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[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다
- 미국에서 공기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수, 저장하는 건축 자재가 개발됐다. 에코뉴스는 지난 23일(현지시간) 미국의 기술 거물 빌 게이츠가 투자한 스타트업 그래파이트(Graphyte)가 대기 중 이산화탄소를 포집해서 지하에 저장하는 혁신적인 기술을 개발했다고 보도했다. 이 기술은 건설 활동으로 인한 미세먼지 발생, 수질 오염, 소음 문제 등 심각한 환경 오염 문제에 대한 해결책으로, 탄소 배출 감소를 위한 중요한 해결 방안으로 평가된다. 그래파이트는 빌 게이츠가 공동 설립한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)가 투자한 스타트업으로 2020년 설립됐다. 이 회사는 2023년 5월 약 1억5000만달러(약 2000억원)의 투자금을 유치했다. 주요 투자자로는 빌 게이츠와 브레이크스루 에너지 벤처스 외에 테마섹(Temasek) 등이 있다. 건설업계는 탄소 중립을 목표로 노력하고 있지만 지속 가능성 달성을 위한 실천 속도는 여전히 느린 편이다. 높은 비용과 업계의 보수적 태도, 환경 규제 부족 등이 지속 가능한 건설의 활성화를 저해하는 주요 요인으로 꼽히고 있다. 그래파이트의 사업 분야는 탄소 제거와 친환경 건축 자재 생산이다. 나무 찌꺼기나 쌀겨(쌀 껍질)와 같은 폐 바이오매스를 활용하는 그래파이트의 '탄소 주조(카본 캐스팅·Carbon Casting)' 공정은 이산화탄소를 흡수해 대기로 다시 배출되지 않도록 하는 탄소 농축 블록을 생산한다. 그래피아트는 "카본 캐스팅은 바이오매스에 포집된 거의 모든 탄소를 보존하고, 그 과정에서 에너지를 거의 소비하지 않으며, 수십억톤의 탄소를 제거할 수 있도록 확장할 수 있다"고 설명했다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기후 변화에 맞서는 국제적인 시도에 부합하는 탄소 제거에 대한 미래 지향적인 해결책을 제시한다. 카본 캐스트는 건설 산업 혁신에도 기여하고 있다. 그래파이트의 이러한 카본 캐스팅 기술은 2023년 'MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review)'의 50대 혁신 기술에 선정됐다. 건설 프로젝트에 탄소 저장 물질을 사용하면, 건물 자체가 탄소 중립 또는 탄소 네거티브가 되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 탄소 제거는 세계 경제의 탈탄소화를 실현하고, 배출량을 감축하는 데 필수적인 요소다. 그래파이트의 카본 캐스팅 기술은 직접 공기 포집이나 탄소 포집을 통한 바이오매스 에너지 사용과 같은 기존 방법보다 비용을 절감하며, 경제적으로 대규모 탄소 저장을 가능하게 목표를 달성할 수 있다. 이 기술은 쌀겨 등 폐식물 물질을 사용하기 때문에, 탄소 제거를 위한 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션으로 평가 받고 있다. 그래파이트의 탄소 저장 기술은 단순한 탄소 격리 외에도 추가적인 이점을 제공한다. 이 기술로 제작된 탄소 고밀도 블록은 구조적 강도와 우수한 단열을 제공해 건물의 내구성과 에너지 효율성이 향상된다. 또한 폐기물 바이오매스를 원료로 사용하면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고, 유기 물질과 관련된 기존의 폐기물 관리 문제를 해결할 수 있다. 탄소 흡수 건축 자재는 주거용 주택, 상업용 건물, 심지어 인프라 프로젝트에도 사용할 수 있어 프로젝트의 전반적인 환경 영향을 크게 줄일 수 있다. 그래파이트의 탄소를 포집하고 저장하는 건물은 자체적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라 미래의 도시가 어떻게 자급자족할 수 있는지를 보여주는 완전히 새로운 개념이라고 할 수 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다
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애플 '아이패드 프로', OLED 패널 생산 문제로 3월 공개·4월 출시 예상
- 애플이 OLED 패널 생산 문제로 아이패드 프로(iPad Pro 2024)와 아이패드 에어(iPad Air 2024) 라인을 3월에 공개하고 4월에 출시한다는 소식이 나왔다. 폰아레나가 22일(현지시간) 디스플레이 공급망 컨설팅 기업(DSCC)의 메모를 인용해 이같이 보도했다. DSCC는 최근 애플인사이더에 전달한 노트에서 이 태블릿은 3월 말 또는 4월 초에 발표될 수 있지만 현재 애플이 공급업체로부터 디스플레이를 조달하는 데문제를 겪고 있어 고객에 대한 배송은 4월 말에야 이루어 질 것이라고 밝혔다. 폰아레나에 따르면 당초 삼성디스플레이와 LG디스플레이가 공동으로 11.1인치 아이패드 프로용 OLED 패널 생산 작업을 할 계획이었다. 'OLED(Organic Light-Emitting Diode)'는 유기 발광 다이오드를 나타낸다. 이 기술은 전기가 통과될 때 유기 성분을 함유한 발광 층에서 빛을 발생시켜 화면을 조명하는 방식으로 작동한다. OLED는 일반적으로 플랫 패널 디스플레이 기술로 사용되며, 주로 스마트폰, 텔레비전, 태블릿 등의 디스플레이 장치에서 활용된다. 이 기술은 깊은 검은색, 높은 명암비, 넓은 시야각 등의 장점을 가지고 있다. LG 디스플레이는 최고급 태블릿인 12.9인치 아이패드 프로용 OLED 패널을 공급할 예정이었다. 그러나 11.1인치 OLED 패널은 액정 전환 주파수를 위한 저온 다결정 산화물(LTPO) 기술을 채용한 최초의 태블릿용 패널로 제작됨에 따라, 가격 상승으로 인해 삼성디스플레이가 유일한 공급 업체가 되었다. 탠덤 스택(tandem stack)과 같은 다른 설계 옵션과 유리 얇아짐으로 인해 수율이 감소해 생산 원가도 상승했다. DSCC의 최신 조사 결과에 따르면 LG디스플레이는 11.1인치 OLED 패널을 공급하고 있지만 삼성은 애플이 요구하는 양의 12.9인치 OLED 패널을 공급하지 못하고 있는 것으로 나타났다. 12.9인치 화면의 4월 생산량은 3월보다 22% 증가할 것으로 예상되며, 11.1인치 화면의 생산량은 예상치의 두 배가 될 것으로 전망된다. 따라서 삼성디스플레이와 LG디스플레이 모두 11.1인치 패널 생산량을 대폭 늘려야 애플이 2024년에 출시될 아이패드 프로의 소형 버전에 대한 수요를 충족시킬 수 있을 것이며, 이 라인은 역사상 최초로 OLED 스크린을 탑재한 아이패드가 될 것이다. 또한 OLED 디스플레이의 가격 상승으로 인해 대형 태블릿을 원하지만 12.9인치 OLED 아이패드 프로 모델의 가격이 부담스러운 소비자를 위해 애플은 두 번째 12.9인치 아이패드 프로 모델을 추가할 수밖에 없었다는 지적이다. 디스플레이 관련 루머에 밝은 DSCC는 12.9인치 아이패드 에어용 LCD 디스플레이가 지난해 12월에 출하되기 시작했다고 전했다. 폰아레나는 아이패드 에어(2024) 시리즈에 10.9인치 LCD 화면 버전과 12.9인치 LCD 디스플레이를 갖춘 새로운 대형 모델이 포함될 가능성이 매우 높다고 전했다.
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애플 '아이패드 프로', OLED 패널 생산 문제로 3월 공개·4월 출시 예상
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[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기
- 건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기
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체중 감량에 효과적인 냉동 과일 6가지
- 딸기와 바나나와 블루베리, 타트체리 등 냉동과일이 체중 감량이 효과가 있는 것으로 나타났다. 냉동 과일에는 식이섬유가 함유되어 있어 포만감을 오랫동안 유지하고 체중 감량에 도움이 되는 중요한 영양소다. 13일(현지시간) 이팅웰은 미국 질병통제예방센터(CDC) 자료를 인용해 미국인 중 약 12%만이 일일 권장 과일 섭취량을 충족하고 있다고 전했다. 과일 섭취량이 부족한 성인이 10명 중 9명 중 한 명이라면 냉동 과일이 그 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있다. 냉동 과일은 영양가가 떨어진다는 오해와 달리 신선한 과일만큼 영양가가 높다. 또한 냉동 과일에는 식이섬유가 함유돼 있어 포만감을 오랫동안 유지하고 체중 감량에 도움을 준다. 2020년 영양학 할술지 '영양소(Nutrients)'에 따르면 과일과 채소 섭취를 늘리면 특히 고지방 음식 섭취를 줄이는 경우 여성의 체중 감량에 도움이 되는 것으로 나타났다. 과일은 식사 속도를 늦추는 데 도움이 될 수 있으며 일반적으로 칼로리를 낮추고 섬유질을 제공하여 체중 감량을 위한 단계를 설정한다. 이팅웰이 전한 등록된 전문영양사가 권하는 체중 감량을 돕는 냉동과일 6가지를 다음과 같이 정리했다. 1. 바나나 등록된 영양사 겸요리 영양 전문가이자 요리책 작가인 웬디 조 피터슨 식품영양학 석사에 따르면 냉동실에 보관하기 가장 좋은 식품 중 하나는 냉동 바나나다. 피터슨은 "냉동 바나나는 스무디에 첨가하면 영양을 더하면서 크리미하고 달콤한 농도를 만들 수 있는 완벽한 재료"라고 말했다. 미국 농무부에 따르면 작은 바나나 한 개에는 3g의 식이섬유와 장에 좋은 프리바이오틱스, 혈압에 좋은 칼륨이 함유되어 있다. 시중에서 잘라놓은 냉동 바나나 한 봉지를 구입할 수도 있지만, 바나나를 직접 냉동실에 보관해 둘 수도 있다. 냉동 바나나는 스무디로 해 먹을 수도 있고, 전자레인지로 해동한 후 으깨서 고섬유질 바나나 빵으로 만들어 구워 먹을 수 있다. 2. 야생 블루베리 모든 형태의 블루베리는 훌륭한 식품이지만, 냉동실에 있는 야생 블루베리는 영양의 보고다. 야생 블루베리 1컵에는 천연 당분 10g과 식이섬유 6g이 함유되어 있다고 미국 농무부(USDA)는 밝혔다. USDA 기준으로 일반 블루베리를 1컵으로 섭취하면 천연 당분 15g과 식이섬유 4g을 섭취할 수 있다. 2020년 '영양학 발전(Advances in Nutrition)'의 연구에 따르면 야생 블루베리와 재배 블루베리 모두 피부의 푸른색에서 발견되는 중요한 항산화 물질인 안토시아닌을 함유하고 있어 심장 건강, 당뇨병, 체중 유지, 신경 보호 등 전반적인 건강에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 메인 대학교 협동조합에 따르면 야생 블루베리의 특별한 장점 중 하나는 크기가 작은 과일일수록 이러한 항산화 성분이 더 많이 함유되어 있다. 냉동 야생 블루베리는 간단한 빵이나 머핀에 넣어 먹어도 좋고, 따뜻한 오트밀에 바로 넣어 먹어도 된다. 3. 타트 체리 타트 체리는 마트의 냉동실 코너에서 일 년 내내 찾을 수 있는 과일이다. 