추운 겨울 예보 밴쿠버, 예년보다 눈 소식도 많아

제설제 뿌린 도로, 차량 부식 위험 있어 

 

 

 

작년에는 밴쿠버 지역에 눈이 내리지 않아 이번 주에 내린 눈은 참으로 오랜만에 보는 함박눈이었습니다. 덕분에 아이들은 눈사람을 만들기도 하고, 눈싸움을 하며 즐거워 했습니다. 그러나 어른들은 얼어버린 길 위를 운전하느라 사고도 많이 나고, 길에 뿌려진 제설제 때문에 질퍽거리는 길을 걷느라 힘든 한 주였습니다. 신기한 것은 제설제 가루를 뿌려두면 얼었던 얼음도 녹아 버리고, 또 새로 내리는 눈들도 영하의 날씨에도 불구하고 녹아 버리는 것입니다. 제설제는 이렇게 추운 날씨에도 어떻게 얼음이 얼지 않게 도와줄 수 있는 것일까요?

 

제설제가 얼음을 녹이는 근본적인 물리학적 원리는 불순물에 의한 '어는 점 낮춤 현상'(Depression of freezing point by impurities)입니다. 이는 용액에 들어있는 불순물의 함유량이 높을 수록 순수한 용매보다 어는 점이 낮아지는 현상을 말합니다. 일반적인 물은 섭씨 0도에서 어는 반면 소금이 다량 포함된 바닷물의 경우는 어는 점이 평균 섭씨 영하 2도 정도인 이유가 바로 이 현상때문입니다. 예를 들어 영하 5도 정도 날씨에 얼어있는 얼음에 소금과 같은 불순물을 뿌려주면 얼음의 어는 점이 영하 5도 이하로 내려가 버림으로써 상대적으로 -5도의 온도가 어는 점보다 높은 온도가 되어 얼음이 녹아버리게 되는 것입니다. 하지만, 재미있는 것은 물이 고체 상태 얼음에서 액체 상태의 물로 녹으려면 자체 내부의 에너지가 높아져야 하기 때문에 물이 녹으면서 주위로부터 열을 흡수하는 '흡열 반응'을 일으키고, 그 결과 얼음 주변의 온도가 다시 떨어지는 효과를 갖게 된다는 것입니다. 즉, 어는 점을 낮춰서 겨우 얼음을 녹게 만들었는데, 얼음이 녹으면서 열을 흡수하는 바람에 주변의 온도가 낮아져 다시 얼음이 잘 녹지 못하는 상태가 되는 이상한 악순환이 일어나버리는 것입니다.

 

이러한 문제점을 해결하기 위해서 사용되는 제설제가 바로 염화칼슘(Calcium Chloride, CaCl₂)입니다. 일반적으로 고체가 물에 녹을 때는 고체 덩어리 내부의 결합을 끊고 이온(ions)들로 분리하기 위해 에너지가 필요하기 때문에 열을 흡수하는 흡열반응(endothermic reaction)을 하는 데, 특이하게도 염화칼슘은 물에 녹을 때 반대로 열을 내놓는 발열반응(exothermic reaction)을 합니다. 고체덩어리가 물에 녹는 과정은 외부로부터 에너지를 흡수하여 이온간의 결합을 끊어버리는 과정과 끊어진 이온들 주변에 물분자가 붙으면서 상대적으로 안정된 구조로 돌아가며 에너지를 밖으로 방출하는 과정으로 이루어집니다. 대부분의 고체들은 첫번째의 에너지 흡수과정이 두번째의 방출과정보다 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 결과적으로 흡열반응을 일으키는 반면, 염화칼슘은 두번째 방출과정의 에너지 변화가 더 커서 전체적으로 열을 방출하는 발열반응을 갖게 됩니다. 이 결과, 염화칼슘을 얼음에 뿌려주면 불순물의 효과로 인해 어는 점이 내려 가게 됩니다. 그리고 얼음이 녹기 시작하는데, 얼음이 녹으면서 나온 물에 염화칼슘이 용해되면서 일으키는 발열반응으로 인해 주위의 온도가 상승하게 됩니다. 즉 얼음은 더욱 빠르게 녹게 되는 연쇄과정을 거치면서 효과적으로 길거리의 얼음들을 제거할 수 있게 되는 것입니다. 실제로 염화칼슘이 약 30%정도 함유된 물은 영하 50도 정도가 되어야 얼기 시작한다고 합니다.

 

문제는 염화칼슘은 금속성 물질을 쉽게 부식시키는 특성을 갖고 있기 때문에, 제설제에 노출된 차량들의 부식을 가속화할 뿐만 아니라, 도심 콘크리트 내부의 철근을 약하게 하고, 또 가로수들을 죽게 하는 등의 환경적 문제들을 많이 일으킵니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 캐나다 국립 연구 위원회 (National Research Council, NRC)가 비교 연구한 결과 영하 10도 이하 날씨에서는 염화칼슘의 제설능력이 뛰어나지만, 그 이상의 온도에서는 염화나트륨(Sodium Chloride, NaCl, 소금)의 제설능력이 염화칼슘에 크게 뒤지지 않으며 환경적으로도 일으키는 문제가 적다고 결론내렸습니다. 이후 현재까지 캐나다를 포함한 대부분의 나라에서 제설제는 소금과 염화칼슘을 적절한 비율로 섞은 혼합물을 사용을 하고 있습니다. 밴쿠버와 같이 크게 온도가 내려가지 않는 지역에서는 상대적으로 소금의 비율을 조금 더 높게 하여 사용하는 반면, 캐나다 북부지역과 같이 매서운 추위를 보내는 지역은 염화칼슘의 비율을 더 높게 혼합하여 제설제를 사용하고 있습니다.

 

아무리 적은 양이라고 하더라도 제설제에는 염화칼슘이 섞여있기 마련이기 때문에, 겨우내 스키장을 자주 갔거나 이번 주와 같이 눈이 많이 내려 제설제가 뿌려진 길을 자주 운행하셨다면 세차를 통해 차량에 묻어있는 염화칼슘을 제거하는 것이 차량 유지에 도움이 될 것입니다. 아무쪼록 빙판 길에서 항상 속도를 낮추시고 안전 운전하시는 한 주가 되기를 바랍니다.