화공생명공학을 전공
화학공학
Q. 석유 가격이 차이가 나는 이유는 무엇때문인가요?
안녕하세요. 이정수 전문가입니다.이름에서부터 알 수 있듯이 석유가 생산된 지역에 '기름 유' 를 붙여서 이름이 만들어지게 됩니다. 가격 차이는 생산된 지역 + 기름의 품질 에서 결정되는데, 보통 품질이 더 많은 영향을 끼칩니다. 한마디로, 비싸다는 것은 그만큼 품질이 좋다는 이야기지요.
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Q. 스테인레스는 반짝반짝 거리는 그 상태가 이미 녹이 슬어있는 상태라고 하는데??
안녕하세요. 이정수 전문가입니다. 스테인레스도 금속의 일종으로 결국 녹이 슬기 마련입니다. 이러한 녹은 아주 극미량 몸속에 들어갈수있으나 아예 씹어서 먹지 않는 이상 문제가 없습니다
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Q. 농업 비료의 생산 공정은 무엇인가요?
안녕하세요. 이정수 전문가입니다.농업에서 지금 쓰이는 비료가 널리 보급될 수 있었던 것은, 하버-보슈법이라는 암모니아 합성 공법이 등장하면서부터 였습니다. 과거, 산업혁명 이전의 농경중심사회에서는 농업생산력 중대가 주 관심사였는데 가장 큰 문제가 충분한 식량자원 확보였습니다. 이를 위해 농경기술의 발전, 황무지 개간 등이 이루어졌으나 목표를 달성하기에는 턱없이 부족하였습니다. 이 당시에는 아메리카 대륙에서 넘어온 구황작물(옥수수,감자)이 등장하면서 어느정도 식량해결이 되리라 보았지만 인구의 급격한 증가로 금새 위기에 직면하게 되었습니다.구황작물의 생산성을 높히기 위해 그 방법을 연구하던 중 식물의 생장을 높이기 위해서는 질소 화합물이 중요하다는 사실을 발견하게 됩니다. 그래서 이러한 질소성분이 풍부한 구아노(박쥐의 똥)이 비료로 많이 쓰이게 되었습니다. 하지만, 이마저도 구아노 부족으로 금새 위기에 직면하게 되었습니다.과학자들은 화학적인 방법으로 비료를 질소화합물이 들어간 비료를 만들고자 하였고, 가장 먼저 등장한 것이 하버-보슈법입니다. 하버 보슈법은 200기압, 400~500도의 압력에서 철 계통의 촉매를 이용하여 질소와 수소를 합성하여 암모니아를 만드는 방법입니다. 이러한 방법이 성공하여 당시에 식량문제를 해결하는데 큰 기여를 하게 되었습니다.
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Q. 화학 반응 공정의 최적화 방법은???
안녕하세요. 이정수 전문가입니다.화학 반응을 최적화하는데 있어서 우선 기존의 방법들을 바탕으로 유사 반응을 찾아가는 과정이 있습니다. 최근에는 AI 발달로 반응과정을 유추할 수 있는 수준에 이르렀는데 이에 따라 과거에 비해 더 적은시간안에 최적의 방법을 찾을수있게 되었습니다. 흔히, 공정의 최적이라고하면 단기간에 최대효율을 뽑아내는 것인데, 시간을 단축하거나 반응수득률을 높이기 위한 통제변인으로는 온도, 압력, 촉매유무, 반응기의 종류 등에 따라 크게 달라지게 됩니다.
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Q. 수소 차량은 폭발성 면에서 안전한가요??
최근 인천 가좌동에 액화수소충전소가 국내 최초로 건설되었습니다. 액화수소(액체화 시킨 수소)는 기존 기체 수소에 비해 충전속도가 빠르고, 대규모 운송이 가능해서 버스와 같은 대형차량에도 적합합니다. 액체 수소의 장점은 기체수소 대비 높은 안전성과 경제성에 있습니다. 액체 수소는 기체 수소를 영하 253도의 극저온 상태로 냉각해 액화한 수소입니다. 기존 기체 수소 방식에 비해 압력이 낮아 설비 안정성이 높습니다(기체를 충전하기 위해 드는 압력이 높아서 이는 자칫하다간 수소의 폭발로 이어질 수 있음). 또 기체수소는 400바 이상의 압력으로 수소를 저장해야 하는데 반해, 액화수소는 10바 이하의 저압으로 저장 운송이 가능하여 고압 탱크를 사용할 필요가 없습니다. 소비전력 또한 크게 줄어드는데 1kg의 기체수소를 버스에 충전할 때 약 5.5kW의 전력이 필요한 반면, 액화수소는 1kg 당 최대 소비전력이 1.7kW입니다. 앞으로 개선할 사항도 있습니다. 대용량 운송과 빠른 충전이 가능하다 하더라도 단점은 충전 가격입니다. 액체수소충전소의 수소가격은 1kg당 11,000원입니다. 초기 6000~7000원 이었다는 것을 고려하면 꽤 비싼 가격이라는 생각이 들기 마련이죠. 앞으로 수소 가격이 오를 가능성이 높고, 충전소도 부족한 점을 고려하면 아직까지는 아쉬운 편에 속하는 편입니다.
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Q. 정화조 작업에서 질식사고가 제법 있던데 원인은?
