광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
로고

[3. 합성 산업이 천연 자원을 대체하고 세상을 변화시킨 방법] (파괴의 패턴, 3부) 인조 인디고는 천연 염료를 빠르게 대체했다. 독일 회사인 BASF는 최초의 합성 인디고를 상업적으로 생산할 수 있는 실행 가능한 경로를 찾았다. 이 제품은 처음에 우리가 신기술에서 발견한 패턴의 일부인 기존 업체의 회의론에 부딪혔다.

운영자 | 기사입력 2022/12/26 [09:17]

[3. 합성 산업이 천연 자원을 대체하고 세상을 변화시킨 방법] (파괴의 패턴, 3부) 인조 인디고는 천연 염료를 빠르게 대체했다. 독일 회사인 BASF는 최초의 합성 인디고를 상업적으로 생산할 수 있는 실행 가능한 경로를 찾았다. 이 제품은 처음에 우리가 신기술에서 발견한 패턴의 일부인 기존 업체의 회의론에 부딪혔다.

운영자 | 입력 : 2022/12/26 [09:17]

 

 

합성 산업이 천연 자원을 대체하고 세상을 변화시킨 방법(파괴의 패턴, 3부)

날개 달린 공중부양 여성

 

사람들이 이전에는 자연만이 해냈던 일을 하는 방법을 알아낼 때, 이 새로운 기술은 한 분야의 가능성 공간을 완전히 변화시키는 동시에 과거의 일을 하는 방식을 쓸모없게 만들 수 있다. 이 모든 것이 놀랍도록 짧은 시간 안에 이루어진다.

아이디어가 처음 떠오를 때와 첫 번째 실제 시연이 나타날 때까지의 시간은 매우 길 수 있지만 첫 번째 실제 시연과 아이디어가 일반화되기까지의 시간은 매우 갑작스러울 수 있다.

비행 – 신화에서 현실로

동굴 벽화는 인간이 오랫동안 새와 같은 존재를 상상해 왔다는 것을 암시한다. 인도네시아 술라웨시에서 발견된 석기시대의 그림은 인간과 새 같은 특징이 혼합된 것을 포함하여 가장 오래된 알려진 신화 인물을 묘사하고 있다.

수천 년 동안 벽화 예술작품은 날개 달린 사자, 날개 달린 말, 날개 달린 용, 날개 달린 인간, 날개 달린 신을 묘사했다. 그러나 대부분의 인류 역사에서 인간이 실제로 비행한다는 생각은 환상에 불과했다.

1903년 후반이 되어서야 라이트형제는 처음으로 동력이 공급되고 공기보다 무거운 우주선을 탔다. 수천 년 동안 꿈이었던 것이 이제 현실이 되었다. 그리고 10년이 채 지나지 않아 그 현실이 일반화되려고 했다.

1914년에 세계 최초의 정기 여객기 서비스가 시작되어 세인트피터즈버그와 플로리다 주 탬파(약 10마일 또는 15km 거리) 사이를 운항했다. 1919년에 최초의 정기 국제 여객 항공 서비스가 런던과 파리 사이에서 시작되었다. 불과 15년 만에 비행은 환상적인 꿈에서 정기적인 활동으로 바뀌었다.

이 기능은 '파괴 패턴'의 일부이다. 아이디어가 공식화되고 매우 오랫동안 공상과학소설로 남아 있었지만 그 공상과학소설은 가능하다고 생각한 것보다 더 빨리 과학적 사실로 바뀐다.

오늘날의 식량 혼란은 100여 년 전에 예견되었다.

이제 우리는 무엇보다도 식품, 에너지 및 운송과 관련된 여러 산업에서 동일한 초기 '도약' 기간에 있다. 동물을 사용하지 않고 고기나 우유를 재배하는 것과 같은 많은 기본 아이디어는 아주 오래 전부터 나온 이야기였다.

1894년 9월 파리 사무실에서 Marcellin Berthelot 화학교수는 'Foods in the Year 2000'이라는 제목으로 McClure's Magazine 과 광범위한 인터뷰를 했다. "미래의 에피큐어는 인공고기를 먹는 것입니다."라고 그는 말했다. “소 떼, 양 떼, 돼지 떼는 번식을 멈출 것인데, 이는 소고기와 양고기, 돼지고기가 그것들의 성분으로 직접 제조될 것이기 때문입니다.”

