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리튬이온전지보다 저렴하고 안전한 '수계이차전지' 개발
- 리튬이온 배터리는 현재 가장 널리 사용되는 에너지 저장 장치 중 하나이지만, 여러 문제점들이 도출되고 있다. 주요 원료의 비싼 가격과 한정된 매장량, 그리고 화재 위험성 등 다양한 문제점들이 제기되고 있어 대안이 필요하다. 이에, 많은 연구자들이 경제적이면서도 안전한 리튬이온 배터리의 대체품을 개발하기 위해 노력하고 있다. 과학기술·의학전문 매체 사이언스엑스(Science X)에 따르면, 한국과학기술원(KIST)의 오시형 박사팀은 비용과 안전을 충족하는 수계이차전지를 개발했다. 이 연구는 '에너지 스토리지 머티리얼(Journal Energy Storage Materials)' 저널에 게재됐다. 수계이차전지는 리튬이온전지에 비해 원재료 비용이 상당히 저렴하며, 경제적인 이점이 있다. 다만 물이 분해되면서 발생하는 수소 가스와 관련된 내부 압력 상승과 전해질 고갈 문제로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 과학자들은 지금까지 금속 음극과 전해질 사이에서 발생하는 수소를 줄이기 위해 표면 보호층을 개발하여 접촉 면적을 최소화하는 방법을 사용해왔다. 그럼에도 불구하고, 금속 음극의 부식과 그에 따른 부반응으로 인해 전해질의 물이 지속적으로 분해되어 수소 가스가 발생, 이로 인해 장기간 사용랑 경우 폭발 위험이 존재했다. 이 문제를 해결하기 위해 오시형 박사 연구팀은 전지 내에서 발생하는 수소 가스를 자동으로 물로 변환시키는 새로운 방법을 개발했다. 이산화망간과 팔라듐으로 구성된 복합촉매를 이용해 전지의 성능과 안전성을 동시에 향상시킨 것. 이산화망간은 일반적으로 수소 가스와 반응하지 않지만, 팔라듐을 약간 첨가하면 수소 가스가 촉매에 더 쉽게 흡수되어 물로 변환된다. 연구팀은 이번에 개발한 이 새로운 촉매를 사용한 프로토타입 셀에서는, 셀 내부 압력이 0.1기압으로 매우 안정적인 상태를 유지했으며, 전해질의 고갈 현상도 발견되지 않았다고 밝혔다. 이 연구는 수계 이차전지의 주요 안전 문제 중 하나를 효과적으로 해결해, 향후 에너지 저장 장치(ESS)의 상용화에 있어서 중요한 진전을 가져올 것으로 예상된다. 리튬이온전지를 더 경제적이고 안전한 수계이차배터리로 대체한다면, 글로벌 에너지 저장 시스템(ESS) 시장의 빠른 성장을 촉진할 가능성이 있다. KIST의 오시형 박사는 "이 기술은 수계이차전지에 적용될 수 있는 내장형 안전 메커니즘 기반의 맞춤형 안전 전략과 연관되어 있으며, 위험 요소를 자동으로 제어한다"고 말했다. 그는 또한 "이 기술은 수소 가스 누출이 큰 위험 요소인 수소 충전소와 원자력 발전소 등의 다양한 산업 시설에서도 활용될 수 있어 사람들의 안전을 더욱 보장할 수 있을 것"이라고 강조했다. 한편, 수계이차전지는 친환경적이고 안전한 특성을 가지고 있으며, 원재료 비용도 리튬이온전지에 비해 약 10분의 1 수준으로 경제적이라는 장점이 있다. 수계이차전지가 원료물질이 고가이면서 폭발 가능성이 높은 유기용매 전해질을 사용하는 리튬이온전지를 대체한다면 중대형 이차전지의 보급이 대규모로 확대될 수 있다. 이번 연구는 한국 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 나노미래소재원천기술개발사업과 중견연구자지원사업을 통해 진행됐다.
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- 산업
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리튬이온전지보다 저렴하고 안전한 '수계이차전지' 개발
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빈 캔으로 와이파이 신호 높이는 법
- 불과 몇 십 년 전만 해도, 사람들은 라디오 주파수를 잡기 위해 안테나를 여기저기 돌리며 최적의 위치를 찾아야 했고, TV 신호를 잘 받기 위해 옥상의 안테나를 조정해야 했다. 하지만 시대가 변하면서, 유선 통신망에서 무선 통신망으로의 전환이 이루어졌고, 이제는 무선 통신망을 쉽게 이용할 수 있게 되었습니다. 특히 홈 와이파이(Wi-Fi)는 현대 생활에서 없어서는 안 될 필수 기술이 되었다. 프랑스의 매체 '컨트리 포인트(ContrePoint)'는 와이파이 신호 수신에 문제가 있는 특정 공간에서 캔을 이용한 흥미로운 해결 방법을 소개했다. 이 방법의 원리는 단순하다. 캔은 와이파이 신호의 반사판 역할을 하여 신호를 특정 방향으로 집중시킨다. 와이파이 신호는 원래 모든 방향으로 전파되지만, 라우터가 집의 한 구석에 있을 경우 신호의 일부가 외부로 유출되어 신호 손실이 발생할 수 있다. 라우터 뒤에 반사판을 배치하면 유출되는 전파를 집 내부로 돌려보내 신호 범위를 확장할 수 있다. 금속은 무선 전파를 효과적으로 반사시켜, 이를 이용하면 신호 범위를 넓힐 수 있다. 특히 알루미늄 캔을 반사판으로 사용할 수 있다. 그 원리는 캔의 원통형 모양이 신호를 특정 방향으로 전파할 수 있도록 돕기 때문이다. 반사판을 만드는 방법은 간단하다. 필요한 물품은 빈 알루미늄 캔, 절단기나 가위, 그리고 접착테이프다. 캔을 깨끗이 세척한 후, 링과 바닥 부분을 제거한다. 그 다음 캔을 반으로 접어 반원형으로 만들고, 이를 라우터 뒷부분에 고정시키면 된다. 다만, 이 방법의 효과는 집의 구조나 라우터의 위치 등 여러 변수에 따라 달라질 수 있다. 확실한 효과를 기대할 수는 있지만, 인터넷 속도 자체를 향상시키지는 않는다. 인터넷 속도에 문제가 있다면, 서비스 제공업체 변경이나 유선 연결 고려 등 다른 방법을 찾아야 한다. 만약, 캔이 없거나 더 만족스러운 해결책을 찾고 싶다면, 와이파이 중계기를 구입하는 것이 좋다. 이 작은 장치는 라우터의 와이파이 신호를 수신하고 다시 전송해 범위를 확장 시킨다. 또 다른 해결책은 오래된 라우터를 와이파이 핫스팟으로 사용하는 것이다. 이 방법은 설정이 좀 더 필요하지만 오래된 장비를 재활용하는 좋은 방법이다. 그러나 와이파이 신호 품질에 영향을 줄 수 있는 다른 요소들도 고려해야 한다. 무거운 가전제품이나 전자기기는 라우터로부터 멀리 두고, 라우터의 안테나는 수직으로 배치하는 것이 좋다. 라우터를 벽이나 선반에 높이 위치시켜도 신호 범위와 품질이 향상될 수 있다. 결론적으로, 와이파이 신호를 강화할 수 있는 빠르고 경제적인 해결책을 찾고 있다면 주저하지 말고 알루미늄 캔 반사판을 시도해 보는 것도 좋다. 간단한 팁이지만 큰 변화를 가져올 수 있다.
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빈 캔으로 와이파이 신호 높이는 법
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중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견
- 배터리 산업에 혁신을 가져올 수 있는 새 희토류가 중국에서 발견됐다. 중국 내몽골의 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 새로운 갈색 흑색 광석 '니오보바오타이트'를 찾아냈다. 영국 매체 테크라운드 최신호는 이 광석에는 희토류 니오븀(Niobium)이 풍부하게 함유되어 있다며 니오븀은 전자 제품, 비행기 제조, 배터리 등에 사용되는 중요한 금속이라고 전했다. 연구에 따르면, 니오븀은 배터리의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 배터리에 니오븀을 주입하면 기존의 리튬 이온 변형에 비해 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있다. 싱가포르 국립대학교의 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto) 교수는 "중국은 이 니오븀의 양과 질에 따라 자급자족 할 수 있다"고 말했다. 브라질, 니오븀 공급 지배 브라질은 글로벌 기준에서 니오븀의 세계 최대 공급 국가이며, 캐나다가 그 뒤를 잇고 있다. 브라질에서는 브라질 금속광산회사(CBMM)가 다양한 기관과 공동으로 리튬 배터리에 니오븀을 적용시키기 위해 대학과 연구센터, 배터리 제조업체 등과 협력하고 있다. 스웨덴에서도 최근 니오븀을 포함한 희토류 1백만 톤 이상이 발견되어 유럽에서 가장 큰 매장량을 자랑하고 있다. 희토류 원소는 전기자동차와 풍력 터빈을 비롯해 미사일 유도 시스템이나 레이더 시스템과 같은 방위 장비에 이르기까지 다양한 제품을 제조하는 데 없어서는 안 될 필수 요소이다. 희토류 발견의 의의 새로운 희토류 발견은 중요한 역할을 한다. 니오븀과 다른 희토류 원소는 전자 제품과 기술 발전에 필수적이며, 제품의 강도 향상과 전자기기 배터리의 효율적인 충전을 촉진한다. 이러한 원소들은 다양한 분야에서 사용되므로, 세계 여러 국가는 외부 공급 의존도를 줄이고, 안정된 신뢰할 수 있는 공급망을 유지하기 위해 자국 내 새로운 희토류 원천을 찾는 것을 중요시한다. 중국은 세계 희토류 원소의 60%를 공급하며 상당한 광물 가공 능력을 갖추고 있어, 많은 국가들이 필수 무역 파트너로 여기고 있다. 예를 들어, EU는 청정 에너지로의 전환과 관련한 중요 광물을 얻기 위해 중국에 98% 의존하고 있다. 특정 국가 의존도 해소가 관건 우리나라는 희토류의 자급률이 낮아 대부분 수입에 의존하고 있다. 산업통산자원부에 따르면 희토류 수입의존도가 니오븀 베트남 91%, 마그네슘 중국 84%, 텡스텐 중국 65%, 기타 희토류 중국 50% 순으로 확인됐다. 희토류의 가격이 상승하면 배터리 생산 비용이 증가하여 배터리 가격이 상승할 수 있다. 이는 전기차의 가격 상승으로 이어져 전기차 보급에 걸림돌이 될 수 있다. 중국이 희토류 물질의 수출을 제한할 경우 우리나라 반도체와 배터리 산업은 큰 타격을 입을 수 있다. 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 노용호 국민의힘 의원은 지난 10일 "특정 국가 의존도가 높은 코발트와 리튬, 니켈, 망간 등 이차전지 원료를 비롯해 첨단산업에 필수적인 광물 공급망을 다각화하고 분산화해야 한다"고 말했다. 중국, 흑연 수출 통제 한편, 중국 정부는 이차전지 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高)민감성 흑연을 수출 통제 대상으로 분류했다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 2023년 12월1일부터 적용된다. 수출 통제 대상이 된 품목은 고순도(순도 99.9% 초과), 고강도(인장강도 30Mpa 초과), 고밀도(밀도 ㎤당 1.73ｇ 초과) 인조흑연 재료와 제품, 그리고 구상흑연과 팽창흑연 등 천연 인상흑연과 제품이다. 중국 상무부 대변인은 이날 홈페이지에서 "기존에 임시 통제됐던 구상흑연 등 고민감성 흑연 품목 3종을 이중용도 품목(민간 용도로 생산됐으나 군수 용도로 전환 가능한 물자) 통제 리스트에 포함시켰다"고 밝혔다. 흑연은 이차전지 음극재 원료로 중국 의존도가 높은 한국에도 파장이 우려된다. 산업통상자원부에 따르면 한국은 2021년 기준 인조흑연의 87%, 천연흑연의 72%를 중국에서 수입했다. 앞서 중국은 지난 8월 첨단 반도체 제조에 쓰이는 갈륨과 게르마늄 관련 품목의 수출을 통제한 데 이어 흑연까지 제한해 자원을 무기화 하는 게 아니냐는 우려가 현실로 나타나고 있다.
