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2024-11-22 (금)

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소에서 조류독감 바이러스 발견…우유 마셔도 안전한가?

걸쭉하게 변색된 미국 유제품이 소에서 처음으로 확인된 조류인플루엔자(조류독감) 발병에 기인한 것으로 밝혀졌다. 미국 농무부의 공식 성명에 따르면, 텍사스와 캔자스에 소재한 4개의 낙농장에서 소들이 고병원성 조류인플루엔자(HPAI) 양성 반응을 보였다고 사이언스 온라인판이 전했다. 뉴멕시코 주에서도 사례가 확인되었지만, 낙농장이나 감염된 젖소의 개체 수는 밝혀지지 않았다. 조사 분석 학자 등 전문가들은 저온살균되기 전 여러 우유 샘플에서 HPAI 바이러스의 흔적을 발견했으며, 해당 우유가 비정상적인 것이 명백한 만큼 시장에는 출시되지 않을 것이라고 말했다. 일리노이대학교 어바나샴페인 캠퍼스의 수의사이자 인플루엔자 연구자인 짐 로우(Jim Lowe) 교수는 뉴욕타임스에서 오염된 우유가 시럽처럼 걸쭉해 보인다고 말했다. 다만 전문가들은 이 유제품의 경우 저온살균을 하면 소비자를 바이러스로부터 보호할 수 있다고 말한다. 이번 HPAI 감염은 실험실 실험을 통해 '소가 실제로 조류독감에 감염되기 쉽다'는 사실이 밝혀진 지 15년이 지난 후에 발생한 것이다. 이 연구는 1997년 아시아에서 야생 조류, 가금류, 심지어 인간까지 치명적인 감염을 일으킨 신종조류독감(H5N1)의 발생으로 촉발됐다. 2005년 돼지감염이 발견되었지만, 수년 동안 소와 같은 반추동물(되새김질 동물)도 감염될 수 있는지 여부는 확인되지 않았다. 1990년대 후반부터 과학자들은 조류 독감이 인간 또는 소와 같은 동물에게 전염될 수 있다는 가설을 세웠지만 명확한 증거는 부족했다. 영국의 병든 소에서 인간 신종인플루엔자(H1N1) 계통에 대한 항체가 증가한 사례는 보고됐다. 1999년의 한 연구에서는 우유 생산량이 감소한 젖소가 인플루엔자 감염 징후를 보였다는 증거가 나왔다. 그러나 이번 미국 낙농장에서 확산된 전염병은 지금까지와는 다르다는 지적이다. 현재까지 약 4개의 낙농 농장의 약 10%가 이 영향을 받았다. 일부 농부들이 자신의 사유지에서 죽은 야생 새를 발견했는데, 이는 그 원인이 이동하는 조류에서 나온 것임을 암시한다. 지금까지 조류독감 바이러스로 죽은 소는 거의 없었지만, 감염으로 인해 우유 생산량이 최대 40%까지 급격히 감소하며, 이 현상은 1주일에서 10일 동안 지속된다. 텍사스 농무부(TDA)는 바이러스 확산을 주의 깊게 모니터링하고 있다고 밝혔다. 시드 밀러 국장은 "대중에게 위협이 되지 않으며 우유 공급 부족도 없을 것"이라고 밝혔다. 그는 "오염된 우유는 유통되지 않고 모두 폐기됐다. 드물지만 영향을 받은 우유 중 일부가 시판될 경우도 있지만 저온살균 과정을 통해 바이러스가 죽을 것"이라고 밝혔다. 미국농무부(USDA)에 따르면 저온살균법은 우유에서 인플루엔자와 같은 박테리아와 바이러스를 비활성화시키는 것으로 입증됐다. 과학자들은 바이러스의 게놈 서열을 분석해 소의 전염 과정을 분석하고있다. 미네소타주에 있는 소수의 염소가 H5N1 양성 반응을 보여 미국에서 조류 독감에 걸린 최초의 국내 반추동물이 되었다. 주 수의사인 브라이언 호프스(Brian Hoefs)는 미국 수의사(American Veterinary)에 발표한 성명에서 "이번 발견은 봄철 이주가 가금류에게 높은 위험 전염 기간이지만, 농장의 다른 동물을 감염시킬 가능성 때문에 중요하다"고 말했다. 다만 "다행히 현재까지의 연구에 따르면 포유류는 최종 숙주인 것으로 나타났다. 이는 고병원성 HPAI를 더 이상 퍼뜨릴 가능성이 없다는 것을 의미한다"는 설명이다. 미국 가금류에서 조류독감이 지속적으로 발생하기 시작한 2022년부터 관계자들은 여우, 너구리, 주머니쥐, 스컹크, 물개, 표범, 곰, 퓨마, 살쾡이 등 포유류에서 고병원성 HPAI 발병 사례가 200건 이상 발생했다고 기록했다. 이제 이 목록에 소와 염소가 추가됐다. 밀러 국장은 "감염된 가금류와 달리 젖소는 폐사할 필요가 없으며 소는 완전히 회복될 것으로 예상된다. 텍사스 농무부는 낙농 산업을 확실히 지원하기 위해 최선을 다하고 있다"고 밝혔다.
- 생활경제
2024-04-01
매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인

매립지에 쌓이는 쓰레기는 단지 눈에 거슬리는 존재를 넘어선다. 지구를 온난화시키는 엄청난 양의 메탄가스를 배출하는 기후의 악몽이기도 하다. 미국 전역 수백 곳의 매립지에서 메탄 오염을 측정한 새로운 연구에 따르면, 문제가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 심각하다고 사이언스 온라인판이 전했다. 이 소식은 CNN 등 주요 매체에도 비중 있게 보도됐다. 과학자들은 2018~2022년까지 18개 주에 걸쳐 200개 이상의 매립지를 항공 조사했다. 이는 미국 매립지에 대한 측정 조사 중 최대 규모이다. 사이언스 저널에 발표된 연구에 따르면, 조사 결과 평균 메탄 배출량이 공식적으로 보고된 것보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 눈에 보이지 않고 냄새가 없는 가스인 메탄은 이산화탄소에 비해 대기중에 머무는 시간이 짧지만 80배 이상의 온난화 효과를 지니며, 다양한 부문에서 생산된다. 그 중 가장 큰 부문은 석유, 가스, 농업이다. 매립지는 잘 알려지지 않은 메탄 발생원인이지만, 전 세계 메탄 배출량의 약 20%를 차지해 큰 영향을 미친다. 매립지는 음식물 쓰레기, 종이, 목재 등의 유기 폐기물을 산소 없이 분해하면서 메탄을 생성하는 박테리아가 살기에 완벽한 환경을 조성한다. 미국의 대부분의 매립지는 연방 정부에서 휴대용 센서를 사용한 보행 조사를 통해 1년에 4회 메탄 배출량을 측정하도록 규정하고 있다. 연구에 따르면 보행자들은 가파른 경사면이나 쓰레기가 자주 버려지는 곳 등 안전하지 않은 지역을 피하는 경향이 있기 때문에 조사의 정확성을 기하기 어렵고 결과도 다르다. 연구를 담당한 비영리 기관 카본매퍼(Carbon Mapper)의 과학자인 다니엘 커스워스(Daniel Cusworth)는 "보행에 의한 측정은 정확하지 않고 단지 메탄 발생의 핫스팟을 감지하는 것일 뿐”이라고 지적한다. 따라서 매립지 메탄 배출량 추정은 직접 측정보다는 모델을 기반으로 하는 경향이 있으며 이는 데이터에 격차가 있음을 의미한다. 보고서는 항공기, 드론, 위성 등의 원격 감지를 사용하는 고급 모니터링 시스템이 보다 정확하고 포괄적인 상황을 제공할 수 있다고 주장한다. 과학자들은 공중 영상 분광계를 사용하여 측정한 매립지의 52%에서 대량의 메탄 방생을 발견했다. 보고서는 이는 석유 및 가스 부문에 대해 수행된 항공 연구의 메탄 검출 비율을 훨씬 초과한다고 지적한다. 분석 결과는 환경보호국의 온실가스 보고 프로그램(GHGRP)과 같은 현재의 보고 시스템에 메탄 발생원이 대거 누락되어 있음을 보여준다고 연구팀은 지적했다. 보고서는 매립지의 평균 메탄 배출량은 GHGRP에 보고된 것보다 1.4배 더 높았다고 밝혔다. 또한 매립지 메탄 배출이 일반적으로 석유 및 가스 생산으로 인한 배출보다 훨씬 지속적이며 60%가 수개월, 심지어 수년 동안 지속된다는 사실도 발견했다. 스탠포드대학의 환경과학 교수 롭 잭슨(Rob Jackson)은 CNN과의 인터뷰에서 매립지가 ‘슈퍼 메탄 방출자’라며 "항공 데이터는 우리가 수십 년 동안 지적해 왔던 사실을 입증한다"고 말했다. 매립 문제가 조만간 사라질 것 같지는 않다. 커스워스는 “화석연료에 의존하지 않는 미래에도 인간이 버리는 폐기물은 계속 발생할 가능성이 높다. 더 깨끗한 연료로 전환하더라도 우리는 여전히 폐기물 관리 문제를 다룰 것”이라고 말했다. 과학자들은 메탄의 급격한 감소가 기후 변화를 늦추는 가장 효과적인 방법 중 하나라고 말한다. 그러나 미국의 대부분의 메탄 정책은 석유 및 가스 산업을 대상으로 한다. 커스워스는 "기후 목표를 달성하려면 석유와 가스만으로는 메탄 배출량을 줄일 수 없으며, 매립지는 석유나 가스와 마찬가지로 주목을 받아야 한다"라고 주장했다.
- IT/바이오
2024-04-01
[신소재 신기술(25)] 이스라엘 스타트업, 염분 토양서 자라는 작물 개발

