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일본 벤처기업, '지렁이 근육' 모방 배관검사 로봇 개발
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일본 중앙대 출신의 벤처기업 '솔라리스'가 배관의 깊은 곳까지 접근 가능한 지렁이 근육을 모방한 로봇 '수하'를 선보였다.
기술 전문 매체 와이어드에 따르면 이 로봇은 얇고 유연한 초음파 센서를 갖추고 있어 배관 내부의 노후화된 부분을 정밀하게 파악할 수 있다.
배관은 공장 설비나 도시 인프라에서 중요한 역할을 하는데, 내부의 노후화나 열화가 진행되면 큰 사고로 이어질 수 있다. 따라서 깊숙한 곳까지 정확하게 검사하는 것이 중요하다. 검사 목적으로 배관을 일시적으로 잘라내면 내부를 육안으로 확인할 수 있지만, 시간이 오래 걸리기 때문에 실용성이 떨어진다.
현재는 파이버스코프를 이용해 내부를 확인하는 방식이 주를 이루지만, 깊은 곳까지 완벽하게 검사하기에는 한계가 있다. 외부에서 밀어 넣는 힘만으로는 파이버스코프가 커브에 막혀 깊은 곳까지 도달할 수 없는 문제가 있었다.
솔라리스가 개발한 '수하(Sooha)'는 지렁이의 움직임을 모방한 로봇으로, 깊은 배관 내부까지 접근이 가능하다. 특히 '인공 근육' 기술을 활용하여 지렁이처럼 연동운동을 구현, 배관 내부의 좁은 공간에서도 움직일 수 있다.
지렁이 모방 '인공 근육'
로봇 수하의 가장 큰 특징은 지렁이의 이동 매커니즘을 모방한 것이다. 좁은 공간에서 효과적으로 움직일 수 있어, 배관과 같은 한정된 공간에서의 움직임에 최적화되어 있다.
'연동운동'이라고 불리는 지렁이의 이동 메커니즘은 근육의 마디마디가 연결된 몸이 부분적으로 수축과 팽창을 반복하는 동작을 조합한 것이다. 지렁이가 움직일 때는 먼저 몸의 앞쪽 마디가 수축한다. 그 다음 앞쪽의 마디가 늘어나는 것과 거의 동시에 뒤쪽의 마디가 수축한다. 그러면 수축한 마디보다 뒤쪽에 있는 마디 전체가 앞으로 당겨진다. 이런 일련의 동작을 반복하면서 지렁이는 점차 앞으로 나아간다.
연동운동을 모방하기 위해 '수하'에 구현된 것은 고무 튜브를 이어 붙인 '인공 근육'이다. 이 인공 근육은 로봇 본체와 마찬가지로 나카무라 교수의 연구 성과에 기반하고 있다.
솔라리스 인공 근육의 마디는 공기가 주입되면 마디의 측면만 부풀어 오른다. 반면 세로축은 팽창하지 않도록 고정되어 있다. 따라서 측면이 팽창하는 힘에 의해 종축이 마디의 중앙으로 당겨지면서 인공근육 마디가 수축하게 된다. 수하의 앞부분에서 뒷부분으로 갈수록 인공근육의 수축을 순차적으로 반복함으로써 연동운동을 모방하고 있다.
이 로봇은 나카무라 타로(中村太郎) 교수의 연구를 바탕으로 개발됐다. 지난 2023년 7월 '울트라 수하(Ultra Sooha)'라는 초음파 센서가 탑재된 콘셉트 모델을 공개하며 주목받았다.
이번에 공개된 로봇은 배관 검사 뿐만 아니라 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 보이고 있다.
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2023-09-07
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EU '초강력 빅테크 규제안' 확정…삼성전자 제외
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유럽연합(EU)이 글로벌 IT 플랫폼 기업의 시장 독점을 막기 위한 목적으로 추진 중인 규제 법안의 대상이 6개 기업으로 확정됐다고 더 버지가 6일(현지시간) 보도했다.