등록영양사인 토비 아미도르는 "타르트 체리에는 안토시아닌이 풍부하여 운동 후 근육 회복 속도를 높이는 데 도움이 되는 것으로 나타났다"고 말했다. 그는 "안토시아닌은 또한 염증을 줄이는 데 도움이 되는 항염증 효과도 있다"고 덧붙였다. 체중 감량 목표를 달성하기 위해 신체 활동을 늘리고 있다면 타트 체리가 도움이 될 수 있다. 4. 망고 2022년 영양학 학술지 '영양소(Nutrients)'에 발표된 연구에 따르면 망고를 즐겨 먹는 어린이와 성인 모두 망고를 즐기지 않는 사람에 비해 더 나은 건강 상태를 유지한 것으로 나타났다. 특히 망고를 먹는 남성은 망고를 먹지 않는 사람에 비해 BMI, 허리둘레, 체중이 낮을 가능성이 더 높았다. 전반적으로 망고를 식단에 포함하면 섬유질, 마그네슘, 칼륨, 비타민 A, 비타민 C, 비타민 E를 더 많이 섭취할 수 있을 뿐만 아니라 설탕을 더 적게 섭취할 가능성이 높아진다는 연구 결과가 나왔다. 5. 석류 미국 농무부(USDA)에 따르면 석류는 훌륭한 섬유질 공급원으로, 1회 제공량 ¾컵당 6g을 함유하고 있다. 또한 석류 종피에는 시간이 지남에 따라 세포 손상을 일으키는 활성 산소를 없애는 데 도움이 되는 중요한 항산화제인 폴리페놀도 함유되어 있다. 2022년 영양소 연구는 석류에 관한 20건의 임상 연구를 검토한 결과 석류가 심장병, 뇌졸중, 당뇨병의 위험을 높이는 고혈압, 고혈당, 허리둘레 증가와 같은 대사증후군을 예방하고 치료하는 데 유용할 수 있다고 밝혔다. 석류 섭취는 체중, 혈압, 혈당, 중성지방, 총 콜레스테롤, 저밀도 지단백질을 감소시키고 인슐린 저항성을 개선하는 데 도움이 되는 것으로 나타났다. 6. 딸기 냉동 딸기 한 컵에는 3g의 식이섬유가 함유되어 있다. 미국 농무부(USDA)에 따르면 이 냉동 딸기의 열량은 50칼로리에 불과하다. 칼로리가 낮고 자연적으로 단맛이 나는 딸기는 단맛을 만족시키면서 체중 감량 목표 이상을 달성하는 데 도움이 되는 간식이라고 할 수 있다. 2021년 영양학 학술지 '영양소(Nutrients)'에 발표된 연구에 따르면 비만과 '나쁜' 콜레스테롤 LDL 수치가 높은 성인을 대상으로 실시한 연구에서 4주 동안 매일 2.5인분의 딸기를 섭취한 사람들은 인슐린 저항성과 지질 수치가 개선되는 효과가 나타났다. 또한 딸기는 엘라그산과 플라보노이드도 공급한다. 아미도르는 "엘라그산은 활성산소 손상으로부터 세포를 보호하는 항산화제 역할을 하며, 플라보노이드는 암, 심장병, 인지 기능 저하 위험을 줄이는 데 도움이 되는 것으로 밝혀졌다"고 설명했다.
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체중 감량에 효과적인 냉동 과일 6가지
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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.
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
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'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.
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
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[신소재 신기술(10)] 쓰레기 아닌 자원! 세탁 세제로 플라스틱 용기 재활용 시대 열리다
- 영국에서 액체 세탁 세제로 플라스틱을 재활용하는 기술이 개발됐다. 과학 기술 전문매체 더쿨다운(TCD)은 10일(현지시간) 영국 킹스 칼리지 런던의 과학자들이 세탁 세제를 사용해 플라스틱을 분해하여 재활용할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 보도했다. 이 연구는 일회용 플라스틱의 일반적인 유형인 폴리락틱산(PLA)에 초점을 맞췄다. 킹스 칼리지 런던의 연구원들은 극한의 열을 사용하지 않고도 PLA를 분해할 방법을 찾던 중 대부분의 세탁 세제에서 흔히 발견되는 칸디다 안타르크티카 리파제 B(Candida antarctica lipase B·CALB)라는 효소를 발견하고 이를 변형해서 이온성 액체에 용해시켰다. 연구팀은 CALB 용액에 플라스틱 컵을 담근 후 24시간이 지나면 플라스틱이 완전히 녹는 것을 확인했다. 이 연구 결과는 과학 저널 셀 물리 과학 보고서(Cell Reports Physical Science)에 게재됐다. 폴리락틱산(Polylactic Acid, PLA)은 옥수수 전분과 사탕수수와 같은 식물성 자원에서 추출한 락틱산을 중합하여 만들어지는 가장 일반적인 상업용 생분해성 플라스틱이다. 그러나 일단 플라스틱으로 바뀌면 생분해되지 않고 매립지를 막거나 바다에 버려지게 된다. PLA는 석유 기반 플라스틱과 달리 식물로부터 얻어지므로 재생 가능한 자원을 사용하며, 사용 후에는 자연 조건 하에서 미생물에 의해 분해되어 이산화탄소와 물로 환원되는 특성을 갖는다. 이로 인해 환경 친화적인 대안으로 주목받으며, 일회용품, 포장재, 섬유, 의료 분야 등 다양한 용도로 사용돼 왔다. 하지만, PLA의 분해 속도는 환경 조건(온도, 습도, 미생물의 존재)에 따라 크게 달라질 수 있다. PLA는 산업적 규모의 퇴비화 시설에서는 빠르게 분해되지만, 자연 상태에서는 분해되는 데 수년이 걸릴 수 있다. 또한, PLA의 생산 과정에서 사용되는 식물 자원이 식량으로 사용될 수 있는 농작물을 사용한다는 점에서 지속 가능성에 대한 논쟁이 뜨거웠다. 연구팀은 "환경에 플라스틱 쓰레기가 쌓이는 것은 생태학적 재앙이며, 이를 해결하기 위해 다양한 접근 방식이 필요하다"고 설명했다. 인류세(Anthropocene)에 따르면 연구팀 중 한 명인 알렉스 브로건 화학과 교수는 "폴리락틱산은 제대로 재활용할 방법이 없기 때문에 선택했다"고 말했다. 브로건 교수는 "우리의 (기술) 개발로 90°C에서 40시간 이내에 플라스틱을 구성 요소로 전환할 수 있게 되었다"고 설명했다. 다음 연구 단계는 CALB 용액에 용해된 플라스틱을 재활용하기 위해 용도를 변경하는 방법을 알아내는 것이다. 브로건 교수는 "현재 엔지니어들과 협력하여 파쇄와 같은 보다 정밀한 전처리를 통해 이 공정을 개선하여 더 큰 규모로 작업할 수 있는 방법을 모색하고 있다"고 말했다. 그는 이어 "우리가 보여줘야 할 주요 개선 사항은 분해된 플라스틱으로 실제로 플라스틱을 다시 만들 수 있다는 점이며, 이를 통해 순환 고리를 끊는 것"이라고 강조했다.
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벤조일 과산화물 여드름 치료제에 발암 물질 검출
- 벤조일 과산화물 여드름 치료제에 발암 물질인 벤젠이 다량 포함될 수 있다는 의견이 제기됐다. 미국 경제매체 폭스 비즈니스는 6일(현지시간) 미국의 독립시험기관인 밸리슈어(Valisure)는 특정 온도에서 관리 또는 보관된 일반의약품 벤조일 과산화물 여드름 치료제에 발암물질인 벤젠이 다량 생성될 수 있다고 밝혔다고 보도했다. 이에 따라 Valisure는 연방 보건 당국에 해당 제품 리콜을 촉구했다. 실험 결과에 따르면, Valisure는 크림, 로션, 젤, 세안제, 액체, 바 형태 등 66가지 벤조일 과산화물 여드름 치료제를 검사했다. Valisure 공동 설립자인 데이비드 라이트는 연구 결과 클리어실, 프로액티브, 타겟 업 & 업 브랜드, 클리니크 등 유명 브랜드 제품에서 'FDA 규제 한계치의 수백 배'에 달하는 벤젠이 생성될 수 있다고 성명을 통해 밝혔다. 현재 이 시험기관은 연구 결과에 따르면 "현재 시장에 판매되고 있는 벤조일 과산화물 제품 전반에 걸쳐 광범위하게 적용될 가능성이 높다"고 밝혔다. 미 식품의약국 (FDA)은 극한적인 경우 의약품 내 벤젠 허용 기준을 100만 분의 2 미만으로 설정하고 있다. 하지만 실험 결과는 벤조일 과산화물 제품을 섭씨 50도에 보관할 경우 벤젠 함유량이 이 기준치의 800배 이상, 실온 보관 시에도 최대 9배까지 상승할 수 있다는 사실을 보여줬다. 발암물질인 벤젠은 제품 내부뿐만 아니라 외부 공기 중에도 검출됐다. 이에 Valisure는 통보문을 통해 "일부 제품 포장에서 벤젠이 누출되어 흡입 흡수 위험을 야기할 수 있다"고 밝혔다. 미국 환경보호국(EPA)은 대기 중 벤젠 기준치를 설정하고 있다. 이 기관에 따르면 표준 규제 수준에서 암 발생 위험이 증가하기 시작하는 농도는 10억 분의 0.4(ppb)다. Valisure가 벤젠 대기 오염 결과를 계산한 바에 따르면 일부 경우 EPA 기준치의 1270배에 달하는 수치가 검출됐다. Valisure는 지난 5일 FDA에 벤조일 과산화물 함유 제품에 대한 조사 및 시장 회수를 요청하는 청원서를 제출했다. 벤젠 생성 양상에 대한 라이트의 설명은 선크림, 손 소독제와 같은 다른 소비자 제품에서 발견된 이전 연구 결과와 "실질적으로 다르다"고 한다. 라이트는 "우리가 선크림 및 기타 소비자 제품에서 발견한 벤젠은 오염된 성분에서 기인하는 불순물이었다. 하지만 벤조일 과산화물 제품에서 검출된 벤젠은 벤조일 과산화물 자체에서 생성되며, 때로는 FDA 규제 한계치의 수백 배에 달할 수 있다"고 설명했다. FDA 웹사이트에 따르면 벤젠은 염료와 세제부터 일부 플라스틱까지 광범위한 산업 제품 생산에 사용된다. 또한 담배 연기와 자동차 배출 가스, 석탄 및 기름 연소를 통해 대기 중으로 방출된다. 하지만 최근 몇 년 동안 드라이 샴푸, 손 소독제, 선크림 등 여러 제품에서 과도한 수준의 벤젠이 검출되어 리콜되는 사례가 발생했다. 클리어실 브랜드를 소유한 레킷은 "모든 클리어실 제품은 라벨에 지시된 대로 사용하고 보관할 때 안전하다"고 주장하며 "제품의 안전성과 유효성을 확보하기 위해 전 세계 규제기관과 긴밀하게 협력한다"고 밝혔다. 타겟은 "고객의 안전을 매우 중요하게 생각하며, 현재 관련 문제를 파악하고 있다"고 말했다. 에스티 로더 컴퍼니스는 "발암 물질 검출에 대한 소식을 인지하고 있으며, 관련 제품의 안전성을 검증하기 위해 FDA와 협력하고 있다"고 발표했다. 프로액티브는 아직 공식 입장을 내지 않고 있다. FDA는 "발암 물질 검출 보고에 대해 주시하고 있으며, 관련 제품의 안전성을 평가하고 있다"고 밝혔다. 미국 피부과 학회는 "벤조일 과산화물은 여드름 치료에 효과적인 성분이지만, 잠재적인 건강 위험도 존재한다"고 밝히며 "환자들은 의료 전문가와 상담하여 자신에게 적합한 치료 방법을 선택해야 한다"고 조언했다. FDA는 벤조일 과산화물 여드름 치료제에 대한 안전성 평가 결과를 바탕으로 후속 조치를 취할 것으로 예상된다. 벤조일 과산화물 제품의 안전성에 대한 논란이 지속될 것으로 보이며, 이에 따라 제품 개선 또는 리콜 등의 조치가 취해질 가능성도 있다. 벤조일 과산화물 여드름 치료제의 안전성에 대한 논란은 이번이 처음이 아니다. 2019년에도 일부 연구에서 벤조일 과산화물이 DNA 손상을 유발할 수 있다는 가능성이 제기된 바 있다. 벤조일 과산화물은 여드름 치료에 효과적인 성분이지만, 잠재적인 건강 위험도 존재한다는 점을 인지하고 사용하는 것이 중요하다.
