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[기후의 역습(57)] 과학자들, 기후 변화 대응에 기여할 새로운 목재 유형 발견
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올 여름 역대급 폭염이 이어진 가운데 튤립나무가 기후 변화에 직접적인 영향을 미치는 탄소 포집 효과가 탁월하다는 연구 결과가 나왔다.
한국 기상청에 따르면 지난 8월 폭염일수는 16일로, 2016년 16.6일에 이어 관련 통계를 집계한 1973년 이래 두 번째로 많았다. 또한 지난달 열대야 수는 11.3일로 통계 집계 이후 처음으로 두자릿수를 기록했다.
오래된 나무와 숲이 이산화탄소를 더 많이 흡수하고, 저장한다는 것은 이전의 여러 연구에서 확인됐다.
튤립나무에 대한 연구에서 탄소포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다.
폴란드 야기에우워 대학교(Jagiellonian University)와 영국 케임브리지 대학교 연구진은 세계적으로 유명한 나무와 관목들의 목재 미세 구조를 진화적으로 조사하던 중 튤립나무에 대한 연구에서 탄소 포집 잠재력이 큰 새로운 목재 구조가 확인됐다고 사이테크데일리가 11일(현지시간) 보도했다.
연구팀은 목련과의 친척이자 30미터 이상 자라는 튤립나무가 활엽수와 침엽수 어느 쪽에도 속하지 않는 독특한 목재를 가지고 있음을 확인한 것이다. 이 획기적인 발견은 빠르게 성장하는 튤립나무를 조림지에 심어 탄소 격리 효율을 높이는 새로운 가능성을 제시한다.
목재 구조의 새로운 발견
최근 국제학술지 '신식물학자(New Phytologist)'에 발표된 연구에서 연구진은 저온 주사 전자 현미경(cryo-SEM)을 사용하여 수분이 함유된 상태의 목재 세포벽 나노 구조를 이미지화했다.
그 결과, 튤립나무(Liriodendron tulipifera)와 중국 튤립나무(Liriodendron chinense) 두 종의 고대 리리오덴드론(Liriodendron) 속 나무들이 활엽수 친척들보다 훨씬 더 큰 마크로피브릴을 가지고 있음을 발견했다. 마크로피브릴은 2차 세포벽 내 층에 정렬된 긴 섬유를 말한다.
탄소 포집에 대한 함의
연구 책임자인 야기에우워 대학교의 얀 우이차코프스키(Jan Łyczakowski) 박사는 "튤립나무는 침엽수나 할엽수와는 구별되는 중간적인 마크로피브릴 구조를 가지고 있다"며 "튤립나무는 약 300만~5000만년 전 목련나무에서 분기되었는데, 이 시기는 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 감소하던 시기와 일치한다. 이는 튤립나무가 탄소 저장에 매우 효율적인 이유를 설명하는 데 더움이 될 수 있다"고 말했다.
연구팀은 이 '중간 목재' 또는 '축적 목재'의 더 큰 마크로피브릴이 튤립나무의 빠른 성장 뒤에 있는 원인이라고 추측한다.
우이차코프스키는 " 두 종의 툴립나무는 탄소를 매우 효율적으로 포집하는 것으로 알려져 있으며, 확대된 마크로피브릴 구조는 대기 중 탄소 이용 가능성이 감소했을 때 더 많은 양의 탄소를 쉽게 포집하고 저장하도록 돕는 적응일 수 있다"며 "튤립나무는 탄소 포집 조림에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 일부 동남아 국가에서는 이미 튤립나무 조림을 통해 효율적으로 탄소를 포집하고 있으며, 이제 우리는 이것이 튤립나무의 새로운 목재 구조와 관련이 있을 수 있다고 생각한다"고 덧붙였다.
케임브리지 대학교 식물원에서 얻은 진화적 통찰
이 발견은 케임브리지 대학교 식물원의 살아있는 컬렉션에서 33종의 나무를 조사하여 침엽수(소나무, 침엽수 등 겉씨식물)와 활엽수(참나무, 물푸레나무, 자작나무, 유칼립투스 등 속씨식물)에서 목재 초미세구조가 어떻게 진화했는지 탐구하는 과정에서 이루어졌다.
우이차코프스키는 "목재 구조가 어떻게 진화하고 외부 환경에 적응하는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없다"며 "이번 조사에서 우리는 이전에 관찰된 적이 없는 완전히 새로운 목재 초미세구조외 전형적인 겉씨식물 침엽수 대신 속씨식물과 유사한 활엽수를 가진 겉씨식물 계통을 발견하는 등 몇 가지 중요한 새로운 발견을 했다"고 말했다.
그는 이어 "목재의 주요 구성 요소는 2차 세포벽이, 건축에 의존하는 목재의 밀도와 강도를 부여하는 것은 바로 이 세포벽의 구조다. 2차 세포벽은 또한 샐물권에서 가장 큰 탄소 저장소이므로, 기후 변화 완화를 돕는 탄소 포집 프로그램을 발전시키기 위해서는 2차 세포벽의 다양성을 이해하는 것이 중요하다"고 덧붙였다.
