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이탈리아 정부가 물살 거친 이 해협을 가로지르는 5㎞ 길이의 메시나 대교를 현수교로 건설하는 프로젝트를 진행 중이기 때문이다. 양쪽에 초대형 철탑을 3.3㎞ 간격으로 세우고 철탑에 연결된 지름 1.2ｍ의 강철 케이블로 다리 상판을 지탱하도록 하는 이 공사에 들어가는 강선(鋼線)은 무려 20만ｔ. 포스코와 일본의 신일철(新日鐵), 영국 코러스 등 3사는 3년 전부터 강선 공급을 위한 치열한 연구개발 경쟁을 벌이고 있다.

세계 최장의 현수교인 메시나 대교에 사용될 강선에 요구되는 인장 강도(질긴 정도)는 제곱밀리미터(㎟) 당 200㎏의 하중을 견딜 수 있어야 하는 수준이다. 지금까지는 180㎏ 정도가 최첨단이고, 일반적인 현수교에는 160㎏급 정도가 쓰이고 있다. 포스코 기술연구소에서 연구팀을 이끌고 있는 이덕락 박사는 “메시나 대교에 들어가는 강선을 누가 공급하느냐는 각 철강업체의 자존심이 걸린 문제”라며 “이미 연구실 수준에서는 개발이 완료됐으며, 내년 말까지는 양산이 가능할 것”이라고 말했다. 포스코는 전체 강선 소요량의 3분의 1 정도인 7만ｔ 가량을 공급한다는 목표를 세우고 있다.

▲ 포스코 포항제철소의 제강 공정 장면. 이렇게 만들어진 강철은 다시 다양한 열처리와 냉각, 합급 등의 과정을 거쳐 일상 생활에 쓰이는 첨단 철강 제품으로 가공된다.

◆불가능하게 여겼던 일들이 속속 현실로

과거에는 불가능하게 여겨지던 대규모 토목 프로젝트들이 철강 분야의 신기술에 힘 입어 가능한 일로 바뀌어가고 있다.

포스코가 8대 전략 기술 중 하나로 개발 중인 API강재 역시 이런 기술로 꼽힌다. API강재로 만든 가스관은 영하 10도 이하에서 강도가 뚝 떨어지는 일반 강철과 달리, 영하 40도 이상 내려가는 시베리아의 혹한 속에서도 강한 압력과 부식을 견딜 수 있도록 만든 고급 강. 인장 강도가 일반 파이프의 두 배나 되는 이 강재의 제조 기술은 열처리와 냉각 과정이 핵심이다. 흑해 연안이나 알래스카 등지의 천연가스를 수천㎞ 밖의 유럽이나 아시아, 미국 등지로 보내려면 강도 높은 API 강재를 사용하지 않을 수 없다.

포스코는 또 일반 자동차용 강판에 비해 강도가 3배가 높은 TWIP강 개발에도 박차를 가하고 있다. 이 강재가 개발되면 자동차 무게는 지금보다 크게 줄어들 수 있다. 배터리와 모터 무게가 대중화의 걸림돌이 되고 있는 전기 자동차나 하이브리드 카도 쇠의 무게를 줄이는 기술에 따라 현실화의 속도가 달라질 전망이다. 포스코 기술연구소 권오준 소장은 “쇠는 각종 소재 중에서도 가장 가격이 싸면서 생활 어느 분야에도 널리 이용 가능한 소재 중 하나”라며 “기술보다 가격을 낮추는 것이 관건”이라고 말했다.

▲ 이탈리아 본토와 시칠리섬을 연결하는 메시나대교 상상도.

철강 신기술은 일상생활로도 깊숙이 파고 들고 있다. 1970년대 개발된 형상기억합금(일정한 온도가 되면 원래의 모양을 찾는 금속)은 1990년대부터 여성용 브래지어와 코르셋, 안경테와 휴대전화 안테나, 완구 등에 다양하게 이용되고 있다.

각종 합금을 사용해 결정 상태인 철의 구조를 액체와 같은 무결정 상태로 바꾼 액체 금속(비정질 금속)은 경도(딱딱한 정도)가 일반 금속의 10배 가까이 된다. 이 금속은 표면이 단단해 이를 이용해 휴대전화를 만들면 오래 써도 흠집이 날 일이 거의 없다. 대(對)탱크용 총알, 골프채 헤드 등에도 이 기술이 응용되고 있다.

머리카락의 10분의1~50분의1 정도 굵기를 가진 금속섬유도 활용도가 넓다. 방탄복과 연구복 등 각종 특수복과 폐기물 처리 필터 등에 금속 섬유가 사용되고 있다. 강판과 강판 사이에 고분자화합물을 넣은 재진 강판은 흡음 기능이 뛰어나 냉장고 소재로 사용하면 소음이 거의 사라진다. 자동차 엔진에도 사용된다.

물에 뜨는 금속으로 통하는 ‘스펀지 금속’도 방음재로 널리 활용되고 있다. 가벼운 알루미늄 금속 안에 계란처럼 끈적끈적한 점증제를 넣어 점도를 높인 뒤, 발포제를 투입하면 금속이 빵처럼 부풀어 오른다. 발포제가 베이킹 파우더 역할을 하는 것이다. 서울시내 지하철역과 아셈타워 엘리베이터 등에 방음재로 이용되고 있다고 한다. 손가락 마디 정도의 작은 크기로 스패너 같은 공구를 들어올릴 수 있는 니오디옴(ND) 자석은 각종 스피커의 풍부한 음향을 좌우한다.