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벤조일 과산화물 여드름 치료제에 발암 물질 검출
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미세 플라스틱, 심장마비·뇌졸중·사망 위험까지 높인다?
- 미세 플라스틱이 우리 몸에 미치는 해악을 보여주는 새로운 연구 결과가 나왔다. 심장에 미세 플라스틱이 있는 사람은 심장마비와 뇌졸중, 사망 위험이 더 높다는 사실이 밝혀졌다. 6일(현지시간) 패스트컴퍼니에 따르면 이탈리아 연구진은 동맥 막힘을 유발하는 경동맥 플라크 절제 수술을 받는 257명 환자의 플라크 샘플을 채취해서 분석한 결과, 이같은 사실을 발견했다. 미세 플라스틱은 크기가 5mm 미만인 플라스틱 조각을 의미한다. 경동맥 플라크는 경동맥에 축적되는 지방 물질이다. 경동맥은 뇌로 가는 혈관이며 플라크가 축적되면 혈관이 좁아지고 뇌로 가는 혈류가 감소할 수 있다. 이는 뇌졸중과 심장마비, 기타 심각한 건강 문제로 이어질 수 있다. 연구 결과, 거의 60%의 환자 시료에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 검출됐다. 심지어 다른 특정 종류의 미세 플라스틱도 발견됐다. 과학자들은 미세 플라스틱이 인체에 침투할 수 있다는 사실을 오랫동안 알고 있었다. 하지만 지금까지는 이 작은 플라스틱 입자가 인체 건강에 어떤 영향을 미치는지는 알지 못했다. 이 연구에 따르면 심장에 미세 플라스틱이 있는 사람은 심장마비, 뇌졸중, 사망 위험이 더 높았다. 폴리에틸렌 58% 발견 특히, 세계에서 가장 많이 사용되는 플라스틱 종류인 폴리에틸렌은 58%의 시료에서 발견됐다. 폴리염화비닐 또는 PVC는 약 12%에서 발견됐다. 또한 플라크에 미세 플라스틱이 포함된 환자 그룹에서 염증 마커 수치가 더 높았으며, 이는 미세 플라스틱이 염증을 촉진한다는 기존 연구 결과와 일치했다. 연구팀은 이러한 충격적인 결과 외에도 환자의 건강 상태 추이를 관찰했다. 3년 후 추적 조사 결과, 플라크 샘플에 미세 플라스틱이 검출된 환자는 다른 환자 그룹에 비해 심근경색, 뇌졸중, 사망 위험이 두 배나 높다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 '뉴 잉글랜드 의학 저널(New England Journal of Medicine)'에 게재됐다. 이 연구에 참여하지 않은 보스턴 칼리지의 역학자이자 생물학 교수인 필립 랜드리건 박사는 "이것은 매우 중요한 연구 결과다. 오랫동안 미세 플라스틱이 우리 몸속에 존재한다는 사실은 알려졌지만 어떤 역할을 하는지 알지 못했다"라고 말했다. 이번 연구 결과는 더 많은 의문을 제기했다. 왜 일부 환자만 플라크에 미세 플라스틱이 축적됐을까. 미세 플라스틱은 인체에 어떻게 유입된 것일까. 특정 집단이 다른 집단보다 더 취약할까. 심장과 순환계 외에도 폐, 비장, 태반 등 미세 플라스틱이 검출된 장기에 어떤 영향을 미칠까? 등등이다. 랜드리건 박사는 "(미세 플라스틱이) 심장에 유입될 수 있다면 뇌나 신경계에도 들어갈 수 있지 않을까?"라면서 "치매 또는 기타 만성 신경 질환에 미치는 영향은 어떨까?"라고 반문했다. 미세 플라스틱이 심장 질환 발병 위험을 증가시키는 원인에 대해서는 아직 명확하지 않다. 이번 연구 결과는 인과 관계를 입증하지 못하고 단지 연관성만을 시사한다. 연구진은 대신 잠정적인 가설을 제시했다. 논문 공동 저자이며 나폴리 이탈리아 대학교 내과 및 노인학 교수인 주세페 파올리소 박사는 "플라크 자체의 취약성이 문제의 핵심이라고 생각한다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 포함하는 플라크는 염증 수치가 더 높아 손상되기 쉽고, 깨지면 혈류로 유입될 수 있다고 추측한다"라고 설명했다. 랜드리건 박사는 이번 연구 결과를 바탕으로 의료 전문가들이 미세 플라스틱 노출을 심혈관 질환 위험 인자로 고려해야 한다고 제안했다. 일상 생활에서 플라스틱이 범람하는 상황에서 노출을 제한하는 것은 쉽지 않다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 랜드리건은 뉴잉글랜드 의학 저널에 실린 연구 논평에서 "플라스틱의 저렴한 비용과 편리함이 기만적이며 실제로는 큰 해를 가리고 있다는 사실을 인식해야 한다"며 "우리는 환자들이 플라스틱, 특히 불필요한 일회용품 사용을 줄이도록 장려해야 한다"고 적었다. 그는 의료 전문가들과 의료기관들이 유엔 글로벌 플라스틱 협약을 지지하고 전 세계적으로 플라스틱 생산의 상한선 설정을 촉구하는 데 동참할 것을 요청했다. 그는 또한 플라스틱 증가의 주된 책임을 화석 연료 회사들에게 돌렸다. 랜드리건은 "화석 연료 사용이 감소하고 있는 추세를 화석 연료 회사들도 인식하고 있으며, 이들이 보유한 방대한 석유와 가스를 어떻게 활용할지 고민하고 있다. 그 해결책으로 플라스틱 생산으로 방향을 전환하고 있다"고 지적했다. 이 새로운 연구는 우리 몸이 플라스틱으로 오염된 환경에서 어떤 영향을 받고 있는지 더 깊이 이해하려는 시도의 일환이다. 랜드리건은 "이 연구 결과를 다른 심장 질환 연구팀들도 재현하려 시도할 것이며, 이 논문이 향후 더 많은 연구의 발판이 될 것이라고 기대한다"고 말했다. 한편, AMI 컨설팅의 새로운 보고서에 따르면 기계 플라스틱 재활용 생산량은 2022년 전 세계적으로 5400만톤을 넘어섰다. 2030년까지는 약 5500만톤에 이를 것으로 예상된다. 이 회사의 '기계식 플라스틱 재활용-글로벌 시장'보고서에 따르면 2022년에 3600만톤 이상의 재활용품이 생산됐다. 보고서는 전세계 범용 플라스틱 재활용률은 2030년까지 16.5%에 불과할 것으로 예상했다. 보고서에 따르면 지역적으로 유럽과 동북아시아가 플라스틱 재활용 분야의 선두를 달리는 반면 아프리카, 인도, 기타 지역에서는 플라스틱 사용이 증가하는 양상을 보였다.
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미세 플라스틱, 심장마비·뇌졸중·사망 위험까지 높인다?