이스라엘 농업기술 스타트업 살리크롭(SaliCrop)이 염분 토양에서 자라는 토마토와 벼 등 작물을 개발했다. · 염분이 가득한 토양은 전 세계적으로 20억 에이커 이상에 영향을 미쳐 작물 수확량을 감소시키고 있다. 20억 에이커는 한국 면적의 약 80.8배에 해당하는 크기로, 세계에서 두 번째로 큰 나라인 캐나다의 국토 면적과 유사하다. 비즈니스 인사이더는 지난 3월 30일 이스라엘의 한 연구소에서는 실험실에서 해수를 이용하여 토마토, 알팔파, 양파, 쌀 등 농작물을 재배하는 연구를 진행하고 있다고 보도했다. 이 농작물들은 GMO(유전자 변형 생물체)가 아니며, 식물 분자생물학자이자 살리크롭의 공동 설립자인 리샤 고드볼레(Ṛcā Godbole)의 아이디어로 개발됐다. 살리크롭은 지난 4년 동안 스페인 남부에서 혹독한 가뭄으로 인해 작물이 효율적으로 자라지 못하는 심각한 염화(토양의 염분 농도가 상승하는 현상)가 발생한 토양에서 토마토 씨앗 강화 기술을 테스트해왔다. 살리크롭의 최고경영자 카미트 오론은 자사의 씨앗을 사용한 스페인 토마토 농부들은 작물 수확량이 10%에서 17%로 증가했으며 헥타르당 1600달러(약 215만원)의 추가 수익을 올렸다고 말했다. 스페인은 심각한 염화 문제를 겪고 있는 전 세계 많은 지역 중 하나다. 수년간 지속된 관개, 지구 온난화, 해수면 상승으로 인해 전 세계 관개 농지의 20~50%가 너무 염분이 많아 효과적으로 작물을 재배하기 어렵다. 이로 인해 전 세계 경제는 매년 약 270억 달러(약 36조 2907억원)의 농작물 손실을 입고 있는 것으로 추산된다. 한편, 유엔은 2050년까지 세계 인구가 약 100억 명에 달할 것으로 예상하고 있다. 오론 CEO는 "어떻게 하면 황페화된 토지에서 더 많은 식량을 재배할 수 있을까? 이것이 살리크롭 설립의 주요 질문이자 동기였다"고 말했다. 고드볼레는 농업 기술자인 샤론 데비르(Sharon Devir)와 함께 기후 변화로 빠르게 변화하는 세토양 등으로 어려움에 직면한 전 세계의 농부들을 돕고 잠재적으로 수십억 명의 사람들의 기아를 방지하기 위한 목표로 살리 크롭을 설립했다. 염분 토양서 토마토 재배 성공 살리크롭의 과학자들은 염분이 더 높은 토양과 뜨거운 온도와 같은 변화하는 환경에서도 자랄 수 있는 회복력 있는 강한 작물을 개발하고 있다. 염분은 모든 토양에서 자연적으로 발생하지만, 너무 많은 염분은 식물이 물과 영양소를 흡수하는 것을 어렵게 만들어 성장이 둔화되고 작물 수확량이 감소하며 궁극적으로 세계 식량 생산을 위협할 수 있다. 전 세계적으로 15억 명 이상의 사람들이 작물을 효과적으로 재배하기에는 너무 오염된 토양에서 살고 있다. 지구 온난화로 인해 상황은 악화될 것으로 예상된다. 인도에서는 이미 44%의 토지가 염분이 많고, 연구원들은 2050년까지 인도의 50%가 염화의 영향을 받을 것으로 추정하고 있다. 전 세계적으로 더 높은 평균 기온은 토양의 증발을 가속화해 특히 건조한 지역에서 토양 내의 염분을 농축시킨다. 예를 들면 일본 도쿄의 경우 3월 31일 기온이 28.1℃까지 올라가 3월 중 가장 높은 기온을 기록했다. 일본기상청에 따르면 이날 한때 도쿄 도심은 28.1도까지 올라가 3월 기온으로는 1876년 시작된 관측 통계 이후 최고치였다. 정전 3월 중 최고 기온은 2013년 3월 10일의 25.3도였다. 또한 해수면 상승으로 인한 홍수는 또한 해안 농지에 특히 위협을 초래한다. 왜냐하면 토양과 지하수에 더 많은 염분을 퇴적시키기 때문이다. 부적절한 관개 관행, 예를 들어 불충분한 물 사용, 염분이 많은 물 사용 및 적절한 배수 유지하지 않기 때문에 염분이 많은 토양이 발생할 수도 있다. 살리크롭은 스페인을 비롯해 이탈리아, 그리스, 모로코, 세네갈, 인도, 케냐, 미국 등 다양한 국가에서 옥수수, 콩, 밀, 쌀, 토마토 등 다양한 작물에 대한 기술을 테스트했다. 회사는 이 기술이 작물 손실을 최대 50% 줄일 수 있다고 주장했다. 이 회사는 2025년까지 100만에이커(4046km²)의 농지에서 자사의 기술을 사용할 계획이다. 일부 비평가들은 살리크롭의 기술이 아직 초기 단계로 장기적인 효과와 안정성이 검증되지 않았다고 지적했다. 또한 GMO기술에 대한 우려도 재기했다. 한편, 스타벅스는 지난해 10월 기후변화의 영향을 견딜 수 있는 여섯 가지 새로운 커피 씨앗을 개발했다고 밝혔다. 커피도 바나나나 다른 많은 농작물처럼, 질병을 비롯해 가뭄 등 극심한 기후 위기로 위협받고 있다. 스타벅스가 개발한 아라비카 씨앗은 잎 녹병에 저항력을 갖는 것으로 시험 결과 더 짧은 기간에 더 많은 수확량을 얻는 것으로 나타났다.
- 포커스온
2024-04-01
[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.
- 포커스온
2024-03-29
[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.
- 포커스온
2024-03-28
미세 플라스틱, 세포 분열 중에 딸세포로 전달