머지않아 인공우유를 만들지 말아야 할 이유가 없다… 자연이 우리에게 주는... ?” 

마르셀린 베르텔로 교수

1894년 9월 McClure's Magazine 에 묘사된 Marcellin Berthelot 교수

당시 Berthelot의 아이디어는 터무니없지는 않더라도 비주류로 여겨졌다. 100년 이상이 걸렸지만 이러한 아이디어는 이제 막 실현되기 시작했다. 정밀발효 및 세포농업 신생기업은 이제 Berthelot의 "유리 젖소"에서 합성된 젖소의 우유 단백질을 판매하고 그의 상상한 "황동 비프 스테이크 기계"는 이제 최초의 고기를 생산한다.

항공 여행은 수십 년 안에 상업 산업이 되었다. 이 신생 식품을 상업 산업으로 전환하는 데 훨씬 더 오래 걸릴 것이라고 믿어야 하나?

인터뷰 과정에서 교수의 추측은 음식과 음료에서 벗어나 염료와 운송 수단을 방문했으며 또한 깨끗하고 풍부한 에너지와 그 요소로 구성된 신소재가 토지 이용과 인간의 복지에 어떤 의미가 있는지에 대해서도 언급했다.

색상 혁명과 섬유 산업의 변화

오늘날 우리는 의류의 색상이 광범위하고 저렴하다는 사실을 당연하게 여긴다. 패션 모델 그룹이 불과 몇 세기 전으로 시간 여행을 할 수 있었다면 한정된 가용성과 더 높은 염료비용으로 인해 그들이 입는 방대한 색상 팔레트 때문에 이상하고 화려한 생물로 보일 수 있다.

초기 인간 정착지는 옅은 회색이나 흰색과 같은 자연스러운 색상의 옷을 사용하는 경향이 있었다. 문명이 등장하면서 천연 염료가 사용되었지만 성별과 계급 계층을 구분하기 위해 아껴서 특별히 사용하는 경우가 많았다. 값싼 합성 염료가 등장하면서 섬유 산업과 문화적 규범을 변화시켰고 색상은 더 이상 이전과 동일한 엄격한 사회적 중요성을 유지하지 못했다.

Berthelot도 염료 혼란의 일부를 예견했다. 그러면 인디고 밭은 … 버려지고 산업 실험실이 그 자리를 차지할 것이다.”

1894년에 화학교수 Adolf von Baeyer가 1878년에 인디고 염료를 화학적으로 합성하는 방법을 발견했다는 것을 분명히 알고 있었다(그는 노벨화학상을 수상했다). 1897년까지 독일회사 BASF는 최초의 합성 인디고를 상업적으로 생산할 수 있는 실행 가능한 경로를 찾았다. 이 제품은 처음에 우리가 신기술에서 발견한 패턴의 일부인 기존 업체의 회의론에 부딪혔다. Bihar Indigo Planters Association의 회장인 WB Hudson은 1900년 3월 인도 정부에 편지를 보내 "천연 인디고 염료는 인공 염료보다 더 오래가는 색상을 제공한다. 인공염료는 장기적으로 천연염료를 대체하지 않을 것이다."라고 말했다.

그는 틀렸다. 인조 인디고는 천연염료를 빠르게 대체했다. 허드슨 씨가 편지를 썼을 때, 합성 인디고에 의한 천연 인디고의 파괴는 이미 진행 중이었다. 1897년에는 연간 19,000톤의 인디고가 식물 자원에서 생산되었다. 1914년까지 천연 인디고 생산은 단 17년 만에 거의 95% 감소한 1,000톤으로 대격변을 겪었다.

Natural Indigo Dye Imported to the UK (in metric tons)1894189618981900190219041906190819101912010002000300040005000 

Visualizer 의 차트

버지니아 포스트렐(Virginia Postrel)은 2020년 저서 The Fabric of Civilization: How Textiles Made the World 에서 "인도에서는 전환이 특히 갑작스러웠다. 전성기였던 1895년 3월에 영국령 인도는 9,000톤 이상의 인디고 염료를 수출했다. 10년 후, 그 양은 74% 급감했고 수입은 85% 감소했다.”

똑똑한 조직의 똑똑한 사람들이 혼란을 예상하지 못하는 이유는 무엇일까?

염료의 분해가 전례가 없는 것은 아니다. 천연 적색 염료인 알리자린은 약 20년 전에 합성 적색 염료에 의해 분해되었으며, 다시 주로 독일화학자들의 작업으로 인해 'X 표시 파괴'에서 지적했다( 기후변화를 다시 생각하는 보고서의 33페이지 ).