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중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견
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극한의 고온에서만 녹는 초이온성 얼음
- 매우 뜨거운 온도에서만 녹는 '초이온성 얼음'이 발견됐다. 과학 전문 매체 '사이언스 얼럿'은 지난 15일(현지 시간) 초이온성 얼음이라고 알려진, 극한의 고온에서만 녹는 특별한 얼음이 발견됐다고 보도했다. 초이온성 얼음은 5년 전 과학자들에 의해 처음으로 실험실에서 재현되어 세상에 소개됐다. 이듬해인 4년 전에는 그 존재와 결정 구조가 확인됐다. 이후 미국 여러 대학과 캘리포니아의 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC) 연구소의 과학자들은 지난해 이 초이온성 얼음의 새로운 단계를 발견했다. 과학자들은 이번 발견은 천왕성과 해왕성이 보유하고 있는 특이한 다극자 자기장의 형성 원인에 대한 이해를 높여줄 것으로 기대하고 있다. 지구의 주변 환경에서 물은 일반적으로 하나의 산소 원자에 두 개의 수소 원자가 연결된 단순한 분자 구조를 가지고 있다고 여겨진다. 그러나 초이온성 얼음은 천왕성과 해왕성뿐만 아니라 유사한 다른 외계 행성의 내부에서도 발견될 수 있으며, 우주에서 가장 일반적으로 발견되는 물의 형태 중 하나로 추정된다. 이들 행성은 지구 대기보다 200만 배 더 높은 엄청난 압력과 내부 온도가 태양 표면만큼이나 뜨겁다. 이런 극한의 환경 속에서 물은 우리가 흔히 알고 있는 방식과는 다른 특이한 형태로 존재하게 된다. 1988년 물리학자들이 예측한 초이온성 얼음의 구조는 산소 원자들이 단단한 입방 격자 구조에 갇혀 있으며 이온화된 수소 원자들은 전자가 금속을 통과하듯 격자 속을 자유롭게 움직이는 구조로 이루어져 있었다. 이 구조는 2019년 과학자들이 확인했다. 초온성 얼음은 이러한 구조 덕분에 전기 전도율이 비교적 높은 전도성을 가지며, 녹는점도 상당히 높아져 극한의 고온에서도 얼음이 견고하게 유지된다. 스탠포드 대학의 물리학자 아리아나 글리슨과 그녀의 연구팀은 초이온성 얼음을 연구하기 위해 두 층의 다이아몬드 사이에 끼인 얇은 물 조각에 매우 강력한 레이저를 발사했다. 이렇게 생성된 연속적인 충격파는 압력을 200GPa(2백만 기압)까지, 온도를 약 5000K(8500°F, 4704℃)까지 상승시켰다. 이는 2019년 실험의 조건에 비해 온도는 높지만 압력은 낮게 유지됐다. 글리슨의 팀은 2022년 1월에 발간한 논문에서 "최근에 발견된 물이 풍부한 해왕성과 유사한 외계 행성들 때문에, 행성 내부의 압력-온도 조건에서 물의 상태에 대해 더욱 심도 있게 이해할 필요가 있다"고 밝혔다. 당시 연구에서 X-선 회절은 압력과 온도 조건이 몇 분의 1초 동안만 유지되었음에도 불구하고 뜨겁고 밀도가 높은 얼음의 결정 구조를 밝혀냈다. 그 결과, 회절 패턴을 통해 확인된 얼음의 결정 구조는 2019년에 관찰된 초이온성 얼음과는 다른 새로운 형태였다. 이 새롭게 발견된 초이온성 얼음인 '아이스 XIX'는 중심이 입방체 구조를 가지고 있으며, 2019년에 발견된 '아이스 XVIII'보다 전도도가 향상됐다. 전도도의 중요성은 하전 입자의 움직임이 자기장을 생성하기 때문이다. 이 원리는 다이너모 이론의 기초로, 지구의 맨틀이나 다른 천체의 내부에서 전도성 유체가 어떻게 자기장을 생성하는지를 설명한다. '다이너모 이론(dynamo theory)'은 물리학 용어로 1920년 조지프 라모어가 태양 자기장을 설명하기 위해 처음 제창한 가설을 기초로 지구 자기장을 설명한 이론이다. 만약 해왕성과 같은 얼음 거인 행성의 내부가 소용돌이치는 액체보다는 부드러운 고체로 더 많이 구성되어 있다면, 생성되는 자기장의 특성이 변할 것이다. 글리슨과 그녀의 팀은, 만약 행성의 중심부에 전도도가 서로 다른 두 종류의 초이온 층이 존재한다면, 외부 액체 층에서 생성된 자기장이 각 층과 복잡하게 상호작용하면서 더 복잡한 현상을 초래할 것이라고 제안했다. 글리슨의 연구팀은 아이스 XIX와 같은 향상된 전도도를 가진 초이온성 얼음 층이, 해왕성과 천왕성에서 관측된 불안정한 다극자 자기장을 생성하는데 기여했을 것이라고 분석했다.
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극한의 고온에서만 녹는 초이온성 얼음
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중국, 새로운 희토류 광석 발견...글로벌 공급망 파장
- 희귀 광물 매장량이 가장 많은 중국에서 또 다른 새로운 광물이 발견됐다. 특히 반도체나 군사 무기에 주로 사용되는 희토류의 경우, 중국이 세계 매장량 1위를 차지하고 있다. 미국과 서방, 일본을 비롯한 주요국들이 중국 의존도를 줄이고 있는 가운데 매우 귀중한 이전 볼 수 없었던 새로운 광물이 발견돼 글로벌 공급망에 비상이 걸렸다. 과학 전문매체 '라이브사이언스(LiveScience)'는 중국 사우스차이나 모닝포스트(South China Morning Post)의 보도를 인용, 중국 과학자들이 초전도 특성으로 가치가 높은 희토류 원소를 포함한 새로운 광석을 발견했다고 전했다. 내몽골 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 발견된 '니오보바오티트(niobobaotite)'라는 광물은 나이오븀, 바륨, 티타늄, 철, 염화물로 구성됐다. 이 광물에는 초전도체 역할로 배터리 기술에 혁명을 일으킬 수 있는 귀중한 금속인 나이오븀이 포함 돼 있어 학계와 업계의 주목을 받고 있다. '나이오븀'은 현재 강철 생산에 주로 사용되며 무게를 많이 추가하지 않고도 강도를 높일 수 있다고 알려졌다. 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에 따르면, 다른 합금을 만들거나 저온에서 초전도체 특성을 가져 입자 가속기 및 기타 첨단 과학 장비에서 발견될 수 있다. 중국원자력공사(CNNC)는 바얀 오보 광산에서 2023년 10월3일 발견됐으며, 검은 갈색을 띤 광석은 광산에서 발견된 17번째 새로운 종류로, 해당 지역에서 발견된 150종의 새로운 광물 중 하나라고 설명했다. 싱가포르 국립대학교(NUS) 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto)는 "이 나이오븀의 양과 품질에 따라 중국은 자급자족이 가능해질 수 있을 것"이라고 전했다. 현재 중국은 나이오븀 95%를 수입하는 것으로 알려졌다. 브라질은 희토류 금속의 세계 최대 공급국이며, 캐나다가 뒤를 쫓고 있다. 미국 지질 조사국(US Geological Survey)에 따르면, 네브래스카 남부에 나이오븀 광산과 가공 시설을 개설하는 프로젝트가 진행 중이다. 엘크 크릭 크리티컬 미네랄 프로젝트(Elk Creek Critical Minerals Project)는 미국에서 유일한 나이오븀 광산이 될 것으로 보인다. 또한 연구자들은 나이오븀-리튬, 나이오븀-그래핀 배터리를 개발하기 위해 노력 중으로, 이 금속의 수요는 앞으로 더욱 증가할 수 있다. 이러한 배터리는 리튬과 함께 사용될 경웅, 화재 위험을 줄일 수 있다고 알려졌다. 나이오븀-리튬 배터리는 기존 리튬 배터리 보다 충전 속도가 빠르고 자주 충천할 수 있다는 장점을 지녔다. 지난 5월, NUS산하 첨단2D 재료 연구센터(CA2DM) 연구원들은 나이오븀-그래핀 배터리가 리튬 이온 배터리에 비해 10배 더 긴 약 30년 동안 지속될 수 있으며, 10분 미만의 시간 안에 완전 충전될 수 있다고 발표하기도 했다. 한편, 한국의 13개 주요 광물 수입액은 16조5000억원에 달하는 것으로 알려졌다. 이 가운데 리튬과 주석, 안티모니를 비롯한 8개 광물의 수입 의존도는 50%를 넘었다. 2021~2022년 주요 광물 국가별 수입 현황에 따르면, 리튬의 중국 의존도는 64%, 나이오븀의 베트남 의존도 91%, 희토류 중국 의존도는 50%로 각각 나타나 특정 국가에 의존도가 지나치게 높다는 우려를 낳고 있다.
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중국, 새로운 희토류 광석 발견...글로벌 공급망 파장
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지구 내부 핵 신비 밝히다
- 지구는 여러 층으로 구성되어 있으며, 이는 바깥층의 지각에서 시작해 상부 맨틀, 하부 맨틀, 외부 핵, 그리고 내부 핵으로 이어진다. 기존의 연구에서는 지구의 내부 핵은 엄청난 온도와 압력 때문에 매우 단단하다고 여겨졌다. 그러나 독일 매체 프랑크푸르트 런스차우(Frankfurter Rundschau)에 따르면, 이러한 견해는 부분적으로만 옳다는 새로운 사실이 발견됐다. 지구 어디에서도 내부 핵만큼의 극단적인 온도와 압력을 찾아볼 수 없다. 이러한 강한 압력은 철 원자를 굳게 압축하여 지구의 내부 핵을 형성하게 한다. 미국과 중국의 연구원들이 지구 중심부의 철 원자 일부가 놀랄 만큼 빠르게 이동할 수 있다는 사실을 발견했다. 이들 원자는 기본 금속 구조를 유지하면서도 단 몇 초 만에 위치를 바꿀 수 있다. 이런 현상은 '집단 운동'이라고 알려져 있으며, 새 떼나 동물 무리의 움직임에서 볼 수 있다. 지구 코어 원자의 빠른 이동 연구원들은 지구 내부 핵의 고온과 고압 때문에 직접 조사할 수 없다고 말했다. 그러나 실험실 실험과 이론 모델을 통해, 연구원은 지구 중심부의 원자들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이고 있음을 발견했다. 이러한 발견은 지구의 자기장 형성 등, 지구 핵에 관한 수많은 신비를 이해하는데 도움이 될 것으로 보인다. 텍사스 대학교의 주 연구원 정-후 린은 "이제 우리는 지구 내부의 동적 과정과 발전을 이해하는데 도움이 될 기본적인 메커니즘을 파악했다"고 말했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표됐다. 지구 핵의 축소판 재현 미국과 중국 연구팀은 지구 핵의 미니 버전을 실험실에서 재현하여 철 원자의 집합적 움직임을 관찰했다. 연구팀은 먼저 빠르게 움직이는 발사체를 가진 작은 철판을 사용했으며, 여기서 온도, 압력, 속도와 관련된 데이터를 획득했다. 이 데이터는 기계 학습에 사용되어 지구 내부 원자의 시뮬레이션을 위한 컴퓨터 모델을 구축하는데 적용됐다. 연구팀은 인공지능(AI)을 활용하여 약 3만 개의 원자로 구성된 '슈퍼 셀'을 생성하고, 이를 통해 원자의 행동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다. 예상보다 더 유연한 코어 이번 연구 결과로 인해 지구의 내부 핵이 예상보다 더 부드럽고 유연하다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 이러한 철 원자의 놀라운 움직임이 지구의 내부 핵의 지진 측정값이 고압 상태에서 예상보다 더 부드러움과 유연함을 보이는 이유를 설명할 수 있을 것이라고 말했다. 이 연구의 공동저자인 장유준(Suchan University) 교수는 "지구 깊은 곳의 철이 놀라울 정도로 부드럽게 움직이는 것이 가장 큰 발견이다. 원자가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이기 때문이다. 이런 활발한 움직임은 내부 핵을 덜 단단하게 만들어 전단력에 대해 더 약하게 만든다"라고 설명했다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 한 단계 더 발전시키는 결과를 가져왔으며, 지구의 자기장 형성과 내부 구조 및 작동 방식에 중요한 영향을 미치는 핵심 요소로 평가되고 있다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 크게 발전시킨 것으로 평가된다. 지구 내부 핵은 지구의 자기장을 형성하고, 지구의 내부 구조와 작동 방식에 중요한 역할을 미치는 핵심 부분이다. 이로써 지구의 자기장 변화와 지구의 내부 구조 변화를 더 잘 예측할 수 있을 것으로 기대된다.
