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• [파이낸셜 워치(153)] 강달러 어디까지 가나-엔화 달러당 160엔 돌파 관심사

  이란전쟁이 장기화되면서 강달러추세가 어디까지 진행될지 전세계 금융시장의 최대관심사로 떠오르고 있다. 22일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 6개 주요통화에 대한 달러가치를 보여주는 달러지수는 지난 20일 뉴욕외환시장에서 0.26% 오른 99.59를 기록했다. 엔저는 가속화양상을 보였다. 엔화가치는 1.0% 하락한 달러당 159.30엔으로 거래를 마쳤다. 이에 따라 23일 도쿄외환시장에서 달러당 160엔을 넘어설지 초미의 관심을 모은다. 엔화가 심리적 저항선인 달러당160엔대에 육박하면서 일본정부와 일본은행의 시장개입 가능성이 더욱 높아지고 있다고 전문가들은 점치고 있다. 유로화는 0.25% 내린 1.156150달러에 거래를 마쳤다. 영국 파운드화도 0.7% 하락한 1.333달러에 거래됐다. 강달러 추세가 지속되고 있는 것은 이란전쟁이 격화하는 가운데 장기화 우려가 제기되면서 안전자산인 달러에 매수세가 강화되고 있기 때문으로 분석된다. 지정학적 리스크가 고조되면 글로벌 투자 자금은 주식이나 신흥국 화폐 등 위험 자산에서 안전 자산으로 이동하는데 안전자산으로서 미국 달러가 부각되고 있다. 전 세계적인 달러 영향력이 과거보다 약화됐다는 분석도 나오지만 위기 시 즉각적인 현금화가 가능하다는 특성 때문에 달러수요가 폭증하면서 달러 가치가 가파르게 상승하고 있는 것이다. 미국·이스라엘과 이란간 전쟁은 더욱 격화할 것으로 우려되고 있는 상황이다. 지난 21일 도널드 트럼프 미국 대통령은 사회관계망서비스(SNS) 트루스소셜을 통해 “만약 이란이 현시점으로부터 48시간 이내에 아무런 위협 없이 호르무즈 해협을 완전히 개방하지 않는다면, 미국은 가장 큰 발전소를 시작으로 이란의 각종 발전소를 공격해 초토화할 것”이라고 이란에 경고했다. 이란도 즉각 맞불을 놨다. 이란군 대변인은 반관영 타스님통신을 통해 “이란은 이제 ‘눈에는 눈’ 원칙에서 나아가 군사 정책을 변경했다”며 “적대국의 어떠한 공격에도 더욱 심각한 결과로 대응할 것”이라고 밝혔다. 이에 따라 미국·이스라엘과 이란의 전쟁이 장기전으로 치달을 가능성을 시사한다. 중동전쟁이 장기화될 전망을 보이면서 전쟁 리스크가 결국 우리나라에도 밥상 물가를 자극할 것이라는 우려가 나오고 있다. 수입 먹거리를 중심으로 가격 압박이 가중되고 있기 때문이다.

• [국제 경제 흐름 읽기] 호르무즈 봉쇄 3주, 선물 112달러 뒤에 숨은 '실물 200달러'의 공포

  미·이스라엘의 이란 공습이 3주째에 접어든 가운데, 세계 에너지 시장이 선물(先物) 가격으로는 포착되지 않는 극심한 충격에 빠졌다. 호르무즈 해협의 사실상 폐쇄로 브렌트유 선물은 배럴당 112달러까지 올랐지만, 정유사와 항공사가 실제로 지불하는 실물 가격은 이미 200달러를 넘어서고 있다. 에너지뿐 아니라 반도체 공정에 필수적인 헬륨, 농업의 생명선인 비료, 유통기한에 민감한 필수의약품까지 공급망 전반이 도미노처럼 무너지는 양상이다. '종이 위의 유가'와 '현실의 유가' 사이, 전례 없는 간극 21일(현지시간) 블룸버그통신에 따르면, 전쟁 발발 이후 브렌트유 선물은 50% 이상 급등했으나 이는 에너지 위기의 표면에 불과하다. 선물 시장에서 벌어지는 수천억 달러 규모의 거래가 표시하는 가격과, 실제 소비자에게 전가되는 현물 가격 사이의 괴리가 사상 유례없이 벌어지고 있기 때문이다. 괴리의 핵심에는 미국의 개입이 있다. 트럼프 행정부는 전략비축유(SPR) 대규모 방출에 나서며 선물 가격을 억제하고 있고, 스콧 베선트 재무장관은 추가 방출 가능성과 함께 전쟁 상대국인 이란산 원유 제재까지 완화할 수 있다는 파격적 언급을 내놨다. 러시아산 원유에 대한 해상 제재 해제, 선물 시장 직접 개입 가능성까지 거론되는 상황이다. 그러나 칼라일그룹의 제프 커리 최고전략책임자(CSO)는 이에 대해 선물 시장이 실물 시장에서 완전히 유리(遊離)됐다고 단언했다. 실물 시장의 민낯은 수치로 드러난다. 항공유 가격이 배럴당 200달러를 돌파했고, 중동산 오만 원유는 162달러, 아랍에미리트(UAE) 무르반 원유는 145달러를 넘어섰다. 세계 최대 소비 지역인 아시아의 정유사들은 수천 마일 떨어진 곳에서 프리미엄을 얹어 원유를 긴급 확보하고 있으며, 미국산 원유 구매량은 3년 만에 최고치를 기록했다. 미국 내 휘발유 소매 가격은 갤런당 4달러에 육박하고 경유는 5달러를 돌파했다. 유럽에서는 난방유를 사재기하는 대신 최소한만 구매하고, 항공사들은 급등한 유류비를 승객에게 전가하거나 일부 노선을 취소하고 있다. 월가에서는 사태 장기화 시 유가가 2008년 사상 최고치(147.50달러)마저 넘어설 수 있다는 전망이 나온다. 골드만삭스는 호르무즈 해협을 통과하는 하루 약 1700만 배럴의 원유 흐름이 분쟁의 영향권 아래 놓였다고 추산했다. 국제에너지기구(IEA)는 이번 사태를 역대 최대 규모의 원유 공급 교란이라 규정했다. 헬륨 증발, 비료 폭등, 의약품 지연…에너지 너머의 공급망 대란 비즈니스인사이더는 전쟁의 파장이 에너지를 넘어 최소 세 가지 핵심 공급망을 뒤흔들고 있다고 보도했다. 가장 주목되는 것은 반도체 생산과 의료 영상장비에 필수적인 희귀가스 헬륨이다. 이란의 보복 공격으로 세계 LNG 교역량의 약 5분의 1을 차지하는 카타르의 라스라판 천연가스 시설이 피격됐고, 이 시설은 LNG 부산물인 헬륨의 핵심 생산거점이기도 하다. 세계 2위 헬륨 생산국인 카타르 공급이 차단되면서 글로벌 헬륨 가격은 이미 두 배로 뛰었고, 장기화될 경우 추가 25~50% 상승이 예고됐다. 특히 헬륨은 저장 중에도 자연 증발하며 약 45일 이내에 최종 사용처에 도달해야 하는 특성 때문에, 재고 비축을 통한 위기 완충이 사실상 불가능하다. AI 인프라 확충에 사활을 건 빅테크 기업들에게 이번 공급 차질은 시기적으로 최악의 타격이다. 식량 안보에도 비상이 걸렸다. 유엔은 전 세계 해상 비료 물동량의 약 3분의 1이 호르무즈 해협을 통과한다고 추산한다. 북반구 봄철 파종 시기와 겹치면서 비료 가격 폭등은 농민의 투입 비용을 직격하고 있고, 올가을 식량 수확 감소와 이에 따른 식품 인플레이션이 우려된다. 여기에 인슐린, 백신, 항암제 등 유통기한이 짧은 필수의약품 수송까지 물류 지연에 직면해 보건 안보 리스크가 커지고 있다. 비용 전가의 연쇄, '판매자 인플레이션'이 깨우는 불평등의 유령 뉴스테이츠먼에 기고한 경제학자 이사벨라 베버(매사추세츠대)와 그레고르 세미에니우크는 이번 공급 쇼크가 단순한 물가 상승에 그치지 않을 것이라 경고한다. 그들이 주목하는 메커니즘은 '판매자 인플레이션(Sellers' Inflation)'이다. 핵심 원자재가 부족해지면 가격 결정력을 가진 대기업들이 원가 상승분 이상으로 가격을 인상해 이윤을 극대화하고, 그 부담은 최종 소비자와 노동자에게 고스란히 전가된다는 논리다. 이들의 연구에 따르면, 2022년 에너지 위기 당시 석유·가스 기업들이 거둔 수천억 달러의 초과이익은 주식 보유 구조를 통해 미국 상위 1% 가구에 수 퍼센트포인트의 인플레이션을 상쇄할 만큼의 자산 증가를 안겨준 반면, 하위 50%는 그 혜택을 거의 누리지 못했다. 이번에도 같은 구도가 반복될 조짐이다. 전쟁 발발 이후 에너지 기업의 주가는 급등세를 타고 있고, 이를 투자 기회로 환영하는 시장의 분위기와 연료비 두 배 상승에 조업을 포기하는 필리핀 어민, 연료 절약을 위해 주 4일 근무를 선포한 스리랑카의 풍경은 극명한 대조를 이룬다. 더 우려스러운 시나리오는 스태그플레이션이다. 공급 부족이 장기화돼 생산 시설이 대규모로 가동을 멈추면 경기 침체가 기업 이익마저 잠식할 수 있고, 실업 증가는 임금 협상력을 떨어뜨려 노동자의 인플레이션 방어 능력을 더욱 약화시킨다. 선진국에서 가격 충격으로 나타나는 현상은 개발도상국에서는 실물 부족, 즉 에너지와 식량이 물리적으로 사라지는 위기로 전이될 수 있다. 출구 없는 터널…전쟁 4주차, 시장은 '장기전'에 베팅 전쟁이 4주차에 접어드는 현재, 이란 관리들은 호르무즈 해협 재개방 논의 자체를 꺼리고 있으며 미·이스라엘의 군사 작전 종결 기미도 보이지 않는다. RBC캐피탈마켓의 헬리마 크로프트 애널리스트는 미 행정부가 전쟁이 곧 종결될 것이라는 메시지를 시장에 전달하는 데 상당한 공을 들이고 있지만, 현장의 어떤 징후도 단기 개입을 가리키지 않는다고 분석했다. 크리스탈에너지의 크리스토프 뤼흘 글로벌 어드바이저는 해협이 열리지 않고 물리적 피해의 불확실성이 해소되지 않는 한, 미국이 가격 상승을 막기 위해 동원할 수 있는 수단은 거의 소진됐다고 평가했다. [Key Insights] 한국은 에너지 수입 의존도와 반도체 수출 비중이 모두 높은 구조적 취약성을 갖고 있어, 이번 위기의 쌍방향 충격에 가장 민감한 경제 중 하나다. 유가 110달러 돌파가 수입 물가를 끌어올리면 물가 안정을 위한 금리 인하 여력은 사실상 사라지고, 내수 회복은 더욱 멀어진다. 동시에 헬륨 공급 차질은 수출 주력 품목인 메모리 반도체 생산에 직접적인 병목을 만들 수 있다. 정부는 시장 자율 기조에서 벗어나 에너지 비상 수급 계획을 가동하고, 헬륨 등 핵심 원자재의 양자·다자 수급 협력을 선제적으로 구축해야 할 시점이다. [Summary] 이란 전쟁 3주 만에 호르무즈 해협이 사실상 봉쇄되면서 브렌트유 선물은 112달러까지 올랐으나, 항공유·중동산 원유 등 실물 가격은 이미 160~200달러를 넘어서며 선물과의 괴리가 사상 유례없이 벌어지고 있다. 에너지를 넘어 헬륨, 비료, 의약품 등 핵심 공급망이 연쇄적으로 마비되면서 AI 산업, 식량 안보, 보건 체계까지 위협받고 있다. 대기업의 비용 전가로 인한 '판매자 인플레이션'은 자산 불평등을 심화시키고 있으며, 사태 장기화 시 글로벌 스태그플레이션과 개도국의 실물 부족 위기가 현실화될 수 있다.

• [글로벌 밀리터리] 대만 첫 자산잠수함 '하이쿤' 내부 결함 논란⋯"단순 마감 실수" vs "안전 우려"

  대만 최초의 자산 건조 잠수함인 '하이쿤(海鯤·Hai Kun, 일명 나르왈)'호가 내부 마감 불량 논란에 휩싸였다. 라이칭더(賴清德) 총통의 함내 시찰 영상에서 리벳이 빠진 패널과 물 얼룩 등이 포착되자, 야당이 건조 품질에 의문을 제기하고 나선 것이다. 시공사인 대만 국제조선공사(CSBC)는 즉각 "단순한 미관상의 문제"라고 해명했지만, 이미 여러 차례 인도가 지연된 상황이라 논란은 쉽게 가라앉지 않고 있다고 대만 중앙통신사(CNA) 등 현지 언론이 21일(현지시간) 보도했다. 총통 시찰 영상이 부른 화근…리벳 누락에 '물 얼룩'까지 포착 논란의 시작은 지난 목요일 총통실이 공개한 라이칭더 총통의 하이쿤호 함상 시찰 영상이었다. 제1야당인 국민당(KMT) 소속 마원쥔(馬文君) 입법위원이 소셜미디어를 통해 영상 속 문제점들을 조목조목 짚어내며 공세에 나선 것이다. 마 위원이 지적한 주요 결함은 ▲회의 탁자 뒤편 철제 패널의 고정 리벳 3개 누락 및 표면 불균형 ▲배기 덕트 케이스의 선명한 물 얼룩 ▲총통이 직접 열려다 뻑뻑하게 걸린 침대 칸막이 커튼 등이다. 특히 마 위원은 배기 덕트의 물 얼룩을 두고 "내부 누수가 발생한 것 아니냐"는 의혹을 제기하며 함정의 전반적인 완성도에 의문을 표했다. CSBC "테스트엔 지장 없어"…국방부 "인도 시점보다 안전이 우선" 이에 대해 CSBC는 금요일 성명을 내고 "지적된 사항들은 작업 완료 후 복구 과정에서 발생한 단순한 미관상의 문제"라고 일축했다. 리벳 누락이나 얼룩 등은 성능과 직결되지 않는 '코스메틱(Cosmetic) 이슈'이며, 즉시 수정 가능하다는 입장이다. 회사 측은 하이쿤호가 현재까지 6차례의 얕은 바다 잠수 테스트를 성공적으로 마쳤으며, 향후 해상 시험도 안전과 품질 원칙에 따라 단계적으로 진행될 것이라고 강조했다. 하지만 하이쿤호를 바라보는 대만 내 시선은 그리 곱지 않다. 당초 2024년 말 인도 예정이었던 이 잠수함은 기술적 문제로 이미 여러 차례 일정이 밀린 상태다. 특히 지난 2월에는 육상 전원 공급 장치의 전압 급상승으로 인해 주요 부품이 고장 나는 사고가 발생하며 2025년 11월 계약 마감 시한도 넘겼다. 당초 올해 6월 인도를 공언했던 국방부 역시 조심스러운 입장으로 선회했다. 구리슝(顧立雄) 국방부장은 금요일 "더 이상 구체적인 인도 시점을 설정하지 않겠다"며 "모든 안전 요구 사항이 충족되는지 확인하는 데 집중할 것"이라고 밝혔다.