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[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발
- 중국 과학자들이 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구는 폐기물 활용과 리튬 이온 배터리 성능 개선이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했다. 과학기술 전문 매체 더 쿨다운은 지난 5일(현지시간) 중국 과학기술대학교 연구팀이 땅콩 껍질에서 추출한 산화철을 이용하여 리튬 이온 배터리 음극을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 전했다. 연구 결과 땅콩 껍질 기반 음극은 높은 전기 용량과 우수한 사이클 안정성을 보였다. 게다가 떵콩 껍질 기반은 기존 흑연 기반 음극보다 저렴하고 친환경적이다. 이 연구 결과는 지난해 11월 14일 에너지 저장 기술과 시스템에 관한 연구를 다루는 국제 학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 게재됐다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극(각각 양전극과 음전극) 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 작동한다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 흑연, 규소, 또는 이 둘의 복합체와 같은 탄소 기반 물질로 제조된다. 그러나 리튬 이온 배터리 연구에 종사하는 과학자들은 이러한 기존 소재보다 더 우수한 물질을 개발할 수 있다고 기대해 왔다. 땅콩 껍질 기반 음극, 높은 전기 용량 지녀 또 다른 학술지 '응용 표면 과학 언드밴스(Applied Surface Science Advances)' 저널에 게재된 「리튬 이온 전지용 음극 재료: 리뷰」라는 제목의 연구 논문에서 연구팀은 "흑연 음극은 용량이 적고 안전상의 문제가 있다는 것이 잘 알려져 있다"고 지적했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 "다음 세대 리튬 이온 전지용 새로운 음극 재료로서 많은 고성능 음극 재료들이 연구되고 있다"고 덧붙였다. 이같은 상황에서 최근 개발된 음극 재료 중 하나가 바로 땅콩 껍질을 활용한 것이다. 연구팀은 땅콩 껍질이 저렴하다는 점에서 재료로 매력적이라고 설명했다. 연구 논문에서 저자들은 "싸고 반복 성능을 개선하는 데 적합한 열분해 공정을 위한 탄소 원천으로 저렴한 원료를 찾기 위해 노력했다"고 밝혔다. 폐기되는 유기물질인 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 제조하는 것은 두 가지 문제를 동시에 해결하는 훌륭한 방법이다. 이는 배터리의 효율, 안전성 및 비용을 개선하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 식품 폐기물 문제 해결에도 기여한다. 땅콩 껍질을 이용해 배터리를 만들면 쓰레기 매립지에 폐기되어 지구 온난화 가스를 배출하는 대신 유용한 자원으로 활용될 수 있다. 연구팀은 또한 대나무, 흰목이버섯의 일종인 트레멜라(tremella), 뽕잎, 목재, 녹차 등에서 추출한 탄소 함유 물질 등을 사용해 동일한 실험을 진행했다. 감귤 껍질로 리튬 배터리 재활용 비슷한 맥락에서 또 다른 연구팀은 최근 감귤류 껍질을 이용해 리튬 배터리를 재활용하는 방법을 개발했다. 싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University·NTU) 과학자들은 감귤 껍질을 활용해 리튬 배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 새로운 방법은 과일 껍질을 이용해 사용한 배터리에서 귀금속을 추출한 다음 새 배터리에 재사용할 수 있었다. 이는 리튬 배터리를 재활용하는 가장 환경 친화적인 방법일 수도 있다. 이 연구팀의 일원인 마다비 스리니바산(Madhavi Srinivasan) 교수는 "현재 산업적으로 전자 폐기물을 재활용하는 과정은 에너지 집약적이며, 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출하므로 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 재활용 방법이 시급히 필요하다. 우리 팀은 생분해성 물질로 재활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다"며 "이러한 발견은 우리의 기존 작업을 기반으로 한다"고 설명했다. NTU 팀은 극한의 온도를 요구하지 않고 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산만을 사용하여 산업 재활용 공정과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
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[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발
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'인터배터리 2024'에서 주목해야 할 이차전지 소재 트렌드
- 수산화리튬, 황산코발트, 황산니켈 등 이차전지 소재 실물 광물이 한자리에 나란히 전시됐다. 6일 서울 강남구 코엑스에서 개막한 배터리 산업 전시회 '인터배터리 2024'에서 이차전지 소재업체들은 각기 자회사의 기술력과 이차전지 밸류체인(가치사슬)을 소개했다. 이차전지는 반복적으로 충전과 방전이 가능한 전지를 말한다. 한 번 사용한 후 버리는 1차전지와 달리, 전기를 공급하여 재사용할 수 있다는 장점이 있다. 포스코그룹은 인터배터리 2024에서 포스코, 포스코인터내셔널, 포스코퓨처엠을 아우르는 그룹 차원의 이차전지 소재사업 전체 밸류체인을 선보였다. 그룹 내 포스코퓨처엠이 지난해까지 양·음극재 사업을 중심으로 참여했지만, 올해부터는 이차전지 소재의 원료 생산 단계부터 양·음극재 생산까지 공개했다. 포스코의 부스 규모는 전년 대비 약 30% 넓은 360㎡로, 이차전지 소재 밸류체인의 구성과 흐름을 한눈에 확인할 수 있도록 원형 구조의 모형과 영상용 미디어월을 전시관 중앙에 꾸몄다. 중앙 모형 주변에는 탄산리튬, 황산니켈, 황산코발트, 황산망간 등 이차전지 소재 원료와 함께 양·음극재, 리사이클링, 차세대 이차전지 소재 등 밸류체인 단계별로 부스를 설치했다. 리튬 특별부스는특히 해발 4천㎡ 고지대에서 해안가까지 이어지는 리튬 사업 현장 모형으로 꾸며 포스코그룹이 리튬 사업 범위를 시각적으로 보여줬다. 포스코그룹은 지난해 전남 율촌산업단지에 광석리튬 기반 수산화리튬 공장을 준공했다. 아울러 아르헨티나 현지 염수리튬 기반 수산화리튬 공장도 올해 상반기에 준공할 예정이다. 포스코홀딩스의 김준형 친환경미래소재총괄은 이차전지 투자의 지속적인 추진을 강조하며, 리튬인산철(LFP) 생산에 있어 중국 기업과의 합작 가능성을 시사했다. 또한, 글로벌 배터리 시장의 현재 상황에 대해 주문 감소가 없으며 투자를 계속 진행 중임을 밝혔다. 주력 제품으로 리튬을 언급하며, 이와 관련한 생산 홍보에 집중할 계획임을 밝혔다. 김 총괄은 "올해 우리 그룹이 가장 중점을 두고 있는 것은 리튬"이라고 밝혔다. 그는 "이미 3월부터 첫 제품이 출시되었으며, 현재는 마무리 단계에 있어 본격적인 양산을 앞두고 있다. 따라서 리튬 제품의 홍보에 집중할 계획"이라고 설명했다. 에코프로는 세계 최초로 양산한 단결정 하이니켈 양극소재를 비롯해 통합 이차전지 소재 회사로 도약하기 위한 미래 기술을 공개했다. 하이니켈 기술력으로는 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 니켈 91% 단결정을 세계 최초로 양산한 기술과 초고용량 NCMX(니켈·코발트·망간·첨가제) 개발 현황, 올 연말 양산 예정인 LFP(리튬인산철) 등의 사업 아이템이 있다. 전구체와 그 소재인 황산니켈과 황산망간, 황산코발트, 전구체에 첨가해 양극재를 만드는 수산화리튬 등 광물 소재 실물도 전시했다. 아울러 나트륨 양극재, 실리콘 음극재, 고체 전해질(전고체) 등 주요 하이니켈 기술력과 미래 사업 아이템을 선보이며 통합 이차전지 회사로 도약하겠다는 비전을 제시했다. 에코프로는 포항캠퍼스에 폐배터리 재활용부터 원료, 전구체, 양극재에 이르는 이차전지 양극소재 생산 과정을 하나의 단지에서 구현한 '클로즈드 루프 시스템'을 구축 운영하며 이를 통해 경쟁력을 확보하고 있다. 양제헌 에코프로 마케팅실 이사는 "제조 비용 절감을 통해 초격차 경쟁력을 확보해 나간다는 전략 아래 30% 비용 절감이 가능한 클로즈드 루프 시스템의 새로운 버전을 공개했다"고 말했다. 이차전지 업체 엘앤에프는 대표적인 이차전지 양극재 제품과 함께 양극재 연구개발 현황과 제조 공정 등을 소개했다. 이 회사는 단결정 양극재, 코발트프리(NMX) 양극재, LFP 양극재, 전고체 전지용(SSB) 양극재, 나트륨이온 전지용(NIB) 양극재 등의 실물을 전시하고 각 제품의 강점을 어필했다. 또 엘앤에프는 현재 진행하는 신사업인 전구체, 음극재, 리사이클링, 차세대 기술 연구 등을 소개하며 향후 3년 내 이들 사업을 시작하겠다고 밝혔다. 또한 2030년 RE100(재생에너지 100% 사용) 달성, 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술 확보와 탄소 배출 원재료 대체 등을 통한 2050년 넷제로 달성 등 ESG(환경·사회·지배구조) 비전도 소개했다. 한편, LG에너지솔루션의 김동명 사장은 '인터베터리 2024'에서 회사가 자체 개발한 파우치형 셀투팩(CTP) 기술에 대한 공급 계약 논의 중임을 밝혔다. 이 기술은 배터리 모듈 단계를 제거하고 직접 셀을 팩에 조립하여 에너지 밀도를 향상시키고, 무게와 비용을 줄이는 방식이다. LG엔솔은 인터배터리 2024 전시회에서 이 기술과 IT 기기용 미드니켈 소형 파우치 셀을 처음으로 공개했다. 김 사장은 또한 전고체 배터리 개발과 관련하여, 높은 완성도의 제품을 준비 중이라고 밝혔다. 그러나 46시리즈 원통형 배터리의 양산 계획에 대해서는 구체적인 정보를 밝히지 않았다. 김 사장은 제8대 한국배터리산업협회장으로 지난달 취임했다. 전임 회장인 권영수 전 LG에너지솔루션 부회장의 퇴임으로 협회 정관상 자동 승계 규정에 의한 것이다. 김 사장은 산업통상자원부와의 협력을 강조하며, "연구개발(R&D) 및 핵심 광물 생산 지원 등을 논의해야 한다. 중점적으로는 회원사들이 효율적으로 사업을 운영할 수 있도록 지원하는 것이 필요하다"고 전했다. LS MnM의 구동휘 대표는 이차전지 소재 사업을 성장시켜 상장을 추진하겠다는 계획을 발표했다. 국내 최대 비철금속소재 기업인 LS MnM은 작년 하반기에 이차전지 소재 공장에 대한 투자 결정을 내리고 전기차 배터리 소재 분야에 본격적으로 진출했다. 구 대표는 배터리 소재 사업으로는 국내에서 후발주자인 점에 대해 "전기차와 이차전지가 조금 늦어지긴 했다"면서도 "오히려 좀 늦다 보니 공격적으로 투자하신 분들보다 기회가 될 것"이라고 낙관했다. LS MnM은 울산 온산국가산업단지와 새만금에 이차전지 소재 공장을 건설할 예정이며, 전기차 배터리 소재 사업에 본격적으로 참여하고 있다.
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'인터배터리 2024'에서 주목해야 할 이차전지 소재 트렌드
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중국 1월 반도체 매출 27% 급증…미국 매출 앞질러
- 중국의 올해 1월 반도체 매출 증가율이 글로벌 평균을 상당히 초과한 것으로 나타났다고 중국 관영 영자지 글로벌타임스가 5일(현지시간) 보도했다. 미국반도체산업협회(SIA)에 따르면 1월 전 세계 반도체 산업 매출은 작년 같은 기간보다 15.2% 증가해 476억달러(약 63조6000억원)를 기록했다. SIA에 따르면 중국 매출은 26.6% 증가해 미국(20.3%)과 아시아·태평양 지역(12.8%)을 앞질렀다. 반면 일본과 유럽은 각각 6.4%, 1.4% 감소했다. 중국의 반도체 판매 증가율은 미국의 대중국 반도체 수출 및 투자 통제 속에서도 글로벌 평균을 웃돌았다. 전문가들은 이에 대해 미국의 중국에 대한 집중 단속이 성과를 거두지 못했으며, 중국이 칩 제조 역량 증가와 기술 자립이 가속화되고 있음을 보여주는 것이라고 진단했다. 통신 전문가 마지화는 "미국의 기술 봉쇄가 오히려 반도체 산업에서 중국의 독자 연구개발을 촉진했고 관련 투자도 확대하는 등 역효과를 냈다"고 말했다. 그는 중국의 칩 제조 역량이 크게 향상되어 스토리지 칩이 수입 칩을 능가하고 모바일 칩이 부분적으로 국산화되었으며 인공 지능(AI) 칩 연구에서도 진전이 이루어지고 있다고 말했다. 또한 마지화는 중국은 인터넷에 연결된 차량에 대한 칩 수요가 많아 빠르게 성장하고 있다고 덧붙였다. 전문가들은 그 결과 중국의 칩 자급률이 빠르게 증가하고 있다고 지적했다. 게다가 차량이 무선 인터넷과 연결된 커넥티드카용 반도체 수요 확대로 중국의 반도체 자립률이 급증했다. 베이징에 본사를 둔 중국 정보소비연합 샹리강 대표는 반도체 생산 자립률이 2018년 약 5%에서 2022년 17%로 급증했고, 2023년에는 30%를 기록했다고 추정했다. 샹 대표는 "중국은 강력한 제조 역량과 방대한 내수시장을 갖고 있어 중국의 칩 공급을 크게 성장할 것이며, 이는 중국의 기술 보안을 강화하는 데 중요한 역할을 할 것이다"라고 말했다. 이처럼 중국의 반도체 산업은 빠른 속도로 발전하고 있다. 공업정보화부의 데이터에 따르면 2023년 중국의 집적회로(IC) 총 생산량은 전년 대비 6.9% 증가한 3514억 개를 기록했다. 중국은 2023년에 4795억 개의 IC를 수입하여 2022년에 비해 10.8% 감소했다. 세관총국에 따르면 수입액은 15.4% 감소한 3494억 달러(약 466조9381억원)로 집계됐다. 재무부에 따르면 지난 6년 동안 과학 기술 개발에 대한 재정 지출은 매년 6.4%씩 증가했다. 2018년부터 2023년까지 과학 기술 지출은 8327억 위안(약 154조 3326억원))에서 약 1조6000억 위안(약 296조5440억원)으로 증가했다고 재무부는 밝혔다. 전문가들은 결과적으로 반도체를 포함한 중국 기술 산업에 대한 미국의 단속이 실패했다고 말했다.