목재 초미세 구조
목재 초미세구조는 목재의 미세한 구조, 즉 재료 구성 요소의 배열과 조직을 의미한다. 저온 주사 현미경을 사용한 이번 목재 조사는 2차 세포벽, 마크로피브릴 등에 초점을 맞췄다.
2차 세포벽은 주로 셀룰로오스와 기타 복합 당으로 구성되며, 리그닌이 함침되어 전체 구조를 단단하게 만든다. 이러한 구성 요소들은 마크로피브릴을 형성하며. 2차 세포벽 내에 뚜렷한 층으로 배열된 긴 정렬 섬유를 만든다.
마크로피브릴은 현재 저온 주사 현미경으로 측정할 수 있는 가장 작은 구조이며, 두께는 약 10~40나노미터이다. 셀룰로오스 마크로피브릴(3~4나노미터)과 기타 구성 요소로 이루어져 있다.
목재 초미세 구조 연구는 목재 가공, 재료 과학, 나무의 생태 및 진화적 측면 이해 등 다양한 분야에 중요하다. 나무 성장과 목재 침착 뒤에 숨은 생물학적 메커니즘을 이해하는 것은 탄소 포집량 계산에도 유용한 정보를 제공한다.
목재 샘플은 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션 코디네이터 마르고 애플(Margeaux Apple)과 협력하여 식물원 내 나무에서 채취했다. 겉씨식물과 속씨식물 개체군이 분기하고 진화함에 따라 그 진화 역사를 반영하기 위해 선별된 나무에서 지난 봄 성장기에 침착된 신선한 목재 샘플을 수집했다.
저온 전자 현미경 사용한 역대 최대 목본 식물 조사
케임브리지 대학교 세인즈버리 연구소 현미경 핵심 시설 관리자인 레이먼드 와이트먼(Raymond Wightman) 박사는 "우리는 자이언트 세쿼이아, 울레미 소나무, 그리고 모든 꽃 피는 식물과 분리되어 진화한 가장 오래된 현존 식물군의 유일한 생존 종인 암보렐라 트리코포다(Amborella trichopoda)와 같은 '살아있는 화석'을 비롯하여 세계에서 가장 상징적인 나무들을 분석했다"고 말했다.
와이트만 박사는 "우리의 조사 데이터는 목재 나노 구조와 세포벽 구성 사이의 진화적 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공했으며, 이는 속씨식물과 겉씨식물 계통에 따라 다르다. 속씨식물 세포벽은 겉씨식물에 비해 마크로피브릴이라고 불리는 더 좁은 기본 단위를 가지고 있으며, 이 작은 마크로피브릴은 암보렐라 트리코포다 조상에서 분기된 후 등장했다"고 덧붙였다.
우이차코프스키와 와이트먼은 또한 마황류(Gnetophytes) 계통의 두 겉씨식물인 그네툼속(Gnetum gnemon, 그네툼 그네몬)과 그네툼 에둘레(Gnetum edule)의 세포벽 마크로피브릴을 분석하여 둘 다 속씨식물의 활엽수 세포벽 구조와 동일한 2차 세포벽 초미세 구조를 가지고 있음을 확인했다.
이는 마황류가 일반적으로 속씨식물에서만 볼 수 있는 활엽수 유형 구조를 독립적으로 진화시킨 수렴 진화의 한 예이다.
이 조사는 2022년 영국에서 네 번째로 더운 여름으로 기록된 기간 동안 진행됐다.
와이트먼은 "저온 전자 현미경을 사용한 목본 식물 조사 중 역대 최대 규모일 것"이라며, "세인즈버리 연구소가 케임브리지 대학교 식물원 부지 내에 위치하고 있기 때문에 이처럼 많은 신선한 수화된 목재에 대해 대규모 조사를 할 수 있었다. 우리는 2022년에 모든 샘플을 수집했다. 이른 아침에 샘플을 수집하고, 샘플을 초저온 슬러시 질소에 동결시킨 다음 자정까지 샘플을 이미징했다"고 설명했다.
그는 "이 연구는 식물원이 현대 연구에 기여하는 데 지속적인 가치와 영향을 보여준다. 이 연구는 케임브리지 대학교 식물원 컬렉션에서 같은 장소에서 함께 자라는 진화적 시간을 통해 표현된 다양한 식물이 없었다면 불가능했을 것이다"라고 말했다.
참고문헌: Jan J. Lyczakowski와 Raymond Wightman의 「수렴 및 적응 진화가 종자 식물의 현존 계통에서 2차 세포벽 미세 구조의 변화를 주도했다」, New Phytologist .DOI: 10.1111/nph.19983
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2024-09-12
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[퓨처 Eyes(50)] 핵시계, 초정밀 시간 측정의 새로운 지평을 열다
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상상을 초월하는 정확성, 10억년에 단 1초의 오차도 허용하지 않는 시계가 현실로 다가왔다. 과학자들이 기존 원자시계를 뛰어넘는 핵시계 개발에 성공하며, GPS, 인터넷 동기화, 금융 거래 등 다양한 분야에 혁신을 예고했다.