EU 집행위원회는 위반할 경우 수조(兆)원대 벌금을 물어야 하는 엄격한 새 디지털 시장법(DMA)인 '초강력 빅테크 규제안'에 애플, 구글 등은 포함시켰고 한국의 삼성전자는 제재 대상에서 제외했다.
위원회는 미국 거대 기술 기업인 애플·알파벳(구글 모기업)·메타·아마존·마이크로소프트와 중국의 바이트댄스 등 모두 6개 기업을 플랫폼 규제 법안인 '디지털 시장법(DMA)'의 적용 대상으로 확정했다고 공식적으로 밝혔다.
DMA는 글로벌 IT 플랫폼 시장 독점 방지가 목적으로 EU가 소수 거대 플랫폼 사업자 중 몇몇 기업을 '게이트키퍼(gatekeeper·문지기)'로 지정해, 사용자 제한 행위에 특별 규제를 적용하는 법안이다. 지난 7월, EU 당국의 기준에 따라 7개 기업이 규제 대상으로 지목되었으나, 삼성은 최종적으로 명단에서 제외됐다.
DMA는 여러 기준을 바탕으로 특정 기업과 서비스를 게이트키퍼로 지정할지를 결정한다. 이 기준에는 유럽 내 연간 매출액이 75억 유로(약 80억 달러) 이상, 시가총액이 750억 유로(약 805억 달러) 이상, 그리고 EU 내 월간 활성 사용자 수가 4500만 명 이상인지 여부 등이 포함된다.
위의 도표에 상세히 게재된 게이트키퍼가 제공하는 22개의 핵심 플랫폼 서비스는 이제 2024년 3월까지 DMA의 의무를 준수해야 한다.
예를 들면 주요 메시징 앱인 틱톡이나 페이스북은 경쟁사와 상호 운용이 가능하도록 해야 할 의무가 있으며, 운영체제는 타사 앱 스토어를 제공하고 개발자가 대체 인앱 결제 옵션을 제공할 수 있도록 설계되어야 한다.
지정된 게이트키퍼가 DMA의 규정을 준수하지 않을 경우, EU 집행위원회는 해당 기업의 전 세계 총 매출액의 최대 10%의 벌금을 내야한다. 특히 상습 위반자의 경우 최대 20%의 벌금을 부과할 수 있다. 위원회는 게이트키퍼에게 사업 일부를 매각하도록 강제하는 등 구조적인 구제책을 부과할 수도 있다.
위원회는 또 규제 대상 기업에서 조직적인 위반 행위가 확인될 경우 해당 기업의 사업 부문 일부를 강제로 매각하도록 하는 등 더 강력한 제재를 가할 수 있다고 밝혔다. 위반 정도가 심각할 경우 유럽 시장에서 사업 철수까지 이어질 수 있다.
삼성전자는 자사의 갤럭시 스마트폰에 선탑재했던 '삼성 인터넷' 브라우저 앱에서 얻은 사용자 데이터를 자사의 다른 서비스에 활용한 점이 제재 대상으로 거론됐다. 그러나 EU 당국은 "삼성이 규제 요건에 해당하지 않는 정당한 논거를 충분히 제시했다"며 규제 명단에서 제외했다.
게이트키퍼로 지정된 기업들이 준수해야 할 정확한 규칙은 위원회가 규제 기준에 부합하는 것으로 간주한 서비스(이를 '핵심 플랫폼 서비스'라고 함)에 따라 달라진다.
예를 들어, 메타의 인스타그램과 페이스북은 온라인 소셜 네트워킹 서비스로서 규제를 받게 되며, 구글(Google) 검색은 검색 엔진으로, 마이크로소프트의 윈도우(Windows)는 운영 체제로서 규제를 받게 된다.
또 게이트키퍼는 플랫폼에서 다른 회사에 비해 자사 제품 및 서비스를 자체적으로 선호하는 것이 금지된다. 따라서 구글 검색(혹은 빙-Bing이 포함될 경우)은 사용자에게 다른 검색 엔진을 선택할 수 있는 권한을 부여해야 하며, 운영 체제 제공업체는 사전 설치된 앱을 제거하고 가상 비서 및 웹 브라우저와 같은 시스템 기본값을 변경할 수 있는 기능을 제공해야 한다.
