흰쥐실험을 통해 본 목재와 콘크리트의 차이

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우리 속담에 친구와 장맛은 오래되면 될수록 맛이 좋다고 한다. 목재는 지구상에 인간생활이 시작하면서부터 사용된 인류의 근간이 되는 재료이고, 가장 오래된 인류의 친구이다. 또한 인간의 도구 및 주거 재료로 인간의 기본 정서에 없어서는 안될 가장 친숙한 친환경적인 재료이다. 그런데 우리는 최근 우리에게 가장 오래된 친숙한 재료인 목재를 다른 대체 재료에 매료되어 점차 잊어가려고 하고 있어 친구를 잃는 듯 마음이 안타깝기만 하다.
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■ 연재순서
1 흰쥐실험을 통해 본 목재와 콘크리트의 차이
2 목조교실과 콘크리트 교실에서의 행동 발달 변화
3 목재의 내화 기능과 결로에 대한 고찰

주거재료로 목재는 습도 조절, 단열의 효과가 있어 쾌적감을 주고, 무늬의 아름다움과 적당한 색상 이미지로 친숙감을 주며, 냄새를 풍기는 성분에는 살균, 방취 성분이 있기 때문에 건강한 인간생활을 영위하게 한다.

또한 목재는 재생가능한 자원이며, 목재를 원료로 하는 목질 자원은 철이나 알루미늄에 비해 제조 에너지가 적게 들기 때문에 방출되는 이산화탄소의 양이 적고, 폐기시에 발생하는 유해물질도 적다. 리사이클이 용이하게 되기 때문에 지구환경에 부담이 적은 재료임이 틀림없다.

목재와 생활

이러한 이유에서 오늘날 주거재료로서의 관심은 대단히 높아져 있으며, 주거 재료로 목재 및 목질 재료의 사용은 부의 척도로 평가되는 오해까지도 받고 있다. 목재는 우리 주변에서 가장 손쉽게 구하고, 가장 용이하게 누구나 사용할 수 있는 재료이다.

이렇게 훌륭한 재료인 목재를 우리 주변에 가까이 두고 마음대로 가공하는 대중화 시대가 되려면 지금보다 임업이나 목재산업이 활성화되고, 학교 기술교육을 통해 가공 기술도 보급해야 한다.

우리는 이처럼 좋은 재료를 주변에 두고도 다른 대체 재료를 선택해 왔고, 앞으로도 계속해서 추구하려고 한다. 그러나 이러한 대체 재료가 생물학적으로 인간에게 미치는 영향이 충분히 고려되지 않고 보급되고 있다는 데 문제점이 있다.

특히 우리의 주거 재료 만큼은 이러한 재료물성의 생물학적인 평가에 바탕을 두고 그 우수성이 충분히 인증되는 것을 선택하여 시설재료로 사용해야 한다.

우리는 목재가 다른 재료 보다 생물학적으로 우수하다고 일반적으로 이야기하고 있다. 그러나 실제 목재의 우수성을 입증할 수 있는 자료가 계량화되어 나온 것이 별로 없다.

따라서 본 내용은 목재와 우리 주변의 생활환경에 대한 주제로 최근의 자료를 정리하였으며, 친환경 재료로서의 목재가 제대로 인식되어 앞으로 후 목재의 이용과 보급에 유용하게 사용되어지기를 기대한다.

그리고 목재학계에서는 목질재료를 포함한 다른 대체 재료가 주거 재료로 사용되었을 때 ‘어떤 효과가 있을까’에 대해 그 결과가 추상적이 아닌, 인체공학적인 측면에서 우수성을 과학적으로 증명해야 한다.

또 이러한 입증을 인간의 쾌적한 생활공간 창조의 재료로 보급될 수 있도록 하는 것이 목재산업의 활성화 길임을 잊어서는 안될 것이다.

친환경 재료인 목재

‘Ecomaterial’또는 ‘Ecological material’이라는 말을 요즈음 자주 듣는 말이다. 물론 ‘eco’는 생태, ‘material’은 재료를 의미한다. ‘ecomaterial’을 정의하면 ‘환경과 조화하고, 환경에 부담이 적은 재료’라는 풀이가 된다.

환경과 조화한다는 말을 좀더 구체적으로 하면 그 제조로부터 사용, 리사이클, 폐기까지를 고려하여 에너지소비가 작다는 말이 된다. 목재를 아는 식자는 목재를 두고 ‘이산화탄소의 통조림이다’라고 한다.

이는 목재가 생성되는 과정에서 수목의 잎이 갖고 있는 엽록소와 태양 에너지의 작용으로 공기중의 이산화탄소를 수목을 구성하는 물질, 다시 말해 목질로 변환시킨다. 이 때 수목은 산소를 밖으로 내놓기 때문에 숲은 공기를 정화한다고 한다.

이러한 이유에서 일부 환경운동가들은 숲의 감소가 지구상의 이산화탄소의 증가와 관련이 있다고 하여 무조건 숲의 파괴를 방지해야 한다고 주장하고 있다.

