지식줌) 세상을 바꾼 “모래”의 세계사, 압축 정리!

 

 

 

우리 발 밑에 아주 작은 알갱이이기도 하지만

때론 보석으로 변하기도 하는 이 모래는

지구상 어디에서든 볼 수 있는 가장 흔한 물질 중 하나인데요.

 

산소를 제외하면

모래를 이루는 주요소인 규소, 즉 실리콘만큼

세상에서 흔한 원소도 없을 것입니다.

그런데 이 흔하디 흔한 모래가

세상의 변화를 가져온

매우 중요한 물질이라는 것을 알 알고 계신가요?

 

단순한 모래가 인류에 큰 영향을 줄 수 있었던 이유는

모래가 매우 다양한 형태들로 변화될 수 있기 때문입니다.

 

 

--유리

 

첫 번째 모래의 혁신은 바로 유리인데요.

최초의 유리가 언제 만들어졌는지 알 수는 없지만

고고학적 증거론 고대 메소포타미아, 이집트 쪽에서

기원전 2~3천년 경에 만들어진 것으로 알려져 있습니다.

 

가장 오래되고 유명한 이야기 중 하나는

고대의 주요 무역상이었던 페니키아인들이

현대 이스라엘 지역에서

당시엔 비누로 쓰였던

나트륨이 풍부한 ‘나트론’ 덩어리를 구매하고

밤에 잠을 자기 위해 나아먼강 유역의 강가에서 모닥불을 피웠는데

근처에 두었던 나트론 덩어리에 불의 열기가 닿고

해변에 모래가 더해지는 순간

지금껏 본 적이 없는 투명한 액체가 작은 시내를 이루며 흘러내린 것이죠.

 

유리를 만들 때 모래의 실리카 함유량이 중요한데

이 지역 모래의 결정은 80% 이상으로 실리카 함량도 높은 편이고

여기에 나트론의 주성분인 탄산 나트륨이

유리 제작에 필요한 온도를 낮추는 융제의 역할을 하며

이 지역 모래에 적절한 비율로 섞여 있는 석회는

유리의 최종 강도를 높여주는 물질이죠.

 

이런 조건에서 충분히 열을 가해주면

실제로 소다 석회 유리가 만들어지는 것입니다.

이 이야기의 사실 여부는 확인할 수 없지만

이 시기 즈음에 세계의 무수한 환경 속에서

수많은 세대가 유리 제조법을 발견해 왔을 것입니다.

 

초기엔 주로 유리를 활용해 구슬과 같은 장식품을 사용하다

점차 지중해 전체 지역에 퍼져

유리그릇이나 장식품들을 생산했죠.

 

그리고 기원 후 1세기 경, 로마인들은

유리 불기 기술을 발견해서

병, 항아리, 식기 등의 유리 제품을 대량 생산할 수 있게 되었고

로마 제국 전역의 사람들이 유리에 더 쉽게 접근할 수 있게 됩니다.

 

그리고 중세 이슬람 세계에선 시리아, 이집트, 이란 등의 지역이

유럽에선 영국, 이탈리아의 베네치아, 체코 등이

유리 생산의 중심지가 되었습니다.

 

중세 시대에 더욱 유리가 발전해 가며

모래로 만들어진 유리를 통해

갈릴레오 갈릴레이 같은 천문학자들이

지구가 태양의 주위를 일정한 궤도로 돈다는 사실을 발견할 수 있었고

또 렌즈가 발명되며 시력이 감퇴된 사람들이

또렷하게 세상을 볼 수 있어

글을 아는 사람들이 더욱 오랜 기간 책을 읽을 수 있게 되었고

이는 인쇄기의 발명을 촉진시켰습니다.

 

게다가 현미경이 발명되며

박테리아나 세포와 같은

그전엔 볼 수 없었던 세상을 바라볼 수 있게 되어

화학과 의학까지 발전되었습니다.

 

유리 제조 기술을 적극적으로 받아들인 나라들에서

계몽사상과 산업 혁명도 일어날 확률이 높을 수밖에 없겠죠?

그리고 이후에 얘기해야겠지만

유리가 없었다면 인터넷도 최첨단 기술도 없었을 것입니다.

 

다시 말해 유리는

다목적 기술로 활용될 수 있는 근본적 혁신이었다는 것입니다.

 

 

--세계대전에서 끼친 영향

 

그리고 이 유리는 세계 대전에서 매우 큰 역할을 하게 되는데요.