• [주간 월가 레이더] 멈추지 않는 중동의 포화⋯'고유가·고금리' 먹구름에 갇힌 월가

  뉴욕 증시가 중동발 전쟁의 장기화와 이에 따른 에너지 가격 폭등이라는 '이중고'에 직면하며 퇴로 없는 하락세를 이어가고 있다. 이스라엘과 이란의 충돌이 3주차에 접어든 가운데, 국제 유가가 한 달 새 40% 이상 치솟으면서 인플레이션 재점화와 경기 침체가 동시에 들이닥치는 '스테그플레이션' 공포가 시장을 집어삼켰다. 로이터와 월스트리트저널(WSJ)에 따르면, 뉴욕 증시는 주간 기준으로 S&P 500 지수가 4주 연속 하락하며 6개월 만에 최저치를 경신했다. 특히 S&P 500은 장기 추세선인 200일 이동평균선 아래로 내려앉으며 기술적 지지선마저 상실했다. 나스닥 지수 역시 지난해 10월 고점 대비 10% 가까이 빠지며 조정 국면에 진입했다. 가장 큰 복병은 '인하'에서 '인상'으로 급격히 선회 중인 금리 전망이다. 제롬 파월 연준 의장이 중동 위기에 따른 경제 예측 불가능성을 토로한 가운데, 시장은 연내 금리 인하 기대를 완전히 접고 내년 추가 인상 가능성까지 반영하기 시작했다. 이번 주 발표될 3월 구매관리자지수(PMI)는 전쟁 발발 이후 미국 경제의 실질적인 타격을 확인하는 첫 번째 '진실의 순간'이 될 전망이다. [미니해설] 120달러 육박한 유가와 4.3% 국채 금리…월가, '공포의 터널' 진입 ① 호르무즈 해협 마비와 유가의 역습 현재 월가 트레이더들이 가장 주시하는 지표는 주가 지수가 아닌 유가다. 브렌트유가 배럴당 112달러, 서부텍사스산원유(WTI)가 98달러 선에서 마감하며 에너지 가격은 통제 불능 상태로 치닫고 있다. 특히 전 세계 원유 물동량의 20%가 지나는 호르무즈 해협의 통행 마비는 공급망 전체를 마비시키는 '혈전'과도 같다. 노스스타 투자운용의 에릭 쿠비 최고투자책임자(CIO)는 "현재 유가는 금융 시장이 중동 분쟁을 어떻게 바라보는지 보여주는 가장 확실한 선행 지표"라고 분석했다. LSEG 데이터에 따르면 S&P 500 지수와 유가의 상관계수는 -0.89에 달한다. 유가가 오르면 주가는 무조건 떨어진다는 강력한 역상관계가 형성된 것이다. 이란이 '유가 200달러 시대'를 경고하며 에너지 시설을 직접 타격하기 시작하면서, 시장은 최악의 에너지 쇼크 시나리오를 가격에 반영하기 시작했다. ② '인하' 꿈 깨진 연준…워시 체제 앞두고 '매파적' 본능 불과 몇 달 전까지 시장을 지탱했던 '연내 3회 인하' 낙관론은 이제 신기루처럼 사라졌다. 지난주 연준 회의에서 파월 의장이 보여준 깊은 불확실성은 시장의 불안을 가중시켰다. 인플레이션이 다시 고개를 들면서 시장은 이제 7월 인하 가능성마저 희박하게 보고 있으며, 오히려 차기 의장으로 지명된 케빈 워시(Kevin Warsh) 체제 하에서의 추가 인상 가능성을 경계하고 있다. ING의 제임스 나이틀리 이코노미스트는 "연준은 물가 안정과 고용 극대화라는 이중 책무 사이에서 거대한 도전에 직면했다"며 현재로서는 금리 인하보다는 동결 혹은 인상을 통해 물가 기대심리를 꺾는 데 집중할 가능성이 높다고 진단했다. ③ 4.38% 국채 금리 발작과 기술적 붕괴 에너지발 물가 상승 압력은 채권 금리를 사정없이 끌어올리고 있다. 미국 10년물 국채 금리는 지난주 4.38%를 기록하며 지난해 여름 이후 최고치를 찍었다. 트루이스트의 케이트 러너 CIO는 "금리 상승은 차입 비용 증가로 경제를 둔화시킬 뿐만 아니라, 주식 대비 채권의 상대적 매력도를 높여 자금 이탈을 가속화한다"고 경고하며 4.5%를 최종 저항선으로 제시했다. 여기에 S&P 500이 200일 이동평균선 아래로 추락한 것은 심리적 마지노선이 무너졌음을 의미한다. 커먼웰스 파이낸셜 네트워크의 크리스 파시아노 전략가는 "이번 하락은 지난 4월 트럼프 대통령의 관세 발표 당시처럼 무질서하지는 않지만, 장기화될수록 미국 경제의 펀더멘털을 잠식할 것"이라고 분석했다. ④ 24일 PMI 발표…전쟁 후 첫 '성적표' 이번 주 가장 중요한 일정은 화요일(24일) 발표되는 3월 PMI 지표다. 이는 중동 전쟁 발발 이후 기업들의 심리와 활동을 보여주는 첫 번째 거시 지표다. 도이체방크 이코노미스트들은 "전쟁 이후 미국 기업들이 고유가와 불확실성에 어떻게 대응하고 있는지 보여주는 최초의 척도가 될 것"이라고 강조했다. 또한 휴스턴에서 열리는 대규모 에너지 컨퍼런스(CERAWeek)에서 글로벌 석유 메이저 경영진들이 내놓을 공급망 안정 대책과 생산 전망 역시 월가의 핵심 관전 포인트다. 한편, 한국과 일본 등 에너지 수입 의존도가 높은 아시아 국가들은 유가 급등에 따른 무역 수지 악화와 인플레이션 전이 위험에 노출되어 있어, 글로벌 자금의 이탈 속도가 빨라질 수 있다는 점도 유의해야 할 대목이다. ◇ 내주 월가 주요일정] (현지 시간 기준) 3월 23일(월): 유로존 소비자신뢰지수(예비치), 일본 노동계급 임금 협상(춘투) 결과 발표 3월 24일(화): 미국 3월 S&P 글로벌 PMI(제조/서비스), 미국 4분기 생산성 수정치, 2년물 국채 입찰 3월 25일(수): 영국 2월 소비자물가지수(CPI), 호주 2월 CPI, 미국 5년물 국채 입찰 3월 26일(목): 멕시코·남아공·노르웨이 금리 결정, 미국 주간 실업수당 청구 건수, 7년물 국채 입찰 3월 27일(금): 미국 1·2월 산업이익(중국), 미시간대 소비자심리지수(확정치), 스페인 CPI

• [글로벌 밀리터리] 美 해병대, 중동 전선 추가 급파⋯'에픽 퓨리' 지상군 투입 임계점 오나

  이란과의 전운이 짙어지는 가운데 미 해병대의 핵심 타격 전력이 중동으로 추가 급파됐다. 미 국방부 관계자에 따르면 약 2200명의 해병대원과 군함 3척으로 구성된 '해병 원정대(MEU)'가 이번 주 초 캘리포니아를 출발해 작전 지역으로 이동 중이라고 CBS 뉴스가 20일(현지시간) 보도했다. 이는 이미 서태평양에서 이동 중인 첫 번째 원정대에 이은 추가 전개로, 중동 내 미군 전력 밀도는 개전 이후 최고조에 달할 전망이다. '소형 항모'급 트리폴리함의 위용…입체적 상륙 전력 결집 이번 전력 증강의 선봉은 앞서 급파된 강습상륙함 '트리폴리함(LHA-7)'이다. 일본 사세보를 모항으로 활동하던 트리폴리함은 아메리카급 강습상륙함 중에서도 최신 사양인 '빅 덱(Big Deck)' 구조를 갖춘 함정이다. 기존 상륙함과 달리 상륙정 진수용 갑판(Well Deck)을 과감히 없애는 대신, 항공기 격납고와 유류 저장 공간을 대폭 넓혔다. 이를 통해 차세대 스텔스 전투기인 F-35B와 수직이착륙기 MV-22 오스프리의 운용 효율을 극대화해 사실상 '경항공모함'의 역할을 수행한다. 해병 원정대는 지상 전투, 공중 지원, 군수 보급이 하나로 통합된 독립 작전 단위다. 과거 베네수엘라 니콜라스 마두로 정권 축출 작전이나 카리브해 내 유조선 차단 작전 등에서 검증됐듯, 해상 기지를 거점으로 한 신속한 목표 점령에 최적화되어 있다. 캘리포니아발 두 번째 원정대까지 합류할 경우, 미군은 이란 해안선 전역에 대해 동시다발적인 상륙 및 정밀 타격 옵션을 확보하게 된다. 전사자 13명 발생…'부츠 온 더 그라운드'의 딜레마 전력 증강이 가속화됨에 따라 이란 본토에 대한 '부츠 온 더 그라운드(Boots on the ground·지상군 투입)' 여부가 국제 안보의 초미의 관심사로 떠올랐다. 현재 미군 주도의 '에픽 퓨리(Epic Fury)' 작전 수행 중 전사한 미 서비스 멤버는 총 13명에 이르는 것으로 집계됐다. 인명 피해가 누적되면서 공습 위주의 작전에서 나아가 전략적 거점을 직접 장악해야 한다는 군 내부의 목소리도 커지는 양상이다. 그러나 도널드 트럼프 대통령은 지상군 투입 가능성에 대해 일단 강하게 선을 그었다. 트럼프 대통령은 백악관 집무실에서 기자들과 만나 "어디에도 지상군을 배치하지 않을 것"이라며 "설령 그런 계획이 있다 하더라도 언론에 미리 알리는 일은 없을 것"이라고 덧붙였다. 이는 대규모 전면전으로의 확전을 경계하는 미 국내 여론을 다독이는 동시에, 적대국에게는 작전 의도를 숨기려는 특유의 '전략적 모호성'을 유지하려는 포석으로 풀이된다.

• 국제유가, 이란전쟁 여파 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향 급등세 지속

  국제유가는 20일(현지시간) 이란전쟁으로 인해 원유수급 차질 장기화 우려 등 영향으로 상승 마감했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소에서 서부텍사스산중질유(WTI) 4월물 가격은 전거래일보다 2.3%(2.18달러) 오른 배럴당 98.32달러에 마감했다. WTI 선물은 장중에는 99.67달러까지 오르며 100달러선에 육박하기도 했다. 글로벌 벤치마크인 북해산 브렌트유 5월물은 런던 ICE선물거래소에서 3.2%(3.54달러) 상승한 배럴당 112.19달러로 거래를 마쳤다. 국제유가가 급등세를 지속한 것은 미국이 중동 지역에 추가로 병력을 보내고 있다는 소식에 지정학적 긴장이 한층 고조된 때문으로 분석된다. 미국·이스라엘과 이란간 군사충돌이 계속되는 가운데 이날에는 이란이 쿠웨이트 정유소를 공격했다고 전해졌다. 에너지 수송의 요충인 호르무즈해협이 사실상 봉쇄된 상황에선 이라크는 공급책임을 면하는 ‘불가항력선언(포스 마쥬 디클러레이션·Force Majeure Declaration)’을 외국석유업체에 의해 개발된 모든 유전에 대해 내려질 것으로 전해졌다. 이날 월스트리트저널(WSJ)은 미 국방부(전쟁부)가 캘리포니아 기지에 소속된 해병대원 약 2200~2500명을 중동을 담당하는 미국 중부사령부로 이동시키고 있다고 보도했다. 미국은 앞서 일본 오키나와에 주둔한 해병대원 2200명도 중동 지역으로 급파했다. 미국이 이란에 지상군을 투입할 가능성이 제기되는 대목이다 미국 매체 악시오스는 도널드 트럼프 미국 대통령이 이란의 하르그 섬을 점령 또는 봉쇄하는 방안을 검토하고 있다고 전했다. 하르그 섬은 이란 원유 수출의 90%를 차지하는 요충지로 꼽힌다. 미국과 이란이 종전 협상하기 어려운 환경이라는 평가도 나왔다. 트럼프 대통령은 이날 이란의 지도자가 모두 사망했다며 "우리는 그들과 대화하고 싶지만 대화할 사람이 없다"고 지적했다. 블룸버그통신은 미국 관료를 인용해 "이란 고위 당국자는 미국과 이스라엘의 맹공 속에서 생존에 집중하고 있기 때문에 호르무즈 해협 재개방 문제를 논의하는 것조차 꺼리게 됐다"고 전했다. UBS의 지오바니 스타우노보 원자재 담당 애널리스트는 "호르무즈 해협을 통한 원유의 흐름이 제한된 상태로 남아 있는 한, 유가는 구조적으로 올라가기 쉬운 방향에 놓여 있다"고 분석했다. RBC캐피털 마켓츠의 애널리스트인 헬리마 크로프트는 보고서에서 "미국 행정부 당국자들은 전쟁이 곧 끝나고 공급 차질이 단기에 그칠 것이라는 메시지를 시장 참가자들에게 전달하기 위해 상당한 시간을 들여왔다"면서 "그러나 현재로서는 제한적인 충돌에 그칠 것이라는 어떠한 선호도 없다"고 평가했다. 국제에너지기구(IEA)의 파티 비롤 사무총장은 이날 파이낸셜타임스(FT)와 인터뷰에서 전쟁이 종료되고 호르무즈 해협이 개방되더라도 "일부 시설은 가동까지 6개월이 걸릴 것이고, 다른 시설들은 그보다 훨씬 더 오래 걸릴 것"이라고 진단했다. 이날 오전장에는 미국 에너지장관 등의 발언에 국제유가가 하락하기도 했다. 크리스 라이트 미국 에너지장관은 이날 아침 폭스비지니스에 출연해 “제재가 해제된다면 이란산 원유가 3~4일내에 (아시아)항구에 도착하기 시작할 것”이라고 언급했다. 전날에는 스콧 베센트 미국 재무장관이 조만간 해상에 있는 이란산 석유에 대한 제재를 해제할 가능성을 나타냈다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 달러강세와 미국 장기금리 급등세 등에 3거래일 연속 하락했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 4월물 금가격은 0.7%(30.8달러) 내린 온스당 4574.9달러에 거래를 마쳤다. 금선물은 시간외거래에서는 일시 온스당 4478달러에 거래되면서 지난 2월초 이래 최저수준을 나타냈다. 미국 10년물 국채는 이날 장중 일시 439%대를 기록하며 지난해 8월이래 최고치를 경신하기도 했다. 영국의 10년 만기 국채 금리는 이날 5.00%를 돌파하며 글로벌 금융위기 이후 가장 높은 수준을 기록했다.

