약 2천년 전 후한시대의 환관이었던 채륜의 종이발명은 인류가 문명을 전달할 수 있도록 해줬으며 이를 전달받아 더욱 발전시킬 수 있도록 혁명적인 변화를 이끌어 냈다. 이로 인해 인류는 그동안 축적해 온 지식을 질적·양적으로 폭발적으로 진보시켰다.
종이는 기술의 진보로 컴퓨터를 보편적으로 사용하고 있는 현대사회에서도 모든 지식과 정보 전달 과정에서 중요한 매체로 자리잡고 있다.
우리의 종이인 한지에 대한 선조들의 애정도 각별했다. 한지의 제작 과정을 보면 단순한 종이라는 물질을 훌쩍 넘어 우리네의 정서와 문화를 고스란히 담고 있다. 여러 공정을 거친 옻칠을 입힌 몇 겹의 한지는 화살로도 뚫지 못해 갑옷으로 이용하기에도 무리가 없었는데 시대를 넘어 현대에서 종이는 어떤 역할을 하고 있을까.


종이포장으로도 몇 개월 동안 지속돼




며칠 전 기자는 냉장고 안 쥬스를 마시면서 어리둥절했다. 종이팩에 든 쥬스의 유통기한이 ‘2011년 1월 3일까지’라고 적혀 있었기 때문. 유통기한이 두 달은 된다는 얘기인데 종이가 2개월 동안이나 어떻게 버틸 수 있을까.
이는 바로 스웨덴의 포장기술 업체인 ‘테트라팩’의 무균팩 포장기술 덕분이다. 무균팩은 이 회사에서 세계 최초로 개발한 여섯 겹의 특수 포장용기다.
이 특수 포장용기는 종이, 호일, 폴리에틸렌 등 여섯 장의 얇은 소재를 수 초 동안 고열 처리해 붙인 뒤 급속 냉각시켜 만들었다. 이는 멸균 상태에서 무균팩으로 포장하면 각종 방부제나 첨가제 없이도 쥬스를 상온에서 최장 6개월 동안이나 보관할 수 있다.
테트라팩 관계자는 “유럽, 일본 등 선진국에서는 1960년대부터 무균팩을 음료 포장재로 써왔다”라며 “오늘날 170여 개국 2600여 개의 브랜드가 쓰는 포장재”라고 설명했다. 또한 “국내에서도 우유, 두유 등 음료뿐 아니라 와인, 막걸리 같은 주류에 이르기까지 무균팩 포장 제품이 많이 쓰이고 있다”고 덧붙였다.
이처럼 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 종이 포장재에도 과학기술이 숨어 있다. 내용물을 좀 더 오랫동안 편안하게 보관하기 위한 개발자의 노력이다.


종이 + 과학 = 배터리




종이의 활약은 이에 그치지 않는다. 작년 10월 디스커버리 채널은 스웨덴 과학자들이 “종이에 소금을 더해 1회용 배터리를 만들어냈다”며 7일자로 보도했다. 스웨덴 웁살라대 연구진은 종이를 소금물에 적신 후 잘게 잘라 여러 겹으로 쌓으면 상당한 에너지를 저장할 수 있다는 원리를 이용해 1볼트의 전력을 저장할 수 있는 배터리를 만드는 데 성공했다.
연구팀이 만든 배터리는 50나노미터 두께 전도성폴리머로 코팅 처리된 여러 겹의 섬유소로 이뤄져 있는데 그 두께가 종이 한 장 정도에 불과하다. 이때 물은 음극에는 염소이온을 양극에 전자를 전도시키는 역할을 하게 된다.
소금물 종이 배터리는 최고 1볼트의 에너지를 낼 수 있다. 현재 이용되고 있는 코발트나 리튬 또는 니켈을 이용한 박막 배터리만큼은 강력하지 않지만 다른 금속 배터리보다 신속하게 충전되는 장점을 갖고 있다.
연구팀은 이 배터리가 휴대 전화기나 랩톱 컴퓨터용으로는 부적합하지만 모든 부품들이 친환경적이어서 발열 섬유나 온도, 습도 감지 원격 센서 등에 사용될 수 있다고 밝혔다. 박막 배터리 전문가인 헝가리 에오트보스 로란드대의 기오르기 인젤트 교수는 이 배터리가 심박조절기나 옵티컬 디스플레이 또는 나노모터 등의 다양한 용도에 활용될 수 있을 것이라며 그 가능성이 무한함을 역설했다.