전쟁 초반 가장 강한 나라는 의문의 여지없이 독일이었는데,

그 이유는 독일이 수십 년간

쌍안경, 망원경, 잠망경, 거리계, 과학용 렌즈 등

정밀 과학 분야에서 전 세계 공급망을 완전히 틀어주고 있었기 때문이죠.

특히 소총의 망원경을 독일이 독점했기에

전투에서 독일의 저격병이 우위에 있었던 것입니다.

 

1800년대 중반 독일의 예나에서

‘칼 자이스나’ ‘오토쇼트’와 같은 광학 기술자들이

광학과 정밀 역학을 연구했고,

그 연구를 바탕으로 ‘자이스’나 ‘쇼트’ 같은 회사들이 만들어졌죠.

당시 무기의 조준경은 ‘자이스’사가,

무기 속 유리는 ‘쇼트’사가 주로 공급을 했습니다.

 

세계대전 당시 무기 조준경의 측면에 붙어 있던 자이스란 상표는

현대의 물품들에도 붙어 있는데요.

1800년대 만들어진 자이스사가

현재의 독일 자이스 그룹으로 이어져

지금도 세계적인 광학 렌즈 회사로 남아 있는 것이죠.

 

그 무렵 영국은 정밀 유리의 60%를 독일의 자이스사에 의존하고 있었는데

전쟁이 나자 독일이 정밀 유리 공급을 중단해 버렸고

전쟁용 무기를 위한 렌즈가 부족해지게 된 것이죠.

 

영국은 산업혁명의 본고장으로

사실 1800년대까지만 해도

상업용 유리와 고급 광학 분야의 선두 주자였는데요.

 

그런데 왜 세계대전 당시 정밀 유리 경쟁에서 뒤쳐졌을까요?

그 이유는 세금 때문인데

영국에선 세수를 늘리려는 목적으로

1609년엔 창문 숫자에 따라 세금을 매기는 창문세를

1745년~ 1845년 사이엔 유리의 중량에 따라 세금을 매기게 됩니다.

 

이런 조세 정책에 영국의 유리 산업은 직격탄을 맞고

유리 회사들은 사업상의 어려움으로 합병되기 시작하죠.

 

이런 이야기라면

독일이 당연히 세계 대전에서 이겼어야 하는데, 결과는 그렇지 않았죠.

당시 영국에 유리가 없었던 것처럼

독일은 자동차나 전차의 타이어, 각종 관, 엔진, 벨트 등에

필수적인 고무가 없었습니다.

수많은 식민지로부터 고무를 생산해 온 영국이

독일에게 고무를 전달하지 않았기 때문이죠.

 

한쪽은 유리 기근을, 한쪽은 고무 기근을 겪다 보니

결과적으로 두 국가는 중립국인 스위스를 통해

고무와 렌즈를 서로 교환하게 되고 전쟁을 이어나갑니다.

 

아이러니하게도 유틀란트 해전에서

영국과 독일 해군 모두 서로의 모습을

독일의 자이스사가 만든 쌍안경으로 정찰하고 있는

이상한 상황까지 발생하게 된 것이죠.

 

 

--시멘트와 콘크리트

 

그리고 모래는 또 다른 형태인 시멘트와 콘크리트가 되어

고대부터 지금까지 사람들에게 큰 영향을 미쳐왔습니다.

 

진흙, 모래 때론 산화철과 같은 첨가제에다가

석회석이나 백악을 넣은 뒤,

굽고 으깨어 만든 가루가 시멘트이고

이 시멘트 가루에 물을 부으면 걸쭉한 회색젤이 만들어지는데

여기에다 자갈이나 모래 같은 골재를 넣어

이 골재들에 회색 젤이 들러붙으면 콘크리트가 되는 것이죠.

 

만드는 과정이 그리 어렵지 않다 보니

모래를 통해 만들어진 콘크리트는

인간의 주거에 가장 큰 영향을 준 물질로 활용되어 왔는데요.

 

기원전 2500년경 만들어진 이집트의 피라미드나

거의 2천년 전 지어진 로마의 콜로세움이

그 대표적 예라 볼 수 있죠.

 

“그렇다면 모래가 많은 사막 국가들이 매우 좋은 거 아닌가?”라고 생각할 수도 있겠지만

그렇지만도 않습니다.

왜냐하면 사막의 모래들은 바람에 의해 침식되어

매우 매끄럽고 부드럽기에

콘크리트를 만드는 데 적합하지 않기 때문이죠.