미국 물리과학 연구기관인 JILA와 국립표준기술원(NIST) 펠로우이자 콜로라도 볼더 대학교 물리학 교수인 준 예(Jun Ye)와 그의 팀이 이끄는 국제 연구팀이 핵시계로 알려진 획기적인 시간 측정 장치를 개발했다.
원자시계 넘어 핵시계로, 시간 측정의 새로운 지평
현재 가장 정확한 시계는 원자시계다. 원자시계는 원자 내 전자의 에너지 변화를 이용해 1초를 정의하고, 1초에 수십억 번 진동하는 신호를 통해 시간을 측정한다.
이번에 개발된 핵시계는 원자핵 내부의 에너지 변화를 이용한다는 점에서 원자시계와 차별화되는 새로운 유형의 시간 측정 장치다. 핵시계는 원자 전체가 아닌 원자핵의 진동을 측정한다. 원자핵은 원자보다 훨씬 작지만, 더 많은 '틱(tick)'을 가지고 있어 더 정확한 시간 측정이 가능하며, 전자기장과 같은 외부 교란에도 안정적이다.
새로운 연구에서 JILA와 그의 연구팀은 핵시계의 모든 필수 부품을 만들었다. 즉 시계의 '틱(tick)'을 제공하는 토륨-229 핵전이, 핵의 개별 양자 상태 사이에 정밀한 에너지 점프를 생성하는 레이저, 이러한 '틱'을 직접 측정하는 주파수 빗 등이다. 연구팀은 이러한 노력으로 이전 파장 기반 측정기보다 100만배 높은 수준의 정밀도를 달성했다.
또한 연구팀은 자외선 주파수를 세계에서 가장 정확한 스트론튬 원자시계 중 하나에 사용되는 광학 주파수와 직접 비교해 핵 전이와 원자시계 사이의 직접적인 주파수를 연결하는데 최초로 성공했다. 이러한 직접적인 주파수 연결과 정밀도 향상은 핵시계를 개발하고 기존 시간 유지 시스템과 통합하는 데 있어 매우 중요한 단계다.
더 작지만 더 강력한 핵시계, 정확성의 한계를 뛰어넘다
원자시계는 수십억 년에 몇 초의 오차만 발생할 정도로 정확하지만, 외부 환경의 영향을 받을 수 있다. 반면, 핵시계는 원자핵의 안정성 덕분에 외부 간섭에 덜 민감하고, 더 높은 주파수에서 진동하여 더 정밀한 시간 측정이 가능하다.
JILA 연구팀은 토륨-229 원자핵에 자외선 레이저를 쏘아 핵입자를 여기시키고 '광 주파수 빗' 기술로 핵의 에너지 펄스 주파수를 측정하는 데 성공했다. 이는 일반 시계의 추가 진자 운동을 하는 것과 유사한 원리로, 1초당 더 많은 파동 사이클을 측정하여 더욱 정확한 시간 측정을 가능하게 한다.
이번 연구 결과는 지난 9월 4일자 세계적인 학술지 "네이처' 표지 기사에 게재됐다. 연구팀에는 JILA, 비엔나 양자 과학 기술 센터, IMRA America Inc.의 연구자들이 포함됐다.
물리학의 획기적인 발전, 핵시계 현실화에 한 걸음 더
이번 연구는 핵시계 개발에 중요한 이정표를 세웠다. 1976년 토륨 핵의 저에너지 특성을 발견, 2003년 토륨-299 핵시계 활용 가능성 제시, 2023년 토륨-229 결정 삽입 기술 개발 등 오랜 연구 끝에 마침내 핵시계 프로토타입이 탄생한 것이다.
특히 연구팀은 토륨-229 핵의 에너지 변화를 정밀하게 측정하고, 이를 통해 생성된 신호를 높은 정확도로 측정하는 데 성공했다. 이는 핵시계의 실현 가능성을 입증하는 중요한 성과로 평가받는다.
핵시계, 시간 측정 넘어 과학 혁신 이끌 것
핵시계는 아직 초기 단계지만 상용화될 경우 공식 국제시간 측정뿐만아니라 물리학 연구, 우주 탐사 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 특히 암흑 물질 탐색, 자연 상수 검증 등 기본 물리학, GPS 정확도 향상, 통신 네트워크 안정화 등에도 활용될 수 있다.
연구팀은 "이번 연구는 핵시계의 가능성을 보여주는 중요한 발검음"이라며 "레이저 정렬 및 주파수 조정 등을 통해 정확도를 더욱 향상시킬 수 있을 것"이라고 밝혔다. 또한 "2~3년 안에 핵시계가 원자시계의 정확성을 능가할 것"이라고 전망했다. 핵시계는 휴대성과 안정성도 뛰어나 통신, 인터넷, GPS 등 일상생활에도 영향을 미칠 것으로 예상된다.
물리학 전문가들은 "핵시계는 시간 측정의 새로운 패러다임을 제시하는 혁신적인 기술"이라며 "기초과학 연구부터 첨단 기술 개발까지 다양한 분야에 파급 효과를 가져올 것"이라고 평가했다.
핵시계, 미래를 향한 새로운 추
원자시계는 이미 지진, 중력장, 시공간 연구에 중요한 도구로 활용되고 있다. 핵시계는 이러한 분야에 더 큰 발전을 가져올 수 있으며, 휴대성과 사용 편의성도 높을 것으로 예상된다.
