인간은 평생 얼마나 많은 똥을 쌀까? 그리고 소화 효율은?

의대 1학년 해부학 수업에서 교수가 이렇게 말했다고 합니다. “인간의 소화관은 입에서 항문까지 이어지는 하나의 긴 관이다. 그 안은 사실 몸의 외부다.” 강의실이 조용해졌습니다. 그 관은 매일 일정한 양의 물질을 배출합니다. 우리가 평생 배출하는 양을 합산하면 얼마나 될까요? 그리고 그 배출물에 남아 있는 에너지는 처음 먹었던 에너지의 몇 퍼센트일까요?

섭취한 연료를 얼마나 쓰고 얼마나 버리는지, 인간이라는 엔진의 효율을 계산해 봅니다.

이 글은 재미를 위한 계산이며, 법률/세무/의료 자문이 아닙니다. 실제 결정은 자격을 갖춘 전문가와 상의하세요. 소화 기능은 개인차가 매우 크며, 이 계산은 진단 도구가 아닙니다.

INPUT

변수 1: 식단 유형별 1일 대변 질량 $m_d$

대변 질량은 식이섬유 섭취량에 가장 크게 영향받습니다. 영국 의사이자 소화기내과 연구자인 커밍스(Cummings)가 1992년 『Gut』에 발표한 대규모 문헌 리뷰는 식이섬유 섭취량과 대변 질량의 관계를 정량화한 기준 연구입니다.^[1]

표준 200 g/day를 기본값으로 삼겠습니다. 이 값은 중심 추정이며, 개인·식단·장내 미생물 구성에 따라 ±50% 이상 달라질 수 있습니다.

변수 2: 대변 수분 함량과 건조 대변 질량

생 대변의 수분 함량은 평균 약 75%입니다.^[1] 따라서 건조 대변 질량은 생 대변 질량의 25%에 해당합니다.

$$m_{d,\text{dry}} = m_d \times 0.25$$

표준 식단 기준:

$$m_{d,\text{dry}} = 200 \times 0.25 = 50 \; \text{g/day}$$

이 값은 에너지 계산의 핵심 중간값입니다.

변수 3: 건조 대변 1g당 잔존 열량 $H_{\text{fec}}$

$$H_{\text{fec}} = 4.4 \; \text{kcal/g}$$

리브시(Livesey)와 엘리아(Elia)가 1995년 『American Journal of Clinical Nutrition』에 발표한 연구는 폭발 열량계(bomb calorimeter)를 이용해 건조 대변의 열량을 직접 측정했습니다.^[2] 측정 범위는 3.5–5.5 kcal/g이며, 4.4 kcal/g는 표준 혼합 식단 성인의 중심값입니다. 단백질 비중이 높은 식단에서는 5.5 kcal/g에 가깝고, 식물성 위주 식단에서는 3.5 kcal/g에 가깝습니다. 이 변수는 중간 민감도 수준입니다(결과를 ±25% 범위에서 흔듭니다).

변수 4: 하루 섭취 에너지 $EI$

$$EI = 2{,}000 \; \text{kcal/day}$$

WHO·FAO 공동 보고서 『Human Energy Requirements』(2004)에 따르면 성인 여성의 중등 활동 기준 에너지 필요량은 약 1,700–2,100 kcal/day, 성인 남성은 약 2,200–2,500 kcal/day입니다.^[3] 계산 기본값으로 성인 평균값에 해당하는 2,000 kcal/day를 사용합니다. 중심 추정값입니다.

변수 5: 기대 수명 $L$ 및 생애 단계 계수 $\alpha$

기대 수명은 WHO 『World Health Statistics 2023』 기준 전 세계 평균 73.4세, 한국 83.5세입니다.^[4] 이 계산에서는 $L = 80$세를 기본값으로 사용합니다(전 세계 평균과 한국 평균의 중간 수준).

생애 단계별 대변 생산량은 성인 기준(α₂ = 1.0)에 대한 상대적 배율로 표현합니다. 직접 측정 대규모 코호트 연구가 부족한 구간이므로, 아래 값은 추정치임을 명시합니다.

α₀, α₁, α₃는 소아과·노인의학 교과서의 일반적 기술을 바탕으로 설정한 추정값입니다. 이 계수들이 ±50% 바뀌어도 전체 결과는 α₂(성인기) 기여분이 80% 이상을 차지하므로 최종 합계는 크게 달라지지 않습니다.

