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[케뉴-원소 이야기] 강하고 가벼운 알루미늄(Al), 논란이 되는 인체 영향
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[케뉴-원소 이야기] 강하고 가벼운 알루미늄(Al), 논란이 되는 인체 영향
  • 박주현 기자
  • 승인 2020.11.18 12:16
  • 댓글 0
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알루미늄과 합금은 캔, 포일, 주방 기구, 비행기, 로켓 등 다양한 용도
비타민D 내성 골연화증, 에리스로포이에틴 내성 소세포성 빈혈, 중추 신경계 변화 유발
알루미늄의 노출이 내벽을 손상시켜 장에 염증 일으킬 수 있어

화학의 가장 기본적인 원소와 우리 생활과의 연관된 이야기들로 독자 여러분들을 찾아가려고 합니다. 원소의 개수가 118개라고 하니 앞으로 다양한 이야기들을 기대해주세요. [편집자주]

우리에게 익숙한 이름인 '알루미늄'에 대해서 알아본다.

식용수, 식품 첨가물, 일부 주방용품에도 들어있는 알루미늄은 기호 Al, 원자 번호 13번을 가진 화학원소이며 전환후 금속으로 분류되고 실온에서 고체다.

주기율표에서 알루미늄(Aluminum, Al) /미국립생명공학정보센터 PubChem 갈무리

국제순수응용화학연합(CIAAW)에 따르면 알루미늄은 선사시대부터 알려졌다고 하며, 초기 로마인들이 엄격한 맛을 가진 물질에 '엄격한'이라는 라틴어에서 유래됐다. 1825년 덴마크 물리학자 한스 크리스티안 오어스테드가 불순한 알루미늄을 분리했고 순수 금속은 1827년 독일 화학자 프리드리히 뵐러에 의해 처음 분리되었다.

알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 금속이지만 자연에서 결코 자유롭지 못한데, 그것은 지구의 모든 알루미늄은 다른 원소들과 결합해 화합물을 형성했기 때문이다. 

가장 일반적인 화합물 중 두 가지는 칼륨 알루미늄 황산염(KAl(SO4)2·12H2O)과 알루미늄 산화물(Al2O3)이다. 지구 지각의 약 8.2%가 알루미늄으로 구성되어 있다고 한다. 

뵐러가 알루미늄의 기본 성질을 결정할 수 있을 만큼 큰 표본을 생산하는 방법을 발견했는데 프랑스의 화학자 앙리 에티엔 세인테 클레르데빌이 상업적 생산을 가능하게 했다. 그 결과 알루미늄 가격은 떨어지기도 했지만 널리 사용하기에는 너무 비쌌다고 한다. 

알루미늄의 용도

(왼쪽) 주요 알루미늄 광석인 보크사이트, 적갈색은 산화철 광물이 존재하기 때문이다. (오른쪽)알루미늄 금속 /사진=saphon, ⓒ케미컬뉴스CG

1880년대에 알루미늄 산화물에서 알루미늄을 얻는 새로운 공정이 발명되면서 가용성이 크게 향상되었다. 또한 보크사이트에서 산화 알루미늄을 저렴하게 얻을 수 있는 새로운 공정의 역할도 컸다. 보크사이트는 다른 화합물과 함께 다량의 수산화 알루미늄(Al2O3·3H2O)을 포함하는 광석이다. 

오스트리아 화학자 칼 조셉 베이어과 홀-헤롤트의 공정이 오늘날에도 여전히 알루미늄을 생산하는 데 사용되고 있다. 오늘날 알루미늄과 알루미늄 합금은 캔, 포일, 주방 기구 뿐만 아니라 비행기, 로켓 등 강하고 가벼운 재료를 필요로 하는 다양한 상업 응용 분야에 사용된다. 

구리와 전기전도도 잘 되지 않지만 무게가 가벼워 송전선에 사용되며, 또한 유리 표면에 침전되어 거울을 만들 수 있는데, 여기서 산화 알루미늄의 얇은 층이 빠르게 형성되어 보호 코팅 역할을 한다. 산화알루미늄은 합성 루비와 레이저용 사파이어를 만드는 데도 사용된다. 

알루미늄 통조림과 항공기 /사진=픽사베이

순수 알루미늄은 부드럽고 강도가 부족하지만 소량의 구리, 마그네슘, 실리콘, 망간 또는 기타 원소와 합금하면 다양한 유용한 특성을 제공한다.

이러한 합금은 현대 항공기와 로켓의 건설에 매우 중요하다. 진공 상태에서 증발된 알루미늄은 가시광선과 복사열 모두에 고반사 코팅을 형성하는데 이것은 보호 산화물의 얇은 층을 형성하고 은 코팅처럼 열화되지도 않는다. 

알루미늄의 인체 건강 영향

국제식품과학영양저널에 따르면 드물지만 알루미늄이 비타민D 내성 골연화증, 에리스로포이에틴 내성 소세포성 빈혈, 중추 신경계 변화를 유발할 수 있으며, 신장 기능이 부족한 사람은 위험하다고 한다.

프랑스 영양학 전문의 로랑 슈발리에의 '우리는 어떻게 화학물질에 중독되는가'에 따르면 아주 오래전부터 알루미늄은 비정상적으로 노출되는 일이 많아지고 있다고 한다. 알루미늄을 과다섭취하면서 장애나 질병이 나타날 수 있는데, 알루미늄은 내벽을 손상시켜 장에 염증을 일으킬 수 있다. 