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• [신소재 신기술(23)] 조약돌 활용해 초효율 에너지 저장 시스템 설계

  스웨덴 과학자들이 조약돌을 활용해 에너지 저장 효율을 향상시킨 새로운 시스템을 설계했다. 과학 전문매체 더쿨다운은 27일(현지시간) 스웨덴의 KTH 왕립 공과대학교의 연구원들은 기존의 열에너지 저장 기술에 조약돌을 추가해 개선된 시스템을 개발했다고 보도했다. 현재 최첨단 태양열 에너지 시스템에서는 장기간 에너지를 저장하기 위해 용융염을 사용한다. 용융염은 녹는점이 800.7°C 이상일 때 액체 상태가 되는 녹은 소금으로, 일반적인 조건에서는 이온성 고체다. 그러나 용융염은 사용에 있어 작동 온도의 한계와 부식성, 비료로의 사용 가능성으로 인한 추가 비용 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 반면, 조약돌은 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 재료다. KTH 연구팀은 조약돌을 사용한 시스템이 솔라스페이스(SolarPACE)에서 90% 이상의 높은 열효율을 달성하면서도 최대 800℃(화씨 1472도)까지의 열을 저장할 수 있음을 발견했다. 이는 용융염 시스템의 한계 온도인 600℃(화씨 111도)를 훨씬 초과하는 수치다. 이러한 혁신적인 발전은 태양 전지로부터 얻은 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 저장하는 과정을 더욱 간단하고, 경제적이며, 효율적으로 만들 수 있음을 의미한다. 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에서 태양이나 바람과 같은 깨끗하고 재생 가능한 에너지원으로의 전환이 진행되면서, 미래에 사용할 에너지를 효과적으로 저장하는 방법이 중대한 도전 과제 중 하나로 부상했다. 가스는 간편하게 저장하고 사용할 수 있는 것과 달리, 태양 에너지는 그렇게 단순하게 다룰 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 열에너지를 저장하는 데 액체 주석, 수소, 황과 같은 다양한 재료를 사용한 여러 시스템을 개발했다. 한편, 조약돌을 활용한 에너지 저장 시스템을 연구하는 과학자들은 이 시스템을 효율적으로 작동시키는 데 필요한 추가적인 전력 소비와 같은 도전 과제에 직면해 있다. KTH 왕립 공과대학교 에너지부의 열과 전력 부문 책임자인 라파엘 게데즈 박사는 "공기와 암석을 이용한 축방향 포장재는 본질적으로 비용이 저렴하다고 할 수 있지만, 공기를 효율적으로 순환시키고 특히 전기가 비싼 시간에 대량의 전력을 소비할 수 있다는 점이 채택에 있어 주요한 장애물 중 하나"라고 말했다. 그럼에도 게데즈 박사와 그의 연구팀은 이 시스템을 상업적으로 실행 가능한 옵션으로 만들 수 있다고 낙관하고 있다. 게데즈 박사는 "우리의 연구는 실제로 적용되고 있으며, 최종 사용자와 기술 개발자 모두 산업 이해 관계자들과 긴밀히 협력하고 있다. 궁극적으로 넷제로를 지원하고 연구와 교육 프로그램을 통해 사회에 가시적인 영향을 창출하려는 동기에 의해 주도되고 있다"고 전했다.

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  2024-03-29 16:22:17

• [신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장

  유럽에서 가장 긴 하이퍼루프 터널이 네덜란드에서 개통됐다. '하이퍼루프(Hyperloop)'는 진공 튜브 안에서 고속 이동하는 차량을 이용한 미래형 교통 시스템이다. 마치 SF 영화에서 나온 것처럼 빠르고 효율적인 이동을 가능하게 하는 것으로 기대된다. 26일(현지시간) 테크 익스플로어에 따르면 네덜란드에서 개장한 유럽 하이퍼루프 센터(European Hyperloop Center)는 하이퍼루프 기술 시험을 위한 터널로 길이 420m(미터)에 달한다. 하이퍼루프 차량은 이론적으로 저압 상태의 진공 튜브 안에서 이동한다. 이를 통해 공기 저항을 최소화해 매우 빠른 속도를 낼 수 있다. 또한 자기부상 기술을 사용해 마찰 없이 튜브 안을 이동하며, 차량 추진 방식은 전자기력, 팬, 압축 공기 등 다양한 방법이 있다. 네덜란드 북부 빈담(Veendam) 근처의 지금은 사용되지 않는 철도 센터에는 폭 약 2.5m의 상호 연결된 34개의 파이프로 구성된 길이 420m(1380피트)의 매끈한 Y자형 하이퍼루프 용 흰색 터널이 있다. 이 센터는 세계 최초로 고속 주행로 변경 시험을 위한 분기선로를 갖추고 있다. 유럽 하이퍼 루프 센터는 공기 저항을 줄이기 위해 터널 내 공기를 거의 모두 배출하고 자석을 사용해 최대 시속 1000km에 도달할 수 있는 속도로 캡슐을 추진한다. 네덜란드에 본사를 둔 하르트 하이퍼루프(Hardt Hyperloop)는 앞으로 몇 주 안에 초기 차량 테스트를 실시할 계획이다. 최초의 유인 운행은 2030년까지 가능할 것으로 예상된다. 하이퍼루프는 처음에는 공항과 도시 연결 등 5km 정도의 짧은 노선에서 운영될 계획이다. 센터 디렉터인 사샤 라메(Sascha Lamme)는 2050년까지 유럽 전역을 연결하는 1만km의 하이퍼루프 터널 네트워크가 세워질 것으로 예측했다. 그는 하이퍼루프 운항에 대해 "비행기와 비슷하지만 번거로움이 전혀 없다"면서 "우리는 확장성이 매우 뛰어난 것을 만들었다. 매우 빠르게 이동할 수 있다. 암스테르담 역에 탑승해 2시간 안에 바르셀로나와 같은 도시로 이동하는 것이 실제로 가능할 것"이라고 말했다. 하지만 과학자들은 하이퍼루프 기술 완성까지는 시간이 오래 걸리고 실제 승객 실험까지는 더 많은 시간이 필요하다고 전망했다. 지지자들에 따르면 하이퍼루프 기술은 환경 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 지상 또는 지하에 쉽게 설치할 수 있어 기존 교통망보다 낮은 인프라 설치 면적을 요구한다. 그러나 일부 전문가들은 실용성에 의문을 제기하며, 고속 캡슐 이동 시 승객이 느끼는 승차감에 대해 우려했다. 비평가들은 좁은 터널을 통해 음속에 가까운 속도로 발사되는 하이퍼루프의 승객 이동의 경험에 대해 의문을 제기했다. 반면, 개발자들은 가속도는 고속열차와 크게 다르지 않을 것이며, 쾌적한 승차감을 제공할 것이라고 말했다. 또한 하이퍼루프가 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 도시와 시골 환경 모두에서 배경과 조화를 이룬다고 주장한다. 하르트 하이퍼루프의 기술 및 엔지니어링 이사인 마리누스 반 데르 메이(Marinus Van der Meijs)는 "교통 수단으로서 하이퍼루프의 에너지 소비는 다른 것보다 훨씬 낮다"고 말했다. 한편, 기술 억만장자인 일론 머스크 스페이스X와 테슬라의 최고경영자(CEO)는 2013년 샌프란시스코와 로스앤젤레스를 연결하는 '다섯번째 교통수단(fifth mode of transport)'을 제안하는 논문을 통해 하이퍼루프를 대중에게 알렸다. 머스크는 하이퍼루프 튜브를 이용하면 LA와 샌프란시스코를 단 30분 만에 연결할 수 있다고 말했다. 이는 자동차를 타고 도로를 주행하면 최장 6시간, 비행기로 최대 1시간 걸리는 것에 비해 엄청난 시간 절약이다. 이후 세계 각국에서는 하이퍼루프 아이디어에 착안해 치열한 연구 경쟁을 펼치고 있다. 영국 사업가 리처드 브랜슨(Richard Branson)은 2020년 네바다 사막에 두 명의 승객을 500미터 떨어진 곳으로 보냈다. 그러나 이후 하이퍼루프 원(Hyperloop One)으로 바뀐 그의 버진 하이퍼루프(Virgin Hyperloop) 회사는 지난해 말 문을 닫았다. 중국은 시속 700km에 달하는 속도에 도달할 수 있는 더 긴 터널 시설을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 하이퍼루프는 시속 1200km 이상의 속도를 낼 수 있으며 서울에서 부산까지 16분 만에 갈 수 있는 것으로 추정된다. 전 세계 여러 도시에서 미래형 교통 시스템 연구 프로젝트에 수백만 달러를 투자했지만 미래 교통 시장을 바꿀 잠재력이 있는 하이퍼루프 사업은 아직 본격적으로 시작되지 않았다.

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  2024-03-28 14:08:37

• [신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발

  일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

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  2024-03-27 11:52:34

• [신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다

  미국에서 공기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수, 저장하는 건축 자재가 개발됐다. 에코뉴스는 지난 23일(현지시간) 미국의 기술 거물 빌 게이츠가 투자한 스타트업 그래파이트(Graphyte)가 대기 중 이산화탄소를 포집해서 지하에 저장하는 혁신적인 기술을 개발했다고 보도했다. 이 기술은 건설 활동으로 인한 미세먼지 발생, 수질 오염, 소음 문제 등 심각한 환경 오염 문제에 대한 해결책으로, 탄소 배출 감소를 위한 중요한 해결 방안으로 평가된다. 그래파이트는 빌 게이츠가 공동 설립한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)가 투자한 스타트업으로 2020년 설립됐다. 이 회사는 2023년 5월 약 1억5000만달러(약 2000억원)의 투자금을 유치했다. 주요 투자자로는 빌 게이츠와 브레이크스루 에너지 벤처스 외에 테마섹(Temasek) 등이 있다. 건설업계는 탄소 중립을 목표로 노력하고 있지만 지속 가능성 달성을 위한 실천 속도는 여전히 느린 편이다. 높은 비용과 업계의 보수적 태도, 환경 규제 부족 등이 지속 가능한 건설의 활성화를 저해하는 주요 요인으로 꼽히고 있다. 그래파이트의 사업 분야는 탄소 제거와 친환경 건축 자재 생산이다. 나무 찌꺼기나 쌀겨(쌀 껍질)와 같은 폐 바이오매스를 활용하는 그래파이트의 '탄소 주조(카본 캐스팅·Carbon Casting)' 공정은 이산화탄소를 흡수해 대기로 다시 배출되지 않도록 하는 탄소 농축 블록을 생산한다. 그래피아트는 "카본 캐스팅은 바이오매스에 포집된 거의 모든 탄소를 보존하고, 그 과정에서 에너지를 거의 소비하지 않으며, 수십억톤의 탄소를 제거할 수 있도록 확장할 수 있다"고 설명했다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기후 변화에 맞서는 국제적인 시도에 부합하는 탄소 제거에 대한 미래 지향적인 해결책을 제시한다. 카본 캐스트는 건설 산업 혁신에도 기여하고 있다. 그래파이트의 이러한 카본 캐스팅 기술은 2023년 'MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review)'의 50대 혁신 기술에 선정됐다. 건설 프로젝트에 탄소 저장 물질을 사용하면, 건물 자체가 탄소 중립 또는 탄소 네거티브가 되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 탄소 제거는 세계 경제의 탈탄소화를 실현하고, 배출량을 감축하는 데 필수적인 요소다. 그래파이트의 카본 캐스팅 기술은 직접 공기 포집이나 탄소 포집을 통한 바이오매스 에너지 사용과 같은 기존 방법보다 비용을 절감하며, 경제적으로 대규모 탄소 저장을 가능하게 목표를 달성할 수 있다. 이 기술은 쌀겨 등 폐식물 물질을 사용하기 때문에, 탄소 제거를 위한 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션으로 평가 받고 있다. 그래파이트의 탄소 저장 기술은 단순한 탄소 격리 외에도 추가적인 이점을 제공한다. 이 기술로 제작된 탄소 고밀도 블록은 구조적 강도와 우수한 단열을 제공해 건물의 내구성과 에너지 효율성이 향상된다. 또한 폐기물 바이오매스를 원료로 사용하면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고, 유기 물질과 관련된 기존의 폐기물 관리 문제를 해결할 수 있다. 탄소 흡수 건축 자재는 주거용 주택, 상업용 건물, 심지어 인프라 프로젝트에도 사용할 수 있어 프로젝트의 전반적인 환경 영향을 크게 줄일 수 있다. 그래파이트의 탄소를 포집하고 저장하는 건물은 자체적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라 미래의 도시가 어떻게 자급자족할 수 있는지를 보여주는 완전히 새로운 개념이라고 할 수 있다.

