히 높은 온도에서 조리한 고기는 세균이 죽어 안전한 것처럼 보인다. 하지만 동물의 근육안의 박테리아에 의해 생성되는 내독소는 고열에서도 파괴되지 않는다. 문제는 이 내독소가 염증을 유발한다는 것이다. 이 염증으로 근육세포에 지방이 축적하고 언급한 것처럼 지방이 근육세포로 들어가면 새로운 인슐린 수용체를 만들어내는 세포의 능력을 방해한다. 즉, 인슐린 저항성이 생겨나 당뇨가 유발되는 것이다. 

 고기의 높은 철분도 문제다. 철분은 헴철과 비헴철로 구분되는데 육류의 철분은 헴철이다. 이 헴철은 산화의 주범이며 인슐린 저항성은 높여 당뇨를 유발한다. 실제 당뇨 환자들에게서는 많은 혈류 철분량이 관찰되며 이들에게서 다량의 혈액만 뽑아내도 인슐린 저항성이 개선되는 효과가 나타난다. 

 고기는 혈압도 상승시킨다. 섬유질은 몸속 찌꺼기를 긁어내어 천연 혈압강하 역할을 한다. 식물성 단백질은 아미노산은 글루탐산을 포함하는데 이것이 체내에서 매우 강력한 항산화 물질은 글루타티온으로 변환되어 혈압을 강하시킨다. 동물성 단백질은 이러한 역할을 못하니 혈압을 상승만 시킬 뿐이다. 또한 고기의 섭취는 아미노산 아르기닌의 분해를 방해하는데 아르기닌은 아산화질소가 되어 혈관을 팽창시킨다. 즉, 아르기닌의 방해는 혈압 강하는 막는 셈이된다. 

 저자는 과다해보이는 탄수화물의 섭취가 실은 정제된 것의 과다 섭취만 아니면 문제될 것이 없다고 말한다. 탄수화물의 섭취가 늘면 우리 몸은 탄수화물 이용률을 크게 증가시킨다. 많이 먹을 수록 많이 사용하는 시스템으로 전환한다는 것이다. 하지만 과다 지방은 바로 저장한다. 탄수화물이 과다하면 역시 지방으로 전환되긴 하지만 이는 화학적 과정상 매우 번거로운 작업으로 좀처럼 일어나지 않는다. 대신 여분이 보다 쉬운 글리코겐으로 먼저 저장되며 이것마저 어려우면 지방으로 저장되는 것이다. 반면 과잉 단백질은 지방처럼 즉시 지방으로 저장된다. 

 단백질과 지방의 섭취는 과잉 열량을 불러온다. 단백질, 지방이 사치품인 이유는 이들의 영양소와 열량의 밀도가 매우 높기 때문이다. 때문에 인체는 이를 섭취하여 열량이 충분함에도 포만감이 충분히 느껴지지 않아 필요이상으로 더 섭취하는 경향이 있다. 반면 과일아니 채소의 섬유질은 당분결합체 역할을 하여 체내에 당분이 서서히 흡수하게 도우며 상당한 포만감을 일으켜 과잉섭취를 막는다. 

 저자는 채식에 대한 오해도 하나하나 타파한다.

우선 비타만 B12 가 부족하다는 것이다. 엄격한 비건은 비타만 B12가 결핍되는 면을 보인다. 하지만 이는 채식의 잘못이 아니다. 비타만 B12의 결핍은 이 성분이 토양세균에 의해 생성된다는 것이고 이것이 채소로 이동하여 인체에 흡수되는 것인데 지금은 지력의 고갈로 비타만 B12가 토양에 매우 부족하다. 하지만 지력이 충분한 유기농 채소의 경우 비타만 B12가 여전히 풍부하다. 

 다음은 뼈가 약해진다는 것이다. 이는 뼈를 칼슘과 동의어로 생각하는 편견에서 비롯된 것으로 실제 뼈는 칼슘이에도 칼륨, 마그네슘, 섬유질, 비타민으로도 강해진다. 이는 채소에 풍부한 성분이다. 반면 언급한 것처럼 과다한 육식은 체내 칼슘을 고갈시켜 오히려 골다공증을 유발한다.

 세 번째는 빈혈이다. 채식을 하면 철분이 다소 낮게 유지도니다. 하지만 이것이 빈혈을 일으키는 수준은 아니다. 오히려 과다 육식으로 인한 철분 과다는 언급한 당뇨 및 산화문제를 일으키며 노화와 산화스트레스의 원인이 된다.