핵시계와 원자시계를 함께 사용하면 기본 물리 상수의 변화 여부를 확인하고 암흑 물질 연구에도 새로운 가능성을 열 수 있다.
JILA와 NIST 물리학자 준 예는 "수십억년 동안 켜두어도 1초도 잃지 않는 손목시계를 상상해보라"며 "아직은 그 수준에 이르지 못했지만 이 연구를 통해 그 수준의 정밀도에 더 가까워졌다"고 말했다.
더 정확하고 안정적인 시간 측정을 향한 인류의 도전은 끝없이 계속된다. 핵시계 기술의 발전은 단순히 시간 측정의 정확성을 높이는 것을 넘어, 더 빠른 인터넷 속도, 더 안정적인 네트워크 연결, 더 안전한 디지털 통신을 제공할 수 있다. 또한 대규모 입자 가속기 없이 입자 물리학 이론을 검증할 수 있으며, 우주 구조 탐사 등 우리가 우주와 자연을 이해하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
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2024-09-12
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[우주의 속삭임(55)] 새로운 고밀도 토성 외계 행성 발견
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인도 아메다바드(Ahmedabad)에 소재한 물리연구소(PRL: Physical Research Lab)의 천문학자들이 통과 외계 행성 조사 위성(TESS: Transiting Exoplanet Survey Satellite) 관찰에서 상대적으로 밀도가 높은 새로운 토성 외계 행성을 발견했다고 PHYS가 전했다. 이 발견은 '천문학 및 천체물리학 저널(Astronomy & Astrophysics journal)'에 발표됐다.
TESS는 외계 행성을 찾기 위해 태양 근처에서 가장 밝은 별 약 20만 개를 대상으로 조사를 진행하고 있다. 지금까지 7200개가 넘는 후보 외계 행성(TESS 관심 대상, 또는 TOI)을 찾아냈으며, 그중 545개가 최종 확인됐다.
PRL의 산제이 발리왈 천문학자 팀은 이번에 TESS가 모니터링한 또 다른 TOI를 찾아냈다. 그들은 TOI-6651(관심 대상 외계 행성의 번호를 의미)의 빛 곡선에서 통과 신호를 발견했는데, TOI-6651은 약 690광년 떨어져 있으며, 37억 년 된 것으로 추정되는 준거성 G형 별이다. 이 신호의 행성적 특성은 지상 시설을 사용한 후속 관측을 통해 확인됐다.
연구팀은 논문에서 금속이 풍부한 G형 준거성 별을 통과하는 밀도가 높은 토성 외계 행성 TOI-6651 b의 발견과 특성화를 발표했다고 밝혔다. 연구에 따르면 TOI-6651 b의 반지름은 지구 반지름의 약 5.09배이며 질량은 지구의 61배에 달한다. 이는 입방센티미터 당 2.52g 수준의 체적 밀도이며 지금까지 TESS로 감지된 토성 외계 행성 중 가장 밀도가 높다.
TOI-6651 b는 또한 0.09의 이심률로 궤도를 5.05일마다 공전하며, 궤도에서 약 0.06AU의 거리를 두고 있다. 행성의 평형 온도는 1493K로 추정된다.
연구팀은 TOI-6651 b의 핵질량이 지구 질량의 약 53배라고 추정했다. 팀은 이 행성이 주로 암석과 철과 같은 밀도가 높은 물질로 구성되어 있으며, 이들 물질이 전체 질량의 약 87%를 차지한다고 예상했다. 나머지 질량은 저밀도 수소와 헬륨 외피로 구성될 가능성이 가장 높다고 밝혔다.
모항성인 TOI-6651의 경우 반지름은 약 1.32 태양 반경이며, 질량은 1.72 태양 질량이다. 이 별의 유효 온도는 5940K이고 금속성은 0.225덱스로 측정됐다.
연구팀은 결과를 요약하면서 TOI-6651 b의 특이한 특성이 알려진 행성 형성 이론에 이의를 제기하고 있다고 강조했다.
천문학자들은 "TOI-6651 b의 존재는 기존의 행성 형성 이론에 도전하는 것으로, 병합 과정이나 조석 가열로 인한 상당한 대기 질량 손실의 결과일 수 있다면서 "이는 대규모 밀도가 높은 토성 외계 형성에서 역학적 과정과 대기 진화의 복잡한 상호 작용일 수 있음을 알려준다"고 결론지었다.
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2024-09-12
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서학개미 투자 열풍, 외환시장 불안정 키울 수도…한은 경고
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한국은행은 미국 등 해외 주식에 직접 투자하는 개인 투자자(서학개미)들의 해외 증권 투자 증가가 외환 수급의 균형을 깨뜨리는 요인이 될 수 있다고 우려를 표명했다.
한은은 12일 발표한 '통화신용정책보고서'에 포함된 '최근 외국인 및 거주자의 증권투자 흐름과 향후 전망' 보고서에서 이러한 견해를 밝혔다.
보고서에 따르면 7월 중 외국인의 국내 증권 투자(22억 4천만 달러)는 채권 투자를 중심으로 감소했지만, 같은 기간 내국인의 해외 증권 투자는 101억 1000만 달러 순투자를 기록했다.