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  2024-03-26 14:55:51

• [신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발

  에어버스와 보잉을 포함한 항공기 제조업체들은 연료 효율 개선 등을 위해 새로운 날개 디자인을 연구하고 있다. 롭리포트는 24일(현지시간) 날개가 펄럭이는 비행기는 항공 우주보다는 애니메이션에 등장할 기술처럼 들릴지 모르지만 세계 최대 항공기 제조업체들은 넷제로를 실현하기 위해 혁신적인 방법으로 차세대 비즈니스 및 여객기를 개발하고 있다고 보도했다. 연구 목표는 항공기의 연료 효율을 획기적으로 향상시켜 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 항공 업계의 지속 가능성 목표를 실현하는 것이다. 유럽의 에어버스는 기류 저항을 극복하기 위해 모양이 변형되는 날개 디자인 등 급진적인 형태의 날개인 엑스트라 퍼포먼스 윙(Extra Performance Wing) 개발을 진행하고 있다. 반면 미국의 보잉은 NASA와 협력하여 기존보다 훨씬 길고 날씬한 날개를 받치는 트러스 구조를 사용하는 실험 항공기 X-66A 개발에 참여하고 있다. 에어버스 업넥스트 프로그램의 일부인 이 프로젝트의 기술 날개 책임자인 세바스티앙 블랑은 에어버스가 개발 중인 엑스트라 퍼포먼스 윙은 "새의 깃털을 모방해 공기역학적 흐름을 극대화하기 위해 자동으로 조정된다"고 말했다. 이 변형 날개 길이는 165피트에 이르며 내년에 세스나 시테이션 Ⅶ(Cessna Citation VII) 제트기로 시험 비행을 시작할 예정이다. 블랑은 "새처럼 능동 제어 기술을 사용해 주변 환경에 맞게 동적으로 적응한다"고 설명했다. 또한 부가적인 디자인인 접이식 윙팁을 통해 공항 게이트의 제약 조건에 맞으면서도 성능을 향상시킬 수 있다. 얇고 길쭉한 날개는 또한 보잉이 지난해 NASA의 지속 가능한 비행 시연 프로그램의 일환으로 승인한 컨셉트인 X-66A에도 중요한 부분이다. 7년에 걸쳐 11억 5000만 달러 규모의 이 프로젝트를 주도하는 보잉은 동체를 줄이고 엔진을 트랜소닉 트러스 브레이스드 윙(Transonic Truss-Braced Wing)이라는 공기 역학 트러스에 장착해 MD-90 항공기를 개조할 예정이다. 에어로플랩에 따르면 X-66은 미국이 항공 온실가스 배출 제로 목표를 달성하도록 돕는 데 초점을 맞춘 NASA의 첫 번째 실험용 비행기 프로젝트다. 지상 및 비행 시험은 2028년에 시작될 것으로 예상된다. NASA의 X-66A 프로젝트 관리자인 브렌트 코블리지는 "우리의 목표는 현재의 단일 통로 항공기를 대체할 수 있는 더 지속 가능한 비행기를 개발하는 것"이라고 말했다. 그는 또한 단일 통로 항공기는 전 세계 항공기 배출량의 거의 절반을 차지한다며 "우리는 이 프로젝트를 통해 최첨단 추진 시스템과 더 가벼운 소재를 사용하여 연료 소비를 30% 줄일 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 항공 업계가 향후 26년내에 탄소 중립을 달성하려는 목표는 비용 측면에서만도 상당한 어려움에 직면해 있다. 하지만 세계 최대 항공 우주 혁신 기업들이 독창적인 개념의 새로운 날개 설계에 나섬에 따라 다른 기업들도 곧 지속 가능 디자인을 속속 개발할 것으로 예상된다.

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  2024-03-25 18:03:57

• [신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발

  스웨덴에서 시멘트를 재충전 가능한 배터리로 전환하는 데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 쿨다운(TCD)과 ZME 사이언스는 21일(현지시간) 스웨덴 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 과학자들은 전기 전도성 섬유를 시멘트 기반 혼합물에 통합하는 방법을 발견했다며 이같이 보도했다. 찰머스 공과대학교의 연구원들은 세계에서 가장 흔한 건축 자재인 시멘트를 배터리로 전환하는 방법을 개발하고 있다. 이 혁신을 통해 콘크리트 슬래브를 배터리로 바꿀 수 있다. 이 개념은 가정과 건물에 전력을 공급하는 방식을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 생산으로 인한 전 세계 대기 오염의 약 9%를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다. 21일 ZME사이언스에 따르면 콘크리트 산업은 대기 중으로 배출되는 탄소의 최대 9%를 차지하는 거대한 탄소 배출원이다. 공해는 치매와 뇌졸중 위험 증가와 관련이 있기 때문에 시멘트 충전 배터리는 더 깨끗한 공기와 더 건강한 정신과 신체를 의미할 수 있다. 이 프로젝트에 참여한 연구원 엠마 장(Emma Zhang) 박사는 "우리는 이 기술을 통해 향후 다층 건물의 전체 구간을 기능성 콘크리트로 만들 수 있을 것이라는 비전을 가지고 있다"고 찰머스의 논문 요약에서 밝혔다. 연구팀은 전통적인 표준 시멘트 제조법에 '소량'의 전기 전도성 탄소 섬유를 추가했다. 이를 통해 콘크리트 혼합물에 전도성과 강도를 더했다. 연구팀은 또한 철과 니켈을 각각 양극과 음극으로 사용하는 '금속 코팅 탄소 섬유 메쉬'도 추가했다. 과학자들이 콘크리트 배터리를 만들려고 시도한 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 이 새로운 방법은 에너지 밀도 측면에서 엄청난 발전을 이뤘다. 질량 대비 콘크리트가 저장할 수 있는 에너지의 양은 기존 배터리만큼 많지는 않지만, 찰머스 보고서에 따르면 다른 콘크리트 배터리 개념보다 최대 10배 더 우수하다. 장 박사는 "우리가 개발한 재충전 가능한 이 특별한 아이디어는 이전에 한 번도 탐구된 적이 없다. 이제 우리는 실험실 규모의 개념 증명을 갖게 됐다"고 밝혔다. 이어 "예를 들어 태양 전지 패널과 결합하여 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서가 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 6번의 충전-방전 주기를 통해 발명품을 실행하여 콘크리트 배터리 혼합물을 완성했다. 이번 연구 결과는 '빌딩스(Buildings)' 저널에 실렸다. 시멘트 배터리는 실험실에서 테스트되었으며 작동했다. 하지만 에너지 밀도는 그다지 높지 않다. 현재는 평방미터당 7Wh(와트시), 리터당 0.8와트시에 불과하다. 이에 비해 스마트폰과 전기차에 전력을 공급하는 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 무려 250Wh/L~700Wh/L에 달한다. 상업용 배터리보다 시멘트 베터리 밀도가 훨씬 낮지만 콘크리트 건물은 거대하기 때문에 가치가 있다. 이론적으로 새 건물의 대형 콘크리트에 상당한 양의 콘크리트 배터리를저장할 수 있다. 구상되는 시멘트 배터리 애플리케이션은 LED 전원 공급부터 원격 위치의 4G 연결 제공, 심지어 콘크리트 인프라를 부식으로부터 보호하는 것까지 다양하다. 장 박사는 "예를 들어 태양전지 패널과 결합해 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서는 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 요약문에서 시멘트 배터리의 실험적 조합이 상용화되기 전에 더 많은 테스트가 필요하다는 점을 인정했다. 연구팀의 루핑 탕(Luping Tang) 교수는 "우리는 이 개념이 미래의 건축 자재가 재생 에너지원과 같은 추가 기능을 갖도록 하는 데 크게 기여할 것이라고 확신한다"고 말했다. 한편, 미국 내 전문가들은 에너지 저장 솔루션을 개발하기 위해 자체적인 콘크리트 제조법을 연구하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 시멘트, 물, 카본 블랙이라는 물질을 사용해 슈퍼커패시터(또다른 배터리로 전기 에너지를 저정하는 장치)를 만들어 집의 기초를 배터리로 전환하고 있다. 슈퍼커패시티는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 게면에서의 이온 이동이나 표면 화학 반응을 통해서 작동한다. 불과 몇 초 내의 빠른 충전과 방전이 가능하며 수십만 번의 충전과 방전 사이클을 견딜수 있는 긴 수명과 안정성 등이 특징이다. 하지망 아직 배터리만큼 높은 에너지밀도를 가지고 있지 않아 모든 뷴야에 대체할 수 없다. 이러한 발명은 미래를 위한 여러가지 잠재력을 가지고 있다. 그러나 최대 100년까지 지속될 수 있는 콘크리트 구조물의 수명에 맞춰 배터리의 수명을 연장하고 효과적인 재할용 방법을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.

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  2024-03-22 15:30:45

• [신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기

  건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.

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  2024-03-20 11:53:24

• [신소재 신기술(16)] 휴머노이드 로봇, 달리기 신기록 수립

  중국 로봇 회사 유니트리(Unitree)의 새 휴머노이드 로봇 H1이 달리기 신기록을 수립했다. '인간의 외모를 지닌 것'이라는 뜻을 가진 '휴머노이드(humanoid)'는 로봇 따위를 통틀어 이르는 말로 인간형 로봇을 의미한다. 지난 14일(현지시간) 영국 데일리 메일에 따르면 유니트리의 휴머노이드 로봇 H1 에볼루션 V3.0의 최대 속도는 11mph(초당 3.3미터)에 달한다. 이는 마라톤 경기로 따지면 2시간 23분만에 완주할 수 있는 속도다. 참고로 올림픽 남자 마라톤 신기록은 2008년 베이징 올림픽에서 케냐의 사무엘 완지루가 세운 2시간 06분 32초다. 유니트리가 최근 공개한 영상에는 H1 로봇의 주목할 만한 달리기 성능이 담겨 있다. 영상 속 H1 로봇은 넓은 공간을 가로질러 달리기 시작했다. 강력한 점프와 다양한 움직임을 보여 민첩성과 균형 감각을 과시하기도 했다. 신장 180cm에 달하는 이 거대한 로봇은 개발 중인 다른 대부분의 휴머노이드 로봇보다 크기가 돋보인다. 또한 성인 남성이 옆에서 공격해도 넘어지지 않고 걷는 속도를 유지했다. 유니트리는 영상 내에서 이 로봇의 속도가 시속 12.1km/h(3.3m/s)에 달한다고 주장했다. 유니트리 웹사이트에 따르면 H1의 최대 속도는 시속 17.7km/h(5m/s)에 도달할 수 있다. 이 속도대로라면 마라톤 경기를 2시간 23분이라는 인상적인 기록으로 완주할 수 있다. 이러한 속도는 다른 풀사이즈 휴머노이드 로봇 대비 우위를 확보한다. 파쿠르와 백 플립 기술로 유명한 보스톤 다이내믹스의 아틀라스는 최고 속도가 시속 9.7km/h (2.5m/s)에 불과하다. 뛰어난 민첩성을 자랑하는 아지리티 로보틱스의 캐시 로봇은 시속 16.1km/h (4m/s)의 속도를 보여 H1과 비슷한 수준이다. 하지만 캐시는 모터가 달린 다리 두 개만으로 구성되어 있어 풀사이즈 휴머노이드 로봇으로 분류하기는 어렵다. 유니트리에 따르면 로봇의 허리와 무릎 관절에서 생성되는 강력한 토크가 속도에 영향을 미친다. 각 무릎 관절은 360 뉴턴 미터의 토크를 생성할 수 있어 다리를 더 빠르게 앞뒤로 휘두를 수 있다. 덕분에 H1은 사람만큼 높이 뛰어오를 수도 있다. 유니트리는 웹사이트에서 "최첨단 동력계는 최고 수준의 속도, 출력, 기동성 및 유연성을 제공한다"라고 밝혔다. 이 휴머노이드 로봇 H1은 신장 1.8m, 무게 47kg으로 크기에 비해 상당히 가볍다. 반면, 보스톤 다이내믹스의 아틀라스는 신장은 1.5m에 불과하지만 무게는 89kg에 달한다. H1 로봇의 기능은 직선 달리기만 가능한 것이 아니다. 영상 속 H1은 뛰어난 협응력과 균형 감각을 필요로 하는 다양한 기술을 산보였다. 한 영상에서는 세 대의 로봇이 함께 군무를 추고, 다른 영상에서는 로봇이 넘어지지 않고 계단을 오르 내리는 모습이 나온다. 또 다른 영상에서는 H1이 개와 비슷한 다른 로봇 뒤에서 바구니를 성공적으로 집어 테이블 위에 놓는 모습도 확인할 수 있다. H1은 머리에 장착된 카메라와 라이다(LiDAR, 빛 감지 및 거리 측정) 센서의 조합 덕분에 주변 환경을 탐색할 수 있다. H1은 LiDAR를 사용해 주변 환경에 대한 정보를 구축하기 위해 지속적으로 레이저 펄스를 발사한다. 한편, 유니트리는 휴머노이드 로봇 H1의 공식적인 가격이나 출시 날짜를 아직 발표하지 않았다. 다만, 이전 영상 제목에는 '9만 달러(약 1억 2000만원) 미만의 구현된 인공지능(AI) 가격'이라고 한다. 보스톤 다이내믹스의 사족 보행 로봇 스팟(Spot)은 최저가 7만 5000달러에 시작하며, 적재 및 하역에 사용되는 스트레치(Stretch)는 대당 30만 달러(약 4억원)에서 50만 달러(약 6억 6700만원) 사이다. 일론 머스크는 테슬라의 휴머노이드 로봇 옵티머스(Potimus)의 가격을 2만 달러(약 2665만원) 이하로 유지하고 싶다고 밝힌 바 있다. 하지만 옵티머스는 아직 양산 단계에 진입하지 않았으므로 실제 가격은 아직 확정되지 않았다. 앱트로닉이 개발한 휴머노이드 로봇 아폴로(APOLLO)는 좀더 인간과 비슷한 모습이다. 아폴로는 팔과 다리, 눈이 각각 두 개이며, 키는 약 172cm(5피트 8인치)로 무게는 72.5kg이다. 25kg의 물체를 들어 올릴 수 있으며 배터리는 4시간 지속된다. 앱트로닉은 2024년 말 아폴로 출시를 목표로 하고 있으며 가격은 아직 공개되지 않았다. 2022년 골드만삭스 보고서는 휴머노이드 로봇이 2025~2028년에는 공장에서, 2030~2035년에는 가정에서 사용할 수 있을 것으로 예측했다.