최근에는 나노 기술을 응용한 연구도 다양하게 이뤄지고 있다. PDP나 LCD 내의 발광체(금속)를 나노 크기로 줄이면 지금보다 훨씬 더 선명하면서 전기도 적게 드는 제품을 만들 수 있다고 한다. 연세대 신소재공학부 민동준 교수는 “금속 신기술은 생활 곳곳 보이지 않는 깊숙한 곳까지 스며들어 있다”며 “수요가 있는 한 기술 개발은 끝이 없을 것”이라고 말했다.

◆선크림이 신경손상 유발?

미 연방정부 환경보호국(EPA)의 벨리나 베로네시 박사는 최근 ‘환경과학기술’지에 자외선 차단용 선크림에 들어가는 산화티타늄 나노입자가 뇌신경을 손상시킬 가능성이 있다고 발표했다. 산화티타늄은 선크림 외에 치약이나 페인트에도 사용되며 보통 흰색을 띠지만 나노입자로 만들면 투명해진다. 때문에 나노입자가 들어간 선크림은 발라도 창백한 느낌을 주지 않아 인기를 끌고 있다.

연구팀은 생쥐의 뇌신경을 보호하는 면역세포(microglia)에 이 물질을 주입했다. 세포는 바로 활성산소를 분비해 이 물질을 공격했다. 문제는 1시간 이상 티타늄산화물에 노출될 경우 활성산소가 지나치게 분비돼 주변의 뇌신경세포마저 손상시킨다는 것. 파킨슨병이나 알츠하이머 같은 뇌질환은 신경세포가 활성산소에 의해 손상됐기 때문에 일어나는 것으로 알려져 있다. 빈대 잡으려다 초가 삼간 태울지도 모르는 일이다.

◆선진국들 위험연구에 대규모 투자

나노입자가 생명체에 손상을 줄 수 있다는 연구결과는 이번이 처음은 아니다. 2004년 미국 로체스터대의 귄터 오베르되스터 교수는 20㎚ 크기의 ‘폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)’ 나노입자를 쥐에게 15분 동안 흡입시켰더니 4시간 만에 죽었다고 보고했다. 이 물질은 ‘테플론’이라는 상품명으로 프라이팬 코팅재, 우주복, 인공심장판막 등에 사용되는데, 덩어리 상태일 때는 해가 없다가 나노입자가 되면서 독성이 생긴 것이다. 식물도 예외는 아니다. 작년 11월 미 뉴저지공대 다니엘 와츠 교수는 내마모성 투명코팅제로 사용되는 산화알루미늄 나노입자가 옥수수·배추·콩 등 식물의 성장을 저해했다는 연구결과를 ‘톡시콜로지 레터스’에 발표했다.

나노입자가 위험한 것은 크기 때문이다. 자연계에 존재하는 입자들은 뇌로 들어가지 못하지만 크기가 작은 나노입자는 막힘이 없다. 크기가 작아 기도에서 걸러지지도 않고 바로 폐세포로 들어간다. 게다가 크기가 작아질수록 화학반응을 하는 표면적이 넓어져 없던 독성이 나타날 수도 있다.

이 때문에 세계 각국은 ‘나노기술의 위험성 연구’를 서두르고 있다. 미국은 올해 전체 나노분야 연구개발 예산(10억5400만달러)의 3.7%에 해당하는 3850억달러를 인체환경영향 평가에 배정했다. EU도 2002~2006년 나노 분야 전체 예산(15억8000만달러)의 5%인 7900만달러를 인체환경사회에 미치는 영향 평가에 배정했다.

◆국내 대응은 미흡

반면 국내에서는 제대로 된 연구가 진행되지 못하고 있다. 나노기술 중 가장 위험성이 큰 분야는 나노 소재다. 그럼에도 나노소재기술개발사업단은 따로 위험성 연구를 하고 있지 않다. 더욱이 올해 진행되고 있는 나노소재기술영향평가는 원천기술의 확보 방안에만 초점을 맞추고 있다.

국내 전문가들은 “줄기세포 연구비의 일부를 생명윤리연구에 쓰도록 한 것처럼 나노기술 연구개발비의 일부를 위험연구에 써야 한다”고 주장하고 있다. 다행히 식품의약품안전청이 내년부터 의료용 나노기술에 대한 위험성 평가연구에 10억원 이상을 투입할 예정이다. 환경부도 건강영향평가제를 실시해 나노기술의 유·무해성이 최종 입증되기 전까지 유해한 것으로 보고 조사한다는 계획이다.

그러나 더 빨리 움직여야 할 곳은 과학기술부와 노동부라는 지적도 있다. 한국생활환경시험연구원 유일재 박사는 “나노물질을 다루는 근로자와 연구자들은 나노입자를 흡입할 가능성이 가장 높기 때문에 작업장 안전차원에서 이들에 대한 조사가 가장 먼저 이뤄져야 할 것”이라고 강조했다.

▲ 탄소나노튜브속을 메탄가스가 통과하는 상상도. 나노기술은 환경오엽물질 제거에 이용될 수 있으나 잘못되면 환경과 인체에 치명적인 피해를 줄 수도 있다. 사이언스 제공

● 미국: 2006년 나노분야 총 예산 10억5400만달러. 3.7%인 3850만달러 인체·환경 영향평가에 배정

● 일본: 2006년 나노기술인프라 구축에 20억5000만달러 투입. 2007년까지 1억2000만달러 위험성연구에 투자

● EU: 2002~06년 나노분야 총 예산 15억8000만달러. 5%인 7900만달러 인체·환경·사회 영향 평가에 배정

● 영국: 2005년 환경식품농업부 나노입자 위험성 검증 연구에 870만달러 투자 계획 발표