내국인의 해외 증권 투자는 올해 상반기 월평균 수준(69억 5000만 달러)을 크게 넘어섰다.
투자 상품별로 살펴보면, 주식은 미국 대형 기술 기업 주가 조정에도 불구하고 순투자 흐름을 유지했으며, 채권 투자도 크게 증가했다.
한은은 개인 투자자를 중심으로 미 연준 금리 인하에 대한 기대가 커지면서 향후 시장금리 하락에 따른 자본이득을 노린 채권 투자 자금이 유입됐다고 진단했다.
이어 향후에도 증권 투자는 내국인의 해외 증권 투자 규모가 더 큰 흐름이 이어질 것으로 전망했다.
내국인의 해외 증권 투자는 국민연금 기금 등의 해외 투자 확대와 개인 투자자들의 증가로 계속 늘어날 것으로 예상되지만, 외국인의 국내 증권 투자는 세계적인 인공지능(AI) 산업 및 경제 전망에 따라 주식 투자의 변동성이 커질 수 있기 때문이다.
한국은행은 내국인의 해외 증권 투자 규모가 더 큰 상황이 지속되는 것이 외부 위험 요인 발생 시 외환 수급 불균형을 악화시킬 수 있다고 지적했다.
그 근거로 과거 외부 위험 요인 확대 시 외국인의 국내 주식 자금은 해외로 빠져나갔지만, 내국인의 해외 주식 자금은 국내로 돌아오는 정도가 상대적으로 낮았고, 코로나19 위기 때에는 오히려 순투자가 증가했던 점 등을 지적했다.
또한 최근 엔화 강세가 원/달러 환율, 국내 자본 유출입 등에 미치는 부정적 영향은 크지 않을 것으로 전망했다.
'최근 엔화 움직임에 대한 평가 및 국내 외환시장에 대한 영향' 보고서에 따르면, 엔화는 2012년 이후 지속적인 약세를 보이다가 올해 7월부터 강세로 전환됐다.
엔화 강세의 배경으로는 미국과 일본 간 금리 차이 축소 기대와 세계적인 위험 회피 심리 강화에 따른 투자 자금 회수가 꼽힌다.
미국 경기 침체 우려 등으로 미국 주식 시장에 투자된 일본 자금이 회수되면서 엔화 환전 수요가 크게 증가했고, 미국과 일본의 금리 차이 축소 전망으로 엔화를 빌려 다른 통화에 투자하는 엔 캐리 트레이드가 빠르게 청산된 것도 엔화 강세를 부추겼다.
또한, 일본 외환 당국이 엔화 약세가 일본 경제에 더 이상 도움이 되지 않는다는 인식을 공유하며 대규모 시장 안정화 조치를 취한 것도 엔화 강세에 영향을 미쳤다.
한은은 엔화가 당분간 미국 달러화 대비 강세를 유지할 것으로 예상하며, 위험 회피 심리가 확산될 경우 추가적인 가치 상승 압력을 받을 수 있다고 전망했다.
현재 미국과 일본 간의 정책 금리 차이는 5.25%p이며, 연말까지 0.75%p 이상 줄어들 것으로 예상되어 엔화는 더욱 강세를 보일 가능성이 높다.
그러나 최근 엔화 선물의 과도한 매도 포지션이 상당 부분 해소되었고, 일본과 다른 국가들 간의 절대적인 금리 차이가 여전히 크기 때문에 자금 쏠림 현상 등으로 인해 엔/달러 환율이 급격히 하락할 가능성은 낮다고 한국은행은 분석했다.
한은은 원화와 관련하여, 미국 연준의 금리 인하 기대감 확산으로 엔화와 함께 강세 압력을 받을 수 있지만, 세계적인 위험 회피 심리가 강화될 경우에는 일본 자금의 본국 회귀 등으로 엔화와는 다른 움직임을 보일 수 있다고 예측했다.
또한, 우리나라의 경우 엔 캐리 트레이드 자금 유입이 많지 않았고 엔화 차입 규모도 크지 않아 엔 캐리 트레이드 청산이나 일본 자금의 본국 회귀가 발생하더라도 직접적인 영향은 제한적일 것으로 전망했다.
그러나 세계적인 불확실성 증가 등으로 국제 금융 시장의 변동성이 커질 경우 외국인 자금 유출 압력이 높아질 수 있으므로 주의해야 한다고 강조했다.
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2024-09-12
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삼성전자, 업계 최초 '1Tb QLC 9세대 V낸드' 양산…AI 시대 초고용량 스토리지 혁신 주도
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삼성전자는 12일 인공지능(AI) 시대에 필요한 대용량 서버 저장장치(SSD)를 구현하기 위한 '1테라비트(Tb) 4비트(QLC) 9세대 V낸드'를 세계 최초로 대량 생산에 돌입했다고 발표했다.
삼성의 9세대 V낸드는 '채널 홀 에칭' 기술을 통해 두 개의 낸드 층을 수직으로 쌓는 '더블 스택' 구조로 업계 최고 수준의 적층 단수를 달성했다.