알루미늄은 소화 과정 중 장 속에 정상적으로 있는 박테리아의 구성을 변화시킬 수도 있는데, 유럽 보건 당국은 알루미늄이 뇌에 다량 쌓이면 뉴런에 악영향을 끼칠 가능성이 있다고 우려하기도 했다. 

동물실험 결과 알루미늄은 기억 손상과 집중력 장애 증상을 보이는 퇴행성 신경 장애를 일으킬 확률이 높은 것으로 나타났으며, 일부 동물학자들은 알루미늄이 물에 함유되어 있으나 형태와 노출 정도에 따라 그 영향이 달라지며 매우 비판적이라고 한다. 

이산화규소처럼 물에 함유된 여러 가지 물질이 알루미늄의 농도에 큰 영향을 끼친다. 식품에 함유된 알루미늄은 1킬로그램당 5밀리그램 미만의 매우 작은 형태로 들어있으며, 카카오로 만든 식품이나 찻잎, 향신료에도 알루미늄이 소량 포함되어 있다. 

그러나 캐나다 알츠하이머협회에 따르면 현재까지의 연구는 알루미늄의 미량 원소에 대한 노출이 치매 발병과 관련이 있다는 설득력 있는 증거를 제공하지는 않는다고 밝혔다. 알루미늄의 역할이 우리 몸에서도 완전히 이해되지 않았고, 건강한 사람이 실제로 알루미늄을 흡수하지는 않으며, 그것은 대부분 신장에 의해 빠져나온다고 한다.

켄터키 의학저널에 따르면 분말 알루미늄이나 알루미늄 용접 연기에 노출되는 경우 직업적으로 폐 섬유증이 발생할 수도 있다.

알루미늄의 노출을 줄이는 방법

환경 속에서 알루미늄은 식수, 가공식품, 탈취제, 비강 스프레이와 같은 화장품, 일부 약물, 건조한 토양, 담배 연기, 살충제 스프레이 및 알루미늄 기반 페인트 등에서 노출될 수 있다.

알루미늄 첨가물이 들어간 가공식품을 피해야 하며, 알루미늄이 전이될 수 있는 주방용품을 오래 사용하지 않는 것도 중요하다. 

예를 들어 음식을 알루미늄 포일에 싸서 오븐에 넣으면 아무리 짧은 시간이라도 알루미늄이 소량 전이될 수 있다고 유럽 보건청은 밝혔다. 또한 토마토퓌레, 소금에 절인 청어 같은 식품을 알루미늄 용기에 담거나 포일로 싸서 오븐에 넣으면 산과 소금이 만나 음식 속의 알루미늄 함유량이 높아진다. 

알루미늄 포일 위의 감자 요리/사진=픽사베이

2010년 유럽당국의 보고에 따르면 인간이 식품을 통해 섭취하는 알루미늄의 양이 매일 1.6~13mg이라고 한다. 주당 알루미늄 섭취는 몸무게 1kg당 1mg을 넘지 않는 것이 좋다. 60kg의 몸무게를 가진 사람의 경우 매주 60mg까지는 섭취해도 괜찮다는 것이다.

패스트푸드에 알루미늄 그릇을 사용하면 토마토를 함유한 음식과 식초가 들어간 통조림 식품, 식초 자체의 알루미늄 농도가 높아질 수도 있어 산성 식품을 알루미늄 포일로 싸지 않아야 하며, 알루미늄 포일 대신 유산지를 사용하는 것이 좋다.

식품 외에도 알루미늄이 함유된 약인 위통과 위염에 처방되는 산성 방지약을 복용함으로써 알루미늄이 장기적으로 쌓이면 인산 흡수를 낮추기 때문에 좋지 않고, 특히 어린이에게 좋지 않다고 한다. 

화장품은 탈취제(히드로클로라이드알루미늄)를 통해 알루미늄이 흡수될 수 있어 알루미늄이 함유되지 않은 화장품을 구입하는 것이 좋다. 치과 치료에 사용되는 세라믹과 시멘트에도 산화알루미늄이 함유되어 있으나 알루미늄이 어느 정도 흡수되는지에 대해서는 현재까지 완전히 밝혀진 것은 없다. 

백신 접종 시 피부를 통해 알루미늄이 들어갈 수 있는데 이것은 수산화알루미늄이나 인산이 함유된 보조약 때문이라고 한다. 백신과의 관계는 더 깊은 연구가 필요하지만 주사 맞은 자리에 염증성 상처가 생기고 근육 및 관절 통증과 만성 피로를 동반한 부작용이 접종 부위 근육 섬유 사이에서 알루미늄 성분이 발견되어 프랑스 국립보건의학연구소의 로맹 게라디 박사가 1993년부터 이러한 경고를 한 바 있다고 한다. 

백신의 보조제에 알루미늄이 없다고 해서 효과가 없어지는 것은 아니지만 업체가 알루미늄을 사용하는 것은 생산비를 줄일 수 있기 때문이며, 예전에는 알루미늄 대신 인산칼슘을 사용했는데 주사를 맞은 곳에 종기가 나는 경우가 더 많아 알루미늄을 대신할 수 있는 기술을 찾아야 한다고 로랑 슈발리에는 그의 저서에서 설명했다. 

환경문맹퇴치위원회에 따르면 알루미늄 생산은 생산 공정의 단계들에서 온실가스 배출이라는 자체적인 문제를 가지고 있다. 이 가스는 전기 제련소 소비와 처리 부산물로 인해 발생한다. 이 가스들 중 가장 강력한 것은 제련 과정에서 나온 과불화탄소들이며 방출된 이산화황은 산성비의 주요 전조 중 하나다.


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