그러나 솎아베기(간벌)를 하지 않은 극성상의 숲은 이산화탄소의 흡수능이 0/ha인 반면, 잘 가꾸어진 숲은 그 흡수능이 16톤/ha이다. 목재의 이산화탄소 흡수능은 목재의 생장과 비례하기 때문에 목재를 잘 가꾸는 일은 이산화탄소의 흡수를 많이 해주므로, 지구온난화 방지를 위해 매우 중요하다.

원래 원시림의 숲 속에서는 이산화탄소의 흡수량과 배출량이 거의 같은 수준을 이룬다고 한다. 생명을 다하고 쓰러진 목재는 곤충의 먹이가 되거나 썩기 때문에 목재중에 축적되어 있던 이산화탄소가 공기중으로 곧바로 되돌아가기 때문이다.

그러나 목재를 인간의 생활환경 재료로 우리의 곁에 두고 잘 관리한다면 목재 중에 축적된 이산화탄소는 숲 속에서와 같이 금방 공기 중으로 환원되지는 않을 것이다.

그러므로 우리가 목재를 주거재료로 우리의 곁에 두고, 오랫동안 사용하는 것은 ‘도시 속의 숲’을 관리하는 것과 같은 기능을 갖고 있다 할 수 있다.

<그림 1>에서와 같이 주택용 각종 자재 제조에 필요한 에너지를 비교해 보면 알루미늄 1kg 생산에 필요한 에너지는 73,000kcal로 목재의 약 1백50배에 해당한다.

여기에서 목재의 경우는 생성되어 질 때 공기중의 탄소를 축적하는 효과를 감안하지 않고 단순 목재를 건축재로 사용하기 위한 동력 에너지만을 비교한 것으로 목재의 생산 과정에서부터 제품까지의 전과정, 즉 전술에서와 같이 목재의 생성 과정에서 이산화탄소를 흡수하였기 때문에 이를 상쇄하면 에너지 소모량이 훨씬 낮은 마이너스적인 효과임에 틀림없을 것이다.

그 외 다른 건축재료와 비교하여도 목재는 전형적인 ‘ecomaterial’이다. 따라서 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 줄이기 위해서는 앞으로 철강이나 시멘트의 소비를 억제하고 목재를 더욱 많이 사용해야 한다.

지금까지 우리들의 생활은 대량생산, 대량소비, 대량 폐기라고 하는 개방적 자원 이용의 형태로 이루어져 왔다. 이러한 생활은 지구환경에 미치는 영향이 환경의 복구가 불가능한 상태가 될 정도로 심각해지고 있다.

한편 인간생활에 사용하는 재료를 보게 되면 콘크리트 건물이나 플라스틱제의 도구가 대표되듯이 항상 분해나 변질이 적은 방향으로 개발이 진행되어 왔다.

또한 기능성만을 추구해 왔기 때문에 토양 오염이나 오존층의 파괴를 가져오는 화합물이 수 없이 합성되어 그 처리가 문제가 되고 있음은 주지의 사실이다.

현재는 환경과 인간생활의 조화를 생각해야 하는 중요한 시기임에 틀림없다. 여기에 목재보다 더 자연에 조화하고 친환경적인 재료가 있는지 분명히 관심을 가져야 할 것이다.

우리가 목재를 더욱 소중하게 여겨야 하는 것은 목재는 인류가 도구로 사용하고, 집을 짓는 재료이며, 인간의 정서에 호소하는 독특한 성질을 갖고 있기 때문이다. 여기에 내용 연한이 끝난 목재는 자연으로 돌아가며, 자연의 힘으로 재생된다는데 있다.

이러한 의미에서도 목재는 인류의 근간이 되는 재료로 계속 쓰여질 것은 분명하다.

흰쥐의 임신과 출산 결과

우리들 주위에 있는 생활환경의 좋고 나쁨을 평가하는 지표로 대기중의 O2, CO2, NOx 등의 화학지표나, 온도, 습도 및 일조 등의 물리적 지표, 생물로 평가하는 생물지표가 주로 사용된다.

생물지표로 하천의 오염도를 측정하기 위해 그곳에 사는 생물의 종류나 수로 표시하는 방법이 흔히 채택되고 있다. 이와 같은 방법에서 생물이 건강한 생활을 하고 있는지, 다음 세대를 꾸려갈 세대 교체할 번식성이 있는지는 매우 중요하다.

환경이 불리하면 대가 끊기게 되는데 그 정도가 약할지라도 다음 대에 영향을 미치며 세대의 계속성을 잃게 된다. 따라서 생물이 일상 생활을 영위하기 위해서는 생리적 혹은 심리적으로 안정된 환경이 바람직하며, 환경의 좋고 나쁨에 따라 이러한 점이 민감하게 작용하여 번식성을 변화시킨다.

흰쥐를 각각 목재, 콘크리트, 알루미늄 사육 상자에서 바닥에 플라스틱편이나 목편을 깔고 1년간 3세대에 걸쳐 31회의 실험을 하고, 총출산 98회의 임신, 출산, 보육을 관찰한 결과, 제 1기 출산은 재료에 상관없이 거의 같은 날에 출산하였다.