 네 번째는 HDL 수치가 낮아진다는 것이다. HDL은 좋은 콜레스트롤로 LDL이 높을때 의미가 있는 것이다. 채식인은 이미 LDL자체가 매우 낮기에 굳이 HDL이 많이 필요치 않다.

 마지막은 허약하다는 이미지다. 하지만 이는 가장 형편없는 편견으로 이미 많은 유명한 강인한 운동선수들이 채식을 즐기고 있다. 자연계만 봐도 사자나 호랑이 같은 포식자를 일대일로 압도하는 코끼리나 하마, 코뿔소 등은 강력한 근육을 갖추고 있다. 호랑이나 사자가 이들보다 유리한 것은 근육에서 오는 강인함이 아니라 포악함과 이빨, 발톱때문, 협동사냥능력때문일 것이다. 

 저자는 인간이 기본적으로 동물성 단백질을 많이 섭취하게 끔 설계되지 않았고 육식동물만큼 고기에서 비롯되는 산을 잘 처리하지 못한다고 말한다. 인간의 턱과 침과 장기들은 기본적으로 과일과 채소를 먹게끔 설계되었다고 말한다. 잘익은 과일과 통곡물의 섭취는 공생하는 장속 세균들에게 양질의 섬유질과 과당류를 공급해준다. 하지만 고기는 그렇지 않다. 더구나 최근 우리가 먹는 고기들은 매우 오염된 것들이다. 물고기들은 PCB와 다이옥신, 수은으로 오염되었고, 소는 옥수수와 각종 동물의 부산물을 열처리한 후 각종 첨가물을 들이부은 사료를 먹고 자란다. 그 소가 만든 우유에는 각종 항생제체 남아있고 상업용 우유는 거기에 다시 표백제와 각종 화합물을 첨가한다. 이 동물들이 그 과정에서 받는 고통과 지구 온난화도 문제다. 육식은 이렇게 문제가 많다. 인간 자신의 건강과 지구, 그리고 동물을 위해 채식으로의 전환이 필요한 때이다.  

 


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동물은 어떻게 슬퍼하는가
바버라 J. 킹 지음, 정아영 옮김 / 서해문집 / 2022년 2월
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 진화상 감정은 주변 세계에 대한 가치를 부여하기 위해 생성된 것으로 추측된다. 긍정적인 감정은 주변 세계가 나의 생존과 적응에 유리한 것이기에 부여되며 부정적인 감정은 그 반대다. 슬픔은 부정적인 감정으로 무언가를 상실하거나 잃었을 때 나타난다. 책' 동물은 어떻게 슬퍼하는가'에서 다루는 슬픔은 발로 주변 개체를 상실하였을 때의 슬픔이다. 나와 늘 친하게 지내던 형제나, 자매, 부모, 또는 항상 같이 지내던 친구 같은 개체의 상실에서 나오는 슬픔이다. 그리고 이런 류의 슬픔은 인간에겐 매우 당연시 되지만 동물에게선 의문시 되는 것이 사실이었다. 동물과 가까운 삶을 산 사람들은 동물이 이런 종류의 슬픔을 마땅히 느낀다고 생각하며 그런 경험이 없는 사람은 경험적, 과학적 증거 모두 없음을 말하며 이에 반대한다. 

 결론부터 말하면 저자는 이런 종류의 슬픔을 많은 수의 동물도 마땅히 느낄수 있음을 주장한다. 다양한 경험적 증거를 대는데 우리가 이런 동물의 슬픔을 잘 파악하지 못하는 이유는 동물들이 이런 슬픔을 표현하는 방식이 인간의 그것과 상당히 다르며 인간은 주변에 동물을 가까이 하지 않고 따라서 이런 감정을 잘 발견하지 못하기 때문이다. 동물같은 경우는 사별을 잘 인식하지 못하는 경우가 있으며 자의식도 부족한 경우가 많지만 그렇다고 해서 그것이 상실에 의한 슬픔을 못느끼는 것을 의미하는 것은 아니다. 주변 오랫동안 함께한 친구 개가 죽어서 사라졌는데 다른 개가 그 사라짐을 죽음으로 이해하지 못한다고 해도 슬픔을 느낀다는 사실은 매한가지이기 때문이다. 

