살살알려드림) 화성 진출 필수템 '에어로겔', 우주에서 가장 가벼운 고체(2021. 3. 11)

 

 

• 화성의 열악한 환경 [00:08]
• 에어로겔의 특성:
  • 가벼움 [00:43]
  • 단열성 [02:17]
  • 제조 과정 [01:23]
• 에어로겔의 다양한 활용 분야 [03:07]
• 화성 환경에서 에어로겔의 잠재적 사용 사례 [03:16]

 

 

 

최근에 화성 탐사선 퍼시비어런스의 성공적인 착륙에 잇따라

인류의 화성 진출에 대한 대중들의 관심도가 높아지고 있습니다.

 

하지만 화성의 대기는 지구의 1%도 안 되는 0.0063기압으로

너무나도 희박하죠.

그리고 기온은 영상에서 영하 140도까지 내려갈 정도로

굉장히 혹독한데요.

하버드, 칼텍, 에든버러 대학의 공동 연구팀은

2019년에 네이처 에스트로노미 저널에

‘이렇게 혹독한 화석 내에 인간이 살 수 있는 구역을 만들 수 있다’ 라는 연구를 발표했습니다.

바로 이 꿈의 소재를 이용해서 말입니다.

 

 

우주에서 가장 가벼운 고체인 이 물질의 이름은

바로 에어로겔.

밀도는 최소 0.003g/cm³ 정도로 엄청나게 가볍습니다.

 

이게 어느 정도로 가벼운 수치인가 하면

대기의 3배 정도에 불과하고

몇몇 무거운 기체들보다는 오히려 더 가벼운 정도죠.

 

어떻게 이게 가능한 걸까요?

그건 에어로겔이 99.8% 정도의 기체로 이루어져 있기 때문입니다.

“아니 그 정도면 기체라고 부르는 게 맞지 않나?”라고 하실 수도 있는데

어쨌든 고체는 맞습니다.

만져보면 딱딱하거든요.

 

 

우리가 이 물질에 대해 이해하기에 앞서

저는 여러분에게 푸딩에 대해서 얘기해 보고 싶습니다.

푸딩은 얼핏 고체 같지만

사실은 99% 이상이 물로 되어 있습니다.

이렇게 흐물흐물거리는 물질을 겔(Gel)이라고 부릅니다.

 

교차 결합으로 3차원 그물 구조를 형성하고

그 안에 액체가 가득 차 있는 구조인데

쉽게 말하면

고체 안에 액체가 갇혀 있는 상태인 거죠.

 

이 상태에서 갇혀 있는 액체를 증발시키면 어떻게 될까요?

일반적으로는 표면장력에 의해 쪼그라들겠지만

초임계유체를 이용한 특수한 건조법을 통해서

기존의 형태를 유지한 채로 바짝 말리는 것이 가능합니다.

겉모습은 고체지만

그 속이 텅텅 빈 기체로 되어 있는 에어로겔이 탄생하는 겁니다.

 

에어로겔이 신기한 건

단지 가볍기 때문만은 아닐 겁니다.

가장 가벼운 소재이자, 동시에 가장 우수한 단열재이기도 하죠.

에어로겔의 공기 구멍은 최대 50nm입니다.

공기의 평균 자유 행로인 70nm보다 작은 수치입니다.

쉽게 말해서

공기가 갇혀서 잘 순환되지가 않으니

열 전달도 잘 되지 않는 것입니다.

 

1980년대부터 에어로겔은

말도 안 되는 단열 성능으로 인해서

우주항공 분야에서 굉장히 각광받기 시작합니다.

하지만 공정이 복잡하고, 쉽게 깨지는 문제가 있어서

대량 생산은 굉장히 힘든 소재였는데요.

 

2003년에 한국인 공학자인 이강필 박사가 세운 ‘아스펜’이라는 회사에서

세계 최초로 대량 생산과 상용화에 성공합니다.

미 항공 우주국 나사에 공급하기도 하죠.

지금은 우주항공 분야를 넘어서

의류나 건축, 가전제품 등 여러 분야로 영역을 넓히려 하고 있습니다.

 

영상 처음에 소개드렸던 하버드, 칼텍, 에든버러 대학 공동연구팀의 연구에 의하면

화성의 만년설 지역에서 2- 3cm 정도 두께의 에어로겔을

지붕처럼 덮는다는 단순한 발상으로도

별도의 열원 없이 온도를 영상으로 유지할 수 있다고 합니다.

물이 액체 상태로 존재할 수 있다는 뜻이겠죠.

또한 자외선을 차단함과 동시에 가시광선을 투과시킬 수 있습니다.

 

게다가 이 지역의 만년설에는

이산화탄소가 굉장히 많이 얼어 있기도 하죠.

액체 상태의 물과 가시광선, 그리고 이산화탄소

이 세 가지 요소가 갖춰진다는 것은

광합성을 하는 생명체가 생존할 수 있다는 뜻입니다.

즉 산소를 지속적으로 생성해서

인류를 비롯한 생명체가 거주할 수 있는 환경으로 만드는 것이 가능하다는 것이죠.

 

물론 말처럼 쉽진 않겠죠.

하지만 하나의 가능성을 시사한다는 점에서

에어로겔은 앞으로의 인류의 미래에 더 많은 변화를 가져다줄 수 있는 소재라고 할 수 있습니다.

 

 

이런 요구에 맞춰서 현재 많은 기업과 국책연구소, 대학들이

연구 개발에 힘을 쏟고 있습니다.

 

흥미롭게 보셨나요?

...

감사합니다.