채널 홀 에칭은 몰드 층을 차례대로 쌓은 후 한 번에 전자가 지나가는 통로(채널 홀)를 만드는 기술이다.
특히 이번에 개발된 QLC 9세대 V낸드는 데이터 저장 공간(셀)과 주변 회로(페리)의 크기를 최소화하여 이전 세대 QLC V낸드보다 데이터 저장 밀도를 약 86% 향상시켰다.
V낸드의 적층 단수가 높아질수록 층과 층 사이, 그리고 각 층 내의 셀 특성을 균일하게 유지하는 것이 더욱 중요하다.
이에 삼성전자는 이번 V낸드 제품에 '디자인드 몰드' 기술을 적용해 이전 제품보다 데이터 보존 성능을 20% 향상시켰다고 설명했다.
디자인드 몰드는 셀의 특성을 균일하게 하고 최적화하기 위해 셀을 작동시키는 워드라인(WL) 사이의 거리를 조정하여 층층이 쌓는 기술이다.
이번 QLC 9세대 V낸드는 셀의 상태 변화를 예측하여 불필요한 동작을 줄이는 '예측 프로그램 기술' 혁신을 통해 이전 세대 제품에 비해 쓰기 성능은 두 배, 데이터 읽고 쓰는 속도는 60% 향상됐다.
또한, 낸드 셀을 구동하는 전압을 낮추고 필요한 비트라인(BL)만 감지하여 전력 소모를 최소화하는 '저전력 설계 기술'을 통해 데이터 읽기, 쓰기에 필요한 전력 소비량도 각각 약 30%, 50% 감소했다.
AI 시대에는 초고속 병렬 연산을 지원하는 고대역폭 메모리(HBM)뿐만 아니라 다양한 메모리 솔루션이 필요하다.
특히 언어 모델 데이터 학습을 위해서는 방대한 데이터를 저장할 공간이 필요하며, 추론 단계에서 알고리즘이 빠르게 작동하기 위한 고성능 저장장치가 필수적이다.
삼성전자는 고성능·고용량의 QLC 9세대 V낸드가 AI 서비스의 보편화를 앞당길 수 있는 혁신적인 제품이라고 기대하고 있다.
낸드플래시는 데이터 저장의 기본 단위인 셀에 몇 개의 비트를 저장할 수 있는지에 따라 SLC(1비트), MLC(2비트), TLC(3비트), QLC(4비트) 등으로 구분됩니다. 비트 수가 증가할수록 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.
현재 데이터센터의 규모가 커지고 막대한 양의 데이터를 빠르게 처리해야 하는 요구가 증가하면서, 업계의 주류였던 TLC에서 QLC로의 전환이 가속화되고 있다.
시장조사기관 트렌드포스는 올해 낸드플래시 매출이 작년보다 77% 증가한 674억 달러에 이를 것으로 예측했다.
특히 올해 QLC가 낸드 출하량의 20%를 차지하고, 내년에는 이 비중이 크게 증가할 것으로 전망했다.
이러한 흐름에 발맞춰 삼성전자는 AI 서버용 제품을 중심으로 제품 라인업을 강화하고 있다.
중장기적으로는 온디바이스AI, 자동차 전자장비, 엣지 디바이스 등 미래 유망 분야의 제품 라인업을 확대할 계획이다.
허성회 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실 부사장은 "9세대 TLC 양산 4개월 만에 9세대 QLC V낸드 또한 양산에 성공함으로써 AI용 고성능, 고용량 SSD 시장이 요구하는 최신 제품군을 모두 갖추게 되었다"며 "최근 AI 용으로 수요가 급증하고 있는 기업용 SSD 시장에서의 선도적인 위치가 더욱 강화될 것"이라고 말했다.
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2024-09-12
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[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과
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화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다.
이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다.
이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다.
연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다.
이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다.
연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다.
실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다.
실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다.
연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다.
연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다.
한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
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2024-09-12
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마이크론, 5세대 12단 HBM3E 제품개발 완료⋯공격적인 라인증설 계획
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미국 마이크론 테크놀로지(이하 마이크론)가 5세대 HBM(HBM3E) 12단 제품 개발을 완료했다. 이에 따라 마이크론은 HBM 개발은 물론 공격적인 라인 증설까지 계획하면서 삼성전자와 SK하이닉스를 바짝 쫓게 됐다.
마이크론은 최근 자사 웹사이트를 통해 HBM3E 12단 시제품을 공급하고 있다고 공식 발표했다. 사측은 "주요 고객사에 승인(퀄) 테스트를 위한 12단 HBM3E를 출하하고 있다"고 설명했다.
마이크론은 자사의 36기가바이트(GB) HBM3E 12단 제품이 경쟁사 제품보다 뛰어나다고 자신했다. 이들은 HBM3E 12단 칩이 경쟁사의 24GB짜리 8단 HBM보다 50%나 많은 용량을 확보했지만, 전력 소모는 훨씬 적다고 소개했다.
세계 최대 파운드리 회사인 TSMC와의 협력도 공고하게 다지고 있다. TSMC 관계자는 마이크론과의 HBM3E 12단 협력에 대해 "TSMC의 패키징 공정에 마이크론의 HBM을 결합해 AI 고객사들의 혁신을 지원할 수 있을 것"이라고 평가했다.