 저자의 의견은 상당히 설득력이 있는데 이는 동물 역시 인간처럼 서로 협력하고 장기간 그 관계를 유지하는 집단을 형성하기 때문이다. 슬픔과 그 애도는 진화상 하나의 적응적 감정이다. 동물이 집단을 형성하는 것은 생존과 번식에 도움이되는데 같이 지내던 개체가 사라지는 것은 이 집단의 해체를 의미하며 이는 곧 해당 개체의 적응도를 떨어뜨리는 일이되는 만큼 이 상황에서 벗어나기 위해 슬픔이라는 부정적 감정을 표출하는 것은 적응에 유리한 일이 된다. 부정적 감정을 통해 스트레스를 받은 개체는 해당 상황을 빠르게 해쳐나가려고 노력할 것인 만큼 이는 진화상 충분히 나타날만한 적응행동이된다. 때문에 집단을 형성하는 동물에게 상실에 따른 슬픔이 나타날수 있다는 논리는 매우 타당하다. 

 책에서 저자는 고양이와 개, 말, 닭, 토끼, 돌고래, 염소, 코끼리 등 다양한 동물이 오랫동안 함께한 동료나 가족이 상실되었을 때 보이는 다양한 슬픔을 일화로 제시한다. 물론 이는 과학적으로 잘 설계된 실험은 아니며 저자의 직접 경험이나 들은 일화들에 불과하다. 이것이 이 책의 약점이긴 한데 그렇다고 해서 설득력이 떨어지진 않는다. 이들은 일상에서 우리가 충분히 경험해온 내용이기 때문이다. 

 재밌는 점은 원숭이들이 고도의 협력성에도 불구하고 새끼나 동료의 죽음에 마땅한 슬픔이나 애도 반응을 보이지 않았다는 점이다. 어미 원숭이들은 새끼가 사망한 경우 상당 기간을 죽은 새끼를 업고 다니는 경우가 많았다. 그 이동과 행위에 상당한 위험성과 에너지 소모가 생기는 만큼 이는 새끼를 상실한 것에 대한 깊은 슬픔 반응으로 보이기도 한다. 하지만 어미원숭이들은 사망한 새끼를 앉고 교미를 하는 경우도 있었고, 평소 새끼를 안전하게 안는 방법과 죽은 새끼를 들고 다니는 방법이 다른 것으로 보아 죽은 것은 인식하는 것으로 보이기도 한다. 거기에 죽은새끼를 결국 버리는 시점은 수유기의 종료와 일치하지 않았다. 여러모로 예상과는 다른 셈이다. 다만 이들은 겉으로 보이는 무던함과는 다르게 막상 주변 개체가 포식자에 의해 희생되거나 사고로 죽으면 호르몬상 큰 스트레스 수치를 보이는 것으로 나타났다. 막상 표현은 안하더라도 큰 슬픔을 생리적으로 느끼고 있었던 셈이다. 원숭이들이 이렇게 겉으로 슬픔을 보이지 않는 이유는 이들의 높은 사망률과 관련이 있는 것 같기도 하다. 원숭이 집단은 성체가 되어서도 12%정도의 높은 사망률을 보이는데 이는 이 집단이 항상 생존의 압박을 느끼며 이것은 슬픔과 애도에 쓸만한 에너지와 시간이 충분치 않음을 의미할수도 있다. 즉, 슬픔을 표현할만한 여유가 주어지지 않는다는 의미가 되는 것이다.

 실제 인간도 전쟁이나 극한 상황에선 슬픔을 좀처럼 표현하지 않는다. 그만한 여유와 시간이 없는 것이다. 하지만 그렇다고 해도 그 슬픔이 삭혀지진 않는다. 이후 돌이켜 생각나며 곱씹게 되고 오히려 충분히 애도하고 슬퍼하지 못한 것에 향후 더큰 부정적 감정을 갖는 경우도 생겨난다. 원숭이 사회는 이런 상황과 비슷하지 모른다.