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지구 내부 핵 신비 밝히다
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[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다
- 금속이 자체적으로 균열을 복구하는 모습이 관찰됐다. 10일(현지시간) 과학 전문 매체 '사이테크데일리'에 따르면, 텍사스 A&M대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 예측했던 금속의 자가 치유 현상이 올여름에 발견되어 세계 과학자들을 충격에 빠뜨렸다. 연구 과정에서 아주 작은 백금 조각에 지속적인 스트레칭을 가하자 미세한 균열이 형성됐다. 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어지는 '금속의 피로' 현상의 균열 성장을 살펴보기 위해 설계된 이 실험은 처음에는 과학자들의 예상대로 진행됐다. 견고한 금속은 외부의 힘이 반복해서 작용하면 눈에 보이지 않는 미세한 균열이 발생하고, 마침내 부러지게 된다. 그러나 실험도중 예기치 않게, 균열이 더 이상 커지지 않고 오히려 줄어들기 시작하는 금속이 스스로를 '치유 복구'하는 모습이 관찰됐다. 금속의 피로 현상은 교각이나 건축물이 망가지거나, 항공기의 부품 파손 등 기계가 손상되는 주요 원인으로 꼽힌다. 그로 인해 학계는 금속 피로 현상을 스스로 복구하는 소재 개발에 집중해왔다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 올 여름 나노 결정질 금속의 균열 실험 중 놀라운 금속 자가치유 현상을 발견했다. 그 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 이런 자가 복구 능력은 지금까지 공상 과학 소설에서나 나올 법한 이야기로 여겨졌다. 하지만, 텍사스 A&M 대학의 재료 과학 및 공학부 교수이자 이 연구의 공동 저자인 마이클 뎀코비츠 박사는 그런 가정을 뒤엎는 놀라운 발견을 했다. '금속 피로 복구' 10년 전 예측이 현실로 뎀코비츠 박사와 그의 팀은 10년 전 매사추세츠 공과대학의 조교수 시절 이미 금속의 자가 치유 현상을 예상했다. 당시 뎀코비츠 교수는 일정 조건이 갖춰지면 비록 나노 수준이지만 금속의 균열 복구가 이론적으로 가능하다고 주장했다. 뎀코비츠 박사는 "처음엔 금속의 치유나 복구를 목표로 한 것은 아니다. 저의 제자 구오샹 쉬가 골절에 관한 시뮬레이션을 진행 중이었다"며 회상했다. 이어 "우연히 시뮬레이션에서 금속의 자연 치유 현상을 발견, 이에 대한 추가 연구를 시작하기로 결정했다"고 덧붙였다. 2013년 당시의 연구 결과도 이번만큼이나 눈길을 끌었다. 특수 전자현미경인 투과형 전자 현미경기술이 발달하면서 금속의 나노 스케일 피로 균열 관찰이 가능해진 점도 이 현상을 발견하는 데 도움이 됐다. 뎀코비츠 박사의 공동 연구팀은 금속 피로현상 조사 과정에서 백금의 자가치유 능력을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 "진공 상태의 백금 조각에 나노 스케일의 균열을 내고 이를 초당 200회 당겨 군열 변화를 관찰했다며 실험 시작 40분 뒤 백금 표면의 균열이 복구됐다"고 설명했다. 그는 "당시 나와 우리 팀, 동료들까지도 모두 이 이론에 대해 의구심을 가지고 있었다"고 회상했다. 그렇지만, 그의 시뮬레이션은 이후 몇 년 간 여러 연구자들에게 검증되며 확장되어왔다. 뎀코비츠 박사는 "다른 연구자들도 같은 결과를 시뮬레이션에서 확인해, 우리의 모델링에 오류가 없다는 것이 확실해졌다"면서도 "그럼에도 불구하고, 지금까지 실제 실험은 이루어지지 않았다"고 덧붙였다. 2013년의 모델과 최근의 실험에서는 둘다 나노 단위로 결정 구조나 입자 크기가 측정되는 나노결정 금속이 사용됐다. 이 단위는 100만분의 1밀리미터(mm)를 의미한다. 뎀코비츠 박사에 따르면, 이러한 나노결정 금속은 엔지니어링에서는 널리 활용되지 않지만 대다수의 금속을 이 형태로 제작할 수 있다. 뎀코비츠는 나노 결정 금속의 작은 입자 크기 때문에 더 많은 미세 구조적 특징이 있어, 균열 사이의 상호작용이 쉽게 일어난다고 설명했다. 이는 자가 치유 연구를 용이하게 했다. 두 연구에서 모두 입자 경계의 이동 방향이 균열의 치유에 영향을 미친다는 공통점을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 이런 특징이 다양한 금속과 합금에서도 확인될 수 있으며, 조절이 가능하다고 말했다. 진공 환경에서 실험 성공 뎀코비츠 박사는 "현재 연구의 주요 성과는 이론적 예측이 단순히 '도면 상의 아이디어'에서 벗어나 실제로 가능하다는 것을 입증한 것"이라고 강조했다. 그는 "아직 우리는 자가 치유를 위한 미세 구조의 최적화 작업에 발을 들이지도 않았다. 어떤 구조적 변화가 금속의 자가 치유를 더욱 촉진시킬지를 파악하는 것은 앞으로의 연구에서의 큰 도전"이라고 말했다. 이 연구의 발전 가능성은 매우 광범위하다. 뎀코비츠는 입자 크기의 더 큰 일반적인 금속에서도 이런 자가 치유 과정이 일어날 수 있을 것이라고 지적하면서, 그에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 밝혔다. 2013년의 이론과 최근 실험 사이의 주요 연결점은 둘 다 외부 물질이 혼입되지 않는 진공 상태에서 이루어졌다. 외부 요소는 금속의 균열 표면이 재결합하거나 냉간 용접 과정을 방해할 수 있기 때문이다. 이런 제한사항에도 불구하고, 이 기술은 우주선 혹은 외부 대기로부터 보호되는 내부 균열처럼 특정 환경에서는 유용하게 활용될 수 있다. 10년이 흐른 지금, 뎀코비츠의 금속 자가치유 초기 이론은 샌디아 국립연구소의 실험을 통해 그 가치가 입증됐다. 이번 연구를 통해, 뎀코비츠는 최근에 관찰된 결과가 그의 초기 시뮬레이션 모델과 일치함을 확인할 수 있었다. 뎀코비츠 박사는 "이 실험은 진정으로 놀랍다. 이론적 측면에서도 의미가 크다"고 말했다. 그는 "물질의 복잡한 특성으로 인해 자신있게 새로운 현상을 예측하는 것은 종종 매우 어려운 일이다. 이번 발견은 물질의 반응에 대한 우리의 이론적 접근이 옳은 방향을 향하고 있다는 확신을 갖게 해준다"고 말했다. '퓨처 아이즈(Future Eyes)'는 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다
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호주-캐나다 팀, 유해 광산 폐기물을 '건강한 토양' 변환
- 호주와 캐나다의 과학 엔지니어링 팀은 유해 광산 폐기물을 작물이 자랄 수 있는 건강한 토양으로 변환하는 방법을 찾아냈다. 캐나다 매체 굿뉴스네트워크는 호주와 캐나다 팀이 최근 광산 폐기물을 건강한 토양으로 변환해 이미 옥수수와 수수를 재배하는 데 사용하고 있다며 이같이 보도했다. '테일링(Tailings, 우리 말로 '광산 덤프' 또는 '광미'로 해석)'은 채굴한 광물에서 유용한 금속을 분리한 후 남은 광산 폐기물에 대한 공식 산업 용어다. 일반적으로 중금속에 의해 독성이 있고 그로 인해 다른 어떤 것에도 사용할 수 없는 테일링은 지하수나 농지를 오염시키지 않도록 저장시설에 보관된다. 퀸즈랜드 대학과 사스카처완 대학의 팀은 수천억 달러의 광산 폐기물 저장비용을 절약하고 시설들이 고장나거나 버려질 때 발생하는 재앙을 막으려는 목적으로 미생물을 이용해 테일링을 건강한 토양으로 변환할 수 있는 방법을 연구했다. 퀸즈랜드 대학의 롱빈 황(Longbin Huang) 교수는 "'테일링'에는 식물을 재배하기 위한 생물학적인 친화적인 특성이 없다. 뿌리와 물이 폐기물을 관통할 수 없으며, '테일링'의 용해성 염류와 금속은 식물과 토양 미생물을 죽일 수 있다"며 "자연이 천천히 '테일링'을 비옥한 토양으로 바꾸도록 기다린다면 수천 년이 걸릴 수 있다"고 설명했다. 황 교수 팀은 캐나다 광원(CLS, Canadian Light Source)을 사용하여 '테일링'을 토양 미생물을 이용해 식물을 재배하기 위한 환경으로 변화되는 과정을 가속화하는 방법을 발견했다. CLS는 원형 입자 가속기의 한 종류인 거대한 싱크로트론(synchrotron, 빛을 생성하고 그 빛을 이용하여 물질의 성질을 연구하는 장치)으로, 일련의 자석의 배열을 통해 하전 입자(전자)가 거의 빛의 속도에 도달할 때까지 가속화시키는 방식으로 작동한다. 과학자들은 CLS의 싱크로트론 빛을 사용하여 유기-광물 인터페이스를 개발하고 광미를 활성화할 수 있는 방법에 대한 자세한 메커니즘을 시각화할 수 있었다. 황 교수는 "우리는 SM 빔라인을 사용해 즉각적인 인터페이스와 광물의 변화, 유기물과 상호 작용하는 방식을 나노미터 규모로 밝혀야 했다"고 말했다. 그는 "시설 접근과 빔라인 직원 전문가들의 의견은 우리가 양질의 데이터를 수집해 신뢰할 수 있는 과학적 증거를 확보하는데 매우 중요했다"고 덧붙였다. 데이터를 통해 과학자들은 테일링에 식물 껍질을 첨가한 후에 광산 폐기물을 토양 미생물로 재식립하는 데 성공할 수 있었다. 이러한 토양 미생물은 일부 잔류 유기물과 광물을 소비해 토양 입자로 집합시킨다. 황 교수는 "토양 파편에는 미생물 활동이 있는 표면이 있으며, 밀집된 광산 폐기물에서 기공성을 형성하여 가스와 물에서 뿌리와 미생물이 생존할 수 있게 된다. 그로 인해 광산 폐기물의 죽은 광물 매트릭스가 식물이 자랄수 있게 하는 토양과 유사하게 된다"고 말했다. 황 교수 팀은 토양, 피톤치드, 광산 폐기물과 미생물을 사용해 한 번에 장벽을 넘는 방법을 제공했다. 데이터를 분석한 과학자들은 식물을 심은 후의 광산 토양에서 미생물이 성공적으로 재정착되었다는 것을 발견했다. 이 토양 미생물들은 특정 잔류물과 미네랄을 분해하며, 이 과정에서 토양 입자들을 뭉치게 만든다. 황 교수는 "토양 부스러기에는 미생물 활성 표면이 있어 일반 토양과 마찬가지로 가스, 물, 뿌리 및 미생물이 생존할 수 있는 다공성 구조를 광미에 형성한다"고 설명했다. 그는 "이렇게 변화된 광미는 기본적으로 식물이 자랄 수 있게 해주는 토양과 같은 매개체가 된다"고 말했다. 그는 "이 과정이 12개월 안에 이루어질 수 있으며 과도한 경작, 비료 남용이나 기후 변화로 인해 손상된 토양을 복원하는 데에도 사용될 수 있다"고 덧붙였다.
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호주-캐나다 팀, 유해 광산 폐기물을 '건강한 토양' 변환
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신비한 핑크 다이아몬드, 희귀한 이유는?