Iowa State University의 Dr. Judith Lopez의 박사 논문에 따르면, 합성 적색 염료인 알리자린은 빠르게 천연자원(마더 식물과 같은)을 대체했다. Madder는 수세기 동안 "세계에서 가장 광범위하고 지속적으로 사용되는 적색 염료"였다. 그러나 1870년부터 1885년까지 약 15년 ​​동안 천연염료는 상업적 용도에서 완전히 사라졌다.

이것은 단지 일대일 교체가 아니라 더 저렴한 합성염료가 전체 시장을 확장했다. 1880년대 후반까지 합성 적색 염료로 염색된 직물의 양은 15년 전 천연 적색 염료로 염색된 양의 5배 이상이었다.

 

천연 및 합성 적색 알리자린 염료 사용, 1870~1890

 

똑똑한 조직의 똑똑한 사람들이 혼란을 예상하지 못하는 주된 이유는 그들이 기존산업의 가정과 사고방식에 사로잡혀 있는 경향이 있기 때문이다. 천연자원에서 염료를 생산하는 것과 같이 많은 산업이 수세기 동안 존재해 왔다.  현상 유지의 불가항력에 대한 믿음이 사고를 지배한다. 그리고 새로운 산업의 근본적으로 다른 역학과 가능성을 이해할 수 없기 때문에 '동일한 것'의 하향 나선에 갇히게 되며, 이는 쇠퇴를 가속화할 뿐이다.

그러나 비용, 효율성 및 성능 면에서 기하급수적인 개선을 경험하고 있는 정밀 생물학의 혁신 덕분에 석유 생산 염료의 보급으로 이어진 동일한 중단 패턴이 이를 중단시킬 수도 있다.

생물학자 Tammy Hsu와 Michelle Zhu가 설립한 캘리포니아의 신생기업인 Huue는 유전자 변형 박테리아에서 인디고를 상업적으로 생산하려고 한다. Zhu는 Fast Company 매거진과의 인터뷰에서 "우리는 인디고를 생산하기 위해 생물학적 공정을 사용하고 있다."라고 말했다. "그래서 석유 기반을 필요로 하는 대신 독성 화학 물질 없이 인디고를 자라고 분비하도록 박테리아와 미생물을 문자 그대로 프로그램할 수 있다."

프랑스 생명공학 회사 Pili Bio와 영국기반 Colorifix도 유사한 접근방식을 취하고 있다. 이것은 공상과학소설이 아니다. 유전자변형 미생물로 염색한 분홍색 옷은 이미 판매되고 있다. Fast Company 잡지 의 다른 호에 실린 인터뷰에서  Colorifix  “기존의 염색 공정은 고온에서 5~8시간이 걸리고 종종 5번의 세탁이 필요하다. Colorifix의 프로세스는 3시간이 걸리고 한 번 세척한다.”

전 세계 수질 오염의 약 20%가 섬유 산업에서 비롯된다는 점을 고려할 때 직물 염색 방법을 개선하면 환경과 인간의 건강에 막대한 이점이 있을 수 있다.

고무 혁명

콜타르나 석유에서 나오는 원료 화학물질을 사용하는 합성화학산업은 최초의 인공염료와 제약 산업을 탄생시켰다. 그러나 그것은 또한 플라스틱, 인조섬유 및 합성고무를 포함한 다양한 다른 응용분야로 이어졌다. 1894년 인터뷰에서 Berthelot 교수는 "고무나무가 상업 수요를 공급하지 못할 것이라는 약속이 있기 훨씬 전에 합성고무가 아마도 빈 공간을 채웠을 것"이라고 말했다.

염료와 마찬가지로 고무는 타이어에서 자동차 패딩, 신발에서 전기 절연, 바닥재에서 인쇄에 이르기까지 모든 곳에 사용되는 유비쿼터스이다. 그러나 미국이 제2차 세계대전에 참전하면서 갑자기 비단과 고무를 비롯한 아시아의 일부 핵심 재료에 대한 미국의 공급이 중단되었다.

Paths of Innovation: Technological Change in 20th-Century America 에서 저자 David Mowery는 "연방 정부는 합성고무 제조에 필요한 필수 단량체 및 중합체 중간체를 생산하는 51개 공장 건설에 약 7억 달러를 투자했다... 합성고무 프로그램은 시급한 전시 목표를 달성하기 위해 인적 자원을 신속하고 광범위하게 동원했다는 점에서 맨해튼 프로젝트 다음으로 두 번째였다.”