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중국 1월 반도체 매출 27% 급증…미국 매출 앞질러
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얼그레이, 건강에 좋은 이유⋯폴리페놀 등 항산화제 풍부
- 얼그레이(Earl Grey) 차에는 폴리페놀과 같은 항산화제가 들어있어 여러 면에서 건강에 도움이 될 수 있다. 얼그레이는 전통적으로 이탈리아가 원산지인 감귤류의 일종인 베르가못 오일을 홍차에 첨가해서 만든 차의 일종이다. 건강 전문 매체 헬스는 4일(현지시간) 얼그레이 차를 마시는 것과 관련된 건강상의 이점은 얼그레이를 만드는 데 사용되는 홍차 잎과 관련이 있다고 전했다. 얼그레이 차의 정의와 잠재적인 건강상의 이점, 얼그레이 차를 마실 때 주의 사항 등을 다음과 같이 정리했다. 얼그레이 차란? 얼그레이는 홍차로 만들어지며, 홍차는 진정한 차로 간주된다. 모든 차는 동백나무과인 카멜리아 시넨시스(Camellia sinensis)의 잎으로 만들어진다. 많은 변종이 있는 만큼 차나무의 크기와 모양은 다르지만 잎은 대체로 긴 타원형으로 둘레에는 톱니 모양의 무늬가 있고 윤기가 있으며 질기다. 홍차는 찻잎이 공기에 노출되는 산화 시간이 길기 때문에 녹차에 비해 훨씬 더 진한 색과 강한 향을 지니고 있다. 산화 과정에서 찻잎은 갈색으로 변하고 차의 풍미가 강해진다. 홍차에는 아삼차, 다르질링차, 실론차 등 다양한 종류가 있는데, 각기 다른 맛을 지니고 있다. 얼그레이 차는 홍차와 이탈리아 원산의 시트러스 과일인 베르가못 오렌지에서 추출한 베르가못 오일을 혼합하여 만들어진다. 하지만 일부 얼그레이 차는 베르가못 오일보다 가격이 저렴한 합성 베르가못 향으로 만들어지기도 한다. 얼그레이는 일반적으로 감귤 향과 비슷한 시트러스 향과 함께 약간 단맛이 난다. 얼그레이는 다양한 종류의 홍차로 만들 수 있기 때문에 얼그레이의 맛은 제품마다 다를 수 있다. 다양한 항산화제 함유 얼그레이 차의 베이스가 되는 홍차는 체내 항산화 효과가 있는 식물 화합물의 탁월한 공급원이다. 항산화제는 활성산소(free radical, 프리 라디칼)라고 하는 반응성이 강한 물질을 중화시켜 세포 손상을 방지하는 데 도움이 된다. 프리 라디칼 수치가 너무 높아지면 신체의 항산화 방어력을 압도하여 산화 스트레스가 발생한다. 조직 손상 및 만성 염증과 관련된 산화 스트레스는 특정 암과 심장 질환을 비롯한 여러 질병의 발병과 진행의 주요 원인으로 간주된다. 홍차에는 산화 스트레스와 염증의 표지를 줄이는 데 도움이 될 수 있는 여러 가지 생리 활성 화합물이 함유되어 있다. 예를 들어, 홍차에는 에피갈로카테킨 갈레이트, 테아플라빈, 테아루비긴과 같은 폴리페놀이 풍부하여 염증과 산화 손상을 낮춰 전반적인 건강을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 홍차에는 또한 강력한 항산화 특성을 지닌 탄수화물의 일종인 차 다당류(TPS)가 함유되어 있다. 연구에 따르면 홍차를 마시면 특정 인구의 산화 스트레스를 줄일 수 있다. 예를 들어, 산화 스트레스와 관련이 있는 제2형 당뇨병 환자 46명을 대상으로 한 2010년에 발표된 연구에서는 홍차 추출물로 만든 홍차를 4주 동안 매일 2~4잔씩 마신 결과 염증 표지자인 C-반응성 단백질이 현저히 감소하고 항산화 효소인 글루타치온이 크게 증가한 것으로 나타났다. 또한 산화 스트레스 지표인 말론다이알데히드 수치도 감소했다. 홍차의 고농도 세포 보호 화합물은 정기적으로 홍차를 섭취하는 사람들이 특정 암 및 인지 기능 저하와 같은 여러 건강 상태의 위험이 감소하는 이유로 여겨진다. 베르가못 오일은 리모넨과 리날룰과 같은 테르펜 등의 항산화 물질도 제공한다. 하지만 얼그레이를 마실 때 섭취하는 베르가못 오일의 양은 매우 적기 때문에 홍차에 함유된 대부분의 건강 효능은 홍차에서 발견되는 화합물 때문일 가능성이 높다. 여러 만성 질환의 위험 감소 연구에 따르면 홍차를 정기적으로 섭취하는 사람들은 그렇지 않은 사람들에 비해 특정 건강 문제가 발생할 가능성이 적다. 예를 들어, 홍차를 정기적으로 마시면 난소암, 우울증, 심장병 등을 예방할 수 있다. 200만 명 이상이 참여한 19개 연구의 2023년 메타 분석에 따르면 하루 1.40~3.12잔의 홍차를 마시는 여성은 난소암 발병 위험이 낮은 것으로 나타났다. 홍차를 마시는 사람은 구강암 발병 위험도 감소할 수 있다. 2018년의 한 연구 결과에 따르면 하루에 홍차를 한 잔씩 마실 때마다 구강암 위험이 6.2% 감소하는 것으로 나타났다. 연구자들은 홍차의 항암 효과가 항산화제, 특히 폴리페놀 함량이 높기 때문인 것으로 보고 있다. 이러한 화합물은 산화 손상으로부터 보호하고 신체의 항산화 방어력을 높여 암 발생을 억제할 수 있다. 또한 얼그레이 차를 마시면 고혈압과 같은 심장병 위험 요인을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 2020년 고혈압 환자를 대상으로 한 5건의 연구 검토에 따르면 홍차를 정기적으로 섭취하면 수축기 혈압과 이완기 혈압이 각각 -3.53mmHg와 -0.99mmHg 감소할 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구에서는 3개월 이상 차를 마신 사람들의 혈압이 가장 크게 감소한 것으로 나타나 장기간의 차 섭취가 심장 건강을 개선할 수 있음을 시사한다. 혈압을 낮추는 것 외에도 정기적으로 홍차를 즐기는 사람들은 심부전 및 뇌졸중 발병 위험이 낮을 수 있다. 또한, 일부 연구에 따르면 하루에 한 잔 이상의 홍차를 마시는 사람은 우울증에 걸릴 위험이 낮을 수 있다고 한다. 홍차에는 도파민과 같은 신경전달물질의 활동을 조절하여 우울증 위험을 줄일 수 있는 카페인과 아미노산 L-테아닌과 같은 특정 화합물이 함유되어 있다. 홍차 섭취는 다른 여러 가지 건강상의 이점과 관련되어 있다. 이러한 이점은 특히 얼그레이 차를 마시는 것이 아니라 일반적으로 홍차를 마시는 것과 관련이 있다는 점을 기억하자. 인지 건강과 운동 기능 향상에 도움 홍차의 카페인 함량은 다양하지만, 연구에 따르면 홍차에는 평균적으로 한 잔당 약 47mg의 카페인이 함유되어 있다. 이는 추출한 커피 한 잔에 들어 있는 카페인의 절반이 조금 넘는 양이다. 카페인은 에너지 수준을 높이고 운동 수행 능력을 향상시키는 등 여러 가지 방식으로 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 체중 1킬로그램(kg)당 3~6밀리그램(mg)의 카페인을 섭취하면 지구력 및 근력과 같은 운동 능력의 특정 측면이 향상될 수 있다. 그러나 홍차에는 커피만큼 카페인이 많이 함유되어 있지 않기 때문에 150파운드(68kg)인 사람은 운동 전에 약 4잔의 홍차를 마셔야 효과를 볼 수 있다. 얼그레이와 같은 카페인 음료를 마시면 활력을 증진하고 인지 건강을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 41만951명의 데이터를 포함한 7건의 연구를 2023년에 검토한 결과, 녹차 또는 홍차 섭취가 알츠하이머병을 포함한 치매의 현저한 감소와 관련이 있는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 연관성을 신경 보호 효과가 있는 카페인과 같은 녹차 및 홍차에서 발견되는 화합물 때문이라고 설명했다. 또한 홍차와 같은 카페인 음료는 처리 속도와 기억력 향상과 같은 단기 인지 기능을 개선할 수 있다. 얼그레이 차 마실때 유의사항 홍차에는 카페인이 함유되어 있어 다량 섭취하면 건강에 해로울 수 있다. 카페인 섭취량을 하루 400밀리그램(mg) 이하로 유지하는 것이 좋다. 그 이상을 섭취하면 불안감, 심박수 증가, 불면증과 같은 증상이 나타날 수 있다. 그러나 홍차 한 잔에는 일반적으로 약 47mg의 카페인이 함유되어 있으므로 권장 한도를 초과하려면 9잔을 마셔야 한다. 얼그레이는 과량으로 섭취하지 않는 한 대부분의 사람에게 안전하다. 또한 베르가못 오일을 과도하게 섭취하면 근육 경련, 시야 흐림, 사지 저림이 발생할 수 있다. 한 사례 연구에서는 하루에 4리터의 얼그레이 차를 마신 남성에게서 이러한 증상이 나타났다고 보고했다. 하루 1~2잔 등 정상적인 양의 얼그레이를 마시는 사람에게는 이러한 증상이 우려되지 않는다. 마지막으로 홍차에는 소화 기관의 철분, 특히 식물성 식품에 함유된 철분의 흡수를 억제하는 화합물이 함유되어 있어 식물성 식단을 따르는 사람이나 철분이 부족한 사람에게는 문제가 될 수 있다. 얼그레이 차 섭취 팁 얼그레이 차는 다른 홍차와 같은 방법으로 즐길 수 있다. 어떤 사람들은 얼그레이를 첨가물 없이 플레인으로 마시는 것을 선호하고, 어떤 사람들은 우유와 꿀과 같은 감미료를 첨가하여 마시기도 한다. 전통적인 얼그레이는 홍차로 만들지만, 녹차와 우롱차 등 다른 종류의 차로 만든 얼그레이 차도 있으며, 녹차와 홍차의 중간 정도의 맛과 색을 가진 차도 있다. 얼그레이 차 한 잔을 만들려면 찻잎 얼그레이 1티스푼 또는 얼그레이 티백 1개를 사용하여 끓기 직전까지 가열한 물에 3~5분간 담그는 것이 좋다. 더 진한 차를 원한다면 더 오래 우려내고 우유와 감미료를 넣어 맛을 조절하면 된다. 디카페인 얼그레이도 판매되고 있지만 대부분의 얼그레이 차에는 카페인이 함유되어 있으므로 카페인에 민감한 사람은 취침 직전에 카페인이 함유된 얼그레이를 마시는 것을 피해야 한다. 얼그레이 차를 포함한 차는 유통기한이 길다. 밀폐 용기에 담아 실온에서 보관하면 루스리프 얼그레이 차와 얼그레이 티백은 각각 2년과 3년 동안 보관할 수 있다.