미세 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다는 충격적인 사실이 밝혀졌다. 케미스트리월드닷컴 뉴스는 지난 25일(현지시간) 오스트리아와 독일 연구진의 새로운 연구에 따르면 위암 세포가 흡수한 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다고 보도했다. 또한 0.25μm(마이크로미터) 크기의 미세 플라스틱 입자는 세포의 이동 속도를 증가시키고 암세포의 전이 촉진 효과가 있는 것으로 추정된다. 0.25μm는 초미세먼지의 기준이다. 이 프로젝트를 공동 주도한 비엔나 의과대학의 병리학자 루카스 케너(Lukas Kenner) 박사는 "세포가 플라스틱을 흡수할 뿐만 아니라 세포 분열 후에도 플라스틱이 남아 있다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 연구진은 4개의 위장암 세포주를 0.25, 1, 10μm의 다양한 농도의 폴리스티렌 입자에 노출시켰다. 위장관은 마이크로 및 나노 플라스틱에 매일 노출되는 주요 진입점 중 하나이기 때문에 이 세포들을 연구한 것. 연구팀의 분석에 따르면 0.25μm와 1μm의 작은 입자는 모든 세포주에서 흡수된 반면, 큰 입자는 세포층에 부착되지 않고 세포 주변에만 분포되어 있어 더 큰 미세 플라스틱이 세포에 덜 해로울 수 있다는 이전 연구 결과에 무게를 실어줬다. 연구팀은 또한 나노 플라스틱이 세포 과정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지도 조사했다. 미세 플라스틱이 몸 전체에 퍼져 세포를 손상시킬 수 있다는 사실은 널리 알려져 있지만, 과학자들은 아직 그 메커니즘을 완전히 이해하지 못하고 있다. 의학자 푸야 욘템(Fulya Yöntem)은 "지금 우리는 그(미세 플라스틱) 영향을 보고 있고, 그 끝을 보고 있지만, 어떻게 그것이 거기에 도달하는지는 알지 못한다"라고 말했다. 케너의 연구팀은 폴리스티렌 입자가 세포 이동에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 세포 전이는 (암 세포)전이의 첫 단계이므로 케너는 이러한 플라스틱이 암 세포의 공격성에 영향을 미칠 수 있는지 알아보려고 했다. 연구팀은 0.25μm 입자가 나노 플라스틱에 노출되지 않은 세포에 비해 세포 이동 속도를 증가시킨다는 사실을 발견했다. 플라스틱이 세포 골격의 변화를 유도하고 이러한 변화가 세포 이동에 영향을 미칠 수 있다는 것이 연구팀의 이론이다. 또한 연구팀은 세포 분열 과정에서 나노 플라스틱 입자가 모세포와 딸세포 사이에 분포하는 것을 확인했다. 연구팀은 플라스틱 입자가 세포 분열을 가속화하고 모세포에서 딸 세포로 전달되기 때문에 이러한 플라스틱이 (암세포) 전이 촉진 효과를 가질 수 있다고 말했다. 이 아이디어는 암세포가 증식에 도움이 되는 물질을 보유하는 경향이 있다는 관찰에서 비롯됐다. 케너 박사는 "종양 세포는 항상 복제를 원하고 더 악성화되기를 원한다"라고 설명했다. 그는 "따라서 세포 내에 유지되는 모든 물질은 이론적으로는 이를 달성하는 데 도움이 된다"고 부연했다. 미국 빙엄턴 대학교의 유체-고체 인터페이스 전문가인 신 용(Xin Yong)은 이 연구가 귀중한 모델을 제공하지만 미세 플라스틱이 실험실 외부의 생물학적 세포와 어떻게 상호작용하는지에 대한 완전한 그림을 제공하지는 못한다고 지적했다. 그는 "이 결과는 매우 중요함에도 불구하고 이번 연구는 플라스틱의 주요 특성을 나타내지 않는 상업적으로 이용 가능한 폴리스티렌 나노 및 마이크로 플라스틱에 국한되어 있다"고 말했다. 환경 속의 마이크로 플라스틱과 나노 플라스틱은 플라스틱 물체가 분해되어 형성되거나 산업 제품에서 직접 방출된다. 신 용은 "결과적으로 이러한 입자는 매우 불규칙한 모양을 가지고 있으며, 연구자들은 이러한 다양한 형태가 플라스틱이 세포와 상호 작용하는 방식에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 한다"고 설명했다. 그는 "우리는 이제 겨우 표면을 긁었을 뿐이다"라면서 "폴리스티렌은 다양한 입자 중 하나일 뿐이다. 실제 세계에서는 한 입자뿐만 아니라 여러 입자의 영향을 동시에 받는다"라고 지적했다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 건강에 미치는 영향에 대한 욘템의 새로운 메타 분석에서도 미세 플라스틱에 대한 연구는 특정 유형의 플라스틱에만 집중하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 욘템은 플라스틱 종류와 플라스틱 농도 측면에서 실제 환경을 더 잘 모방하는 실험이 시급히 필요하다고 설명했다. 그녀는 "연구자들은 일상적인 플라스틱 병에서 나오는 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 사용해 연구를 시작해야 한다"고 말했다. 참고 자료: 브린작-슈라이버 외, 화학, 2024, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141463 F D 옌템과 M A 아바브, 캠브리지 프리즘: 플라스틱, 2024, DOI: 10.1017/plc.2024.6
- 생활경제
2024-03-27
[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.
- 포커스온
2024-03-27
손소독제 등 가정용 화학용품, 자폐증 유발 가능성 제기