변수 6: 한국 가정 평균 연간 전기 사용량

한국전력 통계 및 에너지경제연구원 자료에 따르면 2022년 기준 한국 가정의 연간 평균 전기 사용량은 약 3,900 kWh입니다.^[6]

FORMULA

1단계: 하루 대변 에너지 손실 계산

생 대변에서 건조 대변으로, 다시 열량으로 변환합니다. 단위를 명시하면서 진행합니다.

$$E_{\text{fec}} = m_d \times 0.25 \; [\text{건조 비율}] \times H_{\text{fec}} \; [\text{kcal/g}_{\text{dry}}]$$

$$E_{\text{fec}} = 200 \; [\text{g/day}] \times 0.25 \times 4.4 \; [\text{kcal/g}]$$

$$E_{\text{fec}} = 50 \; [\text{g}_{\text{dry}}/\text{day}] \times 4.4 \; [\text{kcal/g}] = 220 \; \text{kcal/day}$$

표준 식단 성인은 하루 220 kcal를 대변으로 배출합니다.

2단계: 소화 에너지 효율 η 계산 (B안: 폭발 열량계 직접 측정법)

$$\eta = 1 - \frac{E_{\text{fec}}}{EI} = 1 - \frac{220}{2{,}000} = 1 - 0.110 = \boxed{0.890 = 89.0\%}$$

섭취한 에너지의 11%가 대변으로 사라지고, 89%가 흡수되어 신체에서 사용됩니다.

3단계: 교차검증 — WHO/FAO ME/GE 비율

WHO·FAO 1985 보고서는 표준 혼합 식단에서 대사 에너지(ME, Metabolisable Energy)가 총섭취 에너지(GE, Gross Energy)의 약 97–98%라고 기술합니다.^[7] 이 수치는 본 계산 결과(89%)보다 높습니다.

차이의 원인은 측정 대상 식단의 식이섬유 구성 차이입니다. WHO/FAO 97–98% 수치는 정제 탄수화물·동물성 단백질 비중이 높은 서구 기준 혼합 식단(식이섬유 약 15–20 g/day)에서 도출된 값입니다. 식이섬유가 많을수록 소화되지 않은 채 대변으로 나가는 유기물이 늘어나 실질 효율이 낮아집니다. 표준 식단으로 가정한 200 g/day는 식이섬유를 더 많이 포함한 중간값이므로, 89%가 타당한 추정 범위 내에 있습니다.

Atwater 계수 방법(C안)은 탄수화물 4.0, 단백질 4.0, 지방 9.0 kcal/g 흡수율로 추정하는 방식으로, 전통적으로 식품 영양 성분 표기에 사용됩니다.^[8] 이 방식도 표준 식단에서 약 90–95% 효율을 제시하여 B안과 대체로 일치합니다.

4단계: 식단별 에너지 효율 비교

식단 유형이 가장 큰 변수입니다. 저섬유 식단(93%)과 채식(74%)은 약 19%p 차이가 납니다. 채식주의자는 칼로리가 낮은 식단을 먹어도 대변량이 가장 많고, 에너지 손실률도 가장 높습니다. 열량 관점의 효율만 보면 역설적으로 저섬유 식단이 유리해 보입니다. 물론 장 건강, 혈당 조절, 포만감 측면의 효과는 전혀 다른 이야기입니다.

5단계: 생애 총 대변 배출량

생애 단계 계수 α를 적용하여 구간별 기여를 합산합니다. 기본값 $m_d = 200$ g/day, $L = 80$세.

$$M_{\text{life}} = m_d \times \bigl[\alpha_0 \cdot (2 \times 365) + \alpha_1 \cdot (10 \times 365) + \alpha_2 \cdot (58 \times 365) + \alpha_3 \cdot (10 \times 365)\bigr]$$

각 구간을 계산합니다.

$$\text{α₀ 구간 (0–2세): } 200 \times 0.20 \times 730 = 29{,}200 \; \text{g} = 29.2 \; \text{kg}$$

$$\text{α₁ 구간 (3–12세): } 200 \times 0.55 \times 3{,}650 = 401{,}500 \; \text{g} = 401.5 \; \text{kg}$$

$$\text{α₂ 구간 (13–70세): } 200 \times 1.0 \times 21{,}170 = 4{,}234{,}000 \; \text{g} = 4{,}234 \; \text{kg}$$

$$\text{α₃ 구간 (71–80세): } 200 \times 0.80 \times 3{,}650 = 584{,}000 \; \text{g} = 584 \; \text{kg}$$

$$M_{\text{life}} = 29.2 + 401.5 + 4{,}234 + 584 = \boxed{5{,}249 \; \text{kg} \approx 5.2 \; \text{톤}}$$

α₂(성인 58년)가 전체의 80.7%를 차지합니다. 생애 대변 총량을 결정짓는 핵심은 성인기 식단입니다.