- 누구나 한 번쯤은 사랑하는 연인이나 결혼 기념일 또는 특별한 순간을 기념하기 위해 다이아몬드를 선물하거나, 혹은 선물 받고 싶다는 생각을 한다. 다이아몬드는 그 자체로 귀중한 보석으로 알려져 있지만, 그 중에서도 핑크 다이아몬드는 특별한 가치를 지닌다. 최근 프랑스의 매체 푸투라(FUTURA)는 이 희귀한 핑크 다이아몬드의 신비한 기원에 대한 연구결과를 보도했다. 다이아몬드의 희소성은 그것이 형성되는 극도의 환경 때문이다. 이런 보석은 지구 내부 약 140~190km 깊이에서 극도의 온도와 압력 속에서 수십억 년 동안 천천히 형성된다. 푸투라에 따르면, 이러한 고유한 형성 과정이 다이아몬드의 가치를 높여준다. 특히, 핑크 다이아몬드는 10만 개의 다이아몬드 중 단 하나만이 가지는 독특한 색상으로, 그것만으로도 특별한 보석임을 확인시켜 준다. 핑크 다이아몬드는 전 세계 몇 안 되는 광산에서만 발견되며, 그 중 호주의 아가일 광산은 시장에 공급되는 핑크 다이아몬드의 약 90%를 생산하고 있다. 호주에 위치한 이 고대 화산에는 특별한 특징이 있다. 이 광산은 일반적인 경우처럼 킴벌라이트[반상조직의 초고철질(ultramafic) 화성암으로 칼륨의 함량이 매우 높다]가 아니라 램프로이트(150km를 초과하는 깊이에서 부분적으로 녹은 맨틀에서 형성되는 암석) 화산 도관에서 채취된 것이다. 이 화산암이 형성된 지질과정은 아직 미스터리한 채로 남아 있다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 등재된 연구 결과에 따르면, 아가일 램프로이트는 약 13억년 전 형성됐을 것으로 추정된다. 이는 이전까지 추정되던 시기보다 1억년 앞선 것이며, 바로 이 점이 광산의 형성 이해에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 아가일이 위치한 지구상에서 가장 오래된 대륙 중 하나인 킴벌리 대륙과 북부 오스트레일리아 대륙의 접합 지대는 오래전부터 알려진 지역이다. 이 지점은 약 18억년 전, 세계에서 가장 고대의 대륙 중 하나인 누나(Nuna) 형성 과정에서 생겨났다. 핑크 다이아몬드의 형성에는 극도의 지각압이 필요하다고 여겨진다. 이러한 조건은 아가일 지역에서 충족됐을 것이다. 그렇지만, 이 귀한 다이아몬드가 어떻게 지표면까지 올라왔는지는 아직 풀리지 않았다. 최근 연구에 따르면, 아가일 램프로이트는 대략 13억년 전에 형성되었을 것으로 추정되며, 이는 초대륙 분열의 시작과 일치한다. 그러나 아가일 지역의 분열은 완전히 이루어지지는 않았다. 지각이 매우 얇아진 결과로 마그마가 지표로 상승했고, 이 과정에서 지구 깊은 곳에서 형성된 핑크 다이아몬드가 표면으로 올라 온 것으로 추정된다. 이런 지리적 특징은 앞으로 전 세계에서 새로운 광산 위치를 파악하는 데 중요한 단서가 될 수 있다. 한편, 다이아몬드 산업은 광업에서 더 넓은 제조업 영역으로 확장되고 있다. 금속 촉매제인 철과 니켈을 탄소 파우더에 첨가하여 고온 및 고압에서 다이아몬드 '씨앗'을 합성하는 방법이 개발됐다. 이 합성 다이아몬드 제조 기술을 보유한 국가로는 인도, 중국, 한국 등 총 8개국이 있다. '랩그로운 다이아몬드'라는 이름으로 알려진 이 인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 가격이 경제적이다. 환경에 미치는 영향도 크게 줄일 수 있어서 인공 다이아몬드에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
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신비한 핑크 다이아몬드, 희귀한 이유는?
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한국은행, 9월 제조업 체감경기 소폭 개선
- 국내 9월 제조업 체감경기가 경기 불확실성 지속에도 일부 업종 업황이 회복되면서 소폭 개선됐다. 한국은행이 27일 발표한 '9월 기업경기실사지수(BSI) 및 경제심리지수(ESI) 조사 결과'에 따르면 이달 제조업 업황 BSI는 8월에 비해 1p(포인트) 상승한 68을 기록했다. 제조업 업황 BSI는 7∼8월 두 달 연속 하락한 뒤 3개월 만에 반등했다. BSI는 현재 경영 상황에 대한 기업가의 판단과 전망을 바탕으로 산출된 통계로, 부정적 응답이 긍정적 응답보다 많으면 지수가 100 미만으로 내려간다. 제조업 업황 BSI를 기업규모·형태별로 보면 대기업과 내수기업은 각각 1p와 2p 상승했으나, 중소기업과 수출기업은 각각 1p 나빠졌다. 업종별로 살펴보면 반도체 수요 감소와 가격 회복 지연 등의 영향으로 전자·영상·통신장비는 2p 하락했다. 그러나 기타 기계·장비와 1차 금속 지수는 각각 6p와 5p 높아졌다. 환율 상승으로 자동화 설비를 수출하는 업체의 실적이 개선됐고, 중국 철강 감산·부동산 부양책 등으로 1차 금속 제품 가격 상승 가능성이 반영된 영향이다. 석유정제·코크스(+13p)도 싱가포르 정제마진 스프레드 확대, 윤활유 부문 매출 증가로 인해 체감 경기가 나아졌다. 9월 비제조업 업황 BSI(77)는 전월 대비 2p 올라 넉 달 만에 반등했다. 비제조업 중에서는 공공부문 토목설계 수요가 증가하면서 전문, 과학·기술 서비스업(+11p)이 개선됐다. 사업시설관리·사업지원·임대서비스업(+5p)과 건설업(+3p) 지수도 상승했다. 가을 야외 행사 증가, 이미 발주한 토목공사 착공에 따른 매출 증가 영향이다. 예술, 스포츠·여가 관련 서비스업(+18p) 또한 가을철 골프 성수기 고객이 늘고 중국 단체관광을 허용하면서 체감 경기가 나아졌다. 제조업과 비제조업을 종합한 전산업 업황 BSI는 9월 73으로, 8월 대비 2p 상승했다. 전산업 업황 BSI도 3개월 만에 반등했다. 10월 업황에 대한 전망 BSI(73)는 전월과 동일했다. 제조업(67)이 2p 하락했으며, 비제조업(77) 1p 올랐다. BSI에 소비자동향지수(CSI)를 반영한 9월 경제심리지수(ESI)는 전월보다 1.3p 내린 92.7을 기록했다. 계절적 요인 등이 빠진 ESI 순환변동치는 93.4로, 전월보다 0.2p 상승했다. 이달 조사는 3255개 법인기업을 대상으로 지난 12일부터 19일까지 진행됐다. 이 가운데 2713개 기업(제조업 1607개, 비제조업 1106개)이 설문에 답했다. 황희진 한은 통계조사팀장은 제조업 업황 전망이 하락한 이유에 대해 "전자와 영상, 통신장비와 자동차 등 주력산업 업황 전망이 대부분 안 좋았다"고 말했다.
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한국은행, 9월 제조업 체감경기 소폭 개선
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
- 지구의 자전축 기울기가 약 80cm(약 31.5인치)나 또 어긋난 것으로 밝혀졌다. 최근에 '지구의 기울기'가 다시 화제가 되고 있는 가운데, 과학자들의 조사에 따르면 지구의 기울기 변동이 가속화되어 31.5인치(약 80 센치)나 변경된 것으로 확인됐다. 이 데이터는 2023년 6월 지구과학 저널 「지구물리학 연구 레터(Geophysical Research Letters)」에 게재된 연구에 따른 것으로, '지하수의 과도한 채취'가 지구 기울기의 주요 원인으로 보고됐다. 또한 이 연구에서는 "지구의 기울기 변화와 전 세계적인 해수면 상승(약 0.24인치 또는 약 6mm) 간에 연관성이 있다"고 지적했다 지구 자전축의 변화가 세계 해수면에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 지하수 채취가 왜 자전축의 기울기에 영향을 주는지, 그리고 자전축의 기울기가 31.5인치로 커진 것이 실제로 얼마나 큰 문제인지에 대해 정리했다. 먼저 자전축의 기울기는 지구에 어떤 영향을 미칠까. 자전축의 기울기는 지구를 특징짓는 특징 중 하나다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 계절이 발생하는 지역이 있으며, 북극과 남극에서는 궁극적으로 극야(위도 66.55도 이상인 극지방에서 겨울철에 해가 뜨지 않고 밤만 계속되는 기간)와 극주야(?)/백야(해가 지지 않아 밤에 어두워지지 않는 현상)가 존재한다. 이 현상을 놀이기구를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다. 자전축이 공전 궤도에 수직이라면, '틸트 어 휠(Tilt-a-Whirl)' 놀이기구처럼 어느 북반구나 남반구에서도 일년 내내 일정한 일조 시간을 가지며, 태양의 궤도 위치가 항상 같아 시간의 흐름에 따른 변화가 없을 것이다. 이와 같은 상황은 북극점과 남극점에서도 동일한 상황이 지속될 것이다. 하지만, 지구는 기울어져 있기 때문에 '틸트 어 휠' 내부에 있는 것처럼 중심(태양)이나 수평선에 가까워질 때도 있고 멀어질 때도 있다. 우리가 평소에 단단하다고 느끼는 지구의 안정성은 실제로는 그렇지 않다. 지구의 지각은 주로 단단한 암석으로 구성되어 있으며, 대부분의 지역에서는 약 40킬로미터(약 25마일)의 깊이에 이른다. 1 평방피트(약 930㎠) 크기의 지표면 아래 40킬로미터 깊이의 지각 부분은 부피로 따지면 대략 1만1000톤으로 추정된다. 이것은 2012년 티레니아 해에서 전복된 호화 여객선 코스타 콘코르디아(약 11만4000톤)의 무게와 거의 비슷하며, 이 배를 원래의 상태로 세울 수 있는 무게와 동일하다. 그러나 태양계 내에서 밀도가 가장 높은 행성인 지구에서도 40킬로미터 두께의 지각은 지구 지름의 0.33% 정도에 불과하며, 1만1000톤은 지구의 총 질량인 5.972 ×10²⁴kg에 비하면 미미하다. 지구를 M&M 초콜릿 한 알로 비유하면, 얇은 설탕 코팅 부분이 지각에 해당한다. 그렇다면 과도한 지하수 채취는 어떤 문제를 야기할까. 지각 위에는 바다가 있고, 지각 바로 아래에는 광대한 지하 담수층이 있다. 그 아래에는 유동성 있는 암석을 포함한 맨틀이 있으며, 외피 아래의 외부 핵은 액체이다. 현재 지구의 내부 핵은 고체라는 주장이 유력하다. 최근 발표된 지하수 관련 논문에서는 특정 현상에 대한 조사가 진행되고 있다. "지하수를 얻기 위해 지하 또는 지각 내에 저장된 물을 얻으려고 구멍을 뚫으면 갑자기 지구 외부의 일부 무게가 크게 가벼워지며, 지구 전체의 균형 유지에 매우 간단한 형태로 영향을 미치게 된다"는 설명이다. 볼링 공이나 회전하는 스피너 외부에만 구멍을 뚫는다면 어떤 변화가 일어나는지 상상해보자. 볼링공은 여전히 회전은 가능하겠지만, 원래의 회전과는 달리 불규칙한 방식으로 회전할 것이다. 게다가 지구에는 대량의 물과 용해된 금속이 있으므로, 이러한 물질들이 새로운 회전 방향에 영향을 받아 추가적인 회전 특성을 나타낼 수도 있다. 지구의 기울기는 '자전축 기울기'라고도 하며, 약 4만 1000년마다 22.1도에서 24.5도 사이로 변동한다. 지구의 위도 1도당 거리는 대략 111.11킬로미터(약 69마일)이기 때문에, 80cm의 변화는 사실상 크게 중요하지 않다고 볼 수 있다. 이 논문은 지구의 기울기에 영향을 미치는 특정 요인에 집중하고 있다. 중요한 것은 이 변화가 자연적인 변동이 아닌 인간의 활동에 의한 결과라는 점이다. 인류는 약 4만 1000년 전부터 존재했지만, 그 당시 인간은 지하수를 채취하기 위해 지각을 깊게 파지 않았다. 반면, 정화된 물을 위한 우물의 역사를 살펴보면, 약 9000년 전 신석기 시대의 시리아 텔 사비 아비아드(Tell Seker al-Aheimar) 유적에서 발견된 것이 가장 오래된 것으로 기록되어 있다. 과도한 지하수 채취 문제는? 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 지표면 아래의 수층은 세계의 강과 호수의 수백 배 이상의 물량을 포함하고 있다. 여기서수층은 지하수를 저장하는 암석과 퇴적층을 의미한다. 이 지하수는 지구의 다양한 지역(사막 포함)에서 볼 수 있지만, 접근이 어렵거나 정화 처리가 필요한 경우가 많다. 지하수는 지표면 근처에 위치하며, 단지 몇 시간 정도만 축적되었을 수도 있고, 지하의 매우 깊은 곳에서 몇 천 년 동안 존재했을 수도 있다. 미국 과학·공학·의학 아카데미와 애리조나 주립 대학교의 '과학과 기술의 이슈(Issues in Science and Technology)' 간행물에 따르면, 호수와 강의 담수 부족 때문에 인간은 지하수를 채취하기 시작했다. 이러한 지하수는 음용, 관개, 그리고 광물 채굴 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 그렇지만 지하수의 과도한 채취는 자연 환경과 습지에 큰 피해를 준다. 이는 땅이 건조해지는 것뿐만 아니라 토양의 붕괴, 야생동물과 물고기, 나무에 대한 부정적 영향, 그리고 일부 종의 멸종 위험을 가져온다. 더욱이, 최근의 연구에서는 지하수 채취가 지구의 기울기에도 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 지구 기울기가 변한 다른 요인 지구는 완벽한 균형을 가진 공이나 볼링 공처럼 완벽하게 균형 잡힌 상태를 유지할 필요가 없다. 사실, 과학자들은 '테이아(Theia)'라는 천체가 원시 지구와의 충돌로 인해 지구가 기울게 되어 자전하게 되었다는 가설을 제기하고 있다. 이 충돌에 의해 원시 지구에서 분리된 부분이 달이 되었다고 추측하고 있다. 당시 충돌로 인해 원시 지구의 한 쪽에는 커다란 스위스 치즈 같은 크레이터가 생겨나, 그 결과 회전 축이 변화했다고 본다. 그 이후로 지구의 자전축이 다시 원래대로 돌아온 적은 없다. 지구와 같은 행성은 자전으로 인해 시간이 지남에 따라 점차적으로 거의 완벽한 구형에 가까운 형태로 변화한다. 이 개념은 '정적압력 균형'이라고 불린다. 사실, 거의 완벽한 구형에 가까운 형태는 행성이나 천체의 기본적인 특성 중 하나이다. 이를 고려하면 '테이아'라는 천체의 충돌 이전의 울퉁불퉁한 지구는 자전 활동이 회복되기 전까지 '행성'으로 간주되지 않았을 수도 있다. 지구의 자전축 기울기는 지구의 구 형태를 유지하는 데 영향을 미치지 않는다고 여겨진다. 지구의 정적압력 균형은 이러한 기울기와 상관없이 각 행성의 자전 현상에 의해 결정되기 때문이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2018년 "20세기에 지구의 기울기 변화를 초래한 3가지 주요 원인을 확인했다"고 보고했다. 나사에서 파악한 원인은 '그린란드의 얼음 해빙', 빙하의 이동 또는 해빙으로 인해 얼음의 무게가 사라져 지각이 서서히 상승하는 '빙하성 반동', 그리고 '맨틀 대류'이다. 맨틀 대류는 지각 아래에 있는 유동성 있는 암석 성분이 가열되어 상층으로 이동하고 표면 근처에서 냉각되어 밀어내는 운동이다. 온도가 다른 암석의 밀도가 서로 다르기 때문에 중심을 뒤흔드는 것. 한편, 과학자들은 지구의 기울기가 많은 다른 요인에 의해 변동된다는 사실을 알고 있지만, 이러한 요인을 동시에 연구하는 단계는 아직 확립되지 않았다고 말했다. 2020년 논문에서 과학자들은 "지구는 내부에서부터 외부로 이르기까지 다양한 시간 스케일에서 연속적인 변화가 진행 중이기 때문에 이러한 동적 매개변수는 모두 안정된 값을 갖지 않으며 시간이 지남에 따라 변화한다"고 지적했다. 또한 "이러한 변동은 상대적으로 작기 때문에 최근까지 관측하기 어려웠다"면서 "앞으로 몇 년 안에 지구의 기울기 변화가 특정 요인에 의해 크게 변할 것이라는 뉴스를 자주 접할 가능성은 낮을 것으로 생각된다"고 밝혔다.