 

물에 의해 침식되어 비교적 거친 표면을 가진

강과 바다의 모래가 건설엔 적합하다 보니

사우디, 아랍에미리트, 쿠웨이트처럼

사막의 비율이 국토의 90%가 넘는 국가들도

건물 건설을 위해 상당한 양의 모래를 수입하고 있죠.

 

몇 년 전 멕시코에서 한 빈민가 지역에

흙바닥을 포장할 수 있도록 시멘트를 제공하기 시작했는데요.

그 결과 기생충 감염률은 78%

빈혈로 고생하는 어린이들의 수는 80%

설사에 시달리는 아이들의 수는 절반으로 줄어들었죠.

 

아이들이 질병에 덜 노출되다 보니

더욱 학교에 잘 가게 되고 부모들의 행복감도 높아졌습니다.

 

이처럼 모래는 수많은 사람들에게 큰 도움을 주기도 하고

또 잘 배합된 질 좋은 콘크리트를 활용하면

안전하고 튼튼한 주거 공간을 제공해 줍니다.

 

하지만 이렇게 이로운 것만 같은 콘크리트는

반대로 사람들에게 큰 피해를 끼치기도 하는데요.

그 예 중 하나가

2010년 아이티 대지진으로 당시 날림으로 진행된 졸속 건설로 인해

25만 채 이상의 빌딩들이 무너지고 수십만 명이 사망하게 되었죠.

또 환경에도 큰 문제를 미치는데

시멘트 산업만 전체 탄소 배출량의 7~8%를 차지하고

게다가 콘크리트 생산 시엔 양질의 용수를 계속 공급하는 게 중요하다 보니

시멘트 산업에만 전 세계 산업 용수의 무려 10%가 사용됩니다.

시멘트와 콘크리트 산업의 명과 암은 명확히 존재하는 것 같습니다.

 

 

--광섬유

 

또 다른 모래의 혁신을 이야기하기 위해

이제 다시 유리 이야기로 잠깐 돌아와 보죠.

 

1934년 뉴욕주 코닝의 연구실에서 일하는

미국의 젊은 화학자 ‘제임스 프랭클린 하이드’는

용접 토치에 실리카 모래를 염화물 혼합물에 녹여서 만든 액체인

사염화규소를 분쇄하는 방식으로 유리를 만드는

새로운 제조법을 고안합니다.

 

이 방법으로 ‘리비아 사막 유리’보다 더 순도가 높은

완벽한 석영 유리를 만들 수 있게 되었는데요.

이것은 유리 제조법의 또 다른 근본적 전환이었습니다.

 

이 초순도 석영 유리는

주방에선 더 튼튼한 냄비

우주 산업에선 우주선과 국제 우주 정거장의 유리창 등에 사용되었는데요.

그보다 중요한 것은 바로 디지털 세상을 탄생시켰다는 것입니다.

 

기존의 통신선은 대부분 구리선이었는데요.

구리선은 거리가 멀어질수록

전화 신호가 약해져 잘 들리지 않게 되었기에

구리선을 두껍게 하거나 신호를 강하게 하는 등의 방법을 써왔지만

매우 비효율적이었기에 구리선의 제한점은 명확했죠.

 

그런데 1960년대에 들어 STC 소속의 ‘찰스 가오’는

1930년대 ‘제임스 프랭클린 하이드’가 개발한

새로운 유리에서 답을 찾게 됩니다.

 

먼저 유리를 길게 늘어뜨려 유리선을 만들면

구리선보다 훨씬 먼 거리까지 빛을 보낼 수 있다는 사실을 발견했는데

전통적 광학 유리는

아무리 최고의 품질이라도

빛을 겨우 10m 정도까지만 전달이 가능했습니다.

 

그런데 여기서 초순도 석영 유리를 사용하면

데이터를 손실 없이 몇 킬로미터나 보낼 수 있다는 계산이 나오게 되었고

이후 구리선보다 대역 폭은 훨씬 크면서

아주 가느다란 유리선 가닥으로 만든 광섬유가 개발되어

훨씬 많은 데이터를 먼 거리까지 전달할 수 있게 되었죠.

 

이 새로운 유리 가닥의 발견으로

장거리 통신을 근본적으로 바꾸어

광범위하게 인터넷으로 이어지는 디지털 세상까지 이루어지게 되었고

이제 모래가 현대적 삶의 기초라는 말에

어느 정도 동의가 되시지 않을까 생각이 드네요.

 

 

--반도체

 

또 다른 혁신으로 모레는 마침내

현대 지구상에서 가장 기술적으로 발전된 제품 중 하나가 되는데요.

그것은 바로 반도체입니다.