구글의 올리버 베델은 블로그 게시물에서 구글의 지정을 검토하고 그 의미를 평가하고 있다고 말했다. 베델은 "우리의 목표는 사용자 경험을 보호하고 유럽 사람들에게 유용하고 혁신적이며 안전한 제품을 제공하면서 새로운 요구 사항을 충족하는 변화를 만드는 것"이라고 적었다. 아마존의 대변인 샘 배럿은 유럽위원회와 협력하여 이행 계획을 마무리하고 있다고 말했다.
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2023-09-07
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버려진 커피 찌꺼기로 콘크리트 강도 높일 수 있다?
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철근과 시멘트 같은 원자재 가격의 지속적인 상승으로 건설사의 부담이 가중되고 있다. 이러한 가격 상승은 결국 소비자에게 전달되는 형태가 되고 있다. 그러나 최근 호주의 연구진이 흥미로운 발견을 했다. 버려진 '커피 찌꺼기'를 활용하여 콘크리트의 강도를 향상시키는 기술을 개발한 것이다. 아직 초기 단계이지만, 우리나라 건설 업체들도 이 기술을 활용해보는 것이 좋을 것 같다.
영국 일간지 가디언에 따르면, 호주 로열멜버른공대(RMIT)의 연구팀은 국제학술지 '저널 오브 클리너 프로덕션'에 이러한 기술을 게재했다.
버려진 커피 찌꺼기를 활용한 콘크리트는 강도가 30% 더 높아진다는 연구 결과가 RMIT에서 발표됐다. RMIT의 샤넌 킬마틴-린치(Kilmartin-Lynch) 박사는 "버려지는 커피 찌꺼기와 커피 포드를 가치 있는 재료로 전환하려는 시도로 이 연구를 시작했다"고 밝혔다.
연구팀은 커피 찌꺼기를 바이오차(Biochar)로 전환하여, 이를 콘크리트 제조 과정에서 일부 모래의 대체재로 사용했다.
현재, 연구팀은 지방 의회와 협력하여 다양한 인프라 프로젝트에 참여하고 있으며, 이 기술이 커피 폐기물 처리 문제를 해결하고 천연 모래의 수요 감소에 기여한다면 환경적으로 큰 이점이 될 것이라는 의견을 제시했다.
호주의 '국가식품폐기물 전략 타당성 조사(National Food Waste Strategy Feasibility Study)'에 따르면, 호주의 연간 온실가스 배출량 중 약 3%는 음식 폐기물에서 발생하며, 이 중 약 7만5000톤은 커피 폐기물로 추정된다.
RMIT의 라지브 로이찬드 박사( Rajeev Roychand)는 바이오차 제조 과정이 미처리된 커피콩을 로스팅하는 방식과 유사하다고 설명했다. 온실가스의 증가를 피하기 위해 산소가 없는 환경에서 이 과정을 진행하는데, 이를 열분해(Pyrolysis)라고 한다.
열분해의 일반적인 온도는 700~900도 사이지만, 커피 찌꺼기는 약 350도에서 가열될 수 있어 에너지 효율이 좋다. 연구팀은 이를 통해 모래의 15%를 대체할 경우 콘크리트의 강도가 약 29.3% 향상된다고 밝혔다.
린치 박사는 "커피 바이오차는 모래보다 미세한 구조를 가지고 있고, 다공성 특성 때문에 시멘트가 이 다공성 구조와 결합될 수 있다"고 설명했다.
호주에서는 연간 약 7200만 톤의 콘크리트를 생산하기 위해 2880만 톤의 모래가 필요하다. 하지만 커피 찌꺼기로 모래를 완전히 대체하는 것은 현실적으로 불가능하다.
한국에서도 자연환경에서 얻어진 바이오차를 활용한 콘크리트의 탄소중립 활용 및 실용화 연구가 활발히 이루어지고 있다.