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
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리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세
- 중국의 리튬이온 배터리(LIB) 관련 기술이 날로 발전하고 있다. 게다가 폐배터리 재활용 연구도 활발해 제조와 생산에 이어 재활용까지 명실상부한 배터리 산업 세계 1위 종주국 자존심을 지키려 애쓰는 모습이 역력하다. 최근 널리 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 모바일, 태블릿을 비롯해 전기자동차 등 다양한 분야에 쓰이고 있다. 현존하는 배터리 제품 중 에너지 저장능력이 탁월하다는 장점 등으로 그 수요가 증가하고 있다. 하지만, 리튬 가격 상승과 자원 고갈 문제, 독성 물질을 함유한 방전 배터리 처리 문제 등이 수면 위로 떠오르면서 리튬이온 배터리 재활용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 미국 산업 매체 오일프라이스(Oilprice)는 리튬이온 배터리의 재활용은 높은 품질의 리튬을 회수하기 복합하고 비용이 많이 들기 때문에, 대부분의 재활용 공정은 양극에서 리튬을 추출하는데 중점을 두고 있다고 지적했다. 리튬이온 배터리를 재활용하는 것은 매우 까다로운 공정이다. 다시 사용할 수 있을 만큼 높은 품질의 리튬을 회수하는 것은 복잡하고 비용이 많이 들어간다. 중국과학원(ICCAS) 화학연구소와 중국과학원(UCAS) 대학의 위궈궈(Yu-Guo Guo)와 칭하이 멍(Qinghai Meng)이 이끄는 연구팀은 리튬이온 배터리를 재활용 하는 대체 방법을 개발했다. 이 연구팀은 물 대신에 양극에서 리튬을 회수하기 위해 비양성자성 유기 용액을 사용했다. 양성자성 물질은 수소 이온을 방출할 수 없으므로 수소 가스가 생성되지 않는다. 대부분의 재활용 공정은 음극(방전된 배터리의 리튬 대부분이 위치한 곳)에서 리튬을 추출하는 것을 목표로 한다. 그러나 리튬은 음극에 포함된 다른 금속과 함께 침전되기 쉬워 분리하는데 까다로운 작업이 수반되기 마련이다. 주로 흑연(graphite)으로 이뤄진 양극에서 리튬 추출은 훨씬 효율적이며 배터리 방전 없이 수행할 수 있다. 그러나 수용액으로 침출되면 화재와 폭발 위험도 높다. 또 이러한 반응은 많은 양의 에너지를 방출하고 수소를 생성할 수 있다. 이에 연구팀은 양극에서 리튬을 회수하기 위해 물 대신 유기 용매를 사용했다. 유기 용매 물질은 수소 이온을 방출할 수 없어, 수소 가스가 생성되지 않는다. 이 용매는 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 에테르를 포함한다. 특정 PAH는 양극의 양성 리튬 이온과 전자 하나를 함께 흡수할 수 있으며, 온화한 조건에서 이 환원 반응은 효과적으로 제어고 매우 효율적이라는 설명이다. 또 연구팀은 PAH 피렌(네 개의 벤젠 고리로 된 여러 고리 방향족 탄화수소)을 테트라에틸렌글리콜디메틸 에테르와 함께 사용하면 양극에서 활성 리튬을 거의 완전히 용해 시킬 수 있었다고 부연했다. 추가로, 얻어진 리튬-PAH 용액은 새로운 양극에 리튬을 추가하거나 전처리 또는 사용된 양극을 재생하는 데 사용될 수 있다. PAH 용매 시스템은 처리되는 물질에 최적화하기 위해 다양하게 조절될 수 있다. PAH는 석탄, 기름, 가스, 쓰레기, 담배, 고기나 기타 물질이 연소될 때 형성되는 화학물질의 한 종류다. 오일프라이스는 "중국의 새로운 리튬 회수 공정은 효율적이고 비용이 저렴하며 안전 위험을 낮추고, 폐기물을 방지하며 리튬이온 배터리의 지속 가능한 재활용에 대한 새로운 전망을 열어준다"며 "아마도 전 세계 해변과 폐기물에 있는 수백만 개의 배터리를 재활용하는 해결책일 수 있다"고 평했다. 그러나 가장 큰 문제가 아직 남아있다. 재활용을 위해서는 먼저 배터리를 회수해야 한다. 어떤 공정을 사용하더라도 배터리를 수거하지 않으면 재활용 자체가 불가능하다. 게다가 화학 물질 사용도 문제다. 대부분의 사람들은 자신의 동네에 불쾌한 화학 물질이 들어오는 것을 원하지 않기 때문이다. PAH와 에테르를 포함한 것은 가스 밀폐 시설이 필요하며 원격 제어 기능이 반드시 필요하다. 한편, 오리온 마켓 리서치(Orion Market Research)에 따르면, 세계의 리튬이온 배터리 재활용 시장은 2022년~2028년까지 약 18.5% 성장할 것으로 예상하고 있다. 리튬이온 배터리 가격 하락에 의한 사용량 증가와 폐기물 처리에 대한 우려, 그리고 정부 정책 등이 재활용을 견인할 것으로 보여진다. 또한 LG에너지솔루션 자료에 따르면 세계 배터리 재활용 시장 규모는 2023년 108억 달러로 추정된다. 아울러 2024년 424억 달러, 2040년 2089억 달러 등으로 연평균 17% 성장할 것으로 전망되고 있다. 오일프라이스는 "하지만 무엇이든지 빨리 (대응을) 해야 한다"며 "사용된 리튬이온 배터리의 재앙적인 사고가 언젠가는 발생할 것이기 때문"이라며 리튬이온 배터리 재활용 방안 마련을 서둘러야 한다고 말했다.
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리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
- 일본의 대표 리튬이온 배터리 제조사인 '파나소닉 홀딩스(HD)'가 전기 없이 수소를 생성하는 기술 연구에 본격적으로 착수했다. 이와 함께, 한국도 탄소배출을 하지 않고 수소를 만드는 '수전해' 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 일본 산업 전문 매체 '뉴스위치(Newswith)'에 따르면, 파나소닉 HD는 '메조결정(mesocrystal)'이라는 특별한 규칙적인 결정 구조를 가진 금속 산화물을 활용하면, 태양광만으로 광촉매의 원리로 물을 분해, 수소를 생산할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이로써 앞으로 수소 에너지 활용 시, 전기를 사용하는 문제를 극복할 수 있을 것이라는 전망이 나왔다. 메조결정(mesocrystal)은 아주 작은 단위결정들이 결합해 큰 구조를 형성하는 특징을 가진다. 직경이 수백 나노미터(나노는 1/10억)에서 수 마이크로미터(마이크로는 1/1백만) 크기이며, 규칙적이고 조밀한 방식으로 축적된다. 표면적이 증가하기 때문에 특성이 향상되고 광촉매 작용의 효율을 기대할 수 있다는 장점이 있다. 파나소닉 HD는 "소자 표면에 금속 산화물의 메조결정질 용액으로 코팅된 기판을 부착해 빛을 통한 광촉매 반응으로 수분을 분해하는 기술을 개발했다"고 밝혔다. 그러면서 "현재 초소형 실험 장비에서는 이 기술의 기본 작동 원리가 확인됐다"고 덧붙였다. 파나소닉은 2030년까지 이 기술의 프로토타입을 완성하는 것을 목표로, 메조 결정 구조를 더욱 정밀하게 제어하고 장치의 크기를 확장하는 연구에 주력할 계획이다. 또한, 태양광과 물을 분리해 얻은 수소로부터 추가 에너지를 얻기 위해 태양 전지판과 함께 사용하는 등의 응용 방법을 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 한편, 한국은 탄소배출을 최소화한 수소생산 기술, 즉 '녹색 수소' 생산에 집중하고 있다. 이를 위한 핵심 기술로는 신재생에너지와 수전해가 대표적이다. 수전해 기술은 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 과정이다. 이 중, 두산퓨얼셀은 양성자 교환막 기반의 고분자 전해질막(PEM) 수전해 시스템을 2023년 하반기에 상용화할 방침이다. 세계 1위의 선박평형수 전기분해 처리장치 제조사 테크로스는 알카라인 방식의 수전해 시스템 개방 중인 것으로 알려졌다. 이밖에도 SK E&S는 미국의 수소 전문 기업 플러그파워와 손잡고 수전해 분야로의 진출을 준비하고 있다.