정화조에서 나오는 가스는 보통 메탄가스입니다. 아무래도 대량의 오염물이 들어있기도 하면서 밀폐되어 있다보니 가스가 자동으로 생겨나는 것이지요. 이러한 질식사고가 자주 일어나는 조건은 밀폐된 공간, 오염된 물질(보통 썩은 물질이나 부패된 물질)이 많은 장소입니다. 예전에는 감자 창고에서 이러한 질식사고가 많이 일어났다고 합니다.
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Q. 화약 최초 발견한 사람은 누구인지 궁금
화약을 최초로 발명된 곳은 중국 당나라 말(9세기) 입니다. 화약 제조에 대한 최초 기록은 송나라 (11세기)의 무경총요에서 찾아볼 수 있는데 10세기부터 화약을 사용하도록 화전, 대포, 화창 등이 만들어지고 13세기에 몽골 제국의 정복 전쟁의 영향으로 화약에 대한 지식이 아시아와 유럽 전역에 빠르게 퍼져 나갔다고 나와 있습니다. 조선에서 화약을 제조한 것은 최무선이라는 무신으로 상인 가문이기도 했어서 어릴적 중국에서 화포의 위력을 보고, 고려 백성들이 왜구에게 고통받는 현실을 타개하고자 화포를 개발했다고 합니다. 당시 쓰인 화약은 흑색 화약으로 질산칼륨 75%, 황 10%, 목탄 15% 라고 합니다. 이러한 제조법이 나온것은 여러 중국의 화약 기술서를 모아 분석해서 직접 만들어 실험해 본것이라고 합니다. 근데 가마솥에 재료를 넣고 가열하는 등 매우 위험했다고 알려져 있습니다. 황은 색염료로써 일본화산지대에서 구할 수 있었고, 목탄은 숯을 이용하고, 질산칼륨이 문제인데 이 제조 방식이 매우 핵심기술이며 비밀유지가 되어있어서 당시 원나라나 명나라에서 직접 제조 방법을 얻을 수 는 없었습니다. 그래서 당시 이원이라는 부유한 원나라 상인을 음식으로 구술려 제조방법을 얻을 수 있었다고 합니다. 질산칼륨을 초석 or 염초라고 부르는데 조선 전기와 중기에서 이 염초의 원료가 흙이었습니다. 이러한 흙은 처마 밑, 담장 아래, 아궁이 부근, 가정집 마당 등에서 얻을 수 있었는데 이렇게 확보한 흙을 물에 넣고 끓여서 식히면 염초를 얻을 수 있었습니다.
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Q. 피부관리에 들어간 화학적 원리와 물질을 고르는 법
피부 미용 쪽의 물질에 있어서 가장 중요한 것은 안전성 입니다. 아무래도 사람 피부에 닿는 것이다 보니 어떠한 손상을 가져오면 안되는 것이지요. 이러한 물질들의 피부에 투과되는 원리는 구조를 어떻게 만드느냐가 핵심입니다. 피부의 가장 바깥쪽인 각질층은 매우 두꺼워서 물질이 너무 크면 물리적으로 투과가 안됩니다. 그리고 각질세포 사이간 지질이중막이 다중층상구조로 되어있어서 여길 통과하기 위해 흔히 사용하는 형태가 micelle 입니다.
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Q. LFP 배터리 그리고 삼원계 배터리 차이와 장단점?
삼원계 배터리는 니켈, 코발트, 망간 or 니켈, 코발트, 알루미늄 조합으로 삼원계가 구성되며, 원소의 이름을 따서 각각 NCM과 NCA로 불립니다. LFP 배터리는 리튬과 인산철을 이용, 즉 2가지로 이루어져 있습니다.삼원계 배터리의 강점은 니켈 함량에 따라 에너지 밀도가 높아지는 것입니다. 따라서 에너지 밀도가 높아지면 충전을 더 많이 할 수 있고, 이는 전기차의 주행거리를 좌우합니다. 또한 삼원계가 LFP 대비 무게도 가볍습니다. 그래서 대용량 배터리에 적용시 삼원계가 더 가벼워서 좋습니다. 삼원계 배터리의 단점은 높은 가격과 낮은 안정성 입니다. 주요 소재인 코발트의 매장량이 전세계적으로 적은 반면, 전기차 수요가 급증해서 요새는 니켈 함량을 80~90% 늘린 하이니켈 배터리를 이용하지만 니켈도 희귀 금속에 속하므로 가격적인 측면에서의 문제는 여전합니다. 또, 삼원계 양극재는 LFP 배터리 대비 화학적 구조가 불안정해 충격이나 고온 상황에서 열폭주 가능성이 높습니다.LFP의 강점은 아무래도 가격입니다. 핵심 소재인 철의 매장량이 지구상에 풍부하고 삼원계 대비 가격이 30% 이상 저렴합니다. 리튬인산철이 크리스탈의 형태인 육면체들이 격자 구조로 연결되어 있어서 화학적으로도 안정적입니다. 이로 인해 화재 위험성은 낮고, 수명도 긴 편입니다. LFP의 단점은 에너지 밀도가 낮고 무게가 무겁다는 것입니다. 따라서 충전량이 적고, 전기차의 주행거리가 낮아집니다.
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Q. 플라스틱 재활용은 어떤 방식으로 재활용을 하나요?
플라스틱 보통 재활용한다고 분리수거해서 버리는데 한국에서는 이걸 태워서 나오는 열에너지를 지역발전에 활용합니다. 실제 재활용되는 플라스틱은 매우 적습니다.