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  2024-03-18 10:22:58

• [신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬

  배터리 소재 스타트업인 코어쉘(Coreshell)은 저렴한 리튬 이온 배터리 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 미국 기술전문매체 티크크런치는 15일(현지시간) 코어쉘이 야금용 실리콘을 활용한 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극으로 만든 전기차 배터리를 내년부터 양산에 들어간다 보도했다. 회사에 따르면 kWh당 최대 30% 저렴한 비용으로 비교할 수 없는 충전 성능과 안전성을 갖춘 배터리를 만들 수 있다. 야금 등급 실리콘은 고순도 실리콘보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다는 설명이다. 현재 전기자동차(EV) 보급의 가장 큰 장애물 중 하나는 비용이다. 소비자들은 현재 대부분의 전기자동차는 휘발유 차량보다 가격이 높아 구매를 망설이고 있다. 실리콘은 리튬이온배터리의 음극 단자인 양극에서 흑연을 대체할 수 있는 잠재력이 있다. 실리콘과 흑연 모두 배터리가 충전 중일 때 리튬 이온을 받아들이고 저장한다. 실리콘은 훨씬 더 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 단점이 있다. 충전할 때 양극이 부풀어 오르는 경향이 있다. 흑연 음극은 약간 부풀뿐 크게 팽창하지는 않는다. 하지만 실리콘 양극은 충전할 때 풍선처럼 부풀어 원래 크기의 몇 배까지 팽창할 수 있다. 이를 보완할 수 있는 소재가 없으면 충전과 방전을 반복하면 양극이 무너질 수 있다. 실리콘 음극 기술 개발 경쟁 이에 실리콘의 배터리 성능 향상 잠재력을 인식한 여러 스타트업은 실리콘의 팽창 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대부분의 접근 방식은 실리콘의 팽창 특성을 수용하기 위해 특수한 미세 구조를 사용한다. 이들 기업은 자체 개발 배터리를 제조하기 위해 더욱 정제되고 비용이 높은 실리콘을 사용한다. 결과적으로 실리콘 음극은 현재까지 가격 프리미엄을 보다 쉽게 흡수할 수 있는 소비자 전자 제품 및 고급 전기자동차 시장을 타겟으로 했다. 코어쉘은 이전에는 다양한 배터리 재료의 성능 저하를 늦추는 코팅 기술에 주력했지만, 현재는 실리콘 전문 기업으로 전환했다. 조나단 탄 코어쉘 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 테크크런치와의 인터뷰에서 "우리는 2년 전 야금용 실리콘 분야에서 획기적인 발전을 이루었다"라고 말했다. 그는 야금용 실리콘 코팅은 충전 및 방전 사이클을 통해 재료를 유지하는 데 도움이 되는 탄력적인 특성을 가지고 있으며 표면 저하도 방지한다고 강조했다. 탄 CEO는 "시장에 출시한 이 기술은 내년부터 상용화에 집중할 것"이라고 밝혔다. 야금 등급 실리콘, 흑연 비용의 절반 탄 CEO는 지난 14일(현지시간) 국제 배터리 세미나의 프레젠테이션에서 야금 등급 실리콘은 고순도 옵션보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다고 말했다. 코어쉘은 이번 주 금속 생산업체인 페로글로브와 야금용 실리콘 공급 계약을 체결했다. 야금용 실리콘은 전 세계 흑연 공급망을 쥐고 있는 중국을 벗어날 수 있는 지정학적 파급 효과도 있다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 전 세계 흑연 음극 공급망의 4분의 3이 중국을 통과한다. 이로 인해 배터리 제조업체와 자동차 제조업체는 곤경에 처해 있다. 미국에서 전기차에 대한 세금 공제 혜택을 받으려면 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 배터리 소재의 최소 비율을 미국산 또는 미국과 자유무역협정을 맺은 국가에서 조달해야 한다. 이 비율은 2028년에 90%까지 늘어날 예정이다. 실리콘은 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 동일한 용량의 배터리는 흑연에 비해 재료가 더 적게 들어간다. 코어쉘은 이를 감안해 미국이 수요를 충족하기에 충분한 금속 실리콘을 보유해야 한다고 추정했다. 또한 금속 실리콘은 흑연보다 가격이 저렴하기 때문에 중국산 흑연을 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극 코어쉘이 생산하는 첫 번째 제품은 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극이 될 예정이다. LFP 음극은 니켈-망간-코발트(NMC) 등 전기차에 사용되는 다른 화학 물질보다 저렴하고 안전하며, 중국 외 지역에서 쉽게 구할 수 있다. 이러한 이점에도 불구하고, 자동차 제조업체들은 NMC에 비해 에너지 밀도가 낮다는 점 때문에 LFP의 광범위한 적용을 망설여 왔다. 그러나 실리콘 음극과의 결합은 이러한 에너지 밀도의 차이를 해결할 것으로 보인다. 코어쉘은 실리콘 음극을 사용함으로써, 흑연 음극을 사용하는 기존의 NMC 배터리에 비해 LFP 배터리가 경쟁 우위를 가질 수 있다고 전망했다. 한편, 코어쉘은 기술을 확장하고 상용화해야 하는 과제가 있다. 이 과정은 쉽지 않으며, 초기 시장은 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 듄 버기 같은 e-모빌리티 분야가 될 것으로 보인다. 이와 관련해, 코어쉘은 1960년대 상징적인 듄 버기를 제작한 마이어스 맨스(Meyers Manx)와 파트너십을 체결했다. 현재는 자체적으로 재료를 생산하고 있으나, 기술을 라이선스하고 공급업체와 더 긴밀히 협력하는 방안에도 열려 있다. 이 회사는 2025년까지 파트너사에 첫 번째 샘플(A-샘플)을 제공할 계획이다. 또한 10년 내에 자사의 기술이 전기차에 탑재되기를 기대하고 있다. 경쟁 업체인 실라(Sila)와 그룹 14(Group14)도 2025년까지 상업 생산을 목표로 하고 있다. 실리콘 음극 재료는 현재 비용이 더 높지만, 대량 생산과 축적된 경험을 통해 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 자동차 제조업체들에게 이는 매력적인 옵션이 될 수 있다. 모든 배터리 혁신이 시장의 요구를 충족시키는 것은 아니지만, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 효율적으로 계속 발전하려면, 다양한 접근 방식이 필요하다. 코어쉘의 기술이 성공적으로 입증된다면, 중국에 대한 의존도를 줄이면서도 비용 효율적인 배터리 개발로 나아가는 새로운 방향을 제시할 수 있다.

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  2024-03-16 09:52:06

• [신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'

  미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.

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  2024-03-15 17:20:06

• [신소재 신기술(13)] 암치료용 새로운 AI 개발

  미국 메이요 클리닉의 연구원들이 암 치료를 위해 새로운 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다. 메디컬 익스프레스는 지난 12일(현지시간) 메이요 클리닉 연구원들은 메이요 클리닉 연구원들이 기존 AI 모델이 주로 사용하는 데이터 학습 방식을 넘어서는 '가설 기반 AI'라는 독창적인 인공지능 알고리즘을 개발했다고 보도했다. 이번 연구는 학술지 캔서(Cancers)에 게재됐다. 이 혁신적인 AI는 암과 같은 복잡한 질병의 원인을 파악하고 치료 전략을 개선하는 데 사용될 수 있는 새로운 접근 방식을 제공한다. 메이요 클리닉의 시스템 생물학 및 분자 약리학, 실험 치료학 부서에서 AI 연구를 담당하는 수석 저자이자 공동 개발자인 후 리(Hu Li) 박사는 이 AI가 과학적 질문에 답하고, 질병을 더 깊이 이해하며, 개인화된 의학을 지원하기 위해 설계된 표적 정보 기반 알고리즘이라고 밝혔다. 리 박사는 이 기술이 기존 AI에서 간과되었던 중요한 통찰을 발견할 가능성이 있다고 강조했다. 기존 AI는 주로 얼굴 인식, 임상 진단 이미지 분류와 같은 분류 및 인식 작업에 활용되어 왔으며, 사람처럼 텍스트를 생성하는 등의 생성 작업에도 점점 더 많이 쓰이고 있다. 하지만, 연구팀은 기존 학습 알고리즘이 과학적 지식이나 가설을 충분히 통합하지 못한다고 지적했다. 이는 AI가 편향되지 않은 대규모 데이터 세트에 과도하게 의존하게 만들고, 그런 데이터 세트를 구하는 것이 어려울 수도 있기 때문이다. 특히, 리 박사는 이러한 제약이 의학과 같이 새로운 지식을 발견해야 하는 분야에서 AI의 활용도와 유연성을 크게 제한한다고 밝혔다. 이는 AI 기술의 발전 방향에 대해 중요한 고려사항을 제시한다. AI는 암 연구와 같이 방대하고 복잡한 데이터 세트에서 패턴을 찾아내는 데 매우 유용한 도구다. 이러한 경우에서 기존 AI 사용의 주요 목표는 해당 데이터 세트의 정보를 최대한 활용하는 것이다. 리 박사는 기존 지식과 가설을 통합하지 못하는 것이 문제가 될 수 있다고 지적했다. 그는 "AI 모델이 연구자와 임상의의 신중한 설계 없이 결과를 도출할 수 있으며, 이런 접근 방식을 '쓰레기 속의 쓰레기' 문제라고 부른다"고 밝혔다. 그러므로, 그는 과학적 질문에 대한 안내 없이는 AI가 덜 효과적인 분석을 제공하고, 테스트 가능한 가설을 형성하며, 의학 발전에 기여할 수 있는 중요한 통찰을 놓칠 수 있다고 설명했다. 이러한 관점은 AI의 효율성과 유용성을 극대화하기 위한 설계와 개발 과정에서 고려해야 할 핵심 요소다. ‘가설 기반 AI’를 통해 연구자들은 알려진 병원성 유전자 변종과 암의 특정 유전자 간의 상호작용을 학습 알고리즘 설계에 통합하는 등 질병에 대한 이해를 통합하는 방법을 모색할 수 있다. 이를 통해 연구자와 임상의는 어떤 구성 요소가 모델 성능에 기여하는지 파악하여 해석 가능성을 높일 수 있다. 또한, 이 전략은 데이터 세트 문제를 해결하고 열린 과학적 질문에 대한 집중을 촉진할 수 있다. 메이요 클리닉의 면역학과 교수인 다니엘 빌라도(Daniel Billadeau) 박사는 "이 새로운 종류의 AI는 암과 면역 체계 간의 상호작용을 더 잘 이해할 수 있는 새로운 길을 열었으며, 의학적 가설을 테스트할 뿐만 아니라 환자가 면역 요법에 어떻게 반응할지 예측하고 설명하는 데 큰 가능성을 제시한다"고 말했다. 빌라도 박사는 이 연구의 공동 저자이자 공동 발명가이며 암 면역학에 오랫동안 관심을 가지고 연구해 왔다. 연구팀은 가설 기반 AI가 종양 분류, 환자 계층화, 암 유전자 발견, 약물 반응 예측, 종양 공간 조직 등 모든 종류의 암 연구 애플리케이션에 활용될 수 있다고 말했다. 기계 기반 추론은 과학자들이 가설 및 생물학적, 의학적 지식을 학습 알고리즘 설계에 통합함으로써 가설을 시험하고 검증하는 데 중요한 역할을 한다. 리 박사는 이러한 유형의 알고리즘 개발이 전문성과 깊은 지식을 요구하기 때문에 접근성이 제한될 수 있다는 단점을 지적했다. 그는 또한 편향의 가능성에 대해 경고하며, 연구자들이 다양한 정보를 적용할 때 이를 신중히 고려해야 한다고 조언했다. 이 방법은 일반적으로 범위가 제한적이며 모든 가능한 시나리오를 포괄하지 못할 수 있기 때문에, 예상치 못한 중요한 관계를 간과할 위험이 있다. 리 박사는 "그럼에도 불구하고 가설 기반 AI는 인간 전문가와 AI 간의 활발한 상호 작용을 촉진하여 AI가 일부 전문직 일자리를 대체할 것이라는 우려를 완화해준다"고 말했다. 이러한 상호작용은 AI의 발전과 활용에 있어 인간의 역할이 여전히 중요함을 강조한다. 가설 기반 AI는 아직 초기 단계이기 때문에 편향을 최소화하고 해석을 향상시키기 위해 어떻게 지식과 생물학적 정보를 최적으로 통합할 수 있는지와 같은 중요한 질문들이 남아 있다. 리 박사는 이러한 과제에도 불구하고 가설 기반 AI는 한 걸음 더 나아간 것이라고 평가했다. 리 박사는 이런 도전에도 불구하고, 가설 기반 AI가 의미 있는 진전을 이루었다고 평가했다. 그는 이 기술이 더 깊은 이해와 개선된 치료 방법을 가능하게 하여 의학 연구를 크게 앞당길 수 있으며, 결국 환자들에게 보다 나은 치료 옵션을 제공하는 새로운 방향을 제시할 수 있다고 말했다.