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
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폐수 분해해 전기 생산하는 대장균 개발
- 공장 폐수 속 유기물을 이용해 전기를 생산하는 날이 멀지 않았다. 스위스 연구팀이 대장균의 유전자 변형을 통해 폐수에서 자랄 수 있는 박테리아를 찾아냈다. 한국에서는 오폐수나 바닷물, 지하수 등을 정화하며 동시에 전기를 연속적으로 생산하는 분리막을 개발했다. 국제적인 주목을 받는 이 기술에 대해 일본의 온라인 매체 '기가진(Gigazine)'은 최근 스위스 연방 공과 대학의 논문을 인용, "이제 우리는 에너지를 사용하여 폐기물을 처리하는 것이 아닌, 폐기물 처리를 통해 에너지를 얻는 시대로 전환하게 될 것"이라고 전망했다. 스위스 연구팀을 이끄는 아르데미스 보고시안(Aldemis Bogosian) 교수는 일반 대장균의 유전자를 조작, 전기를 생산할 수 있는 '쉬와넬라 오나이덴시스(Shewanella oneidensis)'와 유사한 능력을 가진 박테리아를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 이러한 연구 성과는 미래의 환경 보호와 지속 가능한 에너지 자원 확보 방안으로 큰 기대를 모으고 있다. 전기를 생산할 수 있는 능력을 지닌 박테리아가 탄생한다 해도 섬세하거나 특별한 먹이가 필요하고 번식에 많은 양의 에너지가 필요하면 실용적 가치가 떨어진다. 이에 연구팀은 스위스 로잔의 현지 맥주 양조장에서 폐수를 채취해 새로 개발한 대장균을 주입했다. 양조장 폐수에는 다량의 당분, 전분질과 맥주 효모 혼합물이 포함되어있어 그대로 흘려 버리면 미생물이 번식할 수 있다. 이에 양조장은 폐수를 배출하기 전에 곡물 세척과 탱크 세척 과정을 거친다. 보고시안은 "이것은 유기 폐기물을 처리하기 위해 에너지를 사용하는 것이 아니라, 유기 폐기물 처리와 동시에 전기를 생산하는 일석이조 시스템"이라며 "양조장 폐수로 실험했을 때 기존의 전기 미생물은 생존조차 할 수 없었지만, 우리가 개발한 전기 미생물은 폐기물을 먹고 비약적으로 증식할 수 있었다"고 말했다. 이번 연구의 응용 범위는 단순한 폐기물 처리에 그치지 않는다. 유전자를 조작한 대장균의 특징 중 하나는 다양한 물질로부터 전기를 생성할 수 있다는 점이다. 이는 미생물 연료 전지, 바이오센싱 등 여러 분야에서의 활용 가능성을 시사한다. 논문의 주저자인 모하메드 모지부는 박테리아 기반의 생체 전기 에너지 분야에 대한 기대감을 전하면서도, "기업들은 이 기술의 상용화를 위해 더 이상 기다릴 수 없다"며 아쉬워했다. 한편, 한국 기업인 SK에코플랜트는 폐수 처리를 위한 전기화학적 정화 기술의 실용성을 테스트하고 있다. 이 방법은 오염된 폐수에 전류를 가해 정화하는 방식으로 진행된다. 더불어 한국과학기술원은 동국대와 협력해 커피 찌꺼기를 활용, 중금속을 제거하는 필터의 개발에 성공했다. 또한, 한국생명공학연구원은 양돈 농가의 폐수를 희석 과정 없이 직접 정화하면서 동시에 폐수 내의 미생물을 효과적으로 관리하는 미세조류 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 최근 한국과학기술원(KIST)은 명지대학교 신소재공학과와 손을 잡고, 오폐수와 바닷물, 지하수와 같은 다양한 물 자원을 효과적으로 정화하며 동시에 전기를 지속적으로 생산할 수 있는 분리막 기술을 개발했다. 이처럼 세계 여러 나라의 연구팀과 기업들은 박테리아와 같은 친환경 에너지 생산이 가능한 방식으로 오폐수 정화 기술 개발에 적극 나서고 있다.
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폐수 분해해 전기 생산하는 대장균 개발
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美 나사, 1경 규모 금속 행성 탐사선 10월 발사
- 미국 텍사스주 크기의 행성이 엄청난 속도로 지구를 향해 돌진하고 있다. 미국 우주항공국(NASA)는 비행선을 보내 이 행성에 구멍을 뚫고, 핵탄두를 설치해 폭파하는 방법으로 행성을 둘로 쪼개는 아이디어를 낸다. 영화 '아마겟돈' 이야기다. 그런데 영화 같은 일이 실제로 벌어질 전망이다. 나사는 이번엔 행성을 폭파하는 것이 아니라 어떤 광물이 있는지 조사하기 위해 비행선을 발사한다. 독일의 날씨전문 누리집 '다스베터(daswetter)'에 따르면, 과학자들은 '16프시케(16 Psyche)'라는 이름의 소행성을 탐사할 예정이다. 이번 탐사는 행성의 구성을 파악하기 위한 것이다. 이 소행성은 지난 1852년 3월 17일 이탈리아의 천문학자 안니발레 드 가스프리스(Annibale de Gasparis)가 발견했으며, 소행성대에서 가장 무거운 10개의 소행성 중 하나로 꼽힌다. 과학자들의 이번 탐사는 행성의 형성과 관련된 금속 및 기타 구성 요소에 대한 탐색을 목적으로 한다. 우주는 끊임없이 새로운 비밀을 품고 있으며, 이를 탐사하는 과학자들의 노력은 계속 이어진다. 소행성 '16프시케'는 철, 니켈, 금 등의 금속 성분을 주요 구성 요소로 갖는다. 이러한 특징은 태양계를 구성하는 미행성 핵이 대체로 금속 성분으로 형성됐을 가능성을 시사하며, 과학계는 이 점에 큰 관심을 가지고 있다. 나사가 그린 위의 프시케 상상도처럼 이 소행성의 형태는 감자와 유사한 불규칙한 모양을 하고 있다. 어쩌면 편평한 타원형으로 보일 수도 있다. 적도를 가로지르는 가로 길이는 약 280km, 세로 길이는 232km로, 전체 표면적은 약 16만5800 ㎢에 이른다. 최근의 연구에서는 이 소행성의 주요 성분이 금속으로 되어 있다고 분석됐다. 일반적으로 유리와 모래에서 발견되는 금속성분과 규산염의 복합체로 이해하면 된다. 레이더를 통한 관찰과 소행성의 열관성 측정 결과, 프시케는 암석과 금속의 조합으로 이루어져 있을 가능성이 높다. 특히, 전체 부피 중 30~60% 정도가 금속성분으로 구성되어 있는 것이 확인됐다. 과학자들은 광학과 레이더 관찰을 이용해 프시케의 3D 모델을 구축했다. 이 모델에는 두 개의 함몰된 분화구가 포함되어 있다. 그 결과 소행성 표면에는 금속 함량과 색상에 상당한 차이가 있음이 드러났다. 이 소행성은 우리 태양계를 구성하는 요소 중 하나인 소행성 핵에서 파생된 대량의 금속성분으로 이루어져 있을 가능성이 높다고 과학자들은 추정하고 있다. 소행성 프시케는 태양계 형성 초기에 자주 일어났던 여러 차례의 격렬한 충돌을 견뎌낸 것으로 추정된다. 이는 우리에게 지구의 핵이나 다른 암석 행성의 핵이 어떻게 형성되었는지에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 프시케는 태양으로부터 3억7800만~4억9700만km 떨어진 화성과 목성 사이의 태양을 공전한다. 이는 2.5~3.3AU(1AU, Astronomical unit, 지구와 태양 사이의 거리)거리로, 프시케가 태양 주위를 회전하는데 지구 시간으로 약 5년이 걸리지만, 자체 축(프시케의 하루)을 중심으로 한 번 회전하는 데는 4시간이 조금 넘게 걸린다. 나사는 2023년 10월 5일에 '프시케(Psyche)'라는 탐사선을 발사할 계획이다. 이 탐사선은 중력을 이용해 화성 상공을 지나가며, 이후 태양 전기 추진을 활용해 소행성에 접근할 예정이다. 탐사선이 소행성에 도착하면, 4개의 다른 궤도에서 탐사 활동을 시작한다. 주된 연구 목적은 프시케가 실제로 소행성의 핵심 부분인지 파악하는 것이다. '프시케 임무'의 핵심 과학적 목표는 행성 형성의 기본 구성 요소를 분석하고, 이전에 경험하지 못한 새로운 세계를 탐험할 계획이다. 연구팀은 프시케에 핵의 잔여 물질이 있는지, 그 연대는 어느 정도인지, 그리고 지구의 핵과 유사한 환경에서 형성되었는지, 그 표면의 특성은 어떠한지를 밝히려고 한다. 프시케 탐사 우주선과 태양전지는 테니스장 정도의 크기다. 우주선의 몸체는 소형 픽업트럭 보다 약간 크고, 높이는 농구 골대 정도다. 우주선에는 △금속성분과 규산염 성분을 구분할 수 있는 고해상도 멀티스펙트럴 이미저(Multispectral Imager) △ 소행성의 원소 구성을 감지하는 감마선 및 중성자 분광계, △ 잔류 자기장을 감지하고 측정하는 자력계, △ X-밴드 무선 통신 시스템을 사용해 중력장을 고정밀도로 측정하고 프시케의 내부 구조에 대한 정보를 얻을 수 있는 전파과학, △ 짧은 시간에 많은 데이터를 전송할 수 있는 심우주 광통신(DSOC) 등이 탑재된다. 16프시케가 예상대로 대량의 금속으로 이루어져 있다면 그 가치는 약 10조 달러(한화로는 약 1경3280조원)로 추정된다. 그러나 이번 탐사 임무의 주요 목적은 단순한 채굴이나 경제적 이익이 아니라 해당 행성의 구성물질을 파악하는 것에 있다. 미국과 일본 등 우주 강국은 다른 소행성 탐사 프로젝트도 활발히 진행 중이다. 2019년에 발사된 일본의 우주선 '하야부사2'는 2030년 이후 다른 소행성으로의 여정을 계획하고 있다. 나사의 '오시리스 렉스' 탐사선은 소행성 베누(Bennu)에서 수집한 샘플을 지구로 가져오기 위해 오는 9월24일 복귀할 예정이다.
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美 나사, 1경 규모 금속 행성 탐사선 10월 발사
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한국은행, 8월 생산자물가 0.9% 상승…유가 상승 여파
- 8월 생산자물가가 최근 국제 유가 상승과 공산품, 농산물 가격 등의 상승세에 힘입어 1년 4개월만에 가장 큰 폭으로 올랐다. 한국은행이 20일 발표한 자료에 따르면 8월 생산자물가지수는 7월보다 0.9% 상승했다. 전년 동월과 비교하 1.0% 올랐다. 생산자물가지수는 국내생산자가 국내시장에 공급하는 상품과 서비스의가격변동을 측정하는통계로서 경기동향판단지표, GDP디플레이터 등으로 이용된다. 생산자물가지수는 7월(0.3%)과 8월(0.9%) 두 달 연속 올랐으며, 8월 상승 폭은 지난해 4월(1.6%) 이후 가장 컸다. 품목별로 전월 대비 등락률을 보면 농림수산품은 7.3% 상승했다. 폭염과 집중호우 등의 영향으로 농산물은 13.5%가 급등했다. 축산물은 1.5% 올랐고 수산물은 전월과 비슷했다. 특히 식품은 전월 대비 3.4% 올랐고 신선식품은 14.6% 급등했다. 공산품은 제1차금속제품은 0.3% 내렸으나 국제유가 상승 여파로 석탄과 석유제품이 11.3% 급등했고, 화학제품은 1.4% 올라 전월 대비 1.1% 상승했다. 전력과 가스·수도·폐기물은 산업용도시가스가 5.8%가 내려 전월 대비 0.5% 하락했다. 서비스는 운송서비스 0.8%, 음식점과 숙박서비스 0.4% 등이 올라 전월 대비 0.3% 상승했다. 특히 여름 휴가철 영향으로 호텔은 7.3%, 휴양콘도는 무려 18.2% 급등했다. 세부 품목 중에서는 배추(112.7%), 시금치(56.7%) 등 농산물이 큰 폭으로 올랐다. 축산물은 쇠고기는 10.2% 껑충 뛰었고, 돼지고기는 1.6% 올랐다. 경유(17.4%), 나프타(15.3%), 프로필렌(13.7%), 호텔(7.3%), 휴양콘도(18.2%), 시내버스(7.7%) 등의 상승 폭도 컸다. 한편, 수입품까지 포함해 가격 변동을 측정한 국내 공급물가지수는 7월 대비 1.4% 올랐다. 원재료, 중간재, 최종재 물가가 각각 5.1%, 0.9%, 1.2%씩 상승했다. 국내 출하에 수출품까지 더한 8월 총산출물가지수는 7월보다 1.6% 뛰었다. 농림수산품(7.1%), 공산품(2.1%), 서비스(0.3%) 등이 올랐고 광산품은 전월과 같은 수준을 유지했다. 유성욱 한은 물가통계팀장은 9월생산자물가지수 전망에 대해 "국제유가 상승의 영향을 받을 수 있겠지만, 이 지수에 다양한 품목이 포함돼있기 때문에 현재 시점에서 (지수 수준을) 예측하기는 어려운 상황"이라고 말했다.
