물리학자가 알려주는 숯불구이의 과학 VIDEO:Science unveiled: what is activated carbon / activated charcoal?
나무를 연료로 유용하게 만드는 요인
탄소 등뼈를 가진 빽빽한 분자 셀룰로스와 리그닌으로 구성
물리학자 헬렌 체르스키는 익숙한 현상 뒤에 숨겨진 복잡한 과학을 탐구한다.
이곳 런던의 저녁 공기는 여름의 독특한 특징인 바비큐 냄새를 갖게 되었다. 근원지는 대부분 보이지 않아 수십 개의 정원과 뒷마당에 숨겨져 있지만 따뜻한 저녁에는 연기 냄새가 온 동네를 가득 채운다. 현대의 도시에 아직도 자리 잡고 있는 고대의 연료인 숯을 태우는 유일한 때이기 때문에 독특하다.
하지만 음식을 조리할 수 있을 만큼 많은 것을 태울 수 있는데, 왜 항상 숯일까요? 그 열쇠는 마법의 재료와 정반대인 것으로 밝혀졌다. 숯이 부족한 것이 더 중요한 것이다.
대부분의 목탄의 출발점은 나무인데, 목탄은 산소와 반응하고 과정에서 열을 방출할 수 있는 분자로 가득 차 있기 때문에 유용한 연료이다.
나무는 수십 년 동안 나무를 지탱할 수 있는 내부 비계이자 나무의 배관 및 저장 시스템이다. 그 힘은 나무의 모든 세포 주위에 얇은 벽을 형성하는 탄소 등뼈를 가진 긴 분자인 셀룰로스와 리그닌에서 나온다.
이 분자들이 나무를 연료로 유용하게 만드는 것이다. 각각의 세포는 나무 구조의 벽돌 하나로 꽉 들어차 있다. 세포 내부와 트렁크를 오르내리는 좁은 파이프에 저장된 유체는 대부분 물이기 때문에 저장된 에너지가 적다.
불을 지피기 위해 나무를 데우기 시작하면 가장 먼저 물이 증발한다. 온도가 더 올라가기 시작하면서 화씨 400~500도 정도 되면 리닌과 셀룰로오스가 분해되기 시작하지만 아직 타지 않는다. 열은 나무의 다른 분자들을 가스로서 탈출하게 하고, 이것들은 나무 표면 바로 위의 공기에서 타오르게 해요. 통나무 불을 피울 때 보이는 밝은 불길은 나무에서 분출되는 가스의 혼합 때문이다.
이것은 연소 상태를 유지할 수 있을 만큼 충분한 열을 발생시키지만, 상대적으로 낮은 온도입니다. 스테이크는 시들지 않을 거야 화염이 지속되고 나무 온도가 서서히 상승하면서 라이닌과 셀룰로오스가 더 분해되고 이동 분자가 모두 증발해 불꽃과 결합한다.
남은 것은 대부분 탄소이고, 이것이 강력한 연료다. 탄소가 연소할 때, 탄소는 산소와 반응하여 이산화탄소로 변한다. 불길도 없고 냄새도 없는데 엄청난 양의 열기가 있다.
숯의 요점은 이 마지막 단계를 건너뛰는 것이다.
목재를 숯 제조 과정에서 생기는 산소로 가열하면 목재를 전 단계로 밀어내 탄소만 남아 있는 지점에서 멈출 수 있다. 남은 것은 원자 수준에서 변형되었다. 탄소 원자는 뒤섞인 영역과 달걀 상자 안에 원자가 가지런히 배열된 새로운 형태로 다시 배열되었다.
세포벽 구조는 그대로 있고, 그래서 이제 스펀지가 있다. 이것이 뜨겁고 빠르게 타오를 "덩어리 숯"이다.
바비큐 애호가들은 연탄을 가루로 만든 톱밥 숯을 바인더로 벽돌로 눌러 만든 연탄을 자주 사용한다. 그들은 더 느리게 타오르고 더 예측가능하다. 비효율적으로 연소되는 모든 분자는 이미 제거되었기 때문에 둘 다 많은 연기를 내지 못한다.
우리 동네 공기에서 나는 향기는 나무의 마지막 독특한 잔해에서 나는 향기로 숯 생산에서 살아남은 휘발성 분자들이다. 그래서 그들은 마지막 바비큐에서 타오르고 음식에 향을 낼 수 있었다. 효율성은 장점이 있지만, 나무의 성격이 완전히 사라진 것은 아니라는 생각이 좋다.
황기철 콘페이퍼 에디터
Ki Chul Hwang Conpaper editor
(Source: https://www.wsj.com/articles/the-scientific-thrill-of-the-charcoal-grill-11628279966)
Science unveiled: what is activated carbon / activated charcoal?