손소독제나 세탁 세제 등 개인 위생용품과 가구에서 발견되는 화학물질을 포함한 특정 가정용 화학물질은 뇌 건강에 위험을 초래해 잠재적으로 다발성 경화증과 자폐증을 유발할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 25일(현지시간) 뉴로사이언스뉴스닷컴에 따르면 미국 오하이오주의 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 연구팀은 1800가지 화학물질을 조사한 결과 가구에서 헤어 제품에 이르기까지 다양한 품목에서 발견되는 일반 가정용 화학물질이 다발성 경화증과 자폐 스펙트럼 장애와 관련이 있을 수 있다고 주장했다. 연구팀은 일부 가정용 화학물질이 신경 세포 보호에 필수적인 역할을 하는 뇌의 희소돌기아교세포(올리고덴드로세포·oligodendrocytes)를 손상시킨다는 사실을 규명했다. 생쥐 실험에서 세 가지 4차 화합물 중 하나를 경구 투여한 새끼는 며칠 후 뇌 조직에서 해당 화학 물질이 검출 가능한 수준으로 나타났다. 이는 해당 화합물이 혈류와 뇌 세포 사이의 보호 요새인 혈액 뇌 장벽을 통과할 수 있음을 시사한다. 신경학적 문제는 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치지만 유전적 요인만으로 설명할 수 있는 경우는 극히 일부에 불과하다. 이는 알려지지 않은 환경적 요인이 신경 질환의 중요한 원인임을 나타낸다. 이 연구의 수석 연구자인 폴 테사르(Paul Tesar) 도널드 앤드 루스 웨버 굿맨 혁신 치료학 교수 겸 의과대학 신경교과학연구소 소장은 "희소돌기아교세포의 손실은 다발성 경화증 및 기타 신경 질환의 기초가 된다"고 말했다. 테사르 소장은 "이번 연구는 소비자 제품의 특정 화학물질이 희소돌기아교세포에 직접적으로 해를 끼칠 수 있으며, 이는 이전에는 인식되지 않았던 신경 질환의 위험 요인이라는 것을 보여준다"고 설명했다. 1800가지 화학물질 분석 연구팀은 '화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 철저한 연구가 충분히 이루어지지 않았다'는 전제하에 인간에게 노출될 수 있는 1800여 가지 화학물질을 분석했다. 연구 결과 유기인산계 난연제와 소독제 성분의 제4급 암모늄 화합물 등 두 종류의 가정용 화학물질이 희소돌기아교세포에 더욱 유해한 것으로 밝혀졌다. 유기인산 난연제는 플라스틱의 내연소성을 높이기 위해 추가하는 첨가제다. 특히 제4 암모늄 화합물은 최근 코로나19 대유행과 함께 소독제 사용량 증가로 인해 노출 가능성이 급격히 높아졌다. 연구팀은 이들 화학물질이 희소돌기아교세포의 성숙을 저해하거나 직접 세포 사멸을 유발한다는 사실을 규명했다. 희소돌기아교세포는 뇌 신경 세포를 보호하는 절연막 생성에 중요한 역할을 하는 세포다. 연구팀은 실험실에서 세포 및 오가노이드 시스템을 사용해 제4급 암모늄 화합물이 희소돌기아교세포를 사멸시키는 반면 유기인산염 난연제는 희돌기아교세포의 성숙을 막는다는 것을 보여줬다. 코로나19 후 손소독제 등 사용증가 또한 연구팀은 동일한 화학물질이 생쥐의 발달 중인 뇌에서 희돌기아교세포를 어떻게 손상시키는지 확인했다. 아울러 화학물질 중 하나에 대한 노출이 어린이들의 신경학적 결과 저하와 관련있다는 사실도 밝혀냈다. 소독제인 제4급 암모늄 화합물의 사용이 증가하면서 특히 어린이의 신경학적 결과와 연관된 맥락에서 뇌에 미치는 장기적인 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학 의료 과학자 훈련 프로그램의 수석 저자이자 대학원생인 에린 콘(Erin Cohn)은 "우리는 다른 뇌 세포가 아닌 희소돌기아교세포가 제4급 암모늄 화합물과 유기인산염 난연제에 놀랍도록 취약하다는 사실을 발견했다"고 말했다. 콘 연구원은 "이러한 화학 물질에 대한 인간의 노출을 이해하면 일부 신경계 질환이 어떻게 발생하는지에 대한 누락된 연결 고리를 설명하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다. 연구에서 콘과 동료 연구팀은 2013년부터 2018년까지 미국 CDC의 국민건강영양조사에서 수집한 어린이 소변 샘플에서 한 가지 난연제 대사산물인 BDCIPP의 수순을 연구해 난연제 수치를 분석했다. 3~11세 어린이 1763명 중 거의 모두의 소변에서 BDCIPP가 발견됐다. 가장 높은 수준의 사람들은 노출이 낮은 사람들보다 운동 기능 장애나 교육 지원 요구 사항과 같은 부정적인 신경 발달 결과를 경험할 가능성이 2배, 6배 더 높았다. 그러나 관찰 데이터는 직접적인 원인이 아닌 연관성을 가리킬 뿐이다. 이 연구처럼 대부분의 데이터가 동물과 세포에서 나온 것이기 때문에 이러한 화학물질이 인간에게 미치는 영향에 대한 이해에는 여전히 큰 차이가 있다. 연구팀은 그렇기 때문에 특히 어린이를 대상으로 이러한 화합물이 건강에 미치는 영향을 지속적으로 조사해야 한다고 주장했다. 이들은 "발달 중인 중추신경계는 환경에 특히 민감하며, 화학물질 노출이 중요한 발달 시기에 발생하면 어린이에게 특히 해로울 수 있다"고 말했다. 전문가, 추가 조사 필요성 강조 한편, 전문가들은 이러한 화학물질에 대한 인체 노출과 뇌 건강에 미치는 영향 사이의 연관성에 대해서는 추가 조사가 필요하다고 경고했다. 이 획기적인 연구는 이러한 화학물질이 신경계 질환에 미치는 영향에 대한 추가 조사의 필요성을 시사하며 공중 보건을 위해 보다 엄격한 조사와 규제가 필요하다는 점을 강조한다. 향후 연구에서는 성인과 어린이의 뇌에서 화학물질 수준을 추적하여 질병을 유발하거나 악화시키는 데 필요한 노출의 양과 기간 등을 밝혀내야 한다. 테사르 소장은 "우리의 연구 결과는 이러한 일반적인 가정용 화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 보다 포괄적인 조사가 필요하다는 것을 시사한다"고 말했다. 그는 "우리의 연구가 화학물질 노출을 최소화하고 인간의 건강을 보호하기 위한 규제 조치 또는 행동 개입에 관한 정보에 입각한 결정에 기여할 수 있기를 바란다"고 말했다. 이번 연구는 뇌 질환 발생에 미치는 환경적 요인의 중요성을 다시 한 번 확인시켜주며, 신경 질환 예방을 위한 화학물질 규제 및 사용 제한 필요성을 제안한다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학과 미국 환경보호청의 벤자민 클레이튼, 마유르 마다반, 크리스틴 리, 사라 야콥, 유리 페도로프, 마리사 스카부조, 케이티 폴 프리드먼, 티모시 셰퍼 등이 이 연구에 추가로 참여했다. 이번 연구 결과는 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-03-26
돼지 신장, 사상 최초로 인간에게 이식…장기 부족 문제 해결 돌파구?

미국 보스턴의 의사들이 유전자 변형 돼지 신장을 살아 있는 인간 환자에게 최초로 이식했다. 라이브 사이언스는 21일(현지시간) 매사추세츠의 리처드 슬레이먼(62·남성)은 최초로 돼지 신장을 이식한 사람이 됐다며 이같이 보도했다. 과학자들은 이식 수술에 사용할 수 있는 인간 장기의 심각한 부족 문제를 해결하기 위한 방법으로 유전자 조작 돼지를 개발해 왔다. 최근 몇 년 동안 이러한 돼지 장기를 이용한 여러 개념 증명 실험이 이루어졌다. 그중 하나는 뇌사 장기 기증자의 신체에 신장을 연결하고 다른 하나는 뇌사 환자에게 이중 신장 이식을 시행하는 실험이었다. 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장을 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 매사추세츠 종합병원의 외과의사들은 지난 3월 16일 처음으로 돼지 신장을 살아있는 인간 환자에게 이식해 의료계의 이정표를 세웠다. 병원 성명에 따르면 리처드 슬레이먼은 이날 4시간에 걸친 수술 후 잘 회복하고 있으며 곧 매사추세츠 종합병원에서 퇴원할 예정이라고 한다. 62세 미국 남성, 돼지 신장 첫이식 슬레이먼은 성명에서 "이식이 저를 도울 뿐만 아니라 생존을 위해 이식이 필요한 수천 명의 사람들에게 희망을 줄 수 있는 방법이라고 생각했다"고 말했다. 매사추세츠주 웨이머스 출신의 슬레이먼은 2형 당뇨병과 고혈압 병력이 있으며, 2018년 신장 이식을 받기 전 7년 동안 투석을 받아왔다. 하지만 5년 후 이식된 장기에 장애 징후가 나타났다. 슬레이먼은 2023년에 투석을 다시 시작했고, 이로 인해 정기적인 병원 방문이 필요한 심각한 합병증이 발생했다. 슬레이먼은 돼지 신장을 이식받을 수 있는 기회가 생겼고, 의사와 수술의 잠재적 위험성에 대해 논의한 후 수술에 동의했다. 매스 제너럴의 신장내과 부과장이자 환자의 주치의인 윈프레드 윌리엄스 박사는 뉴욕 타임스에 "그는 사람의 신장을 받기 위해 5~6년을 기다려야 했을 것이다"라면서 아마도 살아남을 수 없었을 것이라고 말했다. e제네시스, 유전자 편집 돼지 신장 제공 인간과 호환되는 인공 장기를 개발하는 생명공학 회사인 e제네시스(eGenesis)에서 신장을 제공했다. 이 회사는 유명한 유전자 편집 시스템인 CRISPR(크리스퍼)을 사용해 돼지의 유전자를 조작한다. 연구팀은 사람에게 적합한 장기를 만들기 위해 돼지에서 인간 면역 체계가 공격하는 탄수화물 또는 당을 만드는 데 관여하는 세 가지 유전자를 잘라냈다. 또한 이식 거부 반응으로 이어질 수 있는 면역 관련 도미노 효과를 방지하는 데 도움이 되는 7개의 인간 유전자를 추가했다. e제네시스는 마지막으로 돼지 게놈에서 인간에게 해를 끼칠 수 있는 내인성 레트로바이러스라고 하는 바이러스 DNA 조각을 비활성화했다고 설명했다. CNN은 과학자들은 돼지 DNA에서 모두 69개의 유전자를 편집했다고 전했다. 이식 절차의 일환으로 슬레이먼은 장기 거부 반응을 예방하기 위해 두 가지 항체 기반 치료와 면역 억제 약물을 투여받았다. 이번 시술의 성공으로 향후 이러한 이식이 보편화될 수 있을 것이라는 기대감을 높이고 있다. 매스 제너럴의 신장 이식 의료 책임자인 레오나르도 리엘라 박사는 워싱턴 포스트와의 인터뷰에서 "우리의 희망은 투석이 더 이상 필요하지 않게 되는 것"이라고 말했다. 윌리엄스는 병원 성명에서 슬레이먼의 수술은 "극심한 기증 장기 부족과 기타 시스템 기반 장벽으로 인해 소수 민족 환자들이 신장이식 기회에 불평등하게 접근하는 우리 분야의 가장 난해한 문제 중 하나를 해결하는 데 잠재적인 돌파구를 제시한다"고 덧붙였다. 그는 "이러한 기술 발전으로 인한 풍부한 장기 공급은 건강 형평성을 달성하고 신부전에 대한 최상의 해결책인, 잘 기능하는 신장을 필요로 하는 모든 환자에게 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 원숭이, 돼지신장 이식 후 2년 이상 생존 한편, 지난해 10월 돼지의 신장을 이식 받은 원숭이가 2년 이상 생존했다는 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 수정된 게놈을 가진 여러 소형 돼지의 신장을 시노몰구스 원숭이에 이식해 거부 반응을 줄일 수 있는지 실험했다. 연구팀은 수정된 유전자를 가진 돼지를 성체로 키운 후, 15마리 돼지의 신장을 원숭이에게 이식했다. 거부 반응을 방지하기 위해 모든 원숭이에게 면역 억제제를 복용했다. 실험 결과 유전자를 수정하지 않은 돼지 신장을 이식받은 원숭이들은 대부분 2개월 미만 생존했다. 유전자를 수정한 돼지 신장을 이식받은 원숭이 중 9마리는 2개월 이상 생존했다. 특히 5마리는 1년 이상, 그리고 1마리는 2년 동안 생존했다. 메릴랜드 의과 대학의 무하마드 모히우딘(Muhammad Mohiuddin) 연구원은 학술지 '네이처(Nature)'에 여러 연구 기관이 연합해서 진행한 해당 실험 연구 결과를 게재했다.
- IT/바이오
2024-03-23
[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.
- 포커스온
2024-03-22
목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km