 책을 진화론적으로 살피긴 했지만 무척 인상적인 애도와 슬픔에 잠긴 동물의 이야기가 책엔 많이 실려있다. 이들이 회복하는데는 공통적으로 자신보다 어리숙하고 약한 새끼와의 만남 혹은 다른 개체와의 만남이 주요 계기가 된다. 어떻게 보면 집단의 회복이 슬픔의 감소에 도움이 되는 것이다. 말이 죽어서 묻히자 다른 말들이 이상스럽게도 그 주변이 원형대형으로 자주 모여 있으며 심지어 좋아하는 먹이임에도 헌화한 꽃을 먹지 않은 사연, 함께 지내던 고양이나 토끼가 죽자 무척 슬퍼하는 모습, 심지어 다른 종간에도 상실에 의한 아픔을 느끼는 일화들은 아름답고 가슴을 먹먹히 한다. 여러면에서 의미있는 책이란 생각이다.  


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모든 순간의 물리학 - 우리는 누구인가라는 물음에 대한 물리학의 대답
카를로 로벨리 지음, 김현주 옮김, 이중원 감수 / 쌤앤파커스 / 2016년 2월
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 유명한 카를로 로벨리의 책으로 그의 책들 중 가장 얇기에 처음으로 골라봤다. 집에 몇 권이 더 있는데 정독해야 겠다는 생각이 든다. 일단 책이 매우 쉽다. 칼 세이건 처럼 물리학의 과학의 어려운 현상이나 법칙들을 매우 인문학적으로 썼단 느낌이 든다. 그래도 테마별로 과학적 사실을 다루는데 가벼워 읽기가 좋았으나 사실 내용은 무거운 것이다.

 아인슈타인은 1905년 과학잡지사 '물리학 연보'에 논문 세 편을 게재한다. 하나는 원자가 실제로 존재함을 증명한 것이고 다른 하나는 양자역학의 장을 여는 내용, 그리고 상대성 이론에 관한 것이다. 상대성 이론에 관한 논문은 발표와 동시에 찬사를 받았으나 중력과 논리적으로 충돌하여 아인슈타인은 10년여의 보강 끝에 일반 상대성 이론을 발표하여 이 문제를 해결한다.

 상대성 이론이 위대한 이유는 매우 간단하기 때문이다. 이론이 등장하기 전 중력은 뉴턴에 의존했다. 뉴턴은 모든 물체는 한 쪽에서 다른 쪽으로 당기는 힘이 있다고 생각했다. 그리고 물체가 움직이는 공간이 텅빈 우주라 생각했고 어떤 힘이 가해져 이동 경로를 휘게 만들지 않는 한 그러한 공간에서 물체는 똑바로 직선으로 이동한다 생각했다. 하지만 그 중력이 왜 생기는지 그 공간은 무엇으로 이뤄지는지까지 나아가지는 못했다.

 패러데이와 맥스웰이 전자기 장 이론을 확립하며 차가운 뉴턴의 공간에 전자기 장이 추가되었고 아인슈타인은 이에 영향을 받아 중력의 범위가 미치는 중력장이란 개념을 생각해냈다. 다만 중력장은 전자기장처럼 전자기 파로 그 범위가 확산되는게 아니라 중력장 그 자체가 공간이란 생각이 매우 놀라웠다. 이로 인해 공간 자체도 물질 같은 개념이 되어버렸고 그래서 공간이 뒤틀리거나 수축 확장한다는 생각이 나올 수 있었다.

 실제로 질량이 많은 별 하나로 인해 공간이 휘게 되어 주변의 행성이 별 주위를 공전하는 것이고 빛은 직진하다가 방향을 틀게 된다. 시간도 곡선처럼 휘어져 중력이 약한 곳에서는 시간이 빠르게 흐르고 중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 흐른다. 

 양자는 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위다. 광자는 빛의 단일 양자이다. 이처럼 물리량에 더 이상 쪼갤 수 없는 최소단위가 있다는 생각은 양자역학이 받아들여지는데 매우 중요한 역할을 했다. 왜냐하면 양자역학의 초기만 해도 에너지를 연속적인 변화로 생각했기에 물체로 취급하는 것이 어려워 생각의 발전이 힘들었기 때문이다. 