제2차 세계 대전 중 미국 고무 산업의 결과로 나타난 변화는 그야말로 숨이 막힐 정도였다. "1940년에 천연 고무는 미국 고무시장의 99.6%를 차지했고 합성고무는 겨우 0.4%를 차지했다." 그러나 미국 제2차 세계대전 합성고무 프로그램 하에서 미국의 고무 생산량은 1941년에 약 750,000톤(거의 모두 천연 자원에서 생산됨)에서 5년 후 100만 톤 이상으로 증가했으며 그 중 85% 이상이 합성고무였다. ( USDA의 Katrina Cornish에 따르면 , 천연고무의 세계 생산량은 전쟁이 끝난 후 반등하여 1960년까지 15년 동안 일시적으로 합성 생산을 추월했다. .)

 

미국의 고무 생산, 1941년~1946년

다른 많은 중단과 마찬가지로 이것은 천연고무를 합성 대체재로 일대일로 대체하는 것이 아니라 전체 시장의 상당한 성장을 가져왔다.

합성고무 생산을 위한 전구체 화학물질을 만드는 공정 자체는 이 새로운 산업의 전시 축적 기간 동안 급진적인 변화를 겪었다. 일종의 '중단 속의 단절'이다. Frank Howard의 1947년 저서 Buna Rubber: The Birth of an Industry 에 따르면 1943년 합성고무를 만들기 위한 주요 전구체 분자의 생산은 주로 옥수수발효 알코올에서 나왔지만 1944년 말에는 전구체가 주로 석유에서 파생되었다. 이 전환이 왜 그렇게 빨랐나? Paul Wendt는 1947년 1월 기사 ' 제2차 세계 대전 중 고무의 통제 '에 따르면 "이 [알코올 기반] 공장에서 생산되는 고무 전구체는 석유공장에서 생산되는 비용의 약 5배이다."

우리의 '중단 패턴'에서 반복적으로 보았듯이, 새로운 기술이 기존 솔루션보다 훨씬 적은 비용으로 주어진 요구를 충족할 만큼 충분히 잘 수행될 때마다 이전 기술에서 새로운 기술로의 전환이 빠를 가능성이 높다.

혼란 패턴의 이러한 다양한 예는 오늘날의 혼란을 볼 때 가장 큰 위험 중 하나를 강조한다. 모든 것이 거의 동일하게 유지될 것이라는 일반적인 믿음이다. 이것은 진실에서 멀어질 수 없다. 산업이 수십 년 동안, 수백 년 또는 수천 년 동안 지배적이었다고 해서 격변으로 인해 경쟁에서 이기지 못하거나 경우에 따라 사라질 수도 있다는 의미는 아니다. 게다가 일단 시작되면 그 과정이 느리게 진행되는 경우는 거의 없다. 사실, 보통 10년 또는 20년 이내에 발생한다.

인터뷰 말미에 Berthelot은 고기, 우유, 염료, 고무를 재배하지 않고 직접 만들 때 일어날 수 있는 결과에 대해 다음과 같이 추측했다.

“말은 더 이상 견인용으로, 소는 식량으로 사용되지 않기 때문에 우리 들판에서 짐승이 사라질 것을 예견할 수 있습니다. 이제 곡식을 재배하고 포도나무를 재배할 수 있는 무수한 에이커는 인간의 기억에서 사라질 농업의 유물이 될 것입니다. 공중은 화학에서 빌린 힘으로 날아가는 항공모터로 채워질 것입니다. 거리가 줄어들고, 농업의 소멸로 비옥한 지역과 그렇지 않은 지역의 구분이 대체로 사라질 것입니다.”

"물론 이것들은 꿈이다." 교수가 덧붙였다. "하지만 과학은 때때로 꿈을 꿀 수 있다."

오늘날 가장 중대한 혼란은 에너지, 운송 및 식품 부문에서 전개되고 있다. 신속하고 총체적인 변화에 대비하자. 혼란의 패턴은 고대의 꿈조차도 빠르게 현실이 될 수 있음을 보여주었다.

 

 

 
PHOTO
1/6
광고
광고
광고
광고
광고
많이 본 기사
AGILab 유투브 많이 본 기사
최신기사