세계사를 바꾼 12가지 신소재

인류가 문명사회를 이룩한 이래 인간 사회는 수천 년간 크고 작은 변화를 수없이 맞이하여 지금에 이르렀다.

이 책에서는 인류에게 극적인 변화를 가져온 12가지 신소재를 소재로 역사와의 관계를 설명한다.

또한, 원소 주기율표를 각 광물마다 인용하여 광물의 성질에 대해 기술한다.

 

1. 발간 시기

 

1판 1쇄 발행은 2019년 6월이며

1판 22쇄 발행은 2023년 5월이다.

꾸준히 읽히는 책이다.

 

2. 이 책의 저자는

 

사토 겐타로

 

도쿄이과대학 이학부 응용화학과를 졸업하고, 도쿄공업대학 대학원에서 유기합성화학을 공부했다.

1995년부터 이바라기현 쓰쿠바시의 제약회사에서 연구원으로 일했다.

이때의 경험 덕분에 유기화학이라는 학문에 특별한 흥미를 느끼게 되었다.

 

1998년부터 인터넷에 '유기화학미술관'이라는 웹사이트를 개설하고 컴퓨터그래픽으로 분자 이미지를 제작해 관련 기사를 집필해 올렸는데, 이 사이트가 인기를 얻으면서 일본을 대표하는 과학 블로거로 이름을 알렸다.

 

2007년 말 회사를 그만두고 글쓰기에 전념하기 시작했다.

2009년부터 2012년까지 도쿄대학 대학원 이학계 연구과 홍보담당 특임 조교로 일했다.

 

과학 전문 프리랜서로 활동하며 화학 관련 잡지 등에 칼럼을 연재하고 있으며, 강연활동도 활발히 하고 있다.

 

3. 이 책의 구성

 

총 13장으로 구성되어 있다.

1장에서 12장은 세계사를 바꾼 12가지 소재에 대해 소개한다.

13장은 마지막 장으로 재료과학과 재료의 미래에 대해 설명한다.

 

1장 인류사를 움직인 찬란한 빛? 금 

- 과학을 비약적으로 발전시키고 인간을 매혹한 찬란한 빛

 

금을 싫어하는 사람은 없다.

현금화를 시키기 최적인 광물이다.

우리의 생활 속에 금은 돌반지, 반지, 목걸이 등으로 다양하게 존재한다.

운동경기에서도 금은 최고의 선수에게 주는 광물이다.

 

왜 인간은 이런 금에 빠져 들었고, 금을 소유하고자 했으며, 금이 우리의 역사에서 차지하는 의미가 무엇인지 이야기한다.

 

금에 관한 썰을 풀자면, 수메르 신화에 나오는 외계인이 자신의 대기가 사라지는 것을 막기 위해 금이 필요했고,

금을 찾아 지구로 왔고, 지구로 와서 금을 캐기 위해 인간을 만들었다.라는 이야기가 있다.

아마 이때부터 인간의 뇌리에 금에 대한 것이 새겨졌는지 모르겠다.

 

인류가 금을 숭배한 이유는 희소성 때문이기도 하지만 

금이 찬란하고 아름답게 빛나는 금속이라는 사실이다.

 

금을 통한 세계 확장의 역사에 대해서도 언급을 한다.

스페인의 잉카제국의 침략, 미서부의 골드러시 등이 있다.

 

현재 금을 활용한 제품 중에는 우리가 가장 많이 사용하는 핸드폰이 있다.

금은 상당히 가늘게 늘일 수 있으며, 전기 전도성이 높기에 최소 공간에 고밀도 배선을 넣는데 도움이 된다.

 

핸드폰 한 대에 들어가는 금은 평균 30mg이다.

몸에 금장신구가 없다고 하더라도 30mg의 금을 우리는 항상 들고 다닌다.

 

 

2장 만 년을 견딘 재료? 도자기

- 인류를 식중독에서 구원한 코기부터 '하얀 황금'으로 불린 자기까지

 

도자기는  값비싼 예술품부터 타일, 기와와 같은 값싼 재료에 이르기까지 그 활용범위가 넓다.

 

인류의 최초 도자기인 토기는 중국 후난성에서 출토된 것을 가장 오래된 토기로 추정을 한다.

인류에게 토기는 안전한 식생활에 대한 변환점을 제시하였고, 다양한 모양의 토기로 인류의 번영을 이끌었다.

 

토기에서 발전한 도자기의 폐해는 높은 온도의 불을 얻기 위한 삼림 벌목이다.

도자기의 기술이 발전할수록 많은 삼림이 소실되었다.

 

도자기는 우리의 생활에 없어서는 안 되는 존재가 되었다.

기술이 발전하면서 파인 세라믹이라는 제품을 만들어냈고, 

이것은 축전지나 건전지 전극과 같은 전기 재료, 고온 초전도 재료 등에 이용된다.