마이크론은 SK하이닉스, 삼성전자에 이은 D램 업계 3위 회사다. 최근 AI 업계에서 화두가 되고 있는 HBM 분야에서도 후발 주자에 머문다.
하지만 마이크론의 기세는 매섭다. 연초 세계 AI 반도체 1위인 엔비디아에 HBM3E 8단 양산품을 삼성전자보다 먼저 공급하며 저력을 과시했다. 업계에서는 마이크론이 이번 HBM3E 12단 제품 역시 엔비디아의 프리미엄 AI용 칩인 B100, B200 탑재를 겨냥했을 것으로 보고 있다.
또한 마이크론은 HBM 생산능력 확대를 위한 공격적인 투자를 집행하고 있다.
D램 생산·패키징 공정이 집약돼 있는 대만 타이중 공장을 HBM 라인으로 확대한 데 이어서 낸드 생산 거점이 있는 싱가포르 공장까지 HBM 후공정 라인으로 증축하는 계획을 세운 것으로 파악된다.
마이크론은 엔비디아·AMD 등 미국의 주요 '빅테크' 기업 외에도 AI 수요가 폭증하고 있는 중국에 보급형 HBM을 공급하는 영업 전략을 세운 것으로도 전해졌다.
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2024-09-12
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미국 물가지표 CPI 5개월 연속 둔화⋯금리인하 폭 '스몰컷'에 무게
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미국의 지난달 소비자물가지수(CPI) 상승률이 5개월 연속 하락해 2% 중반까지 내려왔다.
인플레이션이 미 연방준비제도(연준∙Fed) 목표치인 2%를 향해 지속 둔화하면서 미국의 금리 인하가 확실시 된다.
로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 노동부는 11일(현지시간) 8월 CPI가 전년 동기 대비 2.5% 상승했다고 발표했다. 시장 전망치(2.5%)에 부합하는 수준이다.
7월 상승률이 2021년 3월(2.6%) 이후 3년 4개월 만에 2%대로 진입한 뒤 한 달 만에 상승폭이 또 축소됐다.
CPI는 전월 대비로는 0.3% 상승해 예상치(0.2%)와 전월 수치(0.2%)와 같았다.
변동성이 큰 에너지·식료품을 제외해 물가의 기조적인 흐름을 보여주는 근원 CPI는 전월 대비 0.3%, 전년 대비 3.2% 상승했다.
전문가 예상치는 각각 0.2%, 3.2%였는데 전월 대비 상승폭이 전망치를 상회했다. 7월에는 상승폭이 각각 0.2%, 3.2%였다.
CPI 상승률이 둔화되긴 했으나 지난달 상승분의 대부분을 차지한 주거비 오름폭이 컸다. 주거비는 전월 대비 0.5% 상승해 7월(0.4%) 대비 오름폭이 확대됐다. 전년 대비로는 5.2% 올랐다.
식료품 가격은 0.1% 상승했고 에너지 가격은 0.8% 하락했다. 중고차 가격은 0.1% 내렸고, 의류 가격은 0.3% 올랐다.
CPI가 예상에 부합하고, 근원 CPI는 시장 전망을 소폭 상회하면서 시장은 이달 금리를 0.5%포인트 인하하는 '빅컷'은 물 건너간 것으로 보고 있다.
금리 선물 시장은 현재 연준이 9월 금리를 0.25%포인트 인하할 가능성을 85%, 0.5%포인트 내릴 가능성을 15% 반영 중이다. 전날만 해도 빅컷 가능성이 34%였는데 하루 만에 19%포인트 급락했다.
월가 분석가들은 8월에 핵심 인플레이션이 예상보다 증가하긴 했지만 그럼에도 전반적으로는 인플레의 목표 궤도에 들어선 것으로 보고 있다. 따라서 앞으로는 연준이 침체가 시작된 노동시장에 더 집중할 것으로 예상했다.
전날 해리스-트럼프의 미대선후보토론 영향으로 동부표준시로 오전 일찍 수익률이 내렸던 국채 금리는 8월 CPI가 발표된 직후 빅컷 가능성이 완전히 사라졌다는 판단으로 상승세로 돌아섰다.
10년 만기 국채 수익률은 2.4베이시스포인트 오른 3.668%, 2년만기 국채 수익률은 4.9베이시스포인트 오른 3.658%를 기록했다.
클리어브리지 인베스트먼츠의 조쉬 잼너 투자 전략 분석가는 "2025년 말까지 250bp의 금리 인하를 예상한 단기 채권 시장에는 실망스러운 지표가 될 것"이라며 "덜 호의적인 이날 지표는 Fed의 다음 주 금리 정책 정상화를 막지 못하겠지만 논쟁의 틀을 바꿀 순 있다"고 분석했다.
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2024-09-12
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국제유가, 멕시코만 강타 허리케인 여파 등에 2%대 반등
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국제 유가는 11일(현지시간) 멕시코만을 타격한 허리케인 여파와 급락에 따른 매수세 유입 등에 2% 넘게 올랐다.