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  2024-03-15 10:38:17

• [신소재 신기술(12)] 사족보행 로봇, 파쿠르 동작과 잔해 지형 횡단 기능 습득

  주로 재난 현장이나 잔해 지역을 누비도록 설계된 사족보행 로봇이 파쿠르 동작을 습득해 주목받고 있다. 스위스 연방 공과대학교(ETH Zurich) 연구팀은 기존에 암석이 많은 도로 환경을 주로 주행하던 사족보행 로봇 애니말(ANYmal)에게 파쿠르 동작을 가르쳤다. 테크 익스플로어는 13일(현지시간) ETH 취히리 연구탐의 훈련으로 사족보행 로봇 ANYmal은 최근 인기를 끌고 있는 도시 환경의 장애물을 뛰어넘거나 빠르게 이동하는 파쿠르 동작을 수행하는 데 능숙하게 되었다고 전했다. 파쿠르는 주변 환경을 이용해 가능한 한 효율적으로 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 훈련 방법이나 스포츠를 말한다. 주로 도시의 건물, 벽, 계단 등을 활용하며, 몸의 균형, 힘, 정확성, 속도를 요구한다. 파쿠르 동작에는 점프, 구르기, 타기, 넘기 등 다양하고 유연한 움직임을 포함한다. 또한 ANYmal은 건설 현장이나 재난 발생 지역과 같은 복잡한 지형에서도 효과적으로 이동할 수 있는 능력을 갖추게 됐다. 연구 결과는 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다 연구팀은 기계공학 및 프로세스 엔지니어링학과 마르코 후터(Marco Hutter) 교수가 이끄는 두 팀으로 구성되어 있으며, 서로 다른 접근 방식을 사용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르쳤다. 기계적 한계 극복 연구팀 중 한 팀에는 평소 파쿠르 운동을 즐기는 니키타 루딘(Nikita Rudin) 박사 과정 연구원이 참여했다. 루딘 박사 학생은 "프로젝트 시작 전 많은 연구원들이 사족보행 로봇의 기술 발전은 한계에 도달했다고 생각했다. 하지만 저는 달리 생각했다. 사실 사족보행 로봇의 기계적인 측면에서 더 많은 발전 가능성이 있다고 확신했다"고 말했다. 루딘 연구원은 자신의 파쿠르 경험을 바탕으로 머신 학습을 활용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르치고 기존 기능을 한계 이상으로 뛰어넘기 위한 노력을 기울였다. 현재 ANYmal은 장애물을 뛰어넘고 다이나믹한 동작을 통해 다시 뛰어 내려올 수 있다. 이 과정에서 ANYmal은 마치 아이가 배우듯 시행착오를 통해 학습했다. 현재 ANYmal은 장애물 앞에 다다르면 카메라와 인공 신경망을 사용하여 장애물의 종류를 파악하고 이전 훈련 데이터를 기반으로 성공 가능성이 높은 동작을 수행한다. 루딘 연구원은 이러한 방식을 통해 개별적인 새로운 기술 습득에는 효과적이지만, 미리 정의된 문제 해결 이상으로 잔해가 쌓인 재난 지역과 같은 복잡한 지형을 탐색하도록 하는 데는 한계가 있다고 말했다. 신기술과 기존 기술의 융합 루딘 박사 연구원의 동료인 파비안 예넬텐(Fabian Jenelten) 박사 과정 연구원이 참여한 또 다른 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 기술과 머신 학습을 융합하는 방식을 사용했다. 이 방법은 모델 기반 제어라는 제어 공학 분야의 기존 기술을 활용해 로봇에게 정확한 동작을 가르치는 데 더 효과적이다. 예를 들어 잔해 더미 속의 틈새와 요철을 인식하고 통과하는 방법과 같은 기술을 습득시킬 수 있다. 반면, 머신 학습은 로봇이 익힌 운동 패턴을 예상치 못한 상황에 유연하게 적용할 수 있도록 돕는다. 예넬텐 박사 연구원은 "두 가지 접근 방식을 결합함으로써 ANYmal의 성능을 최대한으로 끌어올릴 수 있다"고 말했다. 연구 결과, 사족보행 로봇 ANYmal은 미끄러운 표면이나 불안정한 바위에서도 더욱 안정적으로 이동할 수 있게 됐다. ANYmal은 곧 건설 현장이나 재난 발생 지역의 붕괴된 건물 검사와 같이 사람이 접근하기 어려운 위험한 곳에도 투입될 예정이다.

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  2024-03-14 16:08:33

• [신소재 신기술(11)] AI 기반 비행 자동 조정 장치, 조종사 부족 문제 해결 '열쇠'

  인공지능(AI) 기반 자동 조종 장치가 조종사 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다는 의견이 제기됐다. 11일(현지시간) 폭스뉴스에 따르면 인공지능을 탑재한 완전 자율 비행기는 조종사 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 개발 업체인 멀린 랩스(Merlin Labs) CEO가 전망했다. 항공 산업은 조종사 수요가 전 세계적으로 증가함에 따라 심각한 조종사 부족 문제에 직면했다. 항공컨설팅 기업 올리버 와이먼(Oliver Wyman)은 2023년 보고서에서 2032년까지 상업 항공사에서만 1만2719명의 조종사가 부족할 것으로 예상했다. 미국 공군 또한 수년간 목표 조종사 인원 대비 2000명 이상의 부족을 겪고 있으며, 숙련된 조종사를 유지하기 위해 최대 60만 달러(약 7억 8500만 원)의 보너스를 제공하고 있다. 멀린 랩스의 매트 조지 최고경영자(CEO)는 폭스 뉴스와의 인터뷰에서 "하늘에서 급증하는 수요를 따라잡을 수 있을 만큼 조종사가 충분하지 않다"고 말했다. 그는 "전 세계적으로 항공 수요가 증가함에 따라 항공 시스템을 설계하고 항공 우주 시스템을 설계하기 위해 앞으로 나아가야 할 일"이라고 지적했다. 조지는 "전 세계 상업 트래픽의 양은 15년마다 두 배로 증가한다"며 "수십억 명의 새로운 소비자가 온라인에 접속하여 이틀 이내에 물건을 배송받기를 원하거나 항공 시스템에 접속하기를 원하기 때문에 우리는 하늘과 인류의 관계에 대해 다르게 생각해야 한다"고 말했다. 멀린 랩스는 개발 중인 인공지능 기반 자동 조종 장치를 통해 화물기 조종석에서 한 명의 조종사를 대체해 인력 부족 문제를 해결하고, 나머지 조종사의 업무 일부를 대신함으로써 조종사의 업무를 덜어줌으로써 안전을 유지하거나 향상시키는 것을 목표로 한다. 조지는 이렇게 하면 비행이 더 안전해질 것이라고 강조했다. 그는 회사의 시스템은 대부분 전통적인 항공 기술에 의존하며 부족한 부분을 채울 때만 AI를 사용한다고 덧붙였다. 즉, 멀린 시스템은 기존 항공 기술을 기반으로 하며, 인공지능은 부족한 부분을 보완하는 역할을 한다. 인공지능 기반 자동 조종 장치는 기존 조종사가 수행하던 항공기 운항(aviate), 항법(navigate), 통신(communicate) 등의 업무를 수행하도록 설계됐다. 이를 통해 조종사는 보다 포괄적인 임무에 집중하고 기본적인 항공 운영 기능 수행보다는 의사 결정과 같은 중요한 업무에 더 많은 노력을 기울일 수 있다. 멀린 랩스는 지난달 미국 공군의 KC-135 전략 수송기에서 자율 조종 장치 성능 일부를 시험 및 시연할 것이라고 발표했다. 또한 민간 인증 절차의 최종 단계에 대한 발표가 몇 주 안에 있을 것임을 밝혔다. 하지만 멀린 랩스는 인공지능 기반 자동 조종 장치 도입으로 인해 조종사가 완전히 사라질 것이라고 예상하지 않고 있다. 오히려 인간과 인공지능의 협업을 통한 미래 항공 운영을 제안하고 있다. 또 완전 자율 운항보다는 인간 조종사의 능력을 보완하는 방향으로 기술 개발을 추진하고 있다. 또다른 매체 테크 브리프 또한 최근 AI 부조종사는 인간의 정밀도를 더 향상시켜 더 안전한 항공 비행을 할 수 있다고 전했다. 이 매체는 미국 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)에서 개발하는 차세대 공중감시 시스템 에어 가디언(Air-Guardian)을 예로 들었다. 에어 가디언은 무인 항공기(UAV) 및 인공지능(AI) 기술을 활용하여 광범위한 지역을 지속적으로 감시하도록 설계됐다. 에어 가디언은 2023년 10월 31일 첫 비행에 성공했으며 2028년까지 실전에 배치될 예정이다.

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  2024-03-12 15:48:48

• [신소재 신기술(10)] 쓰레기 아닌 자원! 세탁 세제로 플라스틱 용기 재활용 시대 열리다

  영국에서 액체 세탁 세제로 플라스틱을 재활용하는 기술이 개발됐다. 과학 기술 전문매체 더쿨다운(TCD)은 10일(현지시간) 영국 킹스 칼리지 런던의 과학자들이 세탁 세제를 사용해 플라스틱을 분해하여 재활용할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 보도했다. 이 연구는 일회용 플라스틱의 일반적인 유형인 폴리락틱산(PLA)에 초점을 맞췄다. 킹스 칼리지 런던의 연구원들은 극한의 열을 사용하지 않고도 PLA를 분해할 방법을 찾던 중 대부분의 세탁 세제에서 흔히 발견되는 칸디다 안타르크티카 리파제 B(Candida antarctica lipase B·CALB)라는 효소를 발견하고 이를 변형해서 이온성 액체에 용해시켰다. 연구팀은 CALB 용액에 플라스틱 컵을 담근 후 24시간이 지나면 플라스틱이 완전히 녹는 것을 확인했다. 이 연구 결과는 과학 저널 셀 물리 과학 보고서(Cell Reports Physical Science)에 게재됐다. 폴리락틱산(Polylactic Acid, PLA)은 옥수수 전분과 사탕수수와 같은 식물성 자원에서 추출한 락틱산을 중합하여 만들어지는 가장 일반적인 상업용 생분해성 플라스틱이다. 그러나 일단 플라스틱으로 바뀌면 생분해되지 않고 매립지를 막거나 바다에 버려지게 된다. PLA는 석유 기반 플라스틱과 달리 식물로부터 얻어지므로 재생 가능한 자원을 사용하며, 사용 후에는 자연 조건 하에서 미생물에 의해 분해되어 이산화탄소와 물로 환원되는 특성을 갖는다. 이로 인해 환경 친화적인 대안으로 주목받으며, 일회용품, 포장재, 섬유, 의료 분야 등 다양한 용도로 사용돼 왔다. 하지만, PLA의 분해 속도는 환경 조건(온도, 습도, 미생물의 존재)에 따라 크게 달라질 수 있다. PLA는 산업적 규모의 퇴비화 시설에서는 빠르게 분해되지만, 자연 상태에서는 분해되는 데 수년이 걸릴 수 있다. 또한, PLA의 생산 과정에서 사용되는 식물 자원이 식량으로 사용될 수 있는 농작물을 사용한다는 점에서 지속 가능성에 대한 논쟁이 뜨거웠다. 연구팀은 "환경에 플라스틱 쓰레기가 쌓이는 것은 생태학적 재앙이며, 이를 해결하기 위해 다양한 접근 방식이 필요하다"고 설명했다. 인류세(Anthropocene)에 따르면 연구팀 중 한 명인 알렉스 브로건 화학과 교수는 "폴리락틱산은 제대로 재활용할 방법이 없기 때문에 선택했다"고 말했다. 브로건 교수는 "우리의 (기술) 개발로 90°C에서 40시간 이내에 플라스틱을 구성 요소로 전환할 수 있게 되었다"고 설명했다. 다음 연구 단계는 CALB 용액에 용해된 플라스틱을 재활용하기 위해 용도를 변경하는 방법을 알아내는 것이다. 브로건 교수는 "현재 엔지니어들과 협력하여 파쇄와 같은 보다 정밀한 전처리를 통해 이 공정을 개선하여 더 큰 규모로 작업할 수 있는 방법을 모색하고 있다"고 말했다. 그는 이어 "우리가 보여줘야 할 주요 개선 사항은 분해된 플라스틱으로 실제로 플라스틱을 다시 만들 수 있다는 점이며, 이를 통해 순환 고리를 끊는 것"이라고 강조했다.