 닐스보어는 원자속 전자 에너지도 빛 에너지처럼 양자화된 일정한 값만 취할 수 있고, 무엇보다 전자들이 특정한 값만을 허용하는 원자궤도가 있는 한 다른 원자 궤도로 점프만 할 수 있으며, 점프를 하는 동안 광자를 흡수, 방출한다는 사실을 밝혀냈다. 하이젠베르크는 전자가 어느 곳에서나 존재하지 않으며 그저 다른 무언가가 전자를 봐줄 때, 무엇인가와 상호작용을 일으킬 때만 전자가 존재한다고 생각했다. 전자가 어디에서 나타날지는 우발적이고 예측이 불가능하며 그저 확률적으로 가능성만을 계산할 수 있다고 보았다. 그래서 양자물리학에서는 물리계에서 어떤 현상이 일어나는지에 대한 설명은 불가능하고 한 물리계가 다른 물리계에 어떻게 인지되는지 설명하는 것이 가능하다고 말한다. 현실은 상호작용으로써만 설명이 된다는 것이다. 

 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자는 쿼크로 구성된다. 빛은 광자로 구성되고 양성자와 중성자를 강하게 붙어 있게 하는 것이 글루온이다. 즉, 우주는 전자, 광자, 글루온, 쿼크로 구성되는 셈이다. 표준모형은 우리가 세상을 설명하는 가장 좋은 수단이다. 가장 작은 것들을 설명하는 표준모형은 매우 복잡하기에 아직 불완전한 것으로 평가되지만 등장한 수십년간 많은 것을 설명하고 도전을 물리쳐왔다. 

 일반 상대성 이론과 양자역학은 서로 모순되는 면이 많다. 이를 해결하고자 하는 과학자들의 노력이 계속되어왔는데 카를로 로벨리는 루프양자중력이론을 제시한다. 일반 상대성 이론은 공간을 압축되거나 삐뚤어질 수 있는 역동적인 것으로 파악한다. 양자역학은 모든 종류의 장이 양자로 이뤄지고 미세한 과립구조라 물리적 공간 역시 양자로 구축되었다고 본다. 루프양자이론은 공간은 다른 것들처럼 역시 무한히 나누어지지 않으나 연속적이지 않고 공간 원자로 구성된다고 본다. 일반 원자핵보다도 수천억배는 작은 크기로 이들이 서로 고리로 연결되어 네트워크를 형성한다고 본다. 공간과 시간의 개념은 이로 인해 사실상 없는 것이며 시간의 흐름은 세상의 양자들간의 관계에서 만들어지는 것으로 생각한다.

 과거와 미래의 차이는 양자들간의 관계로 생성되는 것이기에 열이 있을 때만 과거와 미래의 차이가 발생한다. 열의 이동으로 인해 관계변화가 일어나기 때문이다. 그래서 열이 매우 강하게 아주 좁은 곳에 머물러 있다 전체적으로 퍼지고 요동치는 우주는 그 과정이 매우 역동적으로 일어났기에 지속적인 시간의 흐름이 있는 것처럼 여겨진다. 과거와 미래를 구분하는 기본적인 현상은 열이 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동한다는 사실을 바탕으로 한다. 하지만 그것은 법칙이 아니다. 열의 이동은 역시 확률적인 것으로 뜨거운 원자가 찬 원자에게 에너지를 줄 가능성이 현저히 높기에 거의 그런 일만 발생하는 것이다. 이론적으로는 찬 원자가 뜨거운 원자에게 에너지를 줄 가능성도 있다. 블랙홀은 플랑크 별 상태로 압축된다. 플랑크 별은 원자만한 크기로 태양은 수명을 다하면 1.5km정도 크기의 블랙홀이 될 것으로 예상된다. 그리고 이후 시간이 지나면서 원자만한 크기의 플랑크별이 된다. 하지만 이후 다시 튕겨 올라 팽창하여 폭발하는데 이 과정이 재미있다. 블랙홀 내부는 매우 중력이 강하여 시간이 상당히 느리게 흐른다. 블랙홀이 폭발하여 되튀기는 과정은 내부에서는 엄청나게 빠를 것이다. 하지만 그 시간이 매우 느리기에 블랙혹의 되튀기는 과정은 외부에서 보기엔 매우 느리게 진행된다. 어쩌면 블랙홀은 상당수가 이미 되튀기는 과정중임에도 바깥에서는 평안하게 보일런지 모른다. 

 그렇게 생각해보면 우주의 빅뱅도 비슷했을지도 모른다는 생각이다. 빅뱅 이전 매우 좁은 영역에 말도 못한 에너지가 요동쳤으니 말이다. 물론 이건 물질이 아니었으나 중력도 없었을 것이라 생각하면 그 또한 아닐지도 모르겠다. 

 


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