굉장한 다이너마이트

BTS 다이너마이트? 땡! 진짜 다이너마이트에 대해 알아봅시다

- [다이너마이트(Dynamite)]는 [니트로글리세린(또는 나이트로글리세린, nitroglycerin)], [흡착제(점토 등)]와 안정제로 만든 폭발물이다. 스웨덴의 화학자 겸 엔지니어인 [알프레드 노벨(Alfred Bernhard Nobel, 1833~1896)]이 독일 북부지역인 [게스탁흐트(Geesthacht)]에서 발명해 1867년 특허를 얻었다.

다이너마이트는 [흑색화약(黑色火藥, black powder)]보다 강력한 대안으로 개발되자 급속히 널리 쓰이게 되었다.

오늘날 다이너마이트는 주로 광업·채석업·건설업·철거업에 사용되는데, 다이너마이트는 여전히 다양한 곳에 쓰이는 제품이며 주조 부스터에 대한 비용 효율적인 대안으로 사랑(?)받고 있다. 다이너마이트는 AN과 [ANFO 폭발물(Ammonium Nitrate Fuel Oil)] 전하의 이니시에이터 또는 부스터로도 가끔 사용된다.

역사

- 다이너마이트는 1860년대, 스웨덴의 화학자 알프레드 노벨에 의해 발명되었으며 흑색 화약인 블랙 파우더보다 더 강하고 안전하게 관리할 수 있는 최초의 폭발물이었다.

알프레드 노벨의 아버지 [임마누엘 노벨(Immanuel Nobel, 1801~1872)]은 아들보다 유명세는 덜 하지만, 이쪽도 나름 이름있는 산업가·엔지니어이자 발명가로, 그는 스톡홀름에 다리와 건물을 짓고 스웨덴 최초의 고무 공장을 세웠으며 임마누엘의 건축 작업은 그에게 흑색 화약보다 더 효과적이고, 새로운 암석 폭파 방법을 연구하도록 영감을 주었다.

스웨덴에서 좋지 않은 거래를 한 후, 1838년 임마누엘은 그의 가족을 러시아 상트페테르부르크로 옮겼고 그곳에서 알프레드와 그의 형제들은 스웨덴과 러시아 가정교사 밑에서 개인 과외 교육을 받았다.

17살 때, 알프레드는 2년 동안 해외로 보내졌고 미국에서 스웨덴의 엔지니어 존 에릭슨을 만났고, 프랑스에서 1847년 니트로글리세린을 처음 합성했던 유명한 화학자 [테오필 질 펠루즈(Théophile-Jules Pelouze, 1807~1867)]와 그의 제자 [아스카니오 소브레로(Ascanio Sobrero, 1812~1888)] 밑에서 공부했다.

노벨이 니트로글리세린을 처음 접하게 된 것은 프랑스였는데, 당시 펠루제는 충격에 매우 예민하므로 상업용 폭발물로 사용하지 말라고 경고했다.

1857년 노벨은 수백 개의 특허 중 첫 번째 특허를 출원했는데, 대부분은 기압·가스·유체 계량기에 관한 것이지만, 폭발물로서의 니트로글리세린의 잠재력에 매료되었고 노벨은 아버지와 동생 [에밀(Emil Oskar Nobel, 1843~1864)]과 함께 니트로글리세린과 흑색 화약의 다양한 조합을 실험했다.

노벨은 기폭장치, 즉 폭발 캡을 발명하여 어떻게 니트로글리세린을 안전하게 폭발시킬 수 있는지에 대한 해결책을 고안해 냈는데, 이 방법은 퓨즈를 사용하여 원거리에서 제어된 폭발을 가능하게 했다.

1863년 여름, 노벨은 구리 캡과 수은이 부풀어 오르는 폭발 캡을 사용하여 순수 니트로글리세린 폭발을 처음으로 성공적으로 수행했고 1864년 알프레드 노벨은 발파캡과 니트로글리세린을 합성하는 방법 모두에 대해 황산·질산·글리세린을 사용한 특허를 출원했다.