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  2024-03-11 11:25:33

• [신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발

  중국 과학자들이 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구는 폐기물 활용과 리튬 이온 배터리 성능 개선이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했다. 과학기술 전문 매체 더 쿨다운은 지난 5일(현지시간) 중국 과학기술대학교 연구팀이 땅콩 껍질에서 추출한 산화철을 이용하여 리튬 이온 배터리 음극을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 전했다. 연구 결과 땅콩 껍질 기반 음극은 높은 전기 용량과 우수한 사이클 안정성을 보였다. 게다가 떵콩 껍질 기반은 기존 흑연 기반 음극보다 저렴하고 친환경적이다. 이 연구 결과는 지난해 11월 14일 에너지 저장 기술과 시스템에 관한 연구를 다루는 국제 학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 게재됐다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극(각각 양전극과 음전극) 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 작동한다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 흑연, 규소, 또는 이 둘의 복합체와 같은 탄소 기반 물질로 제조된다. 그러나 리튬 이온 배터리 연구에 종사하는 과학자들은 이러한 기존 소재보다 더 우수한 물질을 개발할 수 있다고 기대해 왔다. 땅콩 껍질 기반 음극, 높은 전기 용량 지녀 또 다른 학술지 '응용 표면 과학 언드밴스(Applied Surface Science Advances)' 저널에 게재된 「리튬 이온 전지용 음극 재료: 리뷰」라는 제목의 연구 논문에서 연구팀은 "흑연 음극은 용량이 적고 안전상의 문제가 있다는 것이 잘 알려져 있다"고 지적했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 "다음 세대 리튬 이온 전지용 새로운 음극 재료로서 많은 고성능 음극 재료들이 연구되고 있다"고 덧붙였다. 이같은 상황에서 최근 개발된 음극 재료 중 하나가 바로 땅콩 껍질을 활용한 것이다. 연구팀은 땅콩 껍질이 저렴하다는 점에서 재료로 매력적이라고 설명했다. 연구 논문에서 저자들은 "싸고 반복 성능을 개선하는 데 적합한 열분해 공정을 위한 탄소 원천으로 저렴한 원료를 찾기 위해 노력했다"고 밝혔다. 폐기되는 유기물질인 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 제조하는 것은 두 가지 문제를 동시에 해결하는 훌륭한 방법이다. 이는 배터리의 효율, 안전성 및 비용을 개선하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 식품 폐기물 문제 해결에도 기여한다. 땅콩 껍질을 이용해 배터리를 만들면 쓰레기 매립지에 폐기되어 지구 온난화 가스를 배출하는 대신 유용한 자원으로 활용될 수 있다. 연구팀은 또한 대나무, 흰목이버섯의 일종인 트레멜라(tremella), 뽕잎, 목재, 녹차 등에서 추출한 탄소 함유 물질 등을 사용해 동일한 실험을 진행했다. 감귤 껍질로 리튬 배터리 재활용 비슷한 맥락에서 또 다른 연구팀은 최근 감귤류 껍질을 이용해 리튬 배터리를 재활용하는 방법을 개발했다. 싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University·NTU) 과학자들은 감귤 껍질을 활용해 리튬 배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 새로운 방법은 과일 껍질을 이용해 사용한 배터리에서 귀금속을 추출한 다음 새 배터리에 재사용할 수 있었다. 이는 리튬 배터리를 재활용하는 가장 환경 친화적인 방법일 수도 있다. 이 연구팀의 일원인 마다비 스리니바산(Madhavi Srinivasan) 교수는 "현재 산업적으로 전자 폐기물을 재활용하는 과정은 에너지 집약적이며, 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출하므로 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 재활용 방법이 시급히 필요하다. 우리 팀은 생분해성 물질로 재활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다"며 "이러한 발견은 우리의 기존 작업을 기반으로 한다"고 설명했다. NTU 팀은 극한의 온도를 요구하지 않고 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산만을 사용하여 산업 재활용 공정과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

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  2024-03-07 10:28:11

• [신소재 신기술(8)] 치즈 부산물로 폐전자제품에서 금 캐내기⋯획기적인 친환경 기술 개발

  스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 연구팀이 치즈 제조공정 부산물로 폐전자제품에서 금을 추출하는 획기적인 친환경 기술을 개발했다. 지난 4일(현지시간) 과학 기술 전문매체 퓨처리즘에 따르면 스위스 연구팀은 식품 산업 부산물을 기반으로 하는 지속 가능한 방법으로 전자 쓰레기에서 귀금속을 추출하는 새로운 방법을 고안했다. 이 방법은 경제적으로도 매우 효과적이다. 연구팀은 단 1달러의 투자로 50달러 가치의 금을 생산할 수 있다고 추산했다. 특히 주목할 만한 점은 이 과정이 매우 친환경적이라는 것이다. 연구팀은 치즈 제조 과정에서 생성되는 단백질이 풍부한 부산물로 만들어진 단백질 섬유 스폰지가 폐전자제품에서 금을 추출하는 데 유용하게 사용될 수 있다는 사실을 발견했다. 공동 저자이자 ETH 취리히의 라파엘레 메진가(Raffaele Mezzenga) 교수는 성명에서 "제가 가장 좋아하는 사실은 식품 산업 부산물을 사용해서 전자 쓰레기에서 금을 얻었다는 것"이라면서 "이보다 더 지속 가능한 것은 없다"고 말했다. 연구팀은 저널 '어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표된 새로운 논문에서 20개의 오래된 컴퓨터 마더보드(motherboard, CPU와 주기억장치 및 주변 장치 접속을 위한 소켓을 탑재한 기판으로 메인보드라고도 함)에서 450mg(밀리그램)의 22캐럿(91.67%의 순금) 금 덩어리를 회수할 수 있었다고 밝혔다. 이를 위해 연구팀은 산성 조건과 고온에서 유청 단백질을 변성시켜 단백질 나노섬유 슬러리(slurry)를 만들었다. 그런 다음 이 젤을 건조시켜 스폰지를 제작했다. 20개의 마더보드의 금속 부품을 용해하고 용액에서 이온화한 후 스폰지를 용액에 넣어 금 이온을 끌어당겼다. 연구팀은 스펀지를 가열하여 수집된 이온을 조각낸 다음 작은 금덩어리로 녹여냈다. 이 450밀리그램 덩어리는 91% 금과 9% 구리로 구성됐다. 이 금은 현재 온스당 가격으로는 약 33달러에 해당한다. 연구팀에 따르면, 이 기술의 에너지 비용이 회수 가능한 금의 가치에 비해 매우 낮은, 50분의 1에 불과하다고 한다. 공정을 대규모로 확장할 경우 상당한 경제적 이익을 가져올 수 있다. 현재 연구진은 변형 가능한 스펀지를 제작하기 위해 다른 단백질이 풍부한 부산물도 탐색중이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전자 폐기물은 전 세계에서 가장 빠르게 증가하는 고형 폐기물 중 하나로, 매년 수백만 대의 전자 기기가 폐기되고 있다. 이러한 폐기물은 적절히 처리되지 않을 경우 환경은 물론 인간 건강에도 해로울 수 있다. ETH 취리히 대학 연구팀의 활용 사례처럼 전자 폐기물 재활용을 촉진하는 것은 환경 보호와 자원 회수 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.

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  2024-03-06 10:42:16

• [신소재 신기술(7)] 스위스 연구팀, 혁신적 사족 로봇 개발⋯최첨단 조작 작업 수행

  스위스 연구팀이 사족 로봇이 다리만을 사용하여 최첨단 조작 작업을 수행할 수 있는 컨트롤러 '페디풀레이트(Pedipulate)'를 개발했다. 크립토폴리탄은 지난 26일(현지시간) 스위스 ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 연구팀이 과학 논문 온라인 저장소 아카이브(arXiv) 서버에 발표한 연구에서 사족 로봇이 다리를 사용해 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있는 혁신적인 컨트롤러인 페디풀레이트를 개발했다고 보도했다. 페디풀레이트는 '다리를 사용하여 조작하다'라는 뜻을 가진 단어로, 사족 로봇이 다리를 사용하여 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있도록 지원하는 혁신적인 컨트롤러다. 이 개발은 로봇 공학 분야의 중요한 도약을 의미하며, 전통적인 검사 역할 외에도 유지 보수, 가정 지원 및 탐험 활동에서 다리 로봇의 활용 가능성을 보여줬다. 로봇 공학의 격차 해소 「사족 로봇의 다리 이용 조작: 페디풀레이트(Pedipulate)」라는 제목의 이 연구는 조작을 위해 추가 로봇 팔을 필요로 하는 기존의 사족 로봇 설계에 도전했다. 기존 설계는 전력 소비와 기계적 복잡성을 증가시킨다는 설명이다. 연구팀은 사족 동물을 관찰하면서 로봇의 다리를 이동과 조작에 활용함으로써 로봇 시스템을 크게 단순화하고 비용을 절감할 수 있다는 가설을 세웠다. 페디풀레이트는 특히 우주 탐사와 같이 크기와 효율성이 중요한 분야에서 유용하다. 페디풀레이트는 딥 강화 학습을 통해 훈련되며 신경망을 사용하여 발 위치 목표를 추적한다. 이는 로봇 발과 목표 지점 간의 거리를 최소화하는 동시에 갑작스러운 움직임이나 충돌과 같은 바람직하지 않은 'bewegt(베베크트, 움직임)'를 제어한다. 이 컨트롤러는 12개의 토크 제어 관절과 각 발에 힘-토크 센서가 장착된 '애니멀 D(ANYmal D)' 로봇에서 테스트되었으며, 실제 상황에서 다리 기반 조작의 실현 가능성을 입증했다. 정밀성과 적응력 평가 컨트롤러의 성능은 시뮬레이션 및 실제 환경에서 엄격하게 평가됐다. 이는 넓은 작업 공간에 도달하는 뛰어난 능력을 보여주었으며, 시뮬레이션에서 평균 추적 오차는 0.037 미터, 실제 응용 프로그램에서 근거리 목표의 경우 0.057 미터에 달했다. 이러한 정밀도를 통해 로봇은 작업별 적응 없이 문 열기부터 암석 샘플 채취까지 다양한 작업을 수행할 수 있다. 페디풀레이트의 주요 혁신 중 하나는 적응적 명령 생성을 위한 교육 과정이다. 이 방식을 통해 로봇은 삼족 보행을 사용하여 높은 곳에 위치한 먼 거리의 목표물에 접근할 수 있다. 이 접근 방식은 로봇의 이동성을 향상시키고 명령이 고정된 로컬 제어 프레임에서 정의되기 때문에 사용자에게 더 직관적인 제어 경험을 제공한다. 결과적으로 운영자는 로봇의 움직임을 보다 손쉽게 지시하고 안내할 수 있다. 척박한 외부 환경서 작동 페디풀레이트는 다양한 분야에서 사족 로봇의 활용 가능성을 열어준다. 산업 환경에서 이 로봇은 기계 검사 및 운영과 같은 유지 보수 작업을 수행할 수 있다. 또한 가정 지원을 위해 물건 가져오기, 가전 제품 열기, 가구 재배치를 수행할 수 있다. 더욱이, 험난한 지형에서 물체를 탐색하고 조작하는 능력은 지구나 다른 행성에서 탐사 임무를 수행하는 데 적합하다. 페디풀레이트 컨트롤러는 미끄러운 표면이나 예상치 못한 힘과 같은 외부 환경에 대해 강하다. 이동과 조작을 매끄럽게 통합함으로써 이 컨트롤러는 전례 없는 효율성과 안정성을 갖춘 보다 자율적이고 다재다능한 로봇 보조 도구의 길을 열었다. 로봇 공학의 미래 로봇 공학이 계속 발전함에 따라 페디풀레이트를 개발한 스위스 연구팀의 혁신은 인간 삶의 질을 향상시키는 데 있어서 기계의 성장하는 능력을 강조했다. 이는 유지 보수, 지원 및 탐색 작업에서 가능한 일의 경계를 넓히는 역할을 한다. 이 연구 결과는 로봇 공학 분야에 크게 기여하며 로봇이 우리 일상과 작업 공간에서 더욱 중요한 역할을 수행할 수 있는 미래를 엿볼 수 있게 한다. 사족 로봇의 잠재력을 보여주는 획기적인 기술인 페디풀레이트는 다양한 분야에서 인간의 삶을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다. ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 필립 암(Philip Arm), 마얀크 미탈(Mayank Mittal), 헨드릭 콜벤바흐(Hendrik Kolvenbach), 마르코 후터(Marco Hutter)가 수행한 이 작업은 오는 5월 일본에서 열리는 'IEEE 국제 로봇 및 자동화 회의(ICRA 2024 )'에서 발표될 예정이다.