반도체 역시 모래의 주성분 실리콘이 주 소재인데요.

 

괜히 미국의 IT 반도체 산업단지의 이름이

‘실리콘 밸리’가 된 게 아니겠죠.

1947년 벨 연구소의 ‘윌터 브래튼’과 ‘존 바디’는

이 실리콘을 활용하여

전기적 스위치의 역할을 할 수 있는 트랜지스터를 고안하게 됩니다.

 

전기를 전도하는 굴이나 전기를 차단하는 유리 같은

기존의 물질들과는 달리, 반도체를 활용하면

전류의 흐름을 의도적으로 선택할 수 있게 된 것이죠.

 

최초로 반도체를 활용하여

전류의 흐름을 제어하는 반도체 스위치는

당연히 실리콘 조각으로 만들어

이것들을 결합하여 컴퓨터를 만들 수 있었는데

1947년에 만들어진 최초의 반도체는

어린아이 손바닥만한 크기였고

핵심 부품인 트랜지스터는 약 1㎠였는데요.

 

1917년 최초의 현대식 컴퓨터 칩인 인텔 4004가 나왔을 땐

1㎠에 약 2천 개의 트랜지스터가 들어가게 되었죠.

그리고 2020년 이후 현재 스마트폰 프로세서에는

1㎠보다 더 작은 공간에, 약 120억 개의 트랜지스터가 들어가 있습니다.

 

현재의 트랜지스터는 나노 단위로 측정되는데

이는 가장 강력한 현미경을 쓰더라도

눈으로 볼 수 없는 수준으로

트랜지스터의 크기가 작아질수록

더 빨리, 더 적은 전력으로, 켰다 껐다 할 수 있기에

성능이 더 좋아지는 것이죠.

 

그럼 간단히 반도체의 여정에 대해 볼까요?

우선 스페인에 위치한 세라발 석영 광산과 같은 곳에서 석영이 채취됩니다.

이 석영 덩어리들은 용광로 속에 들어가 1,800도 이상에서 가열되어

실리콘만 분리되고

순도 98~ 99% 정도의 실리콘 메탈을 만들어내는 과정을 거치죠.

 

그리고 독일의 브루크하우젠에 있는 바커사의 공장에선

이 실리콘 메탈을 아주 작은 조각으로 부순 뒤

순수 염화수소와 혼합하여

진공 용기 안에서 1,150도까지 가열하는 과정을 거치는데

이런 공정이 끝나면

거의 순도 100%에 가까운 초순수 실리콘이 나오게 됩니다.

 

그리고 이후엔 이 초순수 실리콘을

불순물 없이 둥근 형태로 얇게 잘라내어

반도체 웨이퍼를 만들어야 하는데

한국의 SK실트론을 비롯한

몇몇 주요 업체들이 이 웨이퍼를 만들게 되죠.

 

그리고 이 얇은 웨이퍼는 아주 작은 조각으로 잘리고

또 그 위에는 레이저로 반도체 설계자들이 설계한

복잡한 설계도를 그려 넣어야 하는데

이런 기계를 만들 수 있는 거의 유일한 회사가

바로 네덜란드의 ASML입니다.

 

그리고 이 기술을 활용하여 반도체 칩을 대량 생산할 수 있는 단 두 곳이

바로 대만의 TSMC와 한국의 삼성전자이며

과거엔 미국의 인텔이 주도했지만

지금은 한 세대 정도 뒤떨어진 것으로 평가받고 있죠.

 

반도체 제조 산업에서 물론 TSMC에 이어 2위에 있긴 하지만

TSMC와 달리 제조뿐만 아니라

설계까지 함께 하는 게 한국의 삼성전자라는 게

새삼 대단하게 느껴지기도 합니다.

 

지금까지는 그랬습니다.

허나 앞으로는 힘든 상황에 놓인 것 같습니다.

 

우선 한 세대 정도 뒤떨어진 것으로 평가받던 인텔이

얼마 전 반도체 파운드리 제조 분야 2위를 하겠다고 선언을 했고

또 미국 정부도 적극적으로 지원하겠다는 입장을 밝혔는데요.

그 말은 현재 2위인 삼성을 잡겠다는 것이죠.

 

또 삼성은 세계 1위를 목표로 하고 있지만

2010년대 후반부터 지속적으로 세계 시장에서 점유율이 떨어지고 있고

특히 2021년 퀄컴으로부터 수주를 받아 삼성이 제작했으나

발열과 수율 문제 등이 발생했던 스냅드래곤 8 GEN 1 이후

퀄컴과 삼성의 협력이 중단되고

이후 퀄컴은 모든 스냅드래곤의 위탁 생산을 TSMC에 맡기게 되며

TSMC와 삼성 간의 격차가 더욱 커졌죠.

