탄소의 양면성 : 생명의 필수 요소이자 산업의 핵심, 지구온난화의 주범

가솔린과 디젤의 구성 요소인 탄소

 

 이 글에서는 생명의 기본이 되며 산업에 필수 불가결한 석유의 구성 요소인 탄소에 대해 알아보고 탄소로 인한 지구온난화에 대해서도 짚고 넘어가겠습니다.

 

생명의 필수 요소인 탄소

 원자번호 6번인 탄소는 자기 자신을 포함한 다른 원자들과 4개의 강한 공유 결합을 형성하여 다양한 분자 배열을 만들어낼 수 있습니다. 그렇기 때문에 탄소는 생명을 유지하는 생물학적 존재의 필수 불가결 요소입니다. 우선 생물의 에너지원인 탄수화물을 보겠습니다. 세포 활동에 에너지를 공급하는 필수 요소인 단순 당인 포도당의 구성에도 탄소 원자가 포함되어 있습니다. 전분과 셀룰로오스를 비롯한 복합 탄수화물도 마찬가지로 탄소를 기반으로 여러가지 원자의 결합으로 이루어집니다. 이것만 보아도 우리가 살아가는 데 있어 탄소를 떼놓을 수가 없음을 알게 됩니다. 탄소로 다양한 분필수 성분인 지질 역시 탄소를 포함하는 지방산과 글리세롤의 유기 화합물로 되어 있는데, 탄소와 수소로 이루어진 지방산의 탄화수소 사슬은 세포막의 구조적 기반을 형성합니다. 또한 단백질은 역시나 탄소가 포함된 복잡한 아미노산 구조로 이루어져 있으며 생물 내에서 효소, 항체 등 구성 요소의 다양한 기능을 조정합니다. 그리고 생명체가 가지고 있는 핵산, DNA, RNA도 탄소를 기반으로 한 구조로 복잡하게 짜여 있습니다. DNA의 이중나선은 뉴클레오티드로 구성되어 있고, 각각은 당-인산 골격을 갖고 있는데 여기서 탄소가 생명의 유전자의 중추 역할을 합니다. 아데닌, 티민, 사이토신, 구아닌 등 네 가지 질소 염기가 각각 당 분자에 묶여 한 세대에서 다음 세대로 유전 정보를 전달합니다. DNA와 가까운 형제 분자인 RNA는 단백질 합성에 중요한 역할을 합니다. 이처럼 탄소는 지구 생명체의 다양성을 이뤄주는 코드를 형성하는 중심에 서 있습니다. 탄소를 기반으로 한 분자에 새겨진 유전자 언어는 진화와 모든 생물의 상호 연결성에 대한 이야기를 담고 있습니다.

 

산업의 핵심 석유와 탄소화합물

 "블랙 골드"라고 불리는 석유는 탄소와 수소로 이루어진 탄소화합물입니다. 석유는 수백만 년에 걸쳐 묻힌 고대 해양생물의 잔해에서 비롯됩니다. 탄소는 다양한 탄화수소 형태로 지구 깊숙한 곳에서 추출한 원유를 구성하고 있습니다. 탄소와 탄소의 결합 수에 따라 구분되는 알케인, 알켄, 알킨은 각각 석유를 구성하는 탄소화합물 중 하나입니다. 천연가스에 많이 포함된 가장 단순한 탄화수소인 메탄을 생각해 보겠습니다. 에틸렌과 프로필렌은 각각 이중, 삼중 탄소-탄소 결합을 가진 불포화 탄화수소입니다. 석유에서 유래한 탄소화합물은 각종 산업에서 엔진과 터빈을 추진하는 연료로 사랑받고 있습니다. 내연기관에서 많이 사용되는 액체연료인 가솔린은 주로 탄소사슬이 6~12개인 탄화수소로 이루어져 있습니다. 이 탄화수소를 엔진에서 연소시키면 에너지가 분출되며 이산화탄소와 물이 생성됩니다. 또 다른 중요한 연료인 디젤은 더 긴 탄소 사슬로 이루어져 있습니다. 이외에도 제트 연료, 등유가 있으며 이들은 각각 필요로하는 산업 수요에 맞게 사용됩니다. 탄소화합물이 연소되며 발생되는 에너지를 활용함으로써, 운송, 전기 생산 및 경제를 주도하는 수많은 산업 공정을 가능하게 합니다. 이외에도 석유에서 나오는 탄소화합물을 활용하여 실생활에 다양하게 적용하고 있습니다. 에틸렌의 중합을 통해 폴리에틸렌을 제조하여 포장, 용기 등 수많은 응용 분야에 사용되는 다용도 플라스틱으로 사용할 수 있습니다. 또한 탄화수소 고리 형태인 벤젠으로부터 유래된 스티렌은 단열재, 포장 및 일회용 용기 제조에 필수적인 재료인 폴리스티렌을 만드는 데 활용됩니다.

 

탄소의 지구온난화 영향과 대책

 이렇듯 탄소는 생명과 산업의 필수 요소이지만 지구온난화 문제를 일으키는 주범이기도 합니다. 온실가스인 이산화탄소는 지구 대기의 일부이고 생명이 살아가기에 적절한 온도를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 인간의 화석 연료의 연소 사용과 삼림 벌채로 인해 대기 중의 이산화탄소의 농도는 지속적으로 높아지는 중입니다. 과도한 양의 이산화탄소는 열을 가둬서 온실 효과를 강하게 하고, 그 결과 지구의 기온 상승, 기상 이변, 기후 패턴의 변화에 영향을 미치게 되었습니다. 지구온난화의 근본 원인을 해결하기 위해서 첫 번째는 탄소 배출을 줄이는 것이 필수적입니다. 화석연료를 대체할 수 있는 지속 가능한 대안은 태양광, 풍력 등 재생 가능한 에너지원으로 전환하는 것입니다. 또한 산림 재생 계획과 토지 관리를 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수에 유리한 환경을 만들어 기후 변화의 영향을 완화하는 역할을 할 수 있습니다. 두 번째로, 탄소 자체를 상쇄시키는 방법입니다. 탄소 배출을 줄이는 것도 중요하지만, 탄소의 균형을 맞추기 위한 전략을 모색할 필요도 있습니다. 대기 중 온실가스를 제거하거나 줄이는 프로젝트에 투자하고 매립지에서 메탄을 포집하는 계획을 지원하는 것이 포함될 수 있습니다. 세 번째로는 기술 혁신을 이뤄내는 것입니다. 예를 들면, 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 산업 공정과 발전소에서 이산화탄소 배출량을 포착하여 운반하고 지하에 안전하게 저장하는 기술입니다. 우리는 CCS를 대규모로 도입함으로써 중공업과 같이 완전한 탈탄소가 어려운 분야의 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.

 

결론

 탄소는 생명에 없어서는 안 될 중요한 역할을 담당하며 산업을 이끄는 동력이 될 뿐 아니라 실생활에 적용되는 제품을 만드는 데 필수적이기도 합니다. 하지만 온실가스의 형태로 지구 온난화의 원인이 되기도 합니다. 탄소 배출을 제한하는 노력을 통해 지속가능한 지구를 만드는 노력을 해야합니다.