미국 천문학자들이 목성의 얼음 위성인 유로파의 얼음 지각 두께가 최소 20km(킬로미터)에 달한다고 밝혔다. 행성 과학자들은 최근 충돌 크레이터(분화구) 이미지와 물리 법칙을 이용해 유로파의 얼음 두께를 측정했다. 유로파는 얼음 지각으로 둘러싸인 지구의 두 배에 달하는 바닷물이 있는 암석의 위성이다. 과학자들은 오랫동안 유로파가 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 곳 중 하나라고 추정했다. 생명체의 존재 가능성과 성격은 얼음 껍질의 두께에 따라 크게 달라지는데, 천문학자들은 아직 이 부분을 밝혀내지 못했다. 20일(이하 현지시간) 과학전문 웹사이트 피즈닷오그(Phys. ORG)에 따르면 미국 퍼듀대학교 과학대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 브랜든 존슨 부교수와 연구 과학자 시게루 와키타 등 행성 과학 전문가로 구성된 연구팀이 유로파의 얼음 지각의 두께가 최소 20km에 달한다고 발표했다. 또다른 매체 IFL사이언스도 이날 갈릴레오 탐사선의 데이터 분석에 따르면 유로파의 바다를 보호하는 얼음 지각의 두께는 최소 20km에 달하는 것으로 시사한다고 전했다. 행성 과학자들은 유로파의 대형 분화구를 연구하고 다양한 모델을 실행하여 어떤 물리적 특성의 조합이 그와 같은 표면 구조를 만들 수 있는지 조사했다. MIT의 시게루 와키타(Shigeru Wakita) 박사가 이끄는 팀은 유로파의 '타이어(Tyre)'와 '칼라니쉬(Callanish)'로 알려진 두 개의 분지가 지각 두께를 결정하는 데 핵심이 될 수 있음을 발견했다. 타이어(Tyre)와 칼라니쉬(Callanish)는 모두 다중 고리 분지다. 와키타 박사와 연구팀은 적절한 크기의 소행성이 서로 다른 두께의 지각에 충돌할 때 어떤 일이 일어날지 모델링하고 두께가 20km 이상인 얼음만이 유로파 표면과 같은 결과를 가져올 것이라고 추정했다. 이 연구는 학술 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 게재됐다. 와키타 박사는 "유로파의 이렇게 큰 분화구에 대한 연구는 이번이 처음이다"라고 말했다. 그는 "이전 추정치에서는 두꺼운 바다 위에 매우 얇은 얼음층이 있는 것으로 나타났다. 그러나 우리 연구에 따르면 두꺼운 얼음층이 있고, 그 두께가 너무 두꺼워 이전에 논의되었던 얼음 대류가 일어났을 가능성이 높다"고 설명했다. '얼음 대류(Ice convection)'는 얼음 내부에서 열이나 다른 물리적 성질의 차이로 인해 발생하는 물질의 이동 과정을 말한다. 얼음 대류의 기본 원리는 물질이 온도에 따라 밀도가 변한다는 점에 기반한다. 이 현상은 특히 대규모 얼음층이나 얼음이 두꺼운 행성의 위성, 예를 들어 유로파와 같은 곳에서 중요한 역할을 할 수 있다. 얼음 대류는 얼음의 내부나 얼음과 액체 물 사이에서 열을 전달하는 중요한 메커니즘 중 하나다. 유로파의 얼음 층 아래에 있는 액체 물이 얼음 층과 접촉하는 부분에서 얼음을 녹이면 상대적으로 더 따뜻한 물이 위로 상승하고, 냉각되어 얼음이 될 때 다시 내려갈 수 있다. 과학자들은 오랫동안 유로파의 얼음 두께에 대해 논쟁을 벌여왔지만, 아무도 직접 방문해서 측정한 적이 없다. 이에 과학자들은 유로파의 얼음 표면에 있는 크레이터(분화구)를 활용했다. 존슨 박사는 1998년 유로파를 탐사한 우주선 갈릴레오의 데이터와 이미지를 사용해 충돌 크레이터를 분석해 유로파의 얼음 지각 구조를 분석했다. 행성 물리학 및 거대 충돌 분야의 전문가인 존슨은 태양계의 거의 모든 주요 행성을 연구해 왔다. 그는 "충돌 크레이터는 행성을 형성하는 가장 보편적인 표면 과정"이라며 "분화구는 우리가 지금까지 본 거의 모든 고체에서 발견된다. 분화구는 행성을 변화시키는 주요 동인"이라고 부연했다. 존슨은 "유로파의 분화구의 크기와 모양을 이해하고 수치 시뮬레이션으로 그 형성을 재현함으로써 얼음 지각의 두께에 대한 정보를 유추할 수 있다"고 덧붙였다. 유로파는 얼어붙었만, 빙하 속에는 바위로 이루어진 핵이 있다. 하지만 얼음 표면은 정체되어 있지 않다. 해양의 판구조론과 대류, 얼음 때문에 유로파는 표면이 자주 바뀐다. 유로파는 표면에 크레이터가 거의 없는 특이한 위성으로 얼음 지각이 계속해서 새로 생성되면서 크레이터를 없앴다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이는 지표면 자체의 나이가 5000만 년에서 1억 년에 불과하다는 것을 의미하는데, 인간과 같이 수명이 짧은 생물에게는 오래된 것처럼 보이지만 지질학적 시기로 보면 젊다는 지적이다. 표면이 매끄럽고 젊다는 것은 분화구가 명확하게 구분되어 있고 깊지 않다는 것을 의미한다. 분화구는 유로파의 암석 중심부에 대한 많은 정보를 전달하기보다는 얼음 지각과 그 아래 존재할 수 있는 수중 바다에 대해 더 많은 것을 담고 있다. 존슨은 "얼음의 두께를 이해하는 것은 유로파의 생명체 존재 가능성에 대한 이론을 세우는 데 필수적이다"라고 말했다. 그는 "얼음 지각의 두께는 그 안에서 어떤 과정이 일어나고 있는지를 제어하며, 이는 지표와 바다 사이의 물질 교환을 이해하는 데 매우 중요하다. 이는 유로파에서 일어나는 모든 종류의 과정을 이해하는 데 도움이 되며, 생명체의 가능성을 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 국립과천과학관에 따르면 천문학자들은 이전 연구를 통해 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토에 지구의 바다보다 6배나 되는 양의 물을 표면 아래에 품고 있다는 사실을 발견했다. 생명체가 살기 위해서는 물, 원소, 에너지라는 3가지 요소가 필요하다. 외행성계 위성에는 이 3가지 요소가 적절하게 있는 것으로 추측되고 있다. 목성은 태양에서 멀기 때문에 표면 온도가 영하 110도이며, 목성의 위성인 유로파의 표면 온도는 영하 220도에 이른다. 유로파의 얼음 지각의 두께는 생명체가 존재할 수 있는 잠재적인 물 존재의 환경을 숨기고 있을 수 있다. 물 존재는 행성에서 생명의 가능성을 탐색하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 될 수 있다. 그러나 실제로 생명체가 존재하는지 여부를 확인하기 위해서는 유로파에 대한 추가적인 탐사와 연구가 필요하다.
- IT/바이오
2024-03-22
행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착

