알루미늄은 금속에 대한 고정관념을 깨는 ‘카멜레온 금속’이다. 일반적으로 불에 잘 타지 않아 불연재(不燃材)로 쓰이지만, 가루로 만들면 강력한 에너지를 발산하는 뛰어난 연료가 된다. 또 물보다 가벼운 이른바 ‘스펀지 금속’으로 둔갑하기도 하며, 합금을 만들면 강철만큼 튼튼한 금속으로도 변한다.

●로켓이 내뿜는 연기의 정체는 알루미늄

일반 가정이나 음식점에서 고기를 구워먹을 때 흔히 불판 위에 알루미늄 포일을 올려놓지만 전혀 불이 붙지 않는다. 하지만 알루미늄을 분말 형태의 작은 입자로 만들어 녹는점(섭씨 600.1도) 가까이 가열하면 엄청나게 높은 열을 내면서 폭발성을 지니게 된다.

한국항공우주연구원 조인현 박사는 “모든 금속은 작은 입자가 되면 고온에서 산화(또는 연소)한다.”면서 “입자 크기가 작으면 작을수록 산화는 쉬워지는 반면 폭발성은 커진다.”고 설명했다.

알루미늄은 다른 금속에 비해 단위 무게당 발휘할 수 있는 에너지를 의미하는 비추력이 높다. 이같은 특성 때문에 알루미늄 분말은 우주왕복선이나 인공위성을 발사하는 데 쓰이는 로켓의 고체 연료로 활용되고 있다. 또 미세하게 가공된 알루미늄은 소이탄 등 많은 양의 열을 내는 폭탄에도 쓰인다.

특히 우주왕복선이 발사되는 광경을 지켜보면 로켓에서 엄청난 양의 하얀 구름이 내뿜어져 나오는 것을 볼 수 있다. 우리는 흔히 이 구름을 연료가 연소할 때 생기는 연기나 가스 정도로 생각하기 쉽다. 하지만 이것은 로켓의 연료에 포함된 알루미늄 분말이 연소되면서 발생하는 알루미나라고 불리는 하얀색의 산화알루미늄 가루이다.

조 박사는 “로켓 연료에 알루미늄을 첨가하면 비추력이 10∼20% 정도 향상될 수 있다.”면서 “비추력이 높으면 적은 연료로 더 먼 거리를 갈 수 있어 효과적”이라고 덧붙였다.

●물보다 가벼운 ‘스펀지 금속’, 알루미늄

금속을 물에 넣으면 순식간에 가라앉는다. 물(비중 1.0)보다 무겁기 때문이다. 물보다 3배 가량 무거운 알루미늄(비중 2.7)도 마찬가지다. 그러나 물에 뜨는 금속도 있다. 바로 스펀지 금속으로도 일컬어지는 ‘발포 알루미늄’이다.

한국기계연구원 김형욱 박사는 “발포 알루미늄 안에는 공기 방울이 가득 들어 있어 밀도가 낮아진다.”면서 “발포 알루미늄은 물 무게의 5분의 1에 불과하기 때문에 물에 뜰 수 있는 것”이라고 말했다.

발포 알루미늄을 만드는 원리는 식빵 제조와 비슷하다. 알루미늄 안에 달걀처럼 끈적끈적한 점증제를 넣어 점도를 높인 뒤 베이킹 파우더 역할을 하는 발포제를 넣는다. 발포제에서 수소가스가 나와 빵처럼 금속이 부풀어 오르면서 스펀지 같은 금속이 되는 것이다.

이렇게 만들어진 발포 알루미늄은 가벼우면서도 발화성이 없고 충격과 진동, 소음을 잘 흡수한다. 이 때문에 발포 알루미늄은 지하철역이나 대형건물의 방음판, 자동차 범퍼 등에 활용된다.

특히 다 쓴 알루미늄 캔을 재활용해 스펀지 금속을 만들 경우 환경오염을 줄이는 데에도 기여할 수 있다. 알루미늄캔이 땅 속에서 분해되려면 500년 이상이 걸리기 때문이다. 우리나라에서 한 해 동안 사용되는 캔의 양은 약 6억개이며, 이 중 1억 2000만개가 알루미늄 캔이다. 또 알루미늄 캔을 재활용하는데 필요한 에너지는 원석에서 알루미늄을 얻는데 필요한 에너지의 26분의 1에 불과해 에너지 절약 효과도 크다.

●비행기·자동차 경량화의 열쇠, 알루미늄 합금

알루미늄 합금은 항공기와 자동차 제작에도 두루 활용되고 있다.

우선 비행기는 높은 고도에서 빠르게 날기 때문에 무엇보다 기체가 가벼워야 한다. 또 강성(외부에서 가해진 힘에 저항하는 정도)과 탄성(외부의 힘에 의해 변형된 물체가 원상태로 돌아가려는 성질)이 커야 하며, 피로 파괴(반복적인 힘이 작용했을 때 물체가 파괴되는 현상)에도 강해야 한다.

순수 알루미늄은 강성이 약하다. 그러나 알루미늄 합금인 두랄루민은 강철과 비슷한 강도에 비중은 강철의 3분의 1에 지나지 않아 비행기 재료로 적합하다. 게다가 가공이 쉬운 두랄루민 개량 합금이 잇따라 나오면서 비행기 제작기술의 발전을 이끌어 왔다.

또 자동차 차체를 만드는 데는 녹이 슬지 않도록 내산화성을 높인 알루미늄·마그네슘 합금 등이 이용될 수 있다.

현재 자동차 차체로 쓰이는 철강을 알루미늄 합금으로 대체할 경우 차량 무게를 획기적으로 줄일 수 있어 연비 향상과 배기가스 감소에 도움을 줄 수 있다.

김형욱 박사는 “차체에 들어가는 철강을 알루미늄 합금으로 모두 바꾸면 차량 무게를 50% 이상 줄일 수 있다.”면서 “가격이 비싼 게 흠이지만, 연비가 향상되는 만큼 차세대 자동차 재료로 활용될 것”이라고 내다봤다.

장세훈기자 shjang@seoul.co.kr