핵심 내용 요약
이 기사는 중국 과학원 연구원인 로건취안(“막 기술자”라 불림)의 막 기술이 실험실에서 산업화로 나아가는 과정을 다룹니다. 세포막과 유사한 “지능형 체”인 분리막을 통해 간장의 염분 제거, 친환경 설탕 생산과 같은 전통 산업의 문제점들을 해결했습니다. 실험실에서의 소규모 시험을 거쳐 공장에서의 중규모 시험, 그리고 시범 프로젝트에 이르기까지 기술 확장, 비용 통제, 오염 문제 등 여러 어려움을 극복했으며, 결국 막 기술을 수백억 규모의 시장에 적용하는 데 성공했습니다. 이 과정에서 과학 연구가 현장에 깊이 들어가 실제 문제를 해결하는 것의 중요성을 강조합니다.
1. 막 기술이란 무엇인가? 세포막과 같은 “지능형 체”
막 기술은 듣기에는 고급스럽지만, 원리는 중학교 생물학에서 배우는 세포막과 비슷합니다. 모두 “선택적 투과”의 기능을 합니다. 세포막은 유용한 물질은 통과시키고 불필요한 물질은 막아냅니다. 분리막은 다양한 크기의 구멍을 가지고 있어서:
- 미세여과막: 구멍이 크며(0.1-10미크론), 마스크와 같아 박테리아나 먼지를 걸러냅니다.
- 초여과막: 구멍이 매우 작아(100나노미터 미만), 바이러스나 단백질을 걸러냅니다.
- 나노여과막: 구멍이 더 작아(2나노미터 미만), 소분자 유기물은 통과시키고 염분(단일 이온)은 통과시킵니다.
- 역삼투막: 구멍이 가장 작아(0.1나노미터 미만), 순수한 물만 통과시키며, 가정용 정수기나 해수 담수에 사용됩니다.
이러한 막들은 보기에는 A4용지처럼 보이지만, 현미경으로 보면 세 층의 구조를 가지고 있으며, 핵심은 나노미터 크기의 구멍입니다. 이것이 바로 그 “기술적 가치”입니다.
2. 간장 생산에 활용된 막 기술: 저염 간장의 탄생
로건취안의 첫 번째 연구 주제는 간장의 염분 제거였습니다:
- 왜 염분을 제거해야 할까? 간장의 염분 함량이 높아 신장병 환자는 먹을 수 없지만, 염분을 직접 줄이면 간장의 풍미가 사라집니다. 막 기술을 이용하면 간장의 풍미를 유지하면서 염분만 제거할 수 있습니다.
- 실험실에서 공장으로의 전환과 문제 해결: 실험실에서의 성공적인 결과를 바탕으로 포산 간장 공장에서 중규모 시험을 진행했지만, 장비가 자주 고장났습니다. 원인은 압력 펌프의 전선이 잘못 연결되어 있었는데, 이를 그의 아버지가 원격으로 해결해 주었습니다!
- 도입된 변화: 막 기술 덕분에 간장이 더 깨끗해지고 침전물이 줄어들었으며, 보관 기간이 길어졌으며, 다양한 염분 함량의 제품(예: 어린이용 간장)을 생산할 수 있게 되었습니다.
3. “막법”을 이용한 설탕 생산: “과학 기술의 힘”으로 수백억 시장을 개척
국내로 돌아온 후 그가 맡은 프로젝트는 “친환경 설탕 생산”이었습니다:
- 전통적인 설탕 생산의 문제: 황산염법을 사용하면 석회나 황과 같은 화학 물질이 필요하며, 설탕의 품질이 불안정하고 에너지 소비가 많으며, 20%의 설탕이 폐당으로 낭비됩니다.
- 막법의 장점: 순수한 물리적 분리 방식으로 화학 물질을 사용하지 않습니다. 세 가지 다른 크기의 막을 사용하여 먼지, 색소, 무기염을 차례로 걸러내어 설탕을 얻습니다. 부산물로는 홍당, 전해질수, 유기 비료를 생산할 수 있습니다.
- 진행 중에 마주친 문제: 시범 프로젝트 중 막이 막혔는데, 원인은 사탕수수에 있는 박테리아(엔테로모나스 코키시)가 설탕을 분해하여 생성한 점성 물질 때문이었습니다. 이를 생물효소로 분해하고 막을 청소하여 문제를 해결했습니다.
- 결과: 생산된 “막법으로 만든 백설탕”은 더 하얗고, 결정 액체도 깨끗하여 그대로 마실 수 있으며, SCI 논문에도 게재되었습니다. 심지어 러시아 친구에게 선물로도 보냈습니다.
4. 실험실에서 산업화로: 과학 연구의 장애물
실험실 기술을 공장에 적용하는 것은 쉽지 않습니다:
1. 기술 확장의 어려움: 실험실에서는 소형 장비와 깨끗한 원료를 사용하지만, 공장에서는 흙과 섬유가 섞인 사탕수수를 사용합니다. 예비 처리 시스템이 이를 처리하지 못하면 막이 막힙니다.
2. 비용 통제: 설탕이 저렴하기 때문에 너무 비싼 막을 사용할 수 없으므로, 여러 막을 조합하여 사용하고 부산물로 비용을 상쇄해야 합니다.
3. 예상치 못한 문제: 박테리아가 내성을 갖추는 등 예상치 못한 문제가 발생할 수 있으며, pH 조정이나 생물효소 사용 등 지속적인 조정이 필요합니다.
4. 국산화: 생명공학 분야의 막은 아직 수입에 의존하고 있으므로, 기술을 개발하여 비용을 낮춰야 합니다.
5. 과학 연구는 논문에 그치지 않는다: 기술을 현실에 적용하는 것
로건취안의 메시지는 과학 연구가 실험실에서 논문을 쓰는 것에 그치지 말고 현장에 나가 실제 문제를 해결해야 한다는 것입니다. 예를 들어, 그들의 막 기술은 간장과 설탕을 더 건강하게 만들 뿐만 아니라 폐수 처리, 생명공학에도 활용될 수 있으며, 산업 업그레이드에 기여합니다.
그의 말로는 “강단에서도, 작업 현장에서도 활약해야 한다”는 것입니다. 이것이 바로 과학자가 가져야 할 모습입니다.
이 기사를 통해 우리는 간장 생산이나 백설탕 제조와 같은 일상적인 활동 뒤에도 산업을 변화시킬 수 있는 핵심 기술이 있다는 것을 알 수 있습니다. 과학 연구는 이론적인 것이 아니라 현장에 적용될 때 진정한 가치를 창출합니다.