콘크리트에 바이오차를 일정 비율로 첨가해 건설 현장에서의 사용 가능성을 조사한 결과, 폐목재, 커피 찌꺼기, 견과류 껍질과 같은 다양한 폐자원이 건축 분야에서의 활용 가능성이 확인되었다.
반면, 호주에서의 커피 찌꺼기를 활용한 연구는 초기 단계에 있으며 내구성 테스트 등 추가 연구가 예정되어 있다.
건설 분야에서 기존 콘크리트를 바이오차를 포함한 콘크리트로 교체할 경우, 온실가스의 배출량을 줄이고 원재료비의 절감이 가능해져 환경적‧경제적 이익을 가져다줄 것으로 기대된다.
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2023-09-07
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바나듐 플로우 배터리, 신재생 에너지의 미래를 열다
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영국의 배터리 기업인 인비니티 에너지 시스템(Invinity Energy Systems PLC, 이하 인비니티)은 바나듐 플로우 배터리를 활용하여 신재생 에너지를 효율적으로 관리하며, 전력 네트워크의 안정성을 강화하는 혁신적인 기술을 개발하는 데 성공했다.
영국 기술전문매체 프로액티브인베스터스에 따르면 바나듐 플로우 베터리 관련 기술은 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)으로 구현되어 재생 에너지의 효과적인 활용을 가능하게 한다.
바나듐은 은빛 회색의 금속으로, 강철 제련이나 연소 과정을 통해 얻어지거나 우라늄 광산에서 추출된다. 바나듐 레독스 배터리는 바나듐을 전해액으로 사용하며, 양극과 음극을 별도의 탱크에 저장함으로써 리튬 이온 배터리처럼 화재나 폭발의 위험 없이 안전하게 작동한다. 이러한 배터리는 바나듐 플로우 배터리(VFB) 또는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)로도 알려져 있다.
바나듐 플로우 배터리는 환경에 친화적이며, 장기적인 에너지 저장에 적합하게 설계돼 다양한 응용 분야에서 활용된다. 전력 그리드의 에너지 저장, 재생 가능 에너지의 통합, 급속 충전 인프라 지원, 산업용 에너지 저장 등 여러 분야에서 이 배터리의 활용성이 증명되고 있다.
이 배터리의 주요 장점은 장기적인 에너지 저장 능력, 안정성, 수천 번의 충방전 수명, 그리고 용량 감소가 최소화된 구조다.
또한, 이 배터리는 환경 친화적이고, 재활용이 가능하며, 빠른 충전이 가능하다는 장점도 가지고 있다.
인비니티는 최근 캐나다의 재생 에너지 프로젝트 개발 회사인 엘리멘탈 에너지(Elemental Energy)에 8.4 MWh 바나듐 플로우 배터리 공급 계약을 체결했다. 해당 배터리는 앨버타의 차피스 레이크 솔라 스토리지(Chappice Lake Solar Storage) 프로젝트에서 활용되어, 앨버타 전력망에 경제적이면서도 환경 친화적인 전력을 제공할 예정이다. 이로써 재생 에너지의 효율적 활용과 전력망의 안정성이 강화될 것으로 예상된다.
인비니티는 이런 프로젝트들을 통해 다양한 분야에 걸쳐 안정적이고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하는 능력을 갖추었음을 증명하고 있다. 바나듐 플로우 배터리는 신재생 에너지 산업의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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2023-09-07
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[퓨처 Eyes(2)] 인도, 태양 탐사선 '아디트야-L1' 발사 성공
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인도가 달 정복에 이어 태양의 비밀 벗기기에 도전하고 있다.
인도 달 탐사 우주선 찬드라얀 3호가 달 남극에 착륙한 지 불과 10일 만에 첫 태양 탐사선 아디트야-L1(Aditya-L1)이 태양을 향해 성공적으로 발사됐다.