 

3장 동물이 만든 최고의 걸작? 콜라겐

- 추위를 견디게 해 준 재료에서 의약 필수품으로 변신한 단백질

 

우리가 돼지껍데기를 먹는 이유 중 하나는 콜라겐이 많이 들어서 피부에 좋다는 말 때문이다.

이 장은 신소재중 가장 관심을 끄는 콜라겐에 대한 이야기이다.

 

인류가 빙하기를 경험하면서 인류를 구원해 준 제품은 동물의 털가죽이다.

털가죽을 만드는 기술은 인류의 최초의 전문기술이다.

털가죽을 만들기 위해 무두질이 필요하며, 이것을 통해 가죽은 부드러워지고 내구성이 높아진다.

이것은 가죽의 주성분인 콜라겐이 가진 성질 덕분이다.

 

콜라겐은 일반적으로 화장품 등 미용에 관련된 제품을 떠올리지만,

우리 몸에도 다량있는 단백질의 한 종류다.

실제로 우리 몸을 구성하는 단백질의 3분의 1이 콜라겐이다.

 

콜라겐은 세포와 세포의 간격을 메꿔 서로 붙게 하는 접착제 역할을 한다.

우리 몸을 지탱하고 몸의 형태를 유지하게 하는 물질 중 하나가 콜라겐이다.

 

콜라겐은 사슬 세가닥이 하나로 꼬인 삼중 나선 구조이다.

인간의 피부를 구성하는 콜라겐의 경우, 나이를 먹을수록 콜라겐의 다리가 늘어난다.

다리수가 늘어나면 전체적으로 튼튼해지지만 유연성을 잃게 된다.

이것이 주름이 생기는 원인이다.

 

오늘날 콜라겐은 재생 의료의 필수 재료로 주목받고 있다.

질병이나 부상으로 손상된 장기나 신체 기능을 자신의 세포를 바탕으로 재구축한 다음 이식하는 치료법에 사용된다.

 

 

4장 문명을 이룩한 재료의 왕? 철

- 값싸고 풍부한 양으로 혁명을 일으킨 재료의 왕

 

금속의 왕이자 재료의 왕은 철이다.

기원전 히타이트인이 처음으로 철을 사용한 이래, 철은 한결같이 인간 사회와 생활의 중심에 있었고 문명 발전에 공헌했다.

 

철의 장점은 양이 풍부하며, 다른 금속과 섞어 합금으로 만들면 더 뛰어난 재료가 된다는 점이다.

 

철이 곧 힘인 시대는 오늘날에도 변함이 없으며,

철의 고부가치화 또한 진행 중이다.

 

이 장에서는 일본 저자의 일본 부심이 느껴지는 글이 있다.

 

5장 문화를 전파한 대중매체의 왕? 종이(셀룰로스)

- 기록하는 인간을 만든 매체의 왕이자 식물이 인간에게 선물한 최고의 재료

 

종이는 지금 현재까지도 인류의 생활에 깊숙이 관여한다.

 

세계사 시간에 배운 최초의 종이 발명자는 중국 후한시대의 '채륜'이다.

종이가 발명되기 전에는 점토판, 이집트의 파피루스, 중국의 목간, 죽간 등이 있었다.

 

종이의 최대 장점은 정보를 기록하고 전달하며 남기기에 적합하다는 것이다.

보존하기 쉽고 운반하기 쉬운 종이는 문화의 전파에도 공헌했다.

 

종이를 만드는 기술은 국가적 기밀이었으나, 점점 퍼져나가기 시작했고,

일본으로 건너간 종이 만드는 기술은 고구려를 통하였다.

 

종이의 전파는 당나라와 이슬람 아바스 왕조의 탈라스 전투를 통해 서쪽으로 진행되었다.

이슬람 제국으로 넘어간 종이 만드는 기술은 유럽의 십자군 전쟁을 통해 유럽으로 전파되었다.

유럽에서 종이 전파를 폭발적으로 늘려준 사건은 구텐베르크의 인쇄기 발명이다.

 

종이와 인쇄술에 따른 지식의 보급은 유럽에서 과학 기술이 보급되는데 도움을 주었지만,

이슬람 제국에서 인쇄기술은 박해를 받았다.

그 이유는 '쓴다'라는 행위가 신이 인간에게 준 것이기에 쓰는 것을 기계에 맡기는 것은 신의 가르침에 대한 모독이라고 여겼기 때문이다.

 

디지털기기의 발명으로 종이의 존재가 흐려지고 있는 우려가 있었다.

종이 없는 시대의 도래를 예상했으나, 이런 예상은 무너졌다.

종이는 꾸준히 우리의 삶에 영향을 끼치고 있으며, 지식 전달의 매개체인 책의 발행을 보면 알 수 있다.

