드라이아이스는 어떤 원리로 만들어지는 건가요?

Question

드라이아이스는 어떤 원리로 만들어지는 건가요?

아이스팩 기능처럼 차갑게 주변을 유지해주는 거 같은데,

어떤 원리로 만들어지는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요.

드라이아이스는 이산화탄소를 고체 상태로 만든 물질인데요, 즉 기체인 이산화탄소를 매우 낮은 온도와 높은 압력 조건에서 고체로 변화시킨 것이 드라이아이스입니다. 이름에 아이스가 들어가지만 물은 아니며, 표면 온도는 약 -78.5℃로 매우 차갑습니다. 제조 원리는 이산화탄소의 상변화에 의한 것인데요, 산업 현장에서 이산화탄소 기체를 모아 압축하고 냉각하여 먼저 액체 이산화탄소로 만듭니다. 이후 이 액체를 갑자기 낮은 압력으로 분사하면 일부는 빠르게 기체로 증발하면서 주변의 열을 빼앗고, 남은 부분은 순간적으로 눈처럼 하얀 고체 이산화탄소 입자로 변하는데요, 이 미세한 고체 입자를 강하게 압축하여 블록, 펠릿, 판 형태로 만든 것이 드라이아이스입니다.

드라이아이스가 주변을 차갑게 유지하는 이유는 고체 상태에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화 현상 때문입니다. 고체 이산화탄소가 기체로 변하려면 많은 에너지가 필요한데, 그 에너지를 주변 공기나 물체로부터 열의 형태로 흡수합니다. 그래서 주변 온도가 빠르게 낮아지고 냉각 효과가 생기는 것이며, 일반 얼음도 녹으면서 열을 흡수하지만, 드라이아이스는 훨씬 낮은 온도에서 승화하므로 냉각력이 더 강합니다. 또한 드라이아이스는 물이 남지 않는다는 장점이 있는데요, 일반 얼음은 녹으면 물이 생겨 젖거나 세균 문제가 생길 수 있습니다. 반면에 드라이아이스는 기체 이산화탄소로 사라지므로 식품 운송, 아이스크림 배송, 의료용 냉장 운반, 무대 연출용 안개 효과 등에 널리 사용되기도 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

드라이아이스는 기체 상태인 이산화탄소에 강한 압력을 가하고 온도를 낮추어 딱딱한 고체 형태로 응축시킨 물질입니다. 제조 과정의 핵심은 압력 변화를 이용해 온도를 급격히 떨어뜨리는 물리적 공정에 있습니다.

​우선 이산화탄소 가스를 높은 압력으로 압축하여 액체 상태로 만듭니다. 이렇게 만들어진 액체 이산화탄소를 갑자기 대기압 상태의 탱크 안으로 분사하면, 압력이 순식간에 낮아지면서 액체의 일부가 다시 기체로 변하게 됩니다. 이때 기체로 변하는 분자들이 주변의 열에너지를 급격히 흡수하는 단열 팽창 현상이 일어나는데, 이 과정에서 탱크 안에 남은 나머지 액체 이산화탄소의 온도가 영하 78.5도 아래로 떨어지며 마치 하얀 눈송이 같은 결정이 맺힙니다. 이 고체 가루들을 기계로 강하게 압착하여 단단한 덩어리로 뭉치면 우리가 사용하는 드라이아이스가 완성됩니다.

​드라이아이스가 주변을 차갑게 유지하는 비결은 승화라는 독특한 성질에 있습니다. 일반적인 얼음은 녹아서 물이 되는 액체 단계를 거치지만, 드라이아이스는 고체에서 곧바로 기체로 변합니다. 이때 주변 환경으로부터 막대한 양의 열을 빼앗아가기 때문에 온도를 매우 낮게 유지할 수 있습니다.

​무엇보다 액체가 생기지 않아 음식이나 물건을 적시지 않으면서도 신선함을 보존할 수 있다는 것이 가장 큰 특징입니다. 드라이아이스를 물에 넣었을 때 하얀 연기가 펑펑 솟구치는 것은 고체가 기체로 변하면서 주변 공기 중의 수증기를 순식간에 응결시켜 미세한 물방울로 만들기 때문입니다. 드라이아이스는 영하 78.5도의 극저온 물질이므로 맨손으로 취급할 경우 짧은 시간에도 심각한 동상을 입을 수 있어 항상 집게나 장갑을 사용해야 합니다.