 

또 나노 공정의 시대로 기술이 고도화되어

미세공정을 통한 혁신의 주기가 점점 늦어지다 보니

AI와 GPU 분야의 선두 기업인 엔비디아나

클라우드 기반 AI 서비스를 선도하는 아마존

세계적 전기차 기업인 테슬라뿐만 아니라 수

많은 기업들이 이제는 자신의 제품에 최적화된

자체적인 반도체를 직접 설계하는 추세로 가고 있습니다.

그리고 대부분의 위탁 생산은 1위 기업인 TSMC가 진행하고 있죠.

 

게다가 중국도 반도체 자급자족 달성을 위해

엄청난 투자를 하고 있습니다.

중국은 대규모 공장을 중국 곳곳에 짓고 자금을 엄청나게 투입하지만

약점이라고 한다면 최상위급 반도체 생산을 위한

기술과 고급 인력 수가 비교 부족하다는 것인데요.

이런 부분들 때문에

세계의 인재들을 영입하기 위해 애쓰고 있고

그중엔 한국의 반도체 전문 인력들도 포함될 수 있을 것입니다.

 

현재 첨단 산업 분야에서 유일하게 중국을 앞서는 게 반도체인데

이 반도체마저 추월당할 위기에 있는 것이죠.

 

삼성 혹은 다른 기업에서라도

기술이나 인재들이 지속적으로 중국으로 가게 된다면

높은 수준의 기술들이 복제되어

중국이 최상위급 반도체를 대량 생산하게 될 수 있을 것입니다.

 

게다가 옆나라 일본도 얼마 전 TSMC의 공장을 새롭게 지었고

추후 또 다른 공장도 건설할 예정이라고 하는데

이런 여러 가지 상황들을 본다면

이전의 반도체 전쟁에선 삼성이 승리했지만

새로운 국면으로 펼쳐지는 이번 전쟁에선

삼성에게 결코 유리한 상황은 아닌 것 같고

삼성뿐만 아니라 한국 경제 전체에 있어서도 큰 위기인 것 같습니다.

 

중국과 미국의 칩 싸움 사이에서 등이 터지는 것보다는

그 가운데서 반사이익을 얻기 위해

외교적인 부분도 중요할 것 같고

또 세계 최고의 반도체 제조사인 TSMC

세계 최고의 반도체 설계회사인 NVIDIA엔

삼성보다 3배 이상 많은 연구원이 있는 것으로 알려져 있는데요.

 

한국도 반도체 산업뿐만 아니라

전반적인 과학 분야에 적극적인 연구 개발을 하여

경쟁력을 높여 나가야 되지 않을까 싶네요.

 

AI를 비롯한 첨단 기술이 더욱 확대되며

계속해서 반도체 수요는 늘어나고 있기에

모든 반도체를 TSMC에서 생산할 수 없을 테니

삼성에게 또 다른 좋은 기회가 오지 않을까요?

 

역동적이고 위기에 강했던 한국이었던 만큼

부디 이 위기도 성공적으로 이겨 나가길 바라봅니다.

 

 

이렇게 오늘은 모래와 우리 세계를 연관지어 이야기해 보았는데요.

세상에서 가장 흔한 물질이기도 하지만

인류사에 매우 큰 영향을 주었고

현대에 와서도 가장 발달된 기술의 재료가 되는 모래의 가치가

놀랍지 않으신가요?

 

오늘 이야기는 베스트셀러 저자 에드코네이의 신간

<물질의 세계>를 참고하여 제작하였는데요.

이코노미스트, 파이낸셜 타임즈, 더타임스 등

세계적 언론사로부터 올해의 책으로 선정되고

출시 직후 대형 서점 베스트셀러로 등극한 <물질의 세계>는

모래뿐만 아니라 소금, 철, 구리, 석유, 리튬이라는 6가지 물질들이

인간의 욕망과 만나면서

세상을 어떻게 변화시켰는지에 대해 다루고 있습니다.

 

개인적으로도 흥미롭고 설득력 있게 읽힌다는 느낌을 받았는데요.

물질을 중심으로 한 인류 문명의 대서사시를 이해하고 싶으신 분들은

도서를 읽어보시면 큰 도움이 되실 것 같습니다.

 

오늘 영상을 통해 세상을 이해하시는 데 도움 되셨길 바랍니다.

시청 고맙습니다.