그러나 제 2기 이후의 출산은 목제 사육상이나 바닥에 목재를 깐 조건에서는 순조롭게 출산을 하였으나 콘크리트나 알루미늄의 사육조건에서는 총출산 89회중 20회의 포육 이상(자기세끼를 자기가 잡아먹는 현상)이 나타났으며 임신주기도 일정하지 않았다.

왜 포육 이상이 콘크리트와 알루미늄에서 발생하였는지는 매우 흥미롭다. 흰쥐의 신생아는 털이 나있지 않기 때문에 체온 유지를 스스로 하기가 어렵다.

목재 상자는 콘크리트보다 온도가 높고, 습도가 훨씬 낮으며, 알루미늄상자는 온도변화에 민감하기 때문으로 어미 쥐의 스트레스가 쌓인 것이 원인이라고 판단된다.

흰쥐의 정서 변화 추이

이어서 각각의 조건에서 심리 상태의 안정성을 알아보기 위해 생육 40일된 쥐의 정서적 행동과 자발적 행동을 조사하였다. 쥐를 새로운 장소로 옮기게 되면 경계나 흥미 등의 심리적 요동에 의해 앞발을 들거나 배뇨를 자주하게 되는데, 이를 정서적인 행동에 의한 것으로 판단하고 그 회수를 측정하였다.

자발적인 행동은 쳇바퀴를 돌리는 회수로 측정하였다. 여기에서 자발적인 행동은 생육된 환경에 따라 뚜렷한 차이가 없었으나, 행동의 패턴은 환경에 따라 다르게 보였으며, 행동의 질적인 면에서 영향을 받았다고 하였다.

예를 들면 목질에서 자란 쥐는 안정된 행동을 취한 반면 콘크리트나 알루미늄상자의 쥐는 돌아다니는 행동 반경이 좁거나 일정 장소에 머무는 시간이 길며, 배뇨와 앞발을 드는 회수가 많은 불안정한 행동을 취하고 있었다.

또 다른 예로 목재, 금속제 및 콘크리트로 된 사육 상자에서 갓 태어난 쥐를 23일간 사육하고 그 생존율을 조사하였다. 목재상자는 85%의 생존율을 나타낸 반면 금속제상자에서는 41 %, 콘크리트상자에서는 7%의 생존율을 나타냈다.

그 뿐만 아니라, 살아 남은 새끼 쥐의 발육상황을 보면 목재 사육상에서는 체중이 순조롭게 증가되었으나, 금속제 및 콘크리트 사육상에서는 발육 상황이 뒤지는 것으로 나타났다. 특히 생식기(숫컷은 정소, 암컷은 난소와 자궁)의 중량은 목재 사육상의 반 정도에 지나지 않았다.

본 결과는 비록 흰쥐를 이용하였지만, 이는 실험 동물인 쥐에 국한되지 않고 인간 주거환경과도 밀접한 관계에 있다고 할 수 있다.

주거 환경은 생리적일 뿐만 아니라 심리적으로도 생물에 대해 많은 영향을 미치며, 특히 감성의 동물인 인간에게는 더욱 크게 영향을 미치리라 생각된다. 결론적으로 목질환경이 인간에 대해 다른 재료환경보다 유리하게 작용함은 명백하다.

목재의 해독 작용

목재의 미량성분이 인체에 미치는 영향에 대해서는 오래 전부터 알려져 왔다. 우선 목재에서 추출되는 정유성분만 하여도 주목에서 항암제 택솔을 얻고, 편백에서는 탈모나 백선에 유효한 히노끼치올, 소나무정유에서 이뇨, 거담, 진통, 소염제를 추출하여 사용하고 있다.

최근에는 산림욕에 의한 피톤치드의 흡입이 생체에 미치는 영향에 대해 관심이 높다. 목재의 미량 성분이 생체에 미치는 영향을 조사하기 위하여 침엽수로 구성된 여러 가지 수종의 대패밥에서 쥐를 사육하였다

그리고 5일 후에 쥐의 간을 꺼내어, 간에 함유되어 있는 치토크롬 P-450(일상 생활에서 우리 몸 속에 들어오는 화학물질의 대부분을 해독하고, 체내에서 스테로이드대사 등을 담당하는 효소)이란 약물대사 효소의 함량을 조사한 결과 미국삼나무에서 치토크롬이 29%정도 증가하는 등 약물대사 능력이 상당히 높아져 있음을 밝혔다.

또 목재에서 정유를 추출하여 쥐의 복강에 투여한 결과 미국 삼나무가 60%, 편백의 경우는 24% 치토크롬이 증가되었다. 이와 같이 목질재료 중에는 약물의 해독을 촉진시키는 작용뿐 만 아니라, 쥐의 간에서 추출한 치토크롬중에는 20종의 분자종이 분리 정제되었고, 발암의 억제에 관여하는 효소가 12배 증가함이 밝혀졌다.

이를 볼 때 목질 환경은 생체에 유리하게 작용하고, 인간이 건강한 삶을 영위하도록 하는 필수 생활도구임이 충분히 입증된 셈이다.

■ 글 이동흡(산림청 임업연구원 임산공학부 02-961-2575)