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얼그레이, 건강에 좋은 이유⋯폴리페놀 등 항산화제 풍부
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LG엔솔·SK온, '인터배터리 2024'서 혁신 기술 대방출
- 한국 배터리 선도 기업 LG에너지솔루션과 SK온은 오는 3월 6일부터 8일까지 서울 강남구 코엑스에서 개최되는 국내 최대 규모의 배터리 전시회인 '인터배터리 2024'에 참가해 혁신적인 기술들을 선보일 예정이다. 올해 12회째인 인터배터리 2024는 산업통상자원부가 주최하고 한국배터리산업협회 등이 주관하는 산업 전시회로, 올해는 역대 최대 규모인 전 세계 18개국 579개 배터리 업체가 참가할 예정이다. 지난 2월 29일 한국배터리산업협회에 따르면 이번 행사에는 역대 최대 규모인 전 세계 18개국 579개 배터리 업체가 참여해 1896개의 부스를 운영할 예정이다. 또한 약 7만5000명의 참관객이 찾을 것으로 예상된다. 최신 배터리 관련 기술 및 정보를 공유하는 '더 배터리 콘퍼런스'와 전기차(EV) 산업 전시회인 'EV 트렌드 코리아' 등이 전시회 기간 동안 동시에 개최될 예정이다. 또한, 배터리 잡페어, 미국 전기차 배터리 포럼, 영국 배터리 산업·투자 세미나 등의 부대 행사도 마련되어 있다. LG에너지솔루션은 미드니켈 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리와 셀투팩(Cell to Pack) 기술을 전시하고, 삼성SDI는 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 개발 현황과 구체적 양산 계획을 소개할 예정이다. SK온은 저온 충전과 방전 성능을 개선한 LFP(리튬인산철) 배터리와 급속 충전 성능을 개선한 SF 배터리를 공개하며 다변화 전략 추진 상황을 공유한다. 포스코홀딩스는 리튬·니켈 상업화 원년을 기념하여 그룹 차원에서 전시회에 참여하여 이차전지 소재 전주기 가치사슬(밸류체인) 구축을 완성해가는 모습을 선보인다. 차세대 배터리를 비롯해 LFP와 에너지저장장치(ESS), 원통형 배터리 등 다양한 미래 배터리 기술을 한자리에서 확인할 수 있다는 점도 이번 전시회의 특징이다. 인공지능(AI) 기반 배터리 솔루션과 재활용·재사용 기술 등도 선보일 예정이다. 협회 측은 "원재료부터 소재, 장비·시스템, 배터리 제조, 재사용·재활용까지 배터리 산업 전체 밸류체인을 조망할 수 있을 것"이라고 설명했다. LG엔솔, 파우치형 셀투팩 기술 최초 공개 LG에너지솔루션은 3일 참가업체 중 최대 규모인 540㎡ 규모로 전시공간을 마련, 자체 개발한 파우치형 셀투팩(Cell to Pack·CTP) 기술을 최초로 공개한다고 밝혔다. 셀투팩 기술은 최근 전기차(EV) 배터리 시장에서 주목받는 첨단 팩 디자인으로, 기존 배터리 구성에서 모듈 단계를 제거하고 팩에 직접 셀을 조립하여 에너지 밀도를 향상시키고 배터리 무게와 비용을 절감하는 것이 특징이다. LG에너지솔루션이 개발한 파우치형 셀투팩은 파우치 셀의 가벼운 무게 특성을 유지하면서 팩 강성을 높이고 검증된 열 전달 방지 기술을 적용하여 안정성을 강화했다. 또한, 팩을 구성하는 부품을 줄이고 공정을 단순화하여 제조 원가를 절감하고 가격 경쟁력도 높였다. LG에너지솔루션은 IT 기기용 미드니켈 소형 파우치 셀을 최초로 공개한다. 또한, LG에너지솔루션의 셀, 모듈, 팩 및 배터리 관리 시스템(BMS)까지 적용된 일본 이스즈의 첫 전기 상용차도 국내에 처음 전시될 예정이다. LG에너지솔루션은 이번 전시회를 통해 배터리 제조를 넘어 고객에게 새로운 경험과 가치를 제공하는 배터리 관리 토탈 솔루션(BMTS) 사업을 소개한다. BMTS 사업은 기존 BMS를 더욱 고도화한 개념으로, BMS 서비스, 배터리별 특화된 안전 진단 및 상태 추정 소프트웨어, 클라우드 서비스, 미래형 모빌리티에 적합한 솔루션까지 배터리 전 생애주기 관리 서비스를 제공한다. LG에너지솔루션은 사내 독립 기업 AVEL의 재생 에너지 전력망 통합 관리 사업 등 신규 사업도 선보일 예정이다. LG에너지솔루션 측은 "인터배터리 2024는 미래를 이끌 혁신적인 제품과 기술을 통해 LG에너지솔루션의 압도적인 기술 리더십을 확인할 수 있는 기회"라고 밝혔다. 또한, "생생한 체험형 콘텐츠와 탁월한 전시 연출을 통해 차별화된 고객 가치를 경험할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. SK온, 어드밴스드 SF 배터리 등 급속충전 기술 첫선 SK온은 어드밴스드(Advanced) SF(Super Fast·급속충전) 배터리를 공개하는 등 진화된 급속충전 기술을 공개한다. SF 배터리는 SK온이 2021년 처음 공개한 하이니켈 배터리로, 18분 만에 셀 용량의 10%에서 80%까지 충전할 수 있다. 하이니켈 배터리는 고에너지 밀도와 긴 수명을 제공하는 리튬 이온 배터리의 한 종류다. 이 배터리는 니켈산화물(Ni(OH)₂) 양극과 리튬 양극을 사용해 작동한다. 하이니켈 배터리는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어서 휴대전화, 노트북, 전기 자동차 등 다양한 전자제품과 이동 수단에 널리 사용된다. 또한, 상대적으로 저렴하고 안정적인 충전/방전 성능을 가지고 있어서 널리 사용되고 있다. 이번에 선보일 어드밴스드 SF 배터리는 이보다 에너지 밀도는 9% 높이면서 급속충전 시간은 유지했다. 에너지 밀도가 높을수록 많은 에너지를 저장할 수 있어 1회 충전 시 주행거리가 길어진다. SK온은 특수 코팅공법을 통해 음극 저항을 획기적으로 낮추고, 음극 정렬 공법을 적용해 리튬이온 이동 경로를 단축했다. 급속충전 시간을 18분에서 15분으로 단축한 SF+ 배터리도 공개된다. SK온만의 이중 레이어 구조에 고용량 실리콘과 저저항 흑연을 배치해 리튬이온 이동 거리를 줄이고, 이동 속도는 늘었다. 저온 성능을 개선한 '윈터 프로(Winter Pro)' 리튬인산철(LFP) 배터리도 선보인다. 일반적으로 LFP 배터리는 저온(영하 20도)에서 주행 거리가 50∼70%로 급감하지만, 윈터 프로 LFP 배터리는 에너지 밀도를 19% 높이고도 저온에서 충전과 방전 용량을 기존 대비 각각 16%, 10% 높였다. SK온은 이번 전시에서 '성장 가속화'를 의미하는 '스피드 온(Speed On)'을 주제로 전시장을 구성하여, 차세대 배터리 기술과 다변화 전략을 선보인다. 핵심 기술로는 물을 사용하지 않는 친환경적인 비수세 공법을 기반으로 하는 SK온 하이니켈 배터리의 양극 활물질 제조 기술과 폼팩터 및 케미스트리(양극재·음극재 소재) 다변화 전략 등이 소개된다. 또한, 에너지 저장 장치(ESS)도 처음 공개될 예정이다. 이외에도 SK온 배터리가 탑재된 다양한 차량 미니어처, 실물 차량 등의 전시를 통해 방문객들에게 시각적 경험을 제공한다. SK온 관계자는 "이번 전시를 통해 SK온의 세계 최고 수준의 연구개발 역량을 직접 체험할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 또한, "앞으로도 끊임없는 혁신 기술 개발과 포트폴리오 다변화를 통해 다양한 고객 요구에 부응할 것"이라고 강조했다. 박태성 협회 상근부회장은 "이번 전시회는 불확실한 대외 환경 속에서 K-배터리의 경쟁력을 강화하고 새로운 도약을 위한 발판이 될 것"이라고 밝혔다. 또한, "최신 기술과 시장 정보 공유, 업계 전문가 네트워킹 기회 제공을 통해 글로벌 배터리 산업 발전에 기여하는 플랫폼으로 자리매김할 것"이라고 기대감을 표했다.