무게가 약 1480kg(3264 파운드)로 초경량급 우주선인 '아디트야-L1'은 지난 9월 2일 오전 11시 50분(GMT 06시 20분)에 인도 남부 스리하리코타에 있는 사티시 다완 우주센터에서 44.4미터 높이의 극지 위성 발사체(PSLV-XL)를 이용해 태양을 향해 장대한 여행을 시작했다.
이 우주선은 '라그랑주 5'점 중 하나를 중심으로 후광 궤도를 돌며 지구에서 150만km를 비행할 예정이다. 이는 지구-태양 거리의 1%에 해당한다.
인도 우주국은 태양 탐사선이 이 거리를 여행하는 데 4개월(약 125일)이 걸릴 것이라고 밝혔다.
태양계에서 가장 큰 천체를 연구하기 위한 인도 최초의 우주 기반 태양 관측 임무는 '아디티야'라고도 알려진 힌두교의 태양신 수리아의 이름을 따서 명명됐다.
BBC에 따르면 우주선 '아디티야-L1'에서 'L1'은 '라그랑주점 1'의 약자로, 인도 우주선이 향하고 있는 태양과 지구 사이의 정확한 지점을 의미한다.
유럽우주국에 따르면 라그랑주 지점은 태양과 지구와 같은 두 개의 큰 물체의 중력이 서로 상쇄되어 우주선이 '호버링(hovering, 정지 비행)'할 수 있는 지점을 말한다.
태양 활동·우주 날씨 실시간 관측
미국 기술 전문매체 테크 크런치에 따르면 인도의 우주 기관인 인도우주연구기구(ISRO)는 아디트야-L1 우주선에 원격 감지용 4개와 현장 실험용 3개 등 총 7개의 과학장비(페이로드, payload)를 설치했다. 탑재된 장비에는데이터를 수집하고 관측을 하기 위해 가시 방출선 코로나그래프, 태양 자외선 영상 망원경, X-선 분광기, 태양풍 입자 분석기, 플라즈마 분석기 패키지, 3축 고해상도 디지털 자력계 등이 장착되어 있다.
ISRO는 이 우주선에 태양 코로나(가장 바깥층), 광권(태양 표면 또는 지구에서 보이는 부분), 염색권(광권과 코로나 사이에 있는 얇은 플라즈마 층)을 관찰하고 연구할 7가지 페이로드를 탑재했다고 밝혔다.
코드명 'PSLV-C57'인 이 우주선 임무의 전반적인 목적은 태양 활동과 그것이 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 관측하는 것이다.
이륙 한 시간여 만에 아디트야-L1 우주선은 146×12,117마일의 타원형 궤도에 진입시켰다. 인도가 발사체 상단이 두 번의 연소 과정을 거쳐 의도했던 궤도에 우주선을 진입시킨 것은 이번이 처음이다.
ISRO의 S. 소마나스 회장은 우주국의 임무 통제 센터에서 참석자들에게 "이제 아디트야-L1은 몇 가지 지구 기동을 거친 후 여정을 시작할 것"이라면서 "아디트야 우주선이 긴 여정을 마치고 L1의 후광 궤도에 진입할 수 있도록 최선을 다하길 기원한다"라고 말했다.
아디트야-L1은 L1을 향해 발사되기 전에 지구를 여러 번 돌게 된다. 그리고 일식 동안 태양이 숨겨져 있더라도 지속적으로 태양을 관찰하고 과학적 연구를 수행할 수 있다.
이번 연구는 과학자들이 태양풍과 태양 플레어와 같은 태양 활동과 그것이 지구와 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 이해하는 데 도움이 될 것이다.
태양 탐사 비용 4600만달러
이번 태양 탐사선의 비용이 얼마인지 밝히지 않았지만, 인도 언론의 보도에 따르면 37억 8000만 루피(4600만 달러, 약 615억 원)가 소요될 것으로 예상된다.
아디트야-L1 미션의 프로젝트 책임자인 니가르 샤지는 "아디트야-L1 팀에게는 꿈이 실현된 것"이라고 말했다. 샤지는 "아디트 [임무]가 시운전되면 이 나라의 헬리오피직스는 물론 전 세계 과학계의 자산이 될 것"이라고 기대했다.