천문학자들이 행성을 잡아 먹는 행성의 증거를 발견했다. 쌍둥이별 12개 중 1개는 행성을 삼킨 행성일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 기술 전문매체 스페이스닷컴과 과학 기술 웹사이트 사이키(Phys.org) 등 다수 외신은 20일(현지시간) 국제 연구팀 아스트로3D(ASTRO 3D)의 천문학자들은 적어도 12개의 별 중 1개에서 행성을 잡아 먹는 증거를 발견했다고 보도했다. 이번 연구 결과는 이날 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 이전 연구에서는 적색 거성 등 별의 마지막 단계에서 행성 삼킴 현상이 확인됐다. 또 다른 증거는 별이 때때로 행성을 삼킬 수 있음을 시사했지만, 얼마나 자주 발생할 수 있는지에 대해서는 확실하지 않았다. 국제 연구팀은 행성 삼킴에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 동시에 태어난 동일한 구성을 가진 쌍둥이 별을 연구했다. 쌍둥이 별은 동일한 가스와 먼지로 이루어진 모성 구름에서 태어났기 때문에 사실상 동일한 구성을 가져야 한다. 그러나 연구 결과 약 8%가 성분이 다르게 나타났다. 이처럼 소위 '공동 출생' 별 사이의 주요 화학적 차이는 한 별이 다른 별을 삼켰다는 신호일 수 있다. 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 위성을 사용해 91개의 쌍둥이 별을 식별했다. 이 별들은 백만 천문 단위(AU) 미만으로 서로 상대적으로 가깝게 위치하며 공동 출생일 가능성이 높다. 천문 단위인 AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로, 약 9300만 마일(1억 5000만 킬로미터)에 해당한다. 분자가 가열되면 분자는 그 분자가 구성하는 원소에 해당하는 고유한 빛 파장 스펙트럼을 방출한다. 따라서 먼 별에서 오는 빛을 분석하는 과학자들은 별 분자가 매우 높은 온도에 노출되면 별의 원소 구성을 추론할 수 있다. 아스트로 3D 연구진이 이끄는 연구팀은 쌍둥이별(쌍성) 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼키고 있기 때문에 차이가 발생한다는 사실을 발견했다. 과학자들은 칠레에 있는 유럽남방천문대의 초대형 망원경, 칠레에 있는 6.5m 마젤란 망원경, 미국 하와이에 있는 10m 켁(Keck) 망원경을 사용해 이 공동 출생 별에서 나오는 빛을 분석했다. 연구팀은 이 쌍성 중 약 8%, 즉 12쌍 중 1쌍에서 행성을 삼킨 흔적을 보이는 별이 있다는 것을 발견했다. 이는 쌍둥이 별과 비교했을 때 화학적 구성이 달랐다는 뜻이다. 호주의 모내시 대학교 아스트로 3D 연구원이자 논문의 수석 저자인 팬 리우 박사는 "우리는 함께 여행하는 쌍둥이 별을 관찰했다. 그들은 동일한 분자 구름에서 태어났기 때문에 동일해야 한다"라고 설명했다. 리우 박사는 "매우 정밀한 분석 덕분에 쌍둥이별 간의 화학적 차이를 확인할 수 있었다. 이는 별 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼켜 그 구성이 바뀌었다는 매우 강력한 증거를 제공한다"고 말했다. 행성 삼킴 현상은 연구팀이 조사한 91쌍의 쌍성 중 약 8%에서 나타났다. 이 연구가 설득력있는 이유는 별이 적색거성과 같은 마지막 단계의 별이 아니라 주계열성이라고 불리는 생애 전성기에 있었다는 것이다. 리우 박사는 "이것은 별이 매우 거대한 공이 될 때 후기 단계의 별이 주변 행성을 삼킬 수 있다는 이전 연구와는 다르다"고 말했다. 이 발견은 행성계의 장기 진화 연구에 광범위한 영향을 미친다. 공동 저자이자 호주국립대학교(ANU)의 ASTRO 3D 연구원인 유안 센 팅 부교수는 "천문학자들은 이런 종류의 사건은 불가능하다고 여겼다. 그러나 우리 연구의 관측을 통해 그 발생 빈도는 높지 않지만 실제로 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것은 행성 진화 이론가들이 연구할 수 있는 새로운 창을 열었다"고 말했다. 이 연구는 가이아 천체망원경 위성으로 확인된 모든 밝은 항성의 전체 샘플을 분광학적으로 관측하는 대규모 협력 프로젝트인 C3PO(Complete Census of Co-moving Pairs of Objects) 프로그램의 일부로, 팬 리우, 유안 센 팅, 데이비드 용 부교수(ANU의 ASTRO 3D 소속)가 공동으로 이끌고 있다. ASTRO 3D 책임자인 엠마 라이언-웨버 교수는 "이번에 발표된 연구 결과는 ASTRO 3D의 핵심 연구 주제인 우주의 화학적 진화에 대한 큰 그림에 기여한다. 특히 화학 원소의 분포와 별에 의해 소비되는 것을 포함한 그 이후의 여정을 밝혀준다"고 말했다. 호주 스윈번 공과대학교, 아일랜드 코크 대학교, 카네기 천문대, 오하이오 주립대학교, 미국 다트머스 대학교, 헝가리의 콘콜리 천문대, 막스 플랑크 천문학 연구소의 과학자들이 이 연구에 참여했다. 별들이 행성을 삼키고 있는지, 아니면 항성계가 탄생하면서 남겨진 행성의 구성 요소를 삼키고 있는 것인지는 여전히 불확실하다. 연구팀은 두 가지 모두가 해당될 가능성이 있다고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-21
[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.
- 포커스온
2024-03-20
"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년