이날 뉴욕상업거래소(NYMEX)에서 서부텍사스산중질유(WTI) 10월물 가격은 전거래일보다 2.4%(1.56달러) 오른 배럴당 67.31달러로 마감됐다.
북해산 브렌트유 11월물은 ICE 선물거래소에서 2.1%(1.42달러) 상승한 배럴당 70.61달러로 거래됐다.
전날 급락했던 국제 유가는 허리케인 프랜신(Francine)으로 미국 정유 시설이 일부 가동이 멈췄다는 소식과 전날 급락에 따른 반발매수세 유입 등 영향으로 반등했다.
또한 이달 들어 미국과 중국의 경기전망에 대한 경계감으로 전날까지 10%이상 하락했던 국제유가는 이날 저가매수세 유입으로 매수세가 강해진 점도 국제유가를 끌어올렸다.
미국 국립 허리케인 센터에 따르면 1등급 허리케인 프랜신이 멕시코만에 상륙하면서 해당 지역의 산유 시설 중 39%가 일시 폐쇄됐다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 멕시코만은 미국 원유 생산량의 14%를 차지한다.
미국의 상업용 원유 재고 증가량이 시장 예상치를 밑돌았다는 소식도 매수 심리를 자극했다.
EIA에 따르면 지난 6일까지 일주일간 미국 상업용 원유 재고는 전주 대비 83만배럴 증가했다. 이는 시장 예상치인 90만배럴을 소폭이나마 밑도는 수치다. 미국 상업용 원유 재고는 5년 평균치를 현재 약 4% 밑돌고 있다. 그만큼 원유 수요가 강해졌다는 뜻이다.
노무라증권의 유키 타마시마 이코노미스트는 "전날 하락세가 상당했기 때문에 시장이 자율적으로 반등했다"며 "허리케인 프랜신으로 원유 공급이 중단될 수 있다는 우려도 유가를 뒷받침했다"고 분석했다.
한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 달러강세 등이 3거래인만에 소폭 하락했다. 이날 뉴욕상품거래소(COMEX)에 12월물 금가격은 7센트 내린 온스 당 2542.20달러에 마감했다.
미국 연방준비제도(연준∙Fed)의 금리인하 전망이 강해지면서 국제금값의 하락폭은 제한됐다.
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2024-09-12
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우니크레디트, 코메르츠방크 인수 재부상⋯유럽은행 재편 가능성
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이탈리아 2위 은행 우니크레디트가 11일(현지시간) 독일에서 두 번째로 큰 은행인 코메르츠방크의 지분 9%를 약 14억 유로(약 2조711억 원)에 인수했다고 밝혔다. 이에 따라 우니크레디트는 코메르츠방크의 대주주가 됐다.
로이터통신 등 외신들에 따르면 우니크레디트는 독일 정부의 지분 4.5%를 취득했고 나머지 지분은 시장에서 매입했다고 밝혔다.
매각가격은 10일 코매르츠방크 종가(12.60 유로)를 넘어선 주당 13.20 유로(14.58 달러)다. 우니크레디트가 제시한 매수조건은 다른 입찰자를 훨씬 뛰어넘는 내용인 것으로 알려졌다.
우니크레디트는 이날 성명에서 "양 은행 모든 이해관계자를 위해 가치창조의 기회를 찾을 것"이라고 말했다.
코메르츠방크는 2008년 금융 위기 당시 구제금융을 받은 후 독일 정부의 지분율이 16.5%이 됐다. 이번 지분 매각으로 우니크레디트는 지분율이 16.5%에서 12.0%로 줄어든 독일 정부에 이어 2대 주주가 됐다.
우니크레디트는 코메르츠방크 매수의사를 시사했다. 우니크레디트는 보유율이 9.9%를 넘을 가능성을 염두에 두고 필요한 신청을 독일당국에 제출할 예정이다.
KBW는 애널리스트 보고서에서 "언뜻 보면 코메르츠은행의 완전 매수는 우니크레디트에게 있어서 재무면, 전략면에서 잘 맞는다"면서 "우니크레디트도 미리 M&A 대상을 찾아왔다"고 지적했다.
블룸버그 통신은 "우니크레디트가 코메르츠방크를 인수하면 유럽 은행 지형이 재편될 수 있다"고 전망했다.
한 소식통은 로이터 통신에 우니크레이트가 필요에 따라 코메르츠방크 합병을 고려할 것이라고 말했다.
우니크레디트는 지난 2019년 독일 최대 은행 도이체방크와 코메르츠방크의 합병 협상 당시 코메르츠방크 인수를 고려했던 것으로 알려졌다.
독일 1, 2위인 두 은행 간의 합병 협상은 결국 결렬됐다.
보유 자산 기준 세계 41위, 이탈리아 국내 2위인 우니크레디트는 2005년 독일 대형 은행인 히포베레인스방크(HVB)를 인수했다.
유럽에서는 이전부터 국경을 초월한 M&A(인수합병)를 통한 은행 재편론이 있었다.
다만 독일 당국자들 사이에서는 코메르츠방크가 외국 기업에 넘어가 도이체방크에 강력한 경쟁자가 탄생하는 것을 반기지 않은 분위기가 조성됐다.
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2024-09-12
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