1864년 9월 3일, 니트로글리세린을 실험하던 중 노벨의 동생인 에밀을 비롯한 여러 명이 [헬렌보그(Heleneborg)]에 있는 임마누엘 노벨 소유지의 공장에서 폭발로 사망하는 비극을 겪게 된다. 이후 알프레드는 [빈터비켄(Vinterviken)]에 [Nitroglycerin Aktiebolaget AB]라는 회사를 설립하면서 더욱 고립된 지역에서 계속 일하게 되었고, 이듬해 독일로 이주하여 또 다른 회사인 다이너마이트 노벨을 설립하였다.

폭발 캡의 발명에도 불구하고 니트로글리세린의 변동성은 상업용 폭발물로서 무용지물이 되었늗데, 이 문제를 해결하기 위해 노벨은 그것을 운반과 취급에도 안전한 다른 물질과 결합하려 했지만, 안정성과 폭발물로서의 효과인 두 마리 토끼를 잡기에 어려움이 많았다.

그는 시멘트·석탄·톱밥 등의 조합을 시도했지만 성공하지 못했으나, 마침내 노벨은 함부르크에 있는 자신의 공장 근처인 엘베강에서 가져온 규조토를 섞은 시도에서 드디어, 니트로글리세린을 휴대용 폭발물로 안정시키는 데 성공했다.

노벨은 1867년 5월 7일에 영국에서 그리고 1867년 10월 19일 스웨덴에서 발명품인 다이너마이트에 대한 특허를 취득했다. 도입 후 다이너마이트는 흑색 화약과 니트로글리세린에 대한 안전한 대안으로 급속도로 널리 쓰이게 되었다.

노벨은 다이너마이트의 특허권을 엄격히 통제했고, 무면허 중복업체들은 빠르게 문을 닫았다. 그러나 소수의 미국 사업가들은 수지와 같은 분자질 지구 이외의 흡착제를 사용하여 나름대로 다이너마이트 특허를 획득했다.

노벨은 애초 다이너마이트를 [노벨의 발파 분말(Nobel's Blasting Powder)]로 팔았지만 [힘]을 뜻하는 고대 그리스어 [dýnamis(δύναμις)]에서 따온 다이너마이트로 이름을 바꾸기로 했다.

제조

1) 형태: 다이너마이트는 보통 길이 약 20cm, 지름 약 3.2cm의 판지 원통 형태로 판매되며, 무게는 약 190g(½ 트로이 파운드)이며 생산된 다이너마이트 스틱은 약 1 MJ(메가줄)의 에너지를 포함하고, 다른 크기의 다이너마이트도 존재한다.

다이너마이트는 보통 [중량 강도(그 안에 들어 있는 니트로글리세린 함량)]로 등급이 매겨지는데, 보통 20%에서 60%까지 된다. 예를 들어, 40% 다이너마이트는 니트로글리세린 40%, 60% [DOPE(안정제 및 모든 첨가제와 혼합된 흡수성 저장 매체)]로 구성된다.

2) 보관 시 고려 사항: 니트로글리세린 기반 다이너마이트의 최대 보관 가능한 수명은 양호한 저장 조건에서 제조일로부터 1년으로 권장된다. 시간이 지남에 따라 사용되는 흡착제와 상관없이 다이너마이트의 스틱은 [weep] 또는 [sweat] 니트로글리세린이 되어 상자 바닥이나 보관 구역에 흘러내릴 수 있다.

이 때문에 관련 매뉴얼은 저장 중인 다이너마이트 박스의 반복 회전을 권장하고 있다. 또한, 다이너마이트는 시간이 지나면 막대기의 바깥쪽에 결정체가 형성되어 충격·마찰·온도에 훨씬 더 민감하게 된다.