종이의 지능이 진화한다

그 뿐만이 아니다. 펜으로 문제를 터치하면 켜져 있던 PC 모니터에서 선생님이 나타나 문제를 설명한다? 영화에서 나오는 장면이 아니다. 어떻게 종이책에 펜으로 터치하는 것만으로도 그런 일이 가능할까.
이는 닷코드(.Code ™)라는 인쇄기술을 이용하기에 가능하다. 종이에 정보를 입력하면 컴퓨터나 TV 또는 휴대폰 등에 멀티미디어나 데이터베이스를 그대로 연동할 수 있다.
지능형 종이(iPaper: Intelligent Paper)로 분류되는 이 기술은 가장 흔한 예로 바코드(bar code)를 들 수 있다. 또한 이젠 흔히 볼 수 있는 제품 패키지나 전단지에 코드를 인쇄해 휴대폰을 갖다 대면 제품 정보를 얻을 수 있는 기술인 큐알코드(QR-Code)도 지능형 종이 기술을 이용한다.
사실 과학기술이 발달하면서 종이가 디지털 기기에 밀려 조용히 사라질 것이라는 예상도 없진 않았다. 그러나 현대에 들어서 종이는 실생활에 없어서는 안 될 존재로 더욱 부각되면서 자리매김하고 있다. 또한 가정용 프린터가 대중화되면서 오히려 종이의 사용량이 증가했다.
그런 와중에 애플의 iPad와 아마존의 kindle과 같은 eBook은 요즘 최대의 화두로 사람들의 입에 오르내리고 있다. 태블릿PC와 eBook 단말기는 책을 구매할 필요도 없고 많은 책을 가방에 들고 다니며 무거워할 필요도 없는 장점을 내세우며 큰 인기를 얻고 있다.
그러나 이러한 장점이 단점으로 작용하기도 하는데 ePaper로 분류되는 디스플레이 미디어는 아무리 가벼워진다고 해도 최소한 200~300g의 무게가 필요하기 때문이다. 또한 키보드를 탑재하고 터치패드를 사용한다고 해도 종이처럼 자유자재로 표현하기는 어렵다.
이에 반해서 지능형 종이(iPaper)는 기존의 종이가 갖는 장점에 기술이 더해져 우리 생활 전반에 수많은 편의를 제공한다. 예를 들어 닷코드(.Code ™)가 그려진 종이와 펜만 가지고 문서를 수정하고 수정한 문서를 그대로 메일로 보내는 것도 가능하다.
이런 닷코드 기술의 장점은 조그마한 코드 속에 풍부한 정보를 담으면서도 그 결과물에 코드가 보일 듯 말 듯해 인쇄 품질에 전혀 영향을 끼치지 않는다는 것이다. 뿐만 아니라 인쇄비용도 거의 추가되지 않아 현재 미국과 일본을 비롯한 선진국 시장에서 미래 산업으로 주목받고 있다.


종이, 전기 자극에 부르르 떨어 

인하대 생체모방 종이작동기 연구단 김재환 교수팀은 종이에 전기 자극을 주면 부르르 떨린다는 사실을 발견해 2001년 국제학회에 처음 보고했다.
어느 날 껌을 싸고 있는 은박지에 전기를 흘려 보냈더니 종이가 예상과 달리 휘는 게 아니라 떨림 현상을 나타낸 것. 김 교수팀은 어떤 물질에 전기를 가하면 진동 현상이 일어나는 ‘압전 효과’와 종이 내부의 결정 구조와 비결정 구조 사이에 움직이는 전하를 힘으로 바꾸는 ‘이온 전이 현상’ 때문에 이러한 떨림 현상이 생긴다는 것을 밝혀냈다.
연구진은 계속된 연구를 통해 종이에 나노미터 두께의 전극을 입힌 ‘생체모방 종이 작동기(Electro-Active Paper, EAPap)’를 개발하는 데 성공했다. 이는 초경량이지만 큰 변형을 일으킬 수 있어 적은 전기에너지 사용으로도 빠르게 응답 받을 수 있다. 뿐만 아니라 생분해성 지능재료로 자연계에서 공해를 일으키지 않고 썩어 없어질 수 있다.
하지만 종이는 가볍기 때문에 배터리를 탑재해 갖고 다닐 수 없다. 따라서 마이크로파를 사용해 원격으로 전원을 공급하고 구동하는 장치를 결합시키면 초소형 비행체 및 초소형 벌레 로봇 등의 ‘날 수 있는 종이 로봇’을 만들 수 있다.
실제로 연구팀은 미 항공우주국(NASA)과 함께 종이 작동기 위에 마이크로파를 받아 원격 전원을 공급하는 장치인 ‘렉테나(rectenna)’를 개발했다. 이 장치를 붙이면 무거운 배터리 없이도 스스로 움직일 수 있어서 종이 비행기를 원격으로 조정이 가능하다. 이외에도 정찰과 탐사를 위한 초소형 로봇 등 ‘MEMS(초소형 전자기계 제작 공정)’와 벽지에서 스테레오 음을 내는 스마트 벽지를 만들 수도 있다.
또한 연구팀은 종이 반도체 시대를 열 수 있는 획기적인 종이 트랜지스터를 만드는 기술을 개발하기도 했다. 이는 셀룰로오스 섬유에 반도체 성질을 갖는 극소량의 ‘탄소나노튜브’를 혼합한 결과물이다. 이렇듯 인류와 함께 해온 종이는 혁신적으로 발전을 거듭하며 무한 변신을 꾀하고 있다.