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한국은행, 8월 생산자물가 0.9% 상승…유가 상승 여파
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미로 자율 탐색하는 '뇌 없는 로봇' 탄생
- 미로를 탐색할 수 있는 뇌가 없는 소프트 로봇이 탄생했다. 과학 전문 매체 뉴로사이언스에 의하면, 노스캐롤라이나 주립대학(NCSU)의 연구원들은 물리적 지능을 사용해 미로와 같은 복잡한 환경을 자율적으로 탐색할 수 있는 '뇌 없는' 소프트 로봇을 설계했다. NCSU가 유튜브를 통해 공개한 '뇌 없는' 소프트 로봇의 모습은 팔이나 다리 머리가 없으며, 나선형 파스타 '로티니(Rotini)'를 연상시키는 정교하게 꼬인 생소한 이미지로 눈길을 사로잡았다. 이전 모델과는 달리 이 로봇은 장애물이 없어도 자체적으로 회전할 수 있다. 이러한 독특한 움직임은 한쪽 절반이 지면에 더 많은 힘을 가하도록 설계된 비대칭적인 디자인 덕분이다. 그로 인해 이 로봇은 둥글게 호를 그리며 움직이고 동적 미로를 횡단하며 평행한 물체 사이에 끼이지 않고 피해 갈 수 있다. 이 소프트 로봇은 '물리적 지능'을 통해 작동한다. 이는 구조적 설계와 재료에 따라 동작이 결정되므로 컴퓨터나 사람의 지시가 필요하지 않다. 이 로봇은 리본 모양의 '액정 엘라스토머'로 만들어져 있으며, 주변 공기보다 더 뜨거운 표면에 놓이면 움직이기 시작한다. 표면이 더 뜨거울수록 로봇은 더 빨리 움직인다. 역동적인 환경 탐색 가능 이 연구팀은 인간이나 컴퓨터의 지시 없이 간단한 미로를 탐색할 수 있는 소프트 로봇을 이미 제작했다. 이들은 이제 그 작업을 기반으로 더 복잡하고 역동적인 환경을 탐색할 수 있는 '두뇌가 없는' 소프트 로봇을 만들었다. '뇌 없는' 소프트 로봇에 관한「물리적으로 지능적인 자율 로봇 미로 탈출기」라는 논문은 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 지난 8일 게재됐다. 이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)이 지원했다. 이 논문의 공동 저자이자 노스캐롤라이나 주립대학교 기계 및 항공우주 공학부의 지에 인(Jie Yin) 교수는 "우리의 초기 연구에서 소프트 로봇이 매우 간단한 장애물 코스를 통해 비틀거나 돌릴 수 있다는 것을 보여주었다"며 "그러나 이전 모델은 장애물에 부딪히지 않으면 회전하지 못했다. 실용적인 측면에서 이는 로봇이 때때로 평행한 장애물 사이에 갇혀서 앞뒤로 튕길 수 있음을 의미한다"고 말했다. 그는 "이번에 우리는 스스로 회전할 수 있는 새로운 소프트 로봇을 개발했다. 이 로봇은 구불구불한 미로를 통과할 수 있으며, 움직이는 장애물을 우회할 수도 있다. 이런 모든 행동은 컴퓨터의 안내가 아닌 물리적 지능을 사용해서 이루어진다"고 설명했다. 여기서 물리적 지능은 소프트 로봇과 같은 역동적인 물체를 말하며, 그 동작은 컴퓨터나 인간의 개입으로 지시되지 않고 구조 설계와 구성 재료에 의해 제어되는 것을 의미한다. 온도에 반응하는 로봇 새로운 소프트 로봇은 이전 버전과 마찬가지로 리본 모양의 액정 엘라스토머로 제작됐다. 이 로봇을 주변 공기보다 뜨거운 섭씨 55도(화씨 131도) 이상의 표면에 놓아두면 움직이기 시작한다. 작동 원리는 표면에 닿는 리본 부분은 수축하지만 공기에 노출된 리본 부분은 수축하지 않는 것을 이용했다. 이것은 롤링 모션을 유도하며 표면이 따뜻할수록 로봇이 더 빨리 굴러간다. 이전 버전의 소프트 로봇은 대칭 디자인이지만 새 로봇에는 두 개의 별개의 반쪽이 있다. 다시 말하면, 로봇의 절반은 직선으로 뻗어 있는 꼬인 리본 모양이고 나머지 절반은 나선형 계단처럼 더 촘촘하게 꼬인 리본 모양이다. 이 비대칭적인 디자인 때문에 로봇의 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 표면에 더 많은 힘을 가할 수 있다. 연구진은 바닥보다 입구가 넓은 플라스틱 컵을 예로 들었다. 이 컵은 테이블을 가로질러 굴리면 직선으로 구르지 않고 둥글게 호를 그리며 굴러가는 데, 컵이 비대칭적인 모양을 하고 있기 때문이다. 비대칭 디자인이 특징 논문의 제 1 저자이자 NCSU의 야오 자오(Yao Zhao) 연구원은 "우리의 새로운 로봇이 탄생한 배경에 있는 개념은 꽤 간단하다. 비대칭적인 디자인 덕분에 물체에 접촉하지 않고도 회전할 수 있다"고 말했다. 그는 "따라서 물체와 접촉할 때는 방향을 바꾸어 미로를 탐색할 수 있지만 평행한 물체 사이에 갇히지는 않는다. 대신, 호를 그리며 움직일 수 있는 능력은 본질적으로 자유롭게 움직일 수 있게 해준다"고 설명했다. 연구진은 비대칭 소프트 로봇 설계가 움직이는 벽이 있는 미로를 포함하여 더 복잡한 미로를 탐색하고 신체 크기보다 좁은 공간을 통과할 수 있는 능력 등을 테스트했다. 더 나아가 이들 연구원은 새로운 로봇 디자인을 서로 다른 환경인 금속 표면과 모래에서도 테스트했다. Yin은 "이 작업은 소프트 로봇 설계에 대한 혁신적인 접근법을 개발하는 데 도움이 되는 또 다른 진전이다. 특히 소프트 로봇이 환경에서 열에너지를 얻을 수 있는 응용 프로그램에 대한 것이다"라고 말했다. 로봇이 사람처럼 머리가 있고 팔과 다리가 있어야 한다는 선입견을 깬 이번 연구는 다양한 형태의 무궁무진한 로봇의 탄생을 예고했다.
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미로 자율 탐색하는 '뇌 없는 로봇' 탄생
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美 샌디아 국립연구소, 내구성 높인 분자 개발 성공⋯장단점은?
- 미국 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories)의 연구팀이 내구성을 높인 획기적인 분자 구조를 개발했다. 일반적으로 열을 가하면 팽창하는 대부분의 재료와 달리, 이 새로운 분자는 열을 가할 경우 수축한다는 놀라운 특성을 보인다. 과학 및 기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 이 연구팀이 개발한 분자는 폴리머와 결합될 경우 뛰어난 내구성을 발휘한다. 이러한 특성 덕분에 휴대폰 케이스부터 미사일에 이르기까지 다양한 분야에서 활용 가능성이 높아 보인다. 폴리머는 작은 분자들이 결합해 만들어진 고분자로, 섬세한 구성 요소를 보호하는 이상적인 재료로 알려져 있다. 그러나 재료가 오래 사용되거나 다양한 환경에 노출될 경우 성능이 저하되는 문제가 있다. 이와 관련해 대부분의 물질이 가열될 때 팽창하고, 냉각될 때 수축하는 반면, 이 새로운 분자는 그렇지 않다. 일반적으로 폴리머는 가장 높은 팽창률과 수축률을 보이며, 금속이나 세라믹은 상대적으로 낮은 수준을 보인다. 샌디아 연구팀의 이번 발견은 물질의 온도에 따른 변화율을 조절할 수 있는 새로운 가능성을 열어놓았다. 이로써 다양한 산업 분야에서의 응용이 기대된다. 샌디아 연구팀을 이끄는 재료 과학자 에리카 레드라인(Erica Redline)은 "많은 제품들이 플라스틱, 유리, 금속 등 여러 재료로 구성되어 있는데, 이 재료들이 서로 다른 속도로 팽창하거나 수축하기 때문에 시간이 지날수록 제품이 갈라지거나 뒤틀리는 현상이 발생한다"고 지적했다. 레드라인은 이 문제점을 극복하기 위한 새로운 아이디어를 생각하게 되었고, 그 아이디어를 팀원들과 함께 실제로 구현하는 데 성공했다고 말했다. 그는 "우리 팀은 고분자와 잘 결합하면서 그 특성을 바꿀 수 있는 새로운 분자를 개발했다. 이 분자는 흥미롭게도 가열될 때 팽창하는 대신 수축하는 특징을 가진다"고 설명했다. 레드라인은 "이 분자를 폴리머에 첨가하면, 폴리머의 팽창과 수축이 금속과 유사한 수준으로 조절되게 된다. 실제로 금속과 같은 특성을 갖게 만든 이 분자의 개발은 큰 도전이었다"고 강조했다. 이 새로운 분자는 다양한 방식으로 활용될 수 있는 잠재력을 보여주고 있다. 폴리머는 전자부터 통신 시스템, 태양광 패널, 자동차 부품, 인쇄 회로 기판, 항공우주 응용, 국방 시스템, 바닥재 보호 코팅에 이르기까지 광범위한 분야에서 사용되는데, 이 분자가 그 활용성을 더욱 확장시킬 것으로 보인다. 화학 엔지니어인 제이슨 더거(Jason Dugger)는 "이 분자는 국방 시스템에서 특히 큰 잠재력을 발휘할 것"이라며 미래의 혁신을 위한 길을 열 것으로 기대하고 있다. 더거는 또 3D 프린팅 분야에서의 활용성에 대해서도 언급했다. 그는 "하나의 영역에서는 특정한 열적 반응을 보이는 반면, 다른 영역에서는 다른 열적 반응을 보이게끔 인쇄하는 것이 가능하다"며 "재료의 무게를 줄일 수 있어 위성 등에도 적용될 수 있다"고 덧붙였다. 또한, 한 에폭시 제조 회사가 이 분자를 접착제로 활용하려는 시도를 했다는 소식이 전해졌다. 물론, 이 기술에도 단점이 있다. 유기 화학자 샤드 스티커(Chad Staiger)에 따르면, 7~10그램(g)의 분자를 합성하는데 약 10일이 소요된다. 이런 점은 대량 합성 시에 추가적인 시간과 비용이 들 수 있다는 것을 의미한다. 현재 연구팀은 시장에 출시될 제품을 준비하는 과정에서 10만 달러(한화 약 1억3276만원)를 투자해 분자 합성 시간을 단축시키는 연구에 집중하고 있다. 이 분자의 활용 가능성은 무궁무진해 보인다.
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美 샌디아 국립연구소, 내구성 높인 분자 개발 성공⋯장단점은?
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전기차 시장, '전고체 배터리'가 뜬다…10대 리드 기업 어디?