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LG엔솔·SK온, '인터배터리 2024'서 혁신 기술 대방출
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[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발
- 미국 과학자들이 청정 지열에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소를 직접 회수하는 획기적인 기술을 개발했다. 지열에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 지속 가능한 에너지원 중 하나다. 지구 내부의 열은 주로 지구의 형성 과정에서 발생한 열, 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열, 그리고 마그마의 이동 등 지구 내부의 압력으로 인한 열 등이 있다. 26일(현지시간) 싱크 지오에너지에 따르면 오하이오 주립대 연구팀이 개발한 'DACCUS'라는 시스템은 회수를 위한 에너지를 지열로 충당함으로써 깨끗하고 안전하게 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다고 한다. 연구팀이 수행한 연구에 따르면 직접 공기 CO₂ 포집 기술(DACC)과 CO₂ 플룸 지열을 결합한 시스템을 개발하는 방법을 제안했다. 이들은 CO2 배출량이 거의 없이 대규모 CO2 제거가 가능한 기후 친화적인 직접 공기 CO₂ 포집, 활용 및 저장(DACCUS) 시스템을 만들 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 회수해 지하에 가두는 기술은 대량의 에너지를 필요로 하기 때문에 잘 못하면 오히려 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래할 수 있다. 사례 연구 분석 결과, 지층의 두께가 100미터 이상이며 최대 CO₂ 주입 속도가 연간 1MtCO2/유정으로 제한되는 조건에서, 5년간의 초기 활성화 기간(priming period)이 충분한 것으로 나타났다. 보다 두꺼운 지층의 경우, CO₂ 플룸의 지열 시스템 활용에 앞서, 5년 이상의 기간 동안 지질학적 CO₂를 저장해야 한다. 이산화탄소 포집-지하 저장 기술 지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 화석 연료의 연소로 인해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소다. 따라서 지구 온난화를 억제하기 위해서는 탄소 중립, 즉 탄소 배출을 줄이거나 제로(0)로 만드는 것이 중요하다. 그러나 인간의 활동에는 에너지가 필수적이기 때문에, 이산화탄소 배출을 완전히 제로로 줄이는 것은 현실적으로 어려운 과제다. 이 문제에 대한 창의적인 접근 방법 중 하나는 배출된 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장하는 기술, 즉 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술이다. 이 기술은 대기 중으로의 이산화탄소 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 기존의 CCS 기술은 이산화탄소 포집 효율이 낮아, 실제로는 예상과 다르게 이산화탄소 배출을 증가시킬 수 있는 역효과를 낳을 가능성이 있다. 지열에너지를 활용하면 이산화탄소를 포집하면서 동시에 발전을 진행할 수 있다. 오하이오 주립대 연구팀은 이 점에 착안해 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술에 지열 에너지를 통합하여 운영하는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이들이 도입한 시스템은 'DACCUS'(직접 공기 중 이산화탄소 포집 및 활용 저장)로, 대기 중에서 직접 이산화탄소를 분리해내고 이를 지하에 저장하는 동시에, 지열을 활용해 이 과정에 필요한 에너지를 충당한다. 지열은 지속가능하고 청정한 에너지원으로, DACCUS 시스템은 이를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 지하에 안전하게 저장한다. 이 과정에서 포집된 이산화탄소는 지하의 지열을 활용하여 지표면으로 열을 전달하는 데 사용한다. DACCUS의 혁신적인 장점은 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에서 그치지 않고, 이를 활용하여 지열 발전을 촉진하고 발전 과정에서 에너지를 생산한다는 점이다. 이로 인해 지속 가능한 에너지 생산과 온실가스 감축이라는 이중의 이점을 동시에 달성할 수 있다. 멕시코만서 실증 실험 연구팀은 이 획기적인 시스템의 가능성을 증명하기 위해 지열이 풍부한 미국 멕시코만 지역에서 실증 실험을 진행하고 있다. 연구팀에 따르면, 멕시코만 연안에는 석탄 및 천연가스 발전 시설과 같은 CO₂의 점 공급원이 존재하며, 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지질과 DACCUS를 가동하기에 충분한 지열이 있다. 이 시스템을 설치하면 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 2050년까지 멕시코만 연안의 한 지층에 25개의 DACCUS 시스템을 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 이 획기적인 기술의 가능성을 보여줄 수 있다. 그러나, 현재 DACCUS 시스템의 구축에는 몇 가지 도과제가 있다. DACCUS 기술을 효과적으로 활용하기 위해서는 초기 5년간 공장 등의 이산화탄소 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 저장하는 과정이 필수적이다. 이 과정은 마치 펌프에 물을 채워야 물이 나오는 마중물과 같아서, 초기 단계에서 필요한 '프라이밍' 작업으로 볼 수 있으며, 이 단계를 완료해야만 대기 중 이산화탄소의 포집이 가능해진다. 2025년까지 DACCUS 기술을 적용할 수 있다면, 실제로 대기에서 이산화탄소를 제거하기 시작하는 시점은 2030년경이 될 것으로 예상된다. 마르티나 레베니와 제프리 M. 비엘리키의 이번 연구 전체 논문은 '환경 연구 편지 저널(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발
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[신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발
- 캘리포니아 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 상온 수소 저장 솔루션을 개발했다. 세계 각지에서 전 세계 수소 생산 능력 확대를 위한 투자가 이루어지고 있다. 특히 탄소 배출 없는 재생 에너지 사용을 통해 생산되는 녹색 수소에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수소 활용의 주요한 어려움 중 하나는 저장 과정에 있다. 수소는 기체 또는 액체 상태로 저장할 수 있으며, 기존 저장 방법에는 많은 문제점들이 있다. 미국 과학 기술 전문매체 오일프라이스는 지난 24일(현지시간) 캘리포니아 스타트업 H2MOF가 AI와 첨단 연구를 활용하여 효율적인 상온 수소 저장 솔루션을 개발함으로써 다양한 산업에 혁신을 불러일으키고 있다고 전했다. 대표적인 수소 저장 기술 수소 저장 기술의 발전은 수소 및 연료전지 기술의 발전에 필수적이다. 수소는 모든 연료 중에서 질량당 에너지 밀도가 가장 높지만, 이를 연료나 가스로서 효율적으로 활용하기 위해서는 고도의 저장 기술이 요구된다. 먼저 압축 수소 저장은 현재 가장 널리 사용되는 수소 저장 방식 중 하나다. 이 방식은 수소를 높은 압력에서 저장하는 방법으로, 주로 수소 연료 전지 차량에 적용되고 있다. 액체 수소 저장 기술은 수소를 극저온에서 액화하여 저장하는 방식이다. 이 기술은 높은 에너지 밀도를 가지며 우주항공 분야 등에서 활용된다. 고체 수소 저장 기술은 금속 수소화물, 화학 수소 저장 매체 등을 활용하여 수소를 고체 형태로 저장하는 방법이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 수소를 저장할 수 있어 안전성이 높고, 수소 탱크의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 미국에서는 수소 및 연료전지 기술 사무소(HFTO)가 바이든 행정부의 2022 인플레이션 감축법(IRA)으로부터 자금을 지원 받아 수소 저장 시스템 기술 발전을 위한 연구 개발 활동을 진행하고 있다. 현재까지 수소 저장 기술 개발은 다양한 도전으로 인해 진전이 더디게 이루어지고 있다. 수소 저장 기술의 중요성 수소 연료 셀 기술 발전을 위해서는 효과적인 수소 저장 기술 개발이 필수적이다. 수소는 단위 질량당 가장 높은 에너지를 가지고 있지만, 에너지 손실 없이 연료를 효과적으로 활용하기 위해서는 첨단 저장 기술이 필요하다. 앞서 밝혔듯이 수소는 기체 또는 액체로 저장할 수 있다. 기체 상태에서는 고압 탱크에 저장할 수 있고, 액체 상태에서는 기체로 다시 끓는 것을 방지하기 위해 극저온(약 -252.8°C)에 저장할 수 있다. 또한 흡수 과정을 통해 고체 물질에 저장할 수도 있다. 그러나 실제 사용을 위한 수소 저장과 관련된 몇 가지 과제가 있다. 예를 들어, 현재 수소를 사용하는 운송수단은 장거리 이동에 필요한 대량의 압축 연료를 저장할 수 없다. 또한 현재의 저장 기술은 매우 비효율적이어서 이 과정에서 많은 양의 에너지가 손실된다. 상온 수소 저장 기술 2021년 설립된 캘리포니아의 스타트업 H2MOF는 이러한 문제를 해결한 상온 수소 저장이라는 혁신적인 수소 저장 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 고압 또는 저온을 사용하지 않고 압축 상태의 수소를 저온에서 안정적으로 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 상용화에 성공한다면 차량 연료 공급 등 다양한 분야에서 수소를 실온 보관할 수 있게 된다. H2MOF는 인공지능과 컴퓨터 생성 모델을 활용하여 연구 속도를 가속화했다. 이 회사는 수소를 녹색 전환의 핵심 기술로 보고 있으며, 전기와 달리 수소는 산업 운영, 조리 및 난방과 같은 분야에서 연료로 사용될 수 있다고 강조했다. 또한 실온 저장 수소는 대용량 전지를 필요로 하는 선박이나 항공기와 같은 대형 운송 수단의 전기 동력 대체에도 사용될 것으로 기대된다. H2MOF 기술은 친환경 에너지원으로서 수소 활용을 확대하고 탄소 배출 감소에 기여할 것으로 보인다. 또한, 수소 연료 셀 자동차 보급을 촉진하고 새로운 에너지 시장을 창출할 수 있다. 그러나 H2MOF만이 유일한 수소 저장 혁신 사례는 아니다. 2023년 네덜란드의 에인트호벤 공과대학 학생 그룹은 철 펠렛(작은 철구)을 이용한 수소 저장 방법을 제안했다. 연구팀은 이를 실현하기 위해 스팀 다리미 공정을 개발했다. 이 방법은 수소와 철 산화물을 생성하는 증기 철 공정을 기반으로 한다. 생성된 철 산화물은 다시 수소와 결합하여 철로 재생되고, 이 과정을 통해 수소를 반복적으로 저장 및 방출할 수 있다. 현재 수소 저장 기술은 아직 초기 개발 단계에 있으며, 실제 산업 규모로 적용하기 위한 과제들이 남아 있다. 하지만 전 세계적인 투자 및 연구 개발 활동을 통해 수소 활용의 장애물을 극복하고 미래 에너지 전환에 기여할 것으로 기대된다. 2016년 노벨 화학상 수상자이자 H2MOF의 공동 설립자인 프레이저 스토다트는 상온 수소 저장 기술에 대해 "내가 아는 한 수소 생산은 이미 해결된 문제"라고 말했다. 그는 "수소를 생산할 수 있는 효율적인 방법은 충분히 많다. 남은 큰 과제는 저압과 상온에서 많은 양을 저장하는 방식으로 수소를 저장하는 것이다"라면서 "어떤 식으로든 우리는 당연히 거기에 도달할 것이라고 확신한다"라고 말했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발