과거에는 미국, 유럽, 중국이 태양을 연구하기 위해 우주에서 태양 관측소 임무를 수행했다. 지금까지 지상 망원경을 이용한 태양 관측에 주력해 온 인도가 이 분야에 뛰어든 것은 이번이 처음이다.
아디트야-L1이 성공하면 인도는 이미 태양을 연구하고 있는 일부 극소수 국가 그룹에 합류하게 된다.
일본은 1981년 태양 플레어를 연구하기 위해 최초로 탐사선을 발사했다. 미국 우주국 나사(NASA)와 유럽우주국(ESA)은 1990년대부터 태양을 관찰해 왔다.
나사와 ESA는 2020년 2월, 공동으로 태양 궤도선을 발사해 가까운 거리에서 태양을 연구하고 있다. 과학자들은 태양의 역동적인 행동을 이해하는 데 도움이 될 데이터를 수집하고 있다고 밝혔다.
아울러 나사의 최신 우주선인 파커 태양 탐사선은 최초로 2021년 태양의 외기권인 코로나를 통과해 새로운 역사를 썼다.
유엔 우주국(UNOOSA)에 따르면 지구 궤도에는 약 1만290개의 위성이 남아 있으며, 그 중 약 7800개의 위성이 현재 작동 중이다.
한편, 인도의 태양 탐사선은 지난 8월 말 세계 최초로 달 남극 근처에 탐사선을 성공적으로 착륙시킨 것에 연이은 쾌거다. 이로써 인도는 미국, 구소련, 중국에 이어 세계에서 네 번째로 달에 연착륙한 국가가 되었다.
달 남극에는 인류 생존의 필수 자원인 물이 존재하고 있는 것으로 알려졌다. 나사에 따르면 달에서 물을 최초로 발견한 것은 인도 탐사선이다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지한 것이 물 발견에 결정적으로 기여했다.
현재 인도는 우주에 50개 이상의 위성을 보유하고 있으며 통신 링크, 날씨 데이터, 해충 침입, 가뭄 및 임박한 재난 예측 등 여러 가지 중요한 서비스를 제공한다.
ISRO는 아디트야-L1과 함께 2025년으로 예정된 인간 우주 비행 임무인 가가냥(Gaganyaan) 발사를 오랫동안 준비해 오고 있다. 또 인도 우주국은 금성을 향한 무인 탐사선 발사도 계획하고 있다.
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2023-09-07
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한국전기연구원(KERI), 차세대 '리튬황배터리' 개발 성공
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기존 배터리가 전기 저장만을 목적으로 했다면, 미래의 배터리는 단순 저장을 넘어서 부가가치 있는 화학물질 생산 기능을 갖는 하이브리드 배터리로 변화할 것으로 보인다. 한국의 연구팀은 아연과 망간을 활용해 이러한 하이브리드 배터리를 개발했고, 그 결과 기존 배터리에 비해 10% 이상의 향상된 전압과 에너지 효율을 보였다.
과학·기술 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 최근 과학자들은 단순 전기 저장 외에도 유용한 화학물질을 생성하는 하이브리드 배터리 시스템의 개발에 성공했다고 발표했다.
이 하이브리드 배터리는 전기 에너지를 저장하는 동시에 유용한 화학물질도 생성한다. 전통적인 2차 배터리는 전극 재료에 전기 에너지를 저장하는 방식을 사용한다. 반면, 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 전극에 연결된 탱크에 보관된 화학물질을 활용한다. 이는 산화와 환원의 화학적 반응을 통해 전자가 전해액을 통해 음극에서 양극으로 이동하며 전기에너지를 발생시키는 원리를 기반으로 한다.
이번에 연구자들이 개발한 하이브리드 배터리는 사용 과정에서 푸르푸랄(나일론 합성에 사용되거나 살충제로 활용되는 액체)을 기반으로 한 니켈 수산화물 배터리이다. 이 배터리는 바이오매스(생물 유기체)에서 추출한 푸르푸랄을 푸르푸릴 알코올이나 푸로산 중 하나로 변환할 수 있다.