6단계: 평생 낭비 에너지

생애 단계별 α 계수를 대변 에너지 손실에도 적용합니다. 각 구간별 실효 대변량은 α × $m_d$이므로:

$$E_{\text{waste}} = E_{\text{fec,std}} \times \bigl[\alpha_0 \cdot 730 + \alpha_1 \cdot 3{,}650 + \alpha_2 \cdot 21{,}170 + \alpha_3 \cdot 3{,}650\bigr]$$

여기서 $E_{\text{fec,std}} = 220$ kcal/day (표준 식단, 성인 기준)입니다.

$$\text{실효 일수 합계} = 0.20 \times 730 + 0.55 \times 3{,}650 + 1.0 \times 21{,}170 + 0.80 \times 3{,}650$$

$$= 146 + 2{,}007.5 + 21{,}170 + 2{,}920 = 26{,}243.5 \; \text{일}$$

$$E_{\text{waste}} = 220 \times 26{,}243.5 = 5{,}773{,}570 \; \text{kcal} \approx 5.77 \times 10^6 \; \text{kcal}$$

이를 전기 에너지(kWh)로 환산합니다. 1 kWh는 열화학 칼로리 기준으로 정확히 860.42 kcal이며, 아래에서는 860 kcal로 반올림해 사용합니다.

$$E_{\text{waste,kWh}} = \frac{5{,}773{,}570}{860} = \boxed{6{,}713 \; \text{kWh}}$$

7단계: 동물 비교 — 클라이버 법칙

클라이버(Kleiber) 법칙은 1932년 막스 클라이버가 『Hilgardia』에 발표한 연구에서 확립한 관계로,^[9] 항온동물(포유류·조류)의 기초대사율(BMR)이 체중의 0.75제곱에 비례한다는 법칙입니다.

$$\dot{Q} = 70 \cdot M^{0.75} \quad [\text{kcal/day}]$$

여기서 $M$은 체중(kg), 70은 포유류 경험 상수입니다.

이 법칙을 이용해 동물별 대사율을 추정합니다. 대변량은 대사율에 대략 비례하므로 상대적 비교가 가능합니다.

$70^{0.75}$ 계산: $\ln(70) \approx 4.248$, $0.75 \times 4.248 = 3.186$, $e^{3.186} \approx 24.2$. 따라서 $70 \times 24.2 = 1{,}694$ kcal/day.

$4{,}000^{0.75}$: $\ln(4{,}000) \approx 8.294$, $0.75 \times 8.294 = 6.220$, $e^{6.220} \approx 501$. 따라서 $70 \times 501 \approx 35{,}070$ kcal/day (반올림 오차, 정확한 공식값은 35,208 kcal/day). 한편 Christiansen(2004)이 측정한 아프리카코끼리 실제 BMR은 약 40,000–50,000 kcal/day 범위(중심값 약 49,500 kcal/day)로,^[10] 클라이버 공식 예측값(35,208)보다 약 40% 높습니다. 이 불일치는 코끼리의 체온 조절 방식, 장기 크기, 사회적 활동량 등 클라이버 법칙이 단순화한 요인들에서 비롯된 것으로 해석됩니다.

단위 체중당 대사율 비교가 더 직관적입니다. $\dot{Q}/M = 70 \cdot M^{-0.25}$이므로:

• 쥐 (0.02 kg): $70 \times 0.02^{-0.25} \approx 70 \times 2.66 = 186$ kcal/kg/day
• 인간 (70 kg): $70 \times 70^{-0.25} \approx 70 \times 0.347 = 24$ kcal/kg/day
• 코끼리 (4,000 kg): $70 \times 4{,}000^{-0.25} \approx 70 \times 0.126 = 8.8$ kcal/kg/day

쥐가 인간보다 단위 체중당 약 8배 빠른 대사를 보입니다. 다시 말해 kg당 대변량은 쥐>인간>코끼리 순서입니다. 작은 동물일수록 체중 대비 “더 많이 버리는” 엔진입니다.

클라이버 법칙은 항온동물에만 성립합니다. 변온동물인 도마뱀(약 0.3 kg)을 같은 공식에 대입하면 $70 \times 0.3^{0.75} \approx 26$ kcal/day가 나오지만, 도마뱀의 실제 기초대사율은 약 2–5 kcal/day 수준으로 포유류의 약 1/5–1/10에 불과합니다. 변온동물은 체온을 스스로 유지하지 않아 에너지를 훨씬 적게 소모합니다. 따라서 대변량도 같은 체중 포유류보다 훨씬 적습니다.

OUTPUT

표준 식단(200 g/day)·하루 2,000 kcal·기대수명 80세를 기준으로 한 결과를 정리합니다.

아프리카코끼리 성체의 체중은 4–6톤입니다.^[10] 인간은 평생 코끼리 한 마리 무게에 해당하는 무언가를 화장실에 두고 옵니다. 다만 그 무게의 75%는 물이었습니다.

효율 89%는 내연기관(열효율 20–40%)보다 훨씬 높습니다. 그리고 나머지 11%는 "소화되지 않은 유기물"이 아니라 상당 부분 소화할 의도 자체가 없었던 식이섬유입니다. 채식 식단을 먹는 사람의 소화 효율은 74%까지 낮아집니다. 수치만 보면 저섬유 식단이 더 효율적인 엔진처럼 보입니다. 그 엔진이 무엇에 더 좋은지는 이 계산의 범위 밖입니다.