초임계 유체란?
물질은 온도와 압력에 따라 기체, 액체, 고체로 상태가 변한다. 그러나 특정 온도(임 계 온도)와 압력(임계 압력)을 넘어서면 그때부터는 아무리 열과 압력을 가해도 그 상태 가 변하지 않는 물질이 되는데, 이를 ‘초임계 유체’라 한다.
초임계 유체는 기체와 액체의 성질을 동시에 띠고 있어서 기체처럼 가벼워 확산이 잘되고, 또 액체처럼 다른 물질을 잘 녹인다. 뿐만 아니라 액체와 달리 점도와 표면장력이 낮아서 1nm(나노미터, 10억분의 1미터)보다 좁은 틈 사이로 들어갈 수 있다.
초임계 유체의 이런 특성은 커피에서 카페인을 추출하거나 천연 화장품에 들어가는 식물 추출액을 뽑을 때 유용하게 이용된다.
임계 온도가 31℃, 임계 압력이 73.8기압(atm)인 초임계 상태 이산화 탄소를 만들어 이것을 커피나 녹차, 참깨 등 추출하려는 물질에 통과시키면 이산화 탄소가 물질의 미세 구멍에 침투해 원하는 성분만 녹여서 나온다.
또한, 초임계 상태인 이산화 탄소의 온도와 압력을 조절하여 녹여내는 정도(용해도)를 더 좋게 만들 수도 있다.
그렇다면 왜 하필 이산화 탄소를 초임계 상태로 만드는 걸까? 이산화 탄소는 임계 온도와 임계 압력이 낮아 다른 물질보다 초임계 상태로 만들기 쉽다는 점을 들 수 있다. 그런데 그보다 더 중요한 이유는 카페인이나 참깨의 기름이 이산화 탄소에 잘 녹기 때문이다.
초임계 유체는 특정 성분을 추출하는 일 외에도 건축 단열재, 폐수 정화 시설 등 활용 범위가 넓다. 하지만 물질을 초임계 상태로 만들기 위해 임계 압력까지 압력을 올리는 과정은 복잡한 장비가 필요하고, 비용도 만만치 않게든다는 점이 큰 문제이다.
따라서 더 간편하고 저렴하게 압력을 높일 수 있는 방법을 찾아야 한다. 또 원하는 물질을 녹여내기에 어떤 용매가 가장 적합한지, 어떤 압력과 온도에서 가장 효율적인지 추론할 수 있는 이론을 세우는 일도 중요하다