푸르푸랄 자체는 농업용 바이오매스에서 흔히 발견되는 오탄당에서 형성되는 작은 분자이며, 다양한 화학 분야에서 중요한 중간체로 사용되는 플랫폼 화학물질로 알려져 있다. 이물질은 푸로산으로 산화될 때 식품 방부제, 약물, 향료 합성의 중간체가 될 수 있으며, 환원될 때는 레진(수지), 향료, 약물의 전구체로서의 역할을 하는 푸르푸릴 알코올로 변환된다.
중국 베이징의 청화대학(Tsinghua University)에서 활동하는 하오홍 두안(Haohong Duan) 박사를 포함한 연구팀은 하이브리드 흐름 배터리를 사용해 두 종류의 부가가치 화학물질을 추출함으로써 배터리 시스템의 비용 효율성을 개선하는 데 성공했다.
기존의 충전식 배터리는 충전 과정에서 전극에 전기를 저장하고, 방전 시에는 해당 전기를 회로로 전달한다. 반면 레독스 흐름 전지라는 다른 타입의 배터리는 특정 화학물질에 전기를 저장하며, 해당 화학물질은 두 상태 사이에서 순환하면서 배터리 내에 계속 보관된다.
한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀과 부산대학교의 박민준 교수팀은 아연과 망간을 주요 소재로 사용하여 고성능 '레독스 흐름 전지' 기술을 개발했다.
레독스 흐름 전지는 큰 용량 저장이 가능하며, 배기가스를 발생시키지 않아 화재나 폭발 위험에서 상대적으로 안정적이다. 이러한 특성으로 인해 에너지저장장치(ESS) 용도로서 많은 관심을 받는 차세대 전지로 평가받고 있다.
연구자들은 에너지 저장 및 제공과 동시에 추가 화학물질을 생산하는 능력을 결합하여 이를 조사했고, 그 과정에서 흥미로운 결과를 발견하게 되었다고 한다.
양극용 이중 기능성 금속 촉매의 혁신적인 발전이 관찰되었는데, 로듐(백금족 금속의 일종)과 구리를 단일 원자 합금으로 조합하여 만들어진 촉매가 등장했다. 이 촉매는 배터리가 충전될 때 푸르푸랄(전해액 포함)을 푸르푸릴 알코올로 효과적으로 변환하며, 방전 시에는 푸로산을 생성한다. 또한 연구원들은 음극에서 니켈-아연 또는 니켈-금속 수소화물 배터리에서 사용되는 음극 재료와 유사한 특성을 가진 코발트-도핑 수산화니켈 재료를 확인했다.
이러한 조합을 통해 참신한 이중용 배터리 시스템이 개발되었다. 태양 전지로 충전된 이 배터리는 4개를 직렬로 연결하여 사용되며, LED 조명과 스마트폰 등의 장치를 작동시키면서도 지속적으로 푸르푸릴 알코올과 푸로산을 생성한다. 이 화학물질들은 흐름 시스템을 통해 전달된다.
이 새로운 하이브리드 배터리는 일반 배터리와 비교하여 에너지 밀도와 전력 밀도에서 유사한 성능을 보이면서도, 동시에 전력과 부가가치 있는 화학물질을 생산한다는 점이 새로 확인되었다.
1kWh의 에너지 저장 시, 0.7kg의 푸르푸릴 알코올이 생성되고, 0.5kWh의 전력 공급 시에는 1kg의 푸로산이 생산된다. 단, 푸르푸랄은 지속적으로 시스템에 공급되며, 최종 제품은 전해질에서 분리해야 한다.
이 연구팀이 제시한 하이브리드 방식은 2차 전지의 지속 가능성과 경제성을 높이는 첫걸음이지만, 이를 더욱 발전시키기 위한 지속적인 노력이 필요하다.
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2023-09-07
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