우주에는 암흑물질이 존재하지 않으며 우주 나이도 270억년이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 전문 매체 퓨처리즘은 18일(현지시간) 캐나다 오타와 대학교 물리학 교수 라젠드라 굽타(Rajendra Gupta)는 우주의 나이가 기존 가설보다 두 배 더 많을 수 있으며, 암흑물질의 존재가 반드시 필요하지 않다고 주장해 학계에 논란을 불러일으키고 있다고 전했다. 이번 연구 논문은 '천체물리학 저널(Astrophysical Journal)'에 게재됐다. 굽타 교수는 지난해 우주의 나이가 일반적으로 알려진 나이보다 두 배나 더 많은 267억년이라고 주장해 화제를 모았다. 최근 논문에서 굽타 교수는 자신의 이론을 바탕으로 암흑물질의 필요성에 대해 이의를 제기했다. 암흑물질은 전자기장과 상호 작용하지 않지만 중력을 미칠 수 있는 물질로, 우주 전체 질량의 26%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 암흑물질은 직접 관측이 불가능하다는 점이 수 십년 동안 천체물리학자들을 괴롭혀 온 수수께끼였다. 굽타는 성명에서 "이번 연구 결과는 우주의 나이가 267억 년이라는 이전 연구를 통해 우주의 존재에 암흑 물질이 필요하지 않다는 것을 발견할 수 있었다는 것을 확인시켜 주었다"고 말했다. 그러나 굽타 교수의 이론은 전문가들의 기존 합의와 정면으로 충돌하는 논란의 여지가 많은 추정이다. '우주 팽창 가속 현상'은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 암흑물질은 은하계의 대부분 질량을 구성하며 은하 구조 형성에 영향을 미치는 반면, 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 주도하는 역할을 한다. 어스닷컴은 지난 17일 "현재 우리가 이해하는 우주의 구조는 '정상 물질', '암흑 에너지', '암흑 물질'이라는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 하지만 이번 새로운 연구는 이 기존 모델을 뒤집고 있다"고 전했다. 우주론에서 사용되는 용어인 암흑물질은 빛이나 전자기장과 상호 작용하지 않고 중력 효과를 통해서만 식별할 수 있는 파악하기 어려운 물질을 말한다. 암흑물질은 신비로운 성질에도 불구하고 은하, 별, 행성의 움직임을 설명하는 데 있어 기본적인 요소로 작용해 왔다. 많은 과학자들은 암흑물질이 가시 물질, 방사선, 우주의 대규모 구조에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론하고 있다. 암흑물질 이론의 기초 암흑물질 이론은 관측된 천체의 질량과 중력 효과를 기반으로 계산된 질량 사이의 차이에서 출발했다. 1930년대, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky)가 코마 은하단에서 관측되지 않는 '누락된 질량'을 눈에 보이지 않는 물질로 설명할 수 있다고 처음으로 제안했다. 과학자들은 암흑물질을 간접적으로 탐지하는 몇 가지 혁신적인 방법을 개발했다. 지하 입자 탐지기나 우주 망원경으로 수행되는 실험은 암흑물질의 상호작용이나 소멸의 부산물을 관찰하는 것을 목표로 한다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 대형 강입자충돌기(LHC)도 고에너지 입자 충돌에서 암흑물질 입자의 흔적을 찾고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 암흑물질은 아직 직접 검출되지 않았으며, 현대 물리학에서 가장 중요한 난제 중 하나다. 이처럼 암흑물질을 이해하려는 탐구는 천체 물리학 및 입자 물리학의 발전을 계속 견인하고 있다. 향후 관측과 실험을 통해 암흑 물질의 본질이 밝혀져 우주의 미스터리를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. '변동 겹합 상수'와 '빛의 피로' 가설 통합 하지만 굽타 교수는 이와 다른 관점을 제시했다. 굽타 교수의 혁신적인 접근 방식은 두 가지 이론적 모델, 즉 변동 결합 상수(CCC)와 '빛의 피로(tired light·TL)'가설을 결합해 CCC+TL 모델로 일컫는 이론을 통합했다. 이 모델은 우주의 시간에 따라 자연의 힘이 감소하고 빛은 먼 거리에서 에너지를 잃는다는 개념을 탐구한다. 이 이론은 엄격한 테스트를 거쳐 은하 분포와 초기 우주의 빛의 진화 등 다양한 천문학적 관측 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌다. 굽타 교수는 자신의 수정된 모델을 뒷받침하기 위해 1920년대 후반 물리학자 프리츠 즈비키가 제안한 '빛의 피로(tired light·TL)' 가설을 차용했다. 빛의 피로 가설은 먼 천체에서 오는 빛이 에너지 손실로 인해 적색광이 되는 현상을 설명한다. 굽타 교수는 이 가설과 기존의 우주 상수와는 달리 시간에 따라 자연 상수가 감소한다고 주장하는 새로운 "변화 공액 상수(covarying coupling constant)" 개념을 결합해 암흑 물질을 모델에서 제외시킬 수 있다고 말했다. 우주 팽창 가속 현상은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 그는 "표준 우주론에서 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 야기하지만 저의 이론에서는 이는 암흑 에너지가 아니라 팽창하면서 약해지는 자연 상수 때문이다"라고 설명했다. 굽타 교수는 "암흑 물질의 존재를 의심하는 논문은 몇몇 있지만, 제 연구는 제가 아는 한 처음으로 암흑 물질의 우주론적 존재를 부정하면서도 오랜 기간 검증되어온 중요한 우주 관측 결과와 일치하는 것이다"라고 덧붙였다. 이번 발견은 암흑 물질이 우주의 약 27%를 차지하고 일반 물질은 5% 미만, 나머지는 암흑 에너지라는 기존의 이해에 도전하면서 동시에 우주의 나이와 팽창에 대한 기존 관점을 재정의하고 있다.
- 포커스온
2024-03-19
잠자는 대서양 섭입대, 새로운 '불의 고리' 형성하나?