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  2024-02-28 12:55:23

• [신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발

  미국 과학자들이 청정 지열에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소를 직접 회수하는 획기적인 기술을 개발했다. 지열에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 지속 가능한 에너지원 중 하나다. 지구 내부의 열은 주로 지구의 형성 과정에서 발생한 열, 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열, 그리고 마그마의 이동 등 지구 내부의 압력으로 인한 열 등이 있다. 26일(현지시간) 싱크 지오에너지에 따르면 오하이오 주립대 연구팀이 개발한 'DACCUS'라는 시스템은 회수를 위한 에너지를 지열로 충당함으로써 깨끗하고 안전하게 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다고 한다. 연구팀이 수행한 연구에 따르면 직접 공기 CO₂ 포집 기술(DACC)과 CO₂ 플룸 지열을 결합한 시스템을 개발하는 방법을 제안했다. 이들은 CO2 배출량이 거의 없이 대규모 CO2 제거가 가능한 기후 친화적인 직접 공기 CO₂ 포집, 활용 및 저장(DACCUS) 시스템을 만들 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 회수해 지하에 가두는 기술은 대량의 에너지를 필요로 하기 때문에 잘 못하면 오히려 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래할 수 있다. 사례 연구 분석 결과, 지층의 두께가 100미터 이상이며 최대 CO₂ 주입 속도가 연간 1MtCO2/유정으로 제한되는 조건에서, 5년간의 초기 활성화 기간(priming period)이 충분한 것으로 나타났다. 보다 두꺼운 지층의 경우, CO₂ 플룸의 지열 시스템 활용에 앞서, 5년 이상의 기간 동안 지질학적 CO₂를 저장해야 한다. 이산화탄소 포집-지하 저장 기술 지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 화석 연료의 연소로 인해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소다. 따라서 지구 온난화를 억제하기 위해서는 탄소 중립, 즉 탄소 배출을 줄이거나 제로(0)로 만드는 것이 중요하다. 그러나 인간의 활동에는 에너지가 필수적이기 때문에, 이산화탄소 배출을 완전히 제로로 줄이는 것은 현실적으로 어려운 과제다. 이 문제에 대한 창의적인 접근 방법 중 하나는 배출된 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장하는 기술, 즉 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술이다. 이 기술은 대기 중으로의 이산화탄소 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 기존의 CCS 기술은 이산화탄소 포집 효율이 낮아, 실제로는 예상과 다르게 이산화탄소 배출을 증가시킬 수 있는 역효과를 낳을 가능성이 있다. 지열에너지를 활용하면 이산화탄소를 포집하면서 동시에 발전을 진행할 수 있다. 오하이오 주립대 연구팀은 이 점에 착안해 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술에 지열 에너지를 통합하여 운영하는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이들이 도입한 시스템은 'DACCUS'(직접 공기 중 이산화탄소 포집 및 활용 저장)로, 대기 중에서 직접 이산화탄소를 분리해내고 이를 지하에 저장하는 동시에, 지열을 활용해 이 과정에 필요한 에너지를 충당한다. 지열은 지속가능하고 청정한 에너지원으로, DACCUS 시스템은 이를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 지하에 안전하게 저장한다. 이 과정에서 포집된 이산화탄소는 지하의 지열을 활용하여 지표면으로 열을 전달하는 데 사용한다. DACCUS의 혁신적인 장점은 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에서 그치지 않고, 이를 활용하여 지열 발전을 촉진하고 발전 과정에서 에너지를 생산한다는 점이다. 이로 인해 지속 가능한 에너지 생산과 온실가스 감축이라는 이중의 이점을 동시에 달성할 수 있다. 멕시코만서 실증 실험 연구팀은 이 획기적인 시스템의 가능성을 증명하기 위해 지열이 풍부한 미국 멕시코만 지역에서 실증 실험을 진행하고 있다. 연구팀에 따르면, 멕시코만 연안에는 석탄 및 천연가스 발전 시설과 같은 CO₂의 점 공급원이 존재하며, 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지질과 DACCUS를 가동하기에 충분한 지열이 있다. 이 시스템을 설치하면 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 2050년까지 멕시코만 연안의 한 지층에 25개의 DACCUS 시스템을 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 이 획기적인 기술의 가능성을 보여줄 수 있다. 그러나, 현재 DACCUS 시스템의 구축에는 몇 가지 도과제가 있다. DACCUS 기술을 효과적으로 활용하기 위해서는 초기 5년간 공장 등의 이산화탄소 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 저장하는 과정이 필수적이다. 이 과정은 마치 펌프에 물을 채워야 물이 나오는 마중물과 같아서, 초기 단계에서 필요한 '프라이밍' 작업으로 볼 수 있으며, 이 단계를 완료해야만 대기 중 이산화탄소의 포집이 가능해진다. 2025년까지 DACCUS 기술을 적용할 수 있다면, 실제로 대기에서 이산화탄소를 제거하기 시작하는 시점은 2030년경이 될 것으로 예상된다. 마르티나 레베니와 제프리 M. 비엘리키의 이번 연구 전체 논문은 '환경 연구 편지 저널(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.

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  2024-02-27 14:15:58

• [신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발

  캘리포니아 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 상온 수소 저장 솔루션을 개발했다. 세계 각지에서 전 세계 수소 생산 능력 확대를 위한 투자가 이루어지고 있다. 특히 탄소 배출 없는 재생 에너지 사용을 통해 생산되는 녹색 수소에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수소 활용의 주요한 어려움 중 하나는 저장 과정에 있다. 수소는 기체 또는 액체 상태로 저장할 수 있으며, 기존 저장 방법에는 많은 문제점들이 있다. 미국 과학 기술 전문매체 오일프라이스는 지난 24일(현지시간) 캘리포니아 스타트업 H2MOF가 AI와 첨단 연구를 활용하여 효율적인 상온 수소 저장 솔루션을 개발함으로써 다양한 산업에 혁신을 불러일으키고 있다고 전했다. 대표적인 수소 저장 기술 수소 저장 기술의 발전은 수소 및 연료전지 기술의 발전에 필수적이다. 수소는 모든 연료 중에서 질량당 에너지 밀도가 가장 높지만, 이를 연료나 가스로서 효율적으로 활용하기 위해서는 고도의 저장 기술이 요구된다. 먼저 압축 수소 저장은 현재 가장 널리 사용되는 수소 저장 방식 중 하나다. 이 방식은 수소를 높은 압력에서 저장하는 방법으로, 주로 수소 연료 전지 차량에 적용되고 있다. 액체 수소 저장 기술은 수소를 극저온에서 액화하여 저장하는 방식이다. 이 기술은 높은 에너지 밀도를 가지며 우주항공 분야 등에서 활용된다. 고체 수소 저장 기술은 금속 수소화물, 화학 수소 저장 매체 등을 활용하여 수소를 고체 형태로 저장하는 방법이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 수소를 저장할 수 있어 안전성이 높고, 수소 탱크의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 미국에서는 수소 및 연료전지 기술 사무소(HFTO)가 바이든 행정부의 2022 인플레이션 감축법(IRA)으로부터 자금을 지원 받아 수소 저장 시스템 기술 발전을 위한 연구 개발 활동을 진행하고 있다. 현재까지 수소 저장 기술 개발은 다양한 도전으로 인해 진전이 더디게 이루어지고 있다. 수소 저장 기술의 중요성 수소 연료 셀 기술 발전을 위해서는 효과적인 수소 저장 기술 개발이 필수적이다. 수소는 단위 질량당 가장 높은 에너지를 가지고 있지만, 에너지 손실 없이 연료를 효과적으로 활용하기 위해서는 첨단 저장 기술이 필요하다. 앞서 밝혔듯이 수소는 기체 또는 액체로 저장할 수 있다. 기체 상태에서는 고압 탱크에 저장할 수 있고, 액체 상태에서는 기체로 다시 끓는 것을 방지하기 위해 극저온(약 -252.8°C)에 저장할 수 있다. 또한 흡수 과정을 통해 고체 물질에 저장할 수도 있다. 그러나 실제 사용을 위한 수소 저장과 관련된 몇 가지 과제가 있다. 예를 들어, 현재 수소를 사용하는 운송수단은 장거리 이동에 필요한 대량의 압축 연료를 저장할 수 없다. 또한 현재의 저장 기술은 매우 비효율적이어서 이 과정에서 많은 양의 에너지가 손실된다. 상온 수소 저장 기술 2021년 설립된 캘리포니아의 스타트업 H2MOF는 이러한 문제를 해결한 상온 수소 저장이라는 혁신적인 수소 저장 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 고압 또는 저온을 사용하지 않고 압축 상태의 수소를 저온에서 안정적으로 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 상용화에 성공한다면 차량 연료 공급 등 다양한 분야에서 수소를 실온 보관할 수 있게 된다. H2MOF는 인공지능과 컴퓨터 생성 모델을 활용하여 연구 속도를 가속화했다. 이 회사는 수소를 녹색 전환의 핵심 기술로 보고 있으며, 전기와 달리 수소는 산업 운영, 조리 및 난방과 같은 분야에서 연료로 사용될 수 있다고 강조했다. 또한 실온 저장 수소는 대용량 전지를 필요로 하는 선박이나 항공기와 같은 대형 운송 수단의 전기 동력 대체에도 사용될 것으로 기대된다. H2MOF 기술은 친환경 에너지원으로서 수소 활용을 확대하고 탄소 배출 감소에 기여할 것으로 보인다. 또한, 수소 연료 셀 자동차 보급을 촉진하고 새로운 에너지 시장을 창출할 수 있다. 그러나 H2MOF만이 유일한 수소 저장 혁신 사례는 아니다. 2023년 네덜란드의 에인트호벤 공과대학 학생 그룹은 철 펠렛(작은 철구)을 이용한 수소 저장 방법을 제안했다. 연구팀은 이를 실현하기 위해 스팀 다리미 공정을 개발했다. 이 방법은 수소와 철 산화물을 생성하는 증기 철 공정을 기반으로 한다. 생성된 철 산화물은 다시 수소와 결합하여 철로 재생되고, 이 과정을 통해 수소를 반복적으로 저장 및 방출할 수 있다. 현재 수소 저장 기술은 아직 초기 개발 단계에 있으며, 실제 산업 규모로 적용하기 위한 과제들이 남아 있다. 하지만 전 세계적인 투자 및 연구 개발 활동을 통해 수소 활용의 장애물을 극복하고 미래 에너지 전환에 기여할 것으로 기대된다. 2016년 노벨 화학상 수상자이자 H2MOF의 공동 설립자인 프레이저 스토다트는 상온 수소 저장 기술에 대해 "내가 아는 한 수소 생산은 이미 해결된 문제"라고 말했다. 그는 "수소를 생산할 수 있는 효율적인 방법은 충분히 많다. 남은 큰 과제는 저압과 상온에서 많은 양을 저장하는 방식으로 수소를 저장하는 것이다"라면서 "어떤 식으로든 우리는 당연히 거기에 도달할 것이라고 확신한다"라고 말했다.

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  • 신소재 신기술

  2024-02-26 14:35:33

• [신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동

  리튬 금속 음극을 채용해 -25℃부터 120℃까지 작동하는 전고체 전지가 개발됐다. 일본의 기술 전문 매체 EE타임스는 지난 19일(현지 시간) 덴소와 큐슈대학교 연구진이 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬(Li) 금속에 대한 안정성을 갖춘 '고체 전해질'을 개발했다고 보도했다. 덴소는 일본의 대표적인 자동차 부품 전문 기업으로 자동차 전자 제어 시스템, 엔진 관련 부품, 내연기관, 하이브리드 및 전기차용 시스템, 자율 주행 기술, 정보 및 통신 기술 등 다양한 분야에서 기술을 보유하고 있다. 또한, 덴소는 에어컨 시스템, 차량 내부 및 외부 조명, 제동 시스템 등과 같은 자동차 주변 시스템도 제조한다. 연구팀은 리튬 금속 음극을 사용하여 제작한 전고체 전지가 -25℃~120℃까지의 광범위한 온도 범위에서 작동하는 것을 확인했다. 재료 간 연속적으로 일어나는 상호 반응으로 인해 저온에서 소결이 진행된다. 리튬 음극 전고체 배터리의 경우 '소결'은 전기화학적인 과정을 의미한다. 리튬 음극 전고체 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 이온의 이동을 통해 전기 에너지를 저장하고 방출하는 전지를 말한다. 소결은 이 배터리의 전극(음극) 부분을 제작하는 과정 중 하나다. 리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 그래핀, 석탄 블랙 또는 다른 탄소 기반 물질로 만들어진다. 소결 과정은 이러한 물질을 압력과 온도를 가하여 밀착시키고, 전해질과 함께 전지 구조에 통합시키는 것을 말한다. 이러한 과정은 음극의 전기적 특성을 최적화하고, 전지의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요하다. 소결은 전지의 제조과정에서 핵심 단계 중 하나이며, 배터리의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 소결 과정은 배터리 제조 과정에서 특히 중요한 부분이다. 덴소의 임진대 연구원(당시 규슈대학교 대학원 종합이공학부 박사과정 3년)과 규슈대학교 대학원 종합이공학연구원의 와타나베 켄 조교수, 시마노에 켄고 교수 등으로 구성된 연구팀은 2024년 2월, 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬 금속에 대한 안정성을 겸비한 '고체 전해질'을 개발했다고 발표했다. 산화물 전해질을 사용한 전지는 발화 등이 없어 안전성이 높다. 하지만 재료 간 접합을 위해서는 1000℃ 이상의 고온에서 소결해야 한다. 연구팀은 이때 전극재와 전해질재가 반응하는 등 배터리화가 어려웠다고 전했다. 연구팀은 지금까지 전해질 소재인 'Li7La3Zr2O12(LLZ)에 저융점 소결 보조제를 나노 수준으로 복합화해 750℃에서 소결을 실현했다. 그러나 소결 보조제를 첨가하기 때문에 음극 재료인 리튬 금속에 대한 안정성이 현저하게 떨어졌다. 이번 연구에서는 새로운 소결 메커니즘을 활용해 안전성 문제를 해결했다. 연구팀은 열분석과 미세구조 분석 결과, 'Li-Sb-O 산화물' 및 'Li-B-O 산화물'이라는 두 종류의 소결 보조제와 'CO₂'가 연속적으로 상호 반응하는 것을 확인했다. 이를 통해 (Li-)-B-O 산화물은 용융 상태를 유지하며 저온에서 소결이 진행됨을 확인했다. 이 소결 메커니즘을 활용하면 Bi를 포함한 재료 조성을 사용하지 않고도 저온 소결이 가능하다. 또한, Sb를 포함한 조성으로 변경할 수 있어 Li 금속에 대한 안정성이 높은 고체 전해질을 개발하는데 성공했다. 이온전도도는 3.1×10-4S/cm를 달성했다. 'Bi'는 화학 원소 기호로 비스무트(Bismuth)를 나타낸다. 비스무트는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 주로 광산에서 추출된다. 비스무트는 주변환경에서 자연적으로 발견되며, 비스무트의 화합물은 농업, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 아울러 비스무트는 낮은 독성을 가지고 있어서 의료용 약물로 사용되는 경우가 많다. 또한, Bi는 납의 대체재로서 전자기 기기에 사용되기도 한다. 그러나 높은 가격과 기술적인 제한으로 인해 사용이 제한될 수도 있다. Sb는 화학 원소 기호로 안티모니(Antimony)를 말한다. 안티모니는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 자연적으로 화학적으로 비동정된 형태로 발견된다. 안티모니와 그 화합물은 여러 산업 분야에서 사용되며, 특히 화학, 전자, 의료, 화장품 산업에서 사용되는 경우가 많다. 안티모니의 화합물은 화장품, 화학 처리, 납의 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 용도로 사용된다. 또한, 안티모니는 반도체 산업에서 사용되는 반도체 소재의 일부이며, 화합물로서는 일부 의약품에서도 쓰인다. 그러나 안티모니와 그 화합물은 높은 독성을 가지고 있어서 적절한 관리가 필요하다. 연구팀은 개발된 소재를 이용해 제작한 전고체전지의 특성을 평가했다. 그 결과, 상온 환경에서 60회 충전·방전 후 용량 유지율은 98.6%로 나타났다. 전고체 배터리 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 이 기술은 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템 등의 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 전고체 기술은 전통적인 액체 전해질 전지에 비해 안전성이 뛰어나며 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시키는 잠재력이 있다.

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  2024-02-21 14:23:12