 

6장 다채로운 얼굴을 가진 천생배우? 탄산칼슘

- 분필, 치약 같은 생필품에서 햄, 소시지 같은 식품 그리고 대리석까지

 

탄산칼슘의 원료는 공기 중에 있는 이산화탄소다.

이산화탄소는 물에 쉽게 녹으므로 바다에 흡수되어 탄산이 되고, 바닷물 속에서 풍부한 칼슘이온과 만나 탄산칼슘이 되어 가라앉는다.

 

탄산칼슘의 용도 중 하나는 시멘트의 원료라는 것이다.

이 시멘트를 가장 효율적으로 사용한 사람은 고대 로마인이었다.

 

탄산칼슘이 만드는 최고의 보석인 진주는 주로 진주조개에서 생산이 되는데

전 세계에서 페르시아만, 인도, 베트남의 통킹만, 베네수엘라, 일본까지 다선 군데뿐이다.

 

유럽의 탐험가에 의해 베네수엘라의 진주가 유럽에 소개되고

이것을 계기로 유럽의 침략이 이루어졌다.

영국 엘리자베스 1세의 진주 사랑이 유명하다.

유럽 왕실에서 많이 쓰인 여자 이름 중 마거릿, 마르게리타, 마르그레테, 마르그리트는 '진주'를 의미한다.

식품인 마가린도 같은 어원에서 유래한 말로 진주처럼 광택이 난다는 사실에서 비롯된 이름이다.

 

환경의 척도 기준 중 하나인 바다의 산호초는 산호가 만들어낸 탄산칼슘이 군체를 이룬 것이다.

산호초는 지구 표면적의 0.1% 정도에 지나지 않지만, 

전 세계 170만 종의 생물 중 9만 종이 서식하는 곳이다.

이러한 산호초가 파괴되면 바다의 이산화탄소 흡수력이 약해져 지구 온난화 속도도 빨라질 것이라는 예측이 있다.

 

7장 제국을 자아낸 재료? 비단(피브로인)

- 동양과 서양 문명을 하나로 연결한 실크로드의 핵심

 

예전에 누에를 위한 뽕나무 밭이 있었다.

지도 속 표기에도 뽕나무를 가리키는 기호가 있었다.

 

실크로드를 통해 유럽으로 전파된 비단은 누에를 통해 만들어진다.

중국은 비단 제조법을 엄밀히 관리했으며, 실크로드를 통해 로마로 건너간 비단은 금과 같은 값에 거래된 제품이기도 했다.

 

비단은 현대 기술과 융합되고 있다. 

스파이더 실크라는 섬유로 누에나방에 거미 유전자를 이식해 명주실 대신 거미줄을 만들게 하는 연구가 추진 중이다.

상당히 질기고 가벼우며 알레르기도 일으키지 않으므로,

군사에서 재생 의료에 이르기까지 폭넓은 분야에서 응용할 수 있을 것이라는 기대를 받고 있다.

 

8장 세계를 축소한 물질? 고무(폴리아이소프렌)

- 호날두를 탄생시키고 미국을 세계 제일의 강대국으로 만든 물질

 

고무가 유럽으로 건너간 때는 15세기다.

고무는 고무나무에서 나온다.

고무나무에서는 라텍스로 불리는 수액이 가장 많이 나오며 탄력성 또한 높다.

 

고무를 유럽에 전해준 사람은 콜럼버스이며,

고무의 용도를 찾아낸 사람은 영국 자연철학자 조지프 프리스틀리이다.

눅눅한 빵을 연필 지우개로 사용했는데 고무 덩어리를 사용하면 더 깨끗하게 지워진다는 사실을 발견했다.

 

고무의 활용도 중 현대에도 가장 큰 영향을 끼치고 있는 것은 타이어다.

바퀴의 발명으로 인류는 좀 더 편하게 먼 거리를 이동할 수 있었다.

그 바퀴에 안정성과 편안함을 제공해 준 것은 타이어다.

 

9장 혁신을 가속한 재료? 자석

- 쇳조각을 끌어당기는 광물에서 대항해시대를 이끈 주역으로

 

자연에는 자철광이라는 철광석이 널려있고 그중에는 자성을 띤 광석도 있으므로, 전 세계 각지에서 많은 사람이 자석의 존재를 알고 있을 것이라 추정한다.

자석의 영어 이름인 '마그넷'의 어원은 그리스 마그네시아 지방에서 산출된 데서 유래했다는 설이 유력하다.

 

자석의 실용적 가치를 처음으로 발견해 낸 사람은 중국인이었을 것이라 추정한다.

중국인은 자석이 남북을 가리킨다는 사실을 깨닫고 자석을 나침반으로 이용했다.

나침반이 위력을 발휘한 시기는 명나라 때 정화의 해양원정이었다.