지브롤터 해협 하부에서 소상 상태에 있던 섭입대가 활성화되면 새로운 '불의 고리'를 형성해 대서양을 폐쇄할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. '섭입대'는 판 구조론에서, 서로 다른 두 판이 수렴할 때 한쪽 판이 나머지 판 아래로 밀려 들어가는 현상이 일어나는 곳을 말한다. 이 때, 보통 더 무거운 해양 지각이 대륙 지각 아래로 섭입하게 된다. 섭입 과정에서는 많은 지질학적 활동이 발생하는데, 이로 인해 지진이나 화산 활동과 같은 현상이 자주 일어난다. 라이브 사이언스 닷컴은 17일(현지시간) 포르투갈 리스본 대학교 연구팀의 연구 결과 잠자고 있던 지브롤터 섭입대가 깨어나 대서양을 삼키는 새로운 '불의 고리'를 형성할 수 있다고 전했다. 지브롤터호 혹은 해구로 알려진 섭입대(사진속 빨간 화살표 부분)는 현재 포르투갈과 모로코 사이의 좁은 해양 통로에 위치하고 있다. 연구팀에 따르면 지브롤터 섭입대는 약 3000만 년 전 지중해 북부 연안을 따라 형성된 섭입대의 서쪽 이동 현상으로 인해 생성되었지만, 최근 5백만 년 동안 정지 상태에 있었다. 이러한 침체 현상으로 인해 일부 과학자들은 지브롤터 섭입대가 현재도 활동하고 있는지 의문을 제기했다. 지난 2월 13일 저널 지질학(Geology)에 발표된 연구 결과에 따르면 이 섭입대는 단지 휴면 상태에 있을 뿐이다. 이러한 소강 상태는 약 2000만 년 더 지속될 것이며, 그 후 지브롤터 섭입대는 '섭입 침투(subduction invasion)'라는 과정을 통해 다시 활성화되어 대서양으로 진출할 수 있다고 한다. 현재 알려진 대서양에는 카리브해의 소앤틸리스 섭입대와 남극 근처의 스코샤 열도 등 두 개의 섭입대가 존재한다. 리스본 대학교의 지질학자이자 조교수인 주앙 두아르테는 성명에서 "이 섭입대는 수백만 년 전에 대서양을 침범했다"고 말했다. 두아르테 교수는 "지브롤터를 연구하는 것은 지각 변동이 막 일어나고 있는 초기 단계에서 그 과정을 관찰할 수 있기 때문에 귀중한 기회"라고 설명했다. 연구팀은 지브롤터호가 여전히 활성 상태인지 확인하기 위해 올리고세 시대(3400만~2300만년 전)에 섭입대의 탄생과 현재까지의 진화 과정을 시뮬레이션하는 컴퓨터 모델을 구축했다. 연구팀은 500만 년 전 대서양 경계에 가까워지면서 호의 속도가 급격히 감소하는 것을 발견했다. 연구팀은 "이 시점에서 지브롤터 섭입대는 활동하지 않은 것으로 보인다"고 적었다. 연구팀은 이후 4000만 년 동안 섭입대의 운명을 모델링했으며, 현재부터 약 2000만 년 동안 지브롤터 해협을 통해 천천히 전진하는 것으로 나타났다. 연구 결과는 "놀랍게도 이 시점 이후 해구 후퇴 속도가 느려지면서 섭입대가 확장되고 해양 쪽으로 전파된다"고 설명했다. 연구팀은 몇 년 전만 해도 사용할 수 없었던 첨단 도구와 컴퓨터를 활용해 이러한 모델링을 수행했다. 연구팀은 "이를 통해 지브롤터 섭입대의 형성 과정과 먼 미래의 진화 과정을 세밀하게 시뮬레이션할 수 있게 됐다"고 덧붙였다. 연구 발표에 따르면 지브롤터 섭입대가 대서양으로 침범한다면 태평양을 둘러싸고 있는 일련의 섭입대 사슬인 '불의 고리'와 유사한 대서양 섭입대 시스템 형성에 기여할 수 있다. 대서양에서도 유사한 불의 고리 사슬이 형성되면 해양 지각이 대서양 양쪽의 섭입을 통해 맨틀로 재순환되어 점차 대서양을 삼켜 폐쇄할 수 있다. 지난 500만 년 동안 지브롤터 섭입대의 지속적인 진행은 이 지역에서 지진과 화산 활동이 비교적 적은 이유로 거론됐다. 이는 과거 섭입대가 활동하고 있을 수 있다는 가설을 반박하는 주장으로 사용되어 왔다. 새로운 연구 결과 연구팀은 섭입대의 지각 활동 부재는 장기간 정지 상태의 직접적인 결과라고 주장했다. 이 지역에서는 역사상 많은 소규모 지진과 수 차례 거대한 대지진과 쓰나미가 발생했다. 이 지역을 뒤흔든 마지막 대규모 지진은 1755년 리스본 대지진으로, 순간 진도 규모 8.5에서 9.0으로 추정된다. 그밖에 1761년 리스본 지진, 1816년 북대서양 지진, 1941년 글로리아단층 지진, 1969년 포르투갈 지진, 1975년 북대서양 지진 등이 있다. 한편, 환태평양 불의 고리는 지진과 화산 활동이 매우 빈번하게 일어나는 태평양의 특정 지역을 가리킨다. 환태평양 불의 고리는 태평양의 여러 해저 플레이트가 충돌하고, 서로 이동하면서 지구 표면에 지진, 화산 폭발 및 기타 지질 활동을 유발한다. 이 지역은 주로 태평양의 주변에 위치하고 있으며, 이로 인해 아시아, 호주, 북미, 남미 등 여러 지역에서 지진과 화산 활동이 일어난다. 동북아시아에 위치한 한국도 환태평양 불의 고리에 속한다. 한국은 태평양 플레이트와 유라시아 플레이트의 경계 부근에 있다. 이로 인해 한국은 지진 활동이 비교적 빈번하며, 특히 한반도 남부와 서해안 지역에서 자주 발생한다. 한국의 대표적인 화산인 한라산과 백두산 역시 이 환태평양 불의 고리에 위치한 화산 중 하나다. 한국과 같이 환태평양 불의 고리에 속한 일본의 경우 해저 화산 폭발로 새로운 섬이 탄생 하기도 한다. 일본 기상청(JMA)은 지난해 11월 1일, 태평양 오가사와라 제도 이오지마 해역에서 해저 화산 폭발로 새로운 섬이 형성되었다고 발표했다. 이 섬은 일본 수도인 도쿄에서 남쪽으로 약 1200km 떨어진 이오지마 앞바다에서 약 1km 지점에 위치하며 섬의 크기는 가로 약 400m, 세로 약 200m로 추정된다. 도쿄 대학 지진연구소의 나카다 세츠야 명예 교수는 "분출 전부터 표면 아래에 마그마가 축적되어 있었으며, 이 마그마가 분출하면서 섬이 형성된 것으로 보인다"고 설명했다.
- IT/바이오
2024-03-18
[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.
- 포커스온
2024-03-15
[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.
- 포커스온
2024-03-15
제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견

제임스웹 우주 망원경이 행성 형성 초기 단계의 젊은 두 개의 원시별에서 메탄과 아세트산 등 다양한 복합 유기 분자를 발견했다. 웹 스페이스 텔레스콥은 13일(현지시간) 국제 천문학 연구이 미국 항공우주국(NASA·나사)의 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 항성 형성 초기 단계인 두 개의 원시 별 IRAS 2A와 IRAS 23385 주변에서 복합 유기 분자(COMs)를 포함한 다양한 얼음 화합물을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 이전의 암흑 성운 연구에서 탐지된 다양한 얼음체 연구를 기반으로 이루어졌다. 연구팀이 웹의 중적외선 망원경(MIRI)을 사용해 검출한 복합 유기 분자에는 에탄올(알코올)과 아세트산(식초의 주성분)이 포함된다. 이는 잠재적으로 생명체가 거주할 수 있는 환경을 형성하는 데 중요한 물질들이다. 이번 연구는 이러한 복합 유기 분자가 얼음 상태에서 형성될 수 있다는 것을 시사하며, 우주에서의 복합 유기 분자 생성 과정에 대한 이해를 넓혀줄 것으로 기대된다. 네덜란드 라이덴 대학교의 팀 리더인 윌 로차(Will Rocha)는 "이 발견은 천체화학의 오랜 질문 중 하나에 기여한다"고 말했다. 로차 박사는 "우주에 존재하는 복잡한 유기 분자, 즉 COM의 기원은 무엇일까? 기체 상에서 만들어질까, 아니면 얼음에서 만들어질까? 얼음에서 COM이 검출된 것은 차가운 먼지 입자 표면의 고체상 화학 반응이 복잡한 종류의 분자를 만들 수 있음을 시사한다"라고 설명했다. 이번 연구에서 고체상에서 검출된 COM을 포함한 여러 COM은, 이전에는 따뜻한 기체상에서 검출되었기 때문에 얼음의 승화에서 비롯된 것으로 추정된다. 승화란 액체가 되지 않고 고체에서 바로 기체로 변하는 것을 말한다. 따라서 천문학자들은 얼음에서 COM을 검출함으로써 우주에 존재하는 다른 더 큰 분자의 기원에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 또한 원시 별 진화의 훨씬 후기 단계에서 이러한 COM이 행성으로 어느 정도까지 운반되는지 탐구하기를 원한다. 차가운 얼음 속의 COM은 따뜻한 기체 분자보다 분자 구름에서 행성을 형성하는 원반으로 운반하기가 더 쉽다고 여겨진다. 따라서 이러한 얼음 COM은 혜성과 소행성에 포함될 수 있으며, 이는 형성되는 행성과 충돌하여 생명체가 번성할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 연구팀은 개미에 쏘였을 때 타는 듯한 느낌을 주는 개미산, 메탄, 포름알데히드, 이산화황 등 더 간단한 분자도 검출했다. 연구에 따르면 이산화황과 같은 황 함유 화합물은 원시 지구의 대사 반응을 주도하는 데 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 특히 연구 대상 중 하나인 저질량 원시 별 IRAS 2A는 우리 태양계의 초기 단계와 유사할 수 있다는 점이 주목할 만하다. 이 원시 별 주변에서 발견된 화합물들은 우리 태양계 형성 초기 단계에 존재했고, 이후 원시 지구로 운반되었을 가능성이 있다. 과학 프로그램의 조정자 중 한 명인 라이덴 대학교의 이원 반 디스호크(Ewine van Dishoeck)는 "이 모든 분자들은 원시 별이 진화함에 따라 얼음 물질이 행성을 형성하는 원반으로 안쪽으로 운반될 때 혜성과 소행성의 일부가 될 수 있으며 결국 새로운 행성계가 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 향후 관측 자료를 통해 우주화학적 진화 과정을 단계별로 더욱 명확하게 규명할 것을 기대하고 있다. 이 연구는 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 저널에 게재됐다.
- 산업
2024-03-14
'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?

생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
- 생활경제
2024-03-13
목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?

목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
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2024-03-12

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