따라서, 폭발 캡을 사용하지 않고 폭발할 위험은 제조된 지 얼마 안 된 다이너마이트에 대해서는 미미하지만, 오래된 다이너마이트는 위험하다. 그래서 현대적인 포장은 다이너마이트를 밀폐된 비닐 봉투에 넣고 왁스 코팅된 마분지를 사용함으로써 안전성에 도움을 준다.

다이너마이트는 충격에 민감하다. 충격 저항 테스트는 보통 낙하 해머로 수행되는데, 약 100mg의 폭발물을 앤빌에 놓고, 그 위에 0.5~10kg(1.1~22.0lb)의 중량이 폭발에 도달할 때까지 각각 다른 높이에서 떨어진다. 2kg의 망치로 폭발은 낙하 거리가 니트로글리세린이 4~5cm, 다이너마이트가 15~30cm, 암모니아 폭발물이 40~50cm이다.

3) 주요 제작 업체

3-1. 남아프리카 공화국: 1940년대부터 시작되어 수십 년 동안, 세계에서 가장 큰 다이너마이트 생산국은 남아프리카 공화국이었다. 그곳에서 영국의 다이아몬드 채광·채굴·가공 기업인 [드비어스(De Beers)]는 1902년 남아프리카 공화국 서부 케이프에 위치한 [서머셋 웨스트(Somerset West)]에 공장을 세웠다.

폭발물 공장은 나중에 [AECI(아프리카 폭발물 및 화학공업)]에 의해 운영되었다. 제품에 대한 수요는 주로 [비트바테르스란트(Witwatersrand)]를 중심으로 한 남아공 국내의 광대한 금광에서 나왔다.

서머셋 웨스트 공장은 1903년에 가동되었고, 1907년까지 이미 연간 23kg(50lb)로 34만 상자를 생산하고 있었으며, [모더폰테인(Modderfontein)]의 경쟁 공장에서는 다이너마이트를 연간 20만 건 더 생산하고 있었다.

서머셋 공장은 1960년대 두 번의 큰 폭발이 있었다. 일부 노동자들은 사망했지만, 공장 설계와 공장의 모듈화, 폭발을 위로 향하게 안전 공법 등으로 인해 인명 손실은 예전과 비교하면 최소화되었다.

모더폰테인 공장도 몇 번의 다른 폭발이 있었으며, 1985년 이후 노동조합의 압력으로 AECI는 다이너마이트 생산을 단계적으로 중단해야 했고 그 후 공장은 제조와 취급에 더 안전한 질산암모늄 에멀전 기반의 폭발물을 생산하기 시작했다.

3-2. 미국: 다이너마이트는 1867년, 미국 캘리포니아주 샌프란시스코의 [자이언트 파우더 컴퍼니(Giant Powder Company)]에 의해 처음으로 제조되었는데, 설립자는 1867년 노벨로부터 독점권을 얻었다.

자이언트는 1905년 자이언트가 미국의 화학 관련 회사인 [뒤퐁(DuPont)]에 의해 해체되기 전까지 자신들의 이름으로 다이너마이트를 생산하였으나 뒤퐁에 의해 결국 인수되었다.

그 후, 뒤퐁은 1911~12년 폭발물 독점권이 파기될 때까지 자체적인 이름으로 다이너마이트를 생산하였고, 이후 [허큘리스 파우더 컴퍼니(Hercules Powder Company)]와 [아틀라스 파우더 컴퍼니(Atlas Powder Company)], 두 개의 새로운 회사가 결성되면서 다이너마이트(다른 제형으로)의 제조를 맡게 되었다.

현재 미국에서 다이너마이트를 제조하는 회사는 [다이노 노벨(Dyno Nobel)]뿐으로, 생산 시설은 미주리주 카르타고에 있으며 해당 물질은 다이너마이트와 박스에 라벨을 붙인 다른 제조사들이 다이노 노벨로부터 사들인다.