- 최근 전기차 업계가 주목하는 기술 중 하나는 '전고체 배터리'다. 이 기술은 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 저장 용량이 뛰어나고, 충전 시간도 단축되는 등 탁월한 성능을 자랑한다. 그렇다면 이 전고체 배터리는 기존 배터리와 다른 점은 무엇일까. 전고체 배터리는 이름에서도 알 수 있듯이 액체 전해질이 아닌 고체 전극과 고체 전해질을 사용한다. 이로 인해 배터리의 누출이나 열 문제가 크게 줄어들어 사용자의 안전을 더욱 보장한다. 게다가 작은 크기로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 휴대성과 효율성 모두에서 높은 점수를 받는다. 시장의 변화에 민감하게 반응하는 글로벌 자동차 기업들도 전고체배터리 개발에 발빠르게 뛰어들었다. 토요타와 폭스바겐은 이미 전고체 배터리 기술 개발에 속도를 내고 있다. 이러한 대기업들이 전고체 배터리의 선봉에 서게 될 것인가, 아니면 다른 참여 기업들이 이를 따라잡거나 앞질러 나갈 것인가. 전기차 시장의 미래는 어떻게 전개될지 기대된다. 폭스바겐과 퀀텀스케이프는 전기 자동차용 고체 상태 배터리 기술 개발에 손을 잡았다. 전기차의 두 가지 큰 걸림돌인 '주행 거리'와 '충전 시간'을 해결하기 위해서는 향상된 '에너지 저장 능력'과 '빠른 충전'이 선결과제다. 이 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전고체 배터리는 소비자의 전기차에 대한 인식을 크게 바꿔놓을 것으로 보인다. 전고체 배터리 개발 진행중인 선도적인 10개 기업은 다음과 같다. 1. 도요타 토요타는 21세기 자동차 혁신의 핵심으로 전고체 배터리를 지목하며, 2027년까지 상용화를 목표로 연구개발을 가속화하고 있다. 도요타의 이러한 움직임은, 배터리가 전기차 업계의 핵심 부품임을 감안하면, 전기차 시장에서의 선두 주자로의 복귀를 알리는 신호로 해석된다. 그들은 이미 2012년부터 전고체 배터리 기술 개발에 뛰어들었고, 현재 200명 이상의 전문가로 구성된 팀이 이를 주도하고 있다. 그 결과, 토요타는 1000개 이상의 특허를 보유하게 되었다. 이 기업의 최종 목표는 전고체 배터리의 장점을 살려 완충 상태에서 약 700km (435마일)의 주행 거리를 달성하는 전기차와 하이브리드 차량을 출시하는 것이다. 2. 폭스바겐(Volkswagen) 폭스바겐은 전고체 배터리 연구의 선구자 중 하나인 퀀텀스케이프와 파트너십을 맺고 전기 자동차용 고에너지 밀도 배터리를 개발하고 있다. 2018년 폭스바겐은 퀀텀스케이프와 함께 전기차용(EV) 배터리 기술 개발을 추진했고, 2020년 추가적으로 2억 달러의 투자를 통해 이 연구의 가속화를 선언했다. 퀀텀스케이프는 기존 배터리 대비 전고체 배터리가 약 80% 더 긴 주행 거리와 80% 더 많은 충전량을 제공한다고 주장했다. 2022년 말 현재, 퀀텀스케이프는 전고체 배터리 셀의 시험을 진행 중이다. 폭스바겐은 다른 기업들과 협업하여 고체 상태 기술 및 전극 건조 코팅 공정과 같은 다양한 배터리 기술을 연구 중이며, 이를 2030년에 대량 생산에 투입할 계획이다. 3. 파나소닉(Panasonic) 전세계적인 전기차 시장의 확대와 함께 배터리 기술의 중요성이 강조되는 가운데, '파나소닉'과 '도요타'의 조합이 눈길을 끈다. 두 기업은 2020년 '프라임 플래닛 에너지 솔루션(Prime Planet Energy & Solutions, Inc.)'이라는 이름의 합작기업을 설립, 생산성과 용량 모두에서 우수한 배터리 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있다. 도요타는 이미 전고체 배터리 기술 관련 1000개 이상의 특허를 보유하고 있으며, 파나소닉도 445개의 특허로 그 기술력을 과시하고 있다. 파나소닉은 지난 수십 년 동안 배터리 기술을 선도해 왔다. 특히 전고체 배터리 기술 연구에 주력하며, 액체 전해질로 인한 화재, 폭발 위험 등의 문제점을 해결하고자 고체 상태 배터리로의 전환에 큰 희망을 걸고 있다. 파나소닉은 기술에 대한 구체적인 일정을 제공하지는 않았지만, 연구 및 개발에 적극적으로 투자하고 있다. 특히 도요타, 테슬라, 포드와 같은 국제적인 자동차 기업들과의 협력은, 전고체 배터리의 시장 출시 때 그들이 이 분야의 혁신을 주도할 가능성을 제시한다. 4. 베이징 웨이란신에너지기술(Beijing WeLion New Energy Technology) 중국 기업 니오(Nio)는 배터리 제조업체인 중국 베이징 웨이란신에너지기술(北京卫蓝新能源科技·Beijing WeLion New Energy Technology, 이하 '웨이란'-WeLion)과 파트너십을 맺어 새로운 배터리 기술을 선보였다. 이들 두 기업은 전기 자동차에 대한 반고체 상태 배터리 셀을 생산했다. 반고체 상태 배터리는 리튬 이온 배터리의 젤 전해질과 고체 전해질을 결합한 것이다. 니오는 특히 이번 파트너십을 통해 웨이란으로부터 150 kWh 용량의 반고체 배터리 셀을 공급받게 되었으며, 이 배터리는 'Nio ET7' 전기자동차에 적용될 예정이다. 이러한 혁신적인 기술을 탑재한 세단 'Nio ET7'은 CLTC 기준으로 약 1000킬로미터(621 마일), EPA 기준으로는 740킬로미터(460 마일)의 높은 주행 거리를 자랑한다. 또한, 이 배터리는 'Nio ES6 SUV'에도 적용되어, 약 689킬로미터(428 마일)의 주행 거리를 제공하게 된다. 5. 중국 CATL(Amperex Technology Co. Limited) 중국 배터리 대기업 CATL은 2023년 4월 전기 항공기 전동화를 향한 새로운 움직임을 위해 고체 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이 배터리 셀은 에너지 밀도가 500 Wh/kg로 매우 높다. 중국의 배터리 대기업 'CATL'은 2023년 4월 전기 항공기의 전동화를 목표로 고채 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이번에 선보인 배터리 셀은 무려 500 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 자랑한다. 반면, 테슬라가 자랑하는 4680 배터리 셀의 에너지 밀도는 244 Wh/kg에 불과하다. 이를 비교하면 CATL의 신제품은 기존 리튬 이온 배터리에 비해 약 두 배의 충전량을 가지고 있음을 알 수 있다. 이렇게 혁신적인 배터리 기술은 중국 지리자동차(Geely)의 2023년 형 전기차 '지커-001(Zeekr-001 EV)'에도 적용될 수 있으며, 해당 차량은 CLTC 기준으로 641 마일의 주행 거리를 달성할 수 있다. CATL의 압축형 배터리 셀은 이보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 제공할 전망이다. 6. 혼다 혼다는 2050년까지 탄소 중립을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 제너럴 모터스(GM)와 소니 같은 기업들과 파트너십을 맺어 고체 상태 배터리 기술을 연구하고 있다. 또한 혼다는 일본의 사쿠라에 4300억 엔 (약 2950만 달러)을 투자해 2028년까지 전기 자동차에 고체 상태 배터리 셀을 도입하는 생산 라인을 구축하는 작업을 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술의 가장 큰 단점은 세포의 무결성을 위협하는 덴드라이트(dendrites)의 존재다. 혼다는 덴드라이트 문제를 해결하기 위한 새로운 연구를 진행하고 있다. 이를 통해 2030년까지 연간 200만 대의 배터리 전기 자동차 생산을 목표로 하고 있다. 7. 닛산 닛산은 2028년까지 고체 상태 배터리로 구동되는 차량을 시장에 선보이기 위한 연구를 본격화했다. 가나가와에 위치한 닛산의 연구 센터에서는 2024년까지 고체 상태 셀 프로토타입을 생산하기 위한 공장 건립 작업이 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술 도입 후, 닛산은 EV 배터리 비용을 최소 50% 절감하며, 충전 능력을 현존하는 기술의 세 배로 향상시키고, 에너지 밀도를 두 배로 늘리는 것을 목표로 삼고 있다. 시장에서 현재 주목받는 최고 성능의 배터리 셀은 에너지 밀도 240 Wh/kg을 제공하는데, 닛산의 목표는 이를 480~500 Wh/kg로 높이는 것이다. 이외에도 닛산은 액체 전해질을 사용하지 않는 올 고체 상태 배터리와 나트륨을 활용한 셀에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 8. 솔리드에너지시스템(SolidEnergy Systems) 솔리드에너지시스템(SES)은 치차오 후 박사(Dr. Qichao Hu)가 2012년에 매사추세츠주 워본(Woburn)에 설립했다. 이 회사는 리튬 금속 기술을 사용하며, 리튬 이온 배터리 셀에서 발견되는 전통적인 젤 대신 분리 막으로 사용한다. SES 리튬 금속 배터리 셀은 에너지 밀도가 400 Wh/kg이며, 전통적인 리튬 이온 배터리 셀의 주행 거리를 두 배로 늘릴 수 있다. SES는 안전하고 효율적인 배터리 개발에 중점을 둔다. 인공 지능 알고리즘을 활용해 배터리의 안전성을 향상시켰고, 가볍고 비용 효율적으로 제작될 수 있다. 게다가 15분만에 배터리의 80%까지 빠르게 충전할 수 있다는 것은 큰 강점이다. 차량 제조업체들과의 협력도 활발한 편이다. 제너럴 모터스(GM), 혼다, 현대자동차, 지리, 기아와 같은 주요 자동차 기업들과 파트너십을 체결하고 있다. 특히 2021년에는 GM이 SES에 1억 3900만 달러를 투자했으며, 2025년부터는 SES의 리튬 금속 배터리 셀을 자동차에 적용할 계획이다. 9. 솔리드 파워(Solid Power) 솔리드 파워는 2011년 콜로라도 대학의 스핀오프로 탄생했으며 현대자동차, BMW, 포드와 같은 글로벌 자동차 제조업체들의 후원을 받으며 빠르게 성장했다. 2021년에는 콜로라도 주의 손턴(Thornton)에 7만5000평방 피트(약 6967제곱미터) 규모의 최첨단 생산 공장을 설립했다. 솔리드 파워의 주요 기술은 전통적인 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 황화물 기반의 고체 전해질로 교체하는 것이다. 이 고체 전해질은 액체 전해질보다 안전하며, 안정적인 성능을 제공한다. 이 회사는 2028년까지 연간 80만 대의 전기차 배터리 셀 생산을 목표로 하고 있으며, 그를 위한 생산 확장 계획을 세우고 있다. 또한, 솔리드 파워는 미국 에너지부의 "전기 자동차를 위한 미국 저탄소 생활 (EVs4ALL)" 프로그램에서 총 4200만 달러 중 560만 달러의 지원을 받아 연구 및 개발 활동을 지속적으로 진행하고 있다. 10. 실라 나노 테크놀로지스(Sila Nanotechnologies) 실라 나노 테크놀로지스는 BMW, 다임러 AG(Daimler AG), 지멘스(Siemens), CATL과 같은 세계적인 기업들과 전략적 파트너십을 체결해 전기 자동차용 고체 상태 배터리의 상용화를 위한 강력한 투자 지원을 확보했다. 산업 내 주요 플레이어들의 지원 아래, 이 회사는 2028년까지 150 GWh 이상의 대규모 배터리 셀 생산을 목표로 하는 로드맵을 구축하고 있다. 특히, 실라 나노는 20% 더 긴 주행 거리와 20분만에 10-80%까지 충전이 가능한 타이탄 실리콘(Titan Silicon) 배터리 셀을 선보였다. 이 기술은 메르세데스-벤츠의 EQG 모델에 적용될 예정이다. 더욱이, 회사는 기존 고체 상태 배터리 기술의 덴드라이트 현상과 부피가 큰 세라믹 전해질의 한계를 극복하기 위한 방안으로, 중간 온도에서 다공성 분리막-양극 스택에 고체 전해질을 용융 침투시키는 방식을 도입할 계획이다.
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전기차 시장, '전고체 배터리'가 뜬다…10대 리드 기업 어디?
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폐배터리 '블랙매스'에서 희토류 재탄생
- 전세계적으로 내연 자동차의 전동화 추세가 가속화되면서 폐배터리 폐기물 처리 문제가 점점 부각되고 있다. 특히 리튬, 코발트, 니켈 등의 중요한 자원이 한정적이라는 점에서 이러한 자원에 대한 과도한 의존이 환경적, 경제적 위험요소로 지적되어 왔다. 그러나 최근 업계는 이 문제의 해결책으로 배터리 재활용 기술에 주목하고 있다. 특히 배터리 폐기 과정에서 발생하는 '블랙매스(Black Mass)'라는 검은색 덩어리에서 희망의 신호가 보이고 있다. 프랑스의 주요 일간지 프레시트론(presse-citron)에 따르면, '블랙매스(Black Mass)'는 말 그대로 짙은 검정색의 분말 덩어리인데, 배터리 제조과정에서 발생하는 폐기물인 스카프(Scarp, 배터리 제조 공장에서 발생하는 불량품)와 폐배터리를 수거해 분쇄한 가루를 지칭한다. 이때 폐배터리를 기술적으로 안전하게 파쇄해야 하며, 이 과정에서 니켈, 코발트, 리튬, 망간 등 가치 있는 희토류 원소들을 고순도로 추출해 내는 기술이 매우 중요하다. 이러한 기술을 활용하면 희소 금속에 대한 의존성을 대폭 감소시킬 수 있을 것으로 보인다. 외신 보도에 따르면, 2030년까지 리튬은 15%, 니켈은 11%, 코발트는 44%의 재활용 소재 비중으로 증가할 것으로 예상된다. 유럽연합(EU)은 2023년까지 재활용 배터리 비율을 최대 73%까지 높이는 내용의 새로운 법안을 채택했다. 다만, EU에서는 국가별로 재료 분류가 달라 블랙매스의 대규모 생산 절차가 좀 복잡하다. '유해 폐기물'이라는 라벨이 부착되면 경제협력개발기구(OECD) 회원국만 수출할 수 있기 때문이다. 또 철, 리튬, 인산염 등을 기반으로 하는 새로운 유형의 배터리 출현도 걸림돌이다. 배터리 찌꺼기에 불과했던 블랙매스는 전기차 확산과 자원의 한계라는 측면에서 볼 때 상당한 이점을 가지고 있다. 이 분야에서 선두에 있는 한국 기업 SK에코플랜트는 경주에 첫 배터리 리사이클링 공장을 구축한 것으로 알려져 미래의 친환경 에너지 솔루션으로서의 가능성을 제시하고 있다. SK에코플랜트는 2026년까지 매년 1만 톤의 블랙매스를 처리할 계획이다. 이는 한국에서 처음으로 건설된 이차전지 재활용 공장이다. 이 회사는 자체 개발한 용매추출 공정을 활용하여 후처리 공정의 경쟁력을 강화하겠다는 전략이다. 또한, 유럽, 미국, 아시아와 같은 배터리 산업의 중심지와 전기차가 널리 보급된 지역에 거점을 마련했다. 박경일 SK에코플랜트 사장은 "전기차 확산 본격화와 한정적인 자원 속에서 이차전지 리사이클링 사업은 선택이 아닌 필수"라며, "글로벌 폐배터리 수거망을 확보한 SK에코플랜트는 이번 경주 리사이클링 사업 추진으로 국내는 물론 글로벌 배터리 리사이클링 시장을 선점해 나갈 것"이라고 밝혔다.
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폐배터리 '블랙매스'에서 희토류 재탄생
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