동양의 대항해시대가 정화의 죽음으로 막을 내리고, 서양이 대항해 시대를 이어받았다.

넷플릭스 영화 바이킹스에 보면 자석에 대한 이야기를 볼 수 있다.

 

자석의 자기력을 이용한 것에는 모터, 복사기, 스피커, 카세트테이프 등이 있다.

 

10장 '가벼운 금속'의 기적? 알루미늄

- 인간의 가능성을 하늘로 끌어올린 가볍고 튼튼한 금속의 탄생

 

방어구의 주재료인 철을 대체한 소재가 알루미늄이다.

알루미늄의 강도는 철이나 구리보다 약간 떨어지지만 다른 금속과 섞어 합금을 만들면 단단해진다.

 

알루미늄은 가볍고 단단하고 안정적이며 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 금속이다.

 

알루미늄의 가장 큰 활용분야는 항공산업에 있다.

하늘을 나는 비행기를 만들기 위해서는 가볍고 튼튼한 재료가 필요하다.

이것을 가능하게 해 준 재료가 알루미늄이다.

 

저온에 강한 알루미늄은 로켓의 연료 탱크나 국제 우주 정거장 등에도 다양하게 사용된다.

 

차량에 혁명을 가져온 고무처럼 항공기 시대를 불러온 재료는 알루미늄이다.

 

11장 자유롭게 변화하는 만능 재료? 플라스틱

- 무엇이든 자유자재로 변신하는 20세기 대표 물질

 

인류는 역사를 통틀어 셀 수 없는 만큼 많은 재료를 개발했지만 플라스틱만큼 다른 재료의 영역을 많이 빼앗은 재료도 없다.

의자, 용기, 병, 카드, 식기, 의류 등 거의 모든 분야에 걸쳐있는 플라스틱에 대한 이야기다.

 

플라스틱은 결점이 적고 변형이 자유로우며, 가볍고  튼튼하며 적은 비용으로 대량생산할 수 있다.

또한 투명하게도, 다양하게 색을 입힐 수도, 어떤 형태로든 성형이 가능하다.

 

플라스틱의 무한한 효용성에도 불구하고 각국은 일회성 플라스틱의 사용을 줄이기 위한 노력을 하고 있다.

그 이유는 세균이나 효소 작용에 의해 분해되어 자연으로 환원되지 않는 성질 때문이다.

즉, 환경을 오염시키는 물질 중 하나다.

특히 이슈가 되는 미세 플라스틱에 대한 폐해의 방지하기 위해서도 일회성 플라스틱의 사용도를 줄이기 위한 노력을 해야 한다.

 

12장 무기물 세계의 선두 주자? 실리콘

- 탄생한 지 60년 만에 '탄소의 뇌'를 추월한 '규소의 뇌'의 재료

 

컴퓨터 문명의 시작을 알리는 실리콘의 이야기다.

실리콘은 원소의 하나인 규소의 영어이름이다.

 

실리콘은 전기를 통과시키는 금속과 전기를 통과시키지 않는 비금속의 중간인 반도체 성질을 지닌다.

 

실리콘의 구조와 역사, 실리콘 밸리의 기적을 일군 스탠버드 대학의 시스템에 관한 이야기가 펼쳐진다.

 

마지막장 AI가 좌우하는 '재료과학'경재의 미래

 

재료란 '물질 중에서 인간 생활에 직접 도움이 되는 것이다.'라고 정의한다.

수많은 재료 중에 인간에게 직접 도움이 되는 것은 극소수다.

인간에게 도움이 되는 재료가 되기 위해서는  원료를 간단히 구할 수 있고, 대량생산이 가능해야 하며, 가공하기 쉬워야 한다.

또 인체에 무해하고 환경부담이 적어야 한다는 등 다양한 요건을 만족해야 한다.

 

개발 중인 투명망토에 대한 이야기

리튬이온배터리 배터리에 대한 이야기

AI를 이용한 재료의 혼합 실험에 관한 이야기

재료 발전의 미래에 대한 이야기가 주인 내용이다.

 

4. 느낌

 

인류의 역사 발전에 공헌한 재료에 관하여 알게 되었다.

현실에서 전혀 자각하지 못한 그냥 제품으로 사용하고 있던 것의 재료가 무엇인지 알게 되었다.

세계사의 흐름을 바꾸게 해 준 재료가 궁금한 사람이 읽으면 좋은 책이다.

 

유기화학의 전공자답게 화학구조식과 설명이 있다.

화학 관련 이해자라면 그렇군 하고 이해를 할 수 있겠지만,

일반 독자에게는 그리 중요하게 생각되는 것은 아니다.

이 책의 초점은 각 재료의 일반적 특징과 재료의 활용이 가져온 인류 발전 역사를 들여다보는 것이 중요하다.