탄산가스 기술서 – 1

역사

탄산화 연소물질인 탄산가스는 우리 생물계와 떼어놓을 수 없는 불가결한 물질로, 대기 중은 물론 물속, 광물 중에도 매우 다양한 형태로 광범위하게 다량 존재하고 있다.

탄산가스의 존재를 처음으로 밝혀낸 사람은 벨기에의 화학자 헬몬트(Helmont)로, 지금으로부터 약 400년 전인 서기 1600년경의 일이다. 이어서 탄산가스의 물성을 처음 명확히 규명한 사람은 1773년 프랑스의 과학자로 근대화학의 기초를 다진 인물로 알려진 라부아지에(Lavoisier)이다. 그가 탄산가스 또는 이산화탄소(二酸化炭素)라는 이름을 붙인 것으로 전해진다. 이 탄산가스를 액화하는 데 처음 성공한 것은 영국의 패러데이(Faraday)로, 1823년 액화탄산 제조에 성공하였으며, 이어 1834년에는 프랑스의 화학자 티롤리에(Thilorier)가 고체탄산(드라이아이스)의 제조에 성공하였다.

1883년 독일에서 액화탄산이, 이어서 1925년 미국에서 고체탄산(드라이아이스)의 공업적 생산이 시작되었다. 일본의 탄산가스 공업은 라무네(사이다류) 제조에서 시작되었으며, 1865년에 제조·판매된 것으로 알려져 있다. 코크스 연소가스로부터 1917년경에는 탄산가스를 중심으로 소규모 공업화가 이루어졌으며, 드라이아이스도 미국 기술 도입으로 1922년에 공업화되었다.

이렇게 자리 잡은 탄산가스는 그 후 탄산음료와 냉장고 수요에 힘입어, 1962년 액화탄산가스의 저온저장과 탱크로리가 개발되어 대량저장·대량운송 방식이 확립되었다.

현재 식품산업에서 탄산가스는 청량음료의 탄산화 외에도, MA포장(가스치환포장)의 충전가스, 급속동결용 드라이아이스, 초임계 추출 공정의 매질 등으로 응용 범위가 꾸준히 확대되고 있다.

성상 등

명칭 및 분류

구분	내용
화학명	이산화탄소 (Carbon dioxide)
화학식	CO2 (분자량 44.01)
CAS 등록번호	124-38-9
위험물 분류	고압가스, 비인화성(Class 2-2), 번호 1845

주요 물리적 성질

항목	수치
기체밀도	1.977kg/㎥ (0℃, 1atm)
액체밀도	1.030kg/L (-20℃)
끓는점(승화점)	-78.5℃
삼중점	-56.6℃ (5.28kg/cm² abs)
임계온도 / 임계압력	31.1℃ / 7.382MPa abs
증발열	572.6kJ/kg
융해열	188.6kJ/kg

상태도

[그림] 12-1 삼중점 -56.6℃/5.18기압, 임계점 31.06℃/73.8기압

이산화탄소는 물에 거의 동일 체적으로 용해되며 약산성(pH 3.7)을 띤다. 또한 다른 물질과 달리 액체를 거치지 않고 고체에서 직접 기체로 승화하는 특성이 있어, 드라이아이스가 물 없이 사라지는 현상을 설명해준다.

탄산가스는 공기보다 약 1.5배 무거워 환기가 안 되는 밀폐 공간에서는 바닥부터 가스층을 형성한다. ACGIH 기준 8시간 노동 시 허용농도는 0.5%, 단시간(15분) 노출 시에는 3% 정도로 권고된다.