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[신기술 신소재(4)] 혁신적인 비독성 고품질 산화그래핀 생산 기술 개발
- 스웨덴 과학자들이 가장 일반적인 방법으로 생산되는 물질에 비해 결함이 훨씬 적은 그래핀 산화물을 합성하는 새로운 방법을 발견했다. 과학전문 매체 싸이키ORG는 지난 20일 스웨덴 우메오 대학 연구팀 그래핀 산화물 합성에 새로운 비독성 방법을 개발하여 기존 주요 방법보다 결함이 현저히 적은 물질을 얻는데 성공했다고 보도했다. 이전에는 유사한 품질의 그래핀 산화물을 얻기 위해서는 매우 독성이 강한 발연 질산을 사용하는 위험한 방법밖에 없었다. 그래핀 산화물은 일반적으로 산소를 제거하여 그래핀을 제조하는데 사용된다. 하지만 그래핀 산화물에 구멍이 존재하면 그래핀으로 전환될 때도 구멍이 생기게 된다. 따라서 그래핀 산화물의 품질은 매우 중요하다. 우메오 대학의 알렉산드르 탈리진(Alexandr Talyzin)박사와 그의 연구팀은 안전하게 고품질 그래핀 산화물을 만드는 방법을 발견했다. 이 연구 결과는 '카본(Carbon)' 저널에 게재됐다. 첨단 나노소재인 그래핀은 유연성, 높은 기계적 강도, 전도성 등 뛰어난 특성으로 인해 경이로운 물질로 불린다. 하지만 모든 그래핀 특성은 결함에 영향을 받는다. 그래핀 산화물로부터 제조된 그래핀은 기대보다 훨씬 낮은 기계적 특성과 전도성을 보인다. 많은 연구에 따르면 가장 많이 사용되는 '험머스(Hummers)' 방법으로 합성하면 항상 많은 결함이 생기는 것으로 나타났다. 험머스 방법은 그래핀 옥사이드(GO, graphene oxide) 제조에 널리 활용되는 대표적인 화학적 합성 기술이다. 1958년 윌리엄 험머스(William S. Hummers)와 리처드 오프만(Richard E. Offeman)에 의해 처음 소개된 이 방법은 강력한 산화제를 사용하여 그래파이트(graphite)를 산화시켜 그래핀 옥사이드를 생산하는 과정으로 이루어진다. 기존 방법들에 비해 안전성이 높고, 합성 속도가 빠르며, 환경 친화적이라는 장점을 지녀 대량 생산에 적합하며 널리 활용되고 있다. 구체적인 합성 과정에서는 황산(H2SO4)을 주요 용매로 사용하고 칼륨 퍼망가네이트(KMnO4)를 산화제로 활용한다. 엄격하게 조절된 온도 조건에서 반응을 진행하여 그래파이트를 산화시키고 그래핀 옥사이드를 생성한다. 이렇게 얻어진 그래핀 옥사이드는 물과 같은 용매에 분산될 수 있으며, 이를 통해 다양한 응용 분야와 연구에 활용될 수 있다. 특히 전자 소자, 에너지 저장 장치, 복합 재료 등 여러 분야에서 험머스 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드의 활용도가 높아지고 있다. 훨씬 오래된 '브로디(Brodie)' 방법은 거의 구멍이 없는 그래핀 산화물을 제공하지만 아직 어떤 기업도 이 유형의 그래핀 산화물을 생산하지 않고 상업적으로 이용하지 못하고 있다. 탈리진은 "단순히 너무 위험하고 산업 생산에 적합하지 않다"고 말했다. 브로디 방법은 그래핀 옥사이드 합성에 활용되는 고전적인 화학적 방법이다. 1859년 벤저민 콜린스 브로디(Benjamin Collins Brodie)에 의해 처음 소개된 이 방법은 험머스 방법과는 차별화된 접근 방식을 통해 그래핀 옥사이드를 제조한다. 브로디 방법의 핵심은 강력한 산화제인 질산(HNO3)과 염소산(KClO3)을 사용하여 그래파이트(graphite)를 산화시키는 과정이다. 험머스 방법에 비해 긴 반응 시간과 낮은 온도 조건을 특징으로 하며, 이를 통해 높은 수준의 산화와 기능화를 가진 그래핀 옥사이드를 얻을 수 있다. 장점으로는 브로디 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드는 험머스 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드보다 높은 수준의 산화와 기능화 수준을 가진다. 이는 특정 응용 분야에서 유용할 수 있다. 또한 브로디 방법은 고도로 산화된 그래핀 옥사이드의 제조에 특히 적합하다. 반면, 브로디 방법의 단점은 긴 반응 시간과 위험한 산화제 사용 등이 있다. 험머스 방법에 비해 반응 시간이 길어 대량 생산에 적합하지 않다. 반응 조건을 엄격하게 제어해야 원하는 결과를 얻을 수 있다. 아울러 질산과 염소산은 위험한 산화제이며 취급에 주의가 필요하다. 브로디 방법은 주로 연구 목적으로 사용된다. 특히 고도로 산화된 그래핀 옥사이드가 필요한 경우 선택적으로 사용되고 있다. 이번 연구팀은 험머스 방법의 산(H2SO4)과 브로디 방법의 산화제(염소산 칼륨)를 결합하여 브로디 방법과 동일하게 결함이 적은 그래핀 산화물을 제조할 수 있는 새로운 방법을 발견했다. 하지만 합성 과정은 험머스 산화만큼 간단하다. 탈리진은 "이 방법은 연구팀의 바르토스 구르제다(Bartosz Gurzeda) 연구원의 이름을 따서 구르제다(Gurzeda) 방법으로 명명되어야 한다"라고 주장했다. 탈리진은 결함 없는 그래핀 산화물이 필요한 경우 구르제다 방법이 험머스 방법만큼 널리 사용될 가능성이 높다고 여긴다. 이 방법은 산소 그룹을 제거하여 그래핀을 만들거나 가스 보호 코팅, 반투과성 막, 센서 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다. 최근 10여 년 동안 그래핀 산화물 자체의 응용 분야에 대한 관심도 높아지고 있다. 층층 구조의 그래핀 산화물 재료는 해수에서 간단한 여과를 통해 식수를 생산하거나 톨루엔과 같은 유해한 유기 오염 물질을 차단하면서 물만 통과시키는 반투과성 보호 코팅 제작을 위한 막 응용 분야에서 집중적으로 연구되고 있다. 탈리진은 "저희는 연구 커뮤니티가 이 새로운 그래핀 산화물을 응용 분야에 적용하여 시험하고 차이를 확인하기를 바란다. 그래핀 산화물은 하나의 물질이 아니라 다양한 특성을 가진 물질 그룹이며 무한한 새로운 응용 가능성을 제공한다"고 말했다. 한편, 그래핀은 탄소 원자가 단원자층 두께의 이차원 결정 격자를 이루며 구성된, 탁월한 특성을 지닌 신소재다. 그래핀은 동일 두께의 다이아몬드보다 강하며, 존재하는 재료 중 최고 수준의 강도를 자랑한다. 약 130GPa의 인장 강도를 가지고 있으며, 얇음에도 불구하고 압도적인 강도를 유지한다. 또한 그래핀은 탁월한 전기 전도성을 지니고 있어, 전자가 거의 무저항으로 빠르게 이동할 수 있다. 이는 그래핀을 전자 소자, 전도성 잉크, 투명 전극 등에 유용하게 활용할 수 있게 한다. 그래핀은 압도적인 열 전도성을 가지고 있어, 열을 매우 효율적으로 전달한다. 이 특성으로 그래핀은 열 관리 분야의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그래핀은 놀라운 유연성과 높은 신축성을 동시에 지닌다. 이러한 특징은 그래핀을 플렉서블 전자기기나 착용 가능한 웨어러블 기술에 이상적인 소재로 꼽힌다. 아울러 그래핀은 극도로 높은 투명성을 가지고 있으며, 약 97.7%의 빛을 투과시킨다. 이는 터치스크린, 라이트 패널, 심지어 태양 전지판 등의 응용 분야에서 획기적인 가능성을 제시한다. 그래핀은 뛰어난 화학적 안정성을 지니고 있어, 대부분의 환경에서 산화되거나 분해되지 않는다. 이는 다양한 화학적, 생물학적 환경에서 안심하고 활용할 수 있게 한다. 이러한 그래핀의 탁월한 특성들은 전자, 에너지, 복합 재료, 바이오메디컬 분야 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 변화를 이끌 핵심 동력이 될 것이다.
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[신기술 신소재(4)] 혁신적인 비독성 고품질 산화그래핀 생산 기술 개발
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
- 현재 출시되고 있는 전기자동차(EV)는 환경적, 사회적 비용이 많이 드는 희소하고 값비싼 금속인 코발트를 사용하는 리튬 이온 배터리로 구동된다. 그런데 최근 니켈 이온으로 구현되는 코발트 없는 전극이 개발됐다. 20일(현지시간) 전자기술 매체 테크익스플로어(techxplore)는 일본과 프랑스 대학 연구팀이 전기 자동차용 코발트 프리 배터리의 새로운 지평을 열 실용적인 니켈 기반 전극 재료를 개발했다고 보도했다. 요코하마 국립대학교 나오아키 야부우치(Naoaki Yabuuchi) 박사는 "리튬 이온 배터리용 코발트가 없는 고에너지 전극 재료에 대한 절실한 필요성이 있다"고 말했다. 리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 양극으로 충전된 전극에서 음극으로 충전된 전극으로 흐를 때 재충전된다. 대부분의 휴대용 전자제품용 리튬 이온 배터리의 양극에는 높은 안정성과 에너지 밀도를 제공하는 화합물인 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 포함돼 있다. 그러나 코발트 공급망은 한정적이고 문제가 많아 전기차를 포함한 대형 배터리 생산에 병목현상을 일으키고 있다. 더욱이 코발트 추출 과정은 유독성 폐기물을 발생시켜 토양, 공기, 물을 오염시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 LiCoO2와 구조가 유사한 리튬 니켈 산화물(LiNiO2)은 종종 코발트가 없는 전극 재료의 대안으로 사용된다. 하지만 이 화합물은 주요 불안정성 문제로 어려움을 겪고 있다. 특히, 높은 전압 영역에서 니켈 이온 이동과 관련된 점진적인 용량 손실이 발생한다. 니켈 이온은 부분적으로 다른 금속 이온으로 대체되어 전극의 가역성을 향상시켰다. 코발트 이온 외에도 망가니즈, 알루미늄, 마그네슘 등이 재도입되어, 이러한 조합은 '니켈 풍부 층상 재료'를 형성하여 양극 재료로 사용된다. 야부우치 교수는 "지금까지 니켈 기반 전극 재료에는 10~20%의 코발트 이온이 필요했다"며 "하지만 이는 여전히 너무 많은 양이고, 금속 치환을 통해 공정을 개선할 수 있는 방법에 대한 통일된 이해는 아직 이뤄지지 않았다"고 지적했다. 야부우치 교수와 연구팀은 이러한 지식 공백을 해결하기 위해 문제가 되는 상전이 현상을 더 깊이 연구했다. 외부 전장의 영향으로 리튬 이온이 양극으로부터 빠져나갈 때, 니켈 이온들은 리튬 층 내의 특정 위치로 이동하는데, 이 과정은 원래 가역적이지만, 지속적인 충방전을 통해 가역성이 점차 저하되면서 결국 용량이 완전히 소실된다. 이는 코발트 이온 이동에서는 나타나지 않는 현상이다. 이전 연구에 따르면 LiNiO2에 텅스텐을 첨가하는 것은 고전압 영역에서 유해한 상전이를 억제하는 효과적인 방법이라고 보고됐다. 야부우치 연구팀은 값비싼 텅스텐 이온 대신 더 가볍고 풍부한 원소인 인(phosphorous) 이온을 대체할 수 있다는 가설을 테스트했다. 연구팀은 나노크기의 인산리튬(Li3PO4)과 결합된 LiNiO2를 상세히 분석한 결과, 특정 조건에서는 리튬 층 내부의 과도한 니켈 이온이 반발성 전기 상호작용을 일으켜 니켈 이온 이동이 효과적으로 억제됨을 확인했다. 이 연구 결과를 바탕으로 리튬 층 내부에 추가적인 니켈 이온이 포함된 Li0.975Ni1.025O2(리튬 결핍 LiNiO2)이 인 첨가 없이 간단한 방법으로 합성됐다. 연구 결과 Li0.975Ni1.025O2 는 니켈 이온 이동을 효과적으로 억제하고 코발트 이온을 사용하지 않아도 안정적인 가역성을 제공할 수 있음을 보여줬다. 야부우치 교수는 "이 연구 결과는 매우 간단하고 경제적인 방법으로 고성능의 실용적인 코발트 없는 니켈 기반 전극 재료를 개발하는 새로운 방향을 제시하고 있다"며 "이 재료는 고성능 니켈 기반 전극 재료의 궁극적인 목표를 달성했다"고 주장했다. 연구팀은 앞으로 코발트를 전혀 사용하지 않는 리튬 이온 배터리 재료의 실현 가능성을 연구할 계획이다.
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- 산업
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
- 리튬 금속 음극을 채용해 -25℃부터 120℃까지 작동하는 전고체 전지가 개발됐다. 일본의 기술 전문 매체 EE타임스는 지난 19일(현지 시간) 덴소와 큐슈대학교 연구진이 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬(Li) 금속에 대한 안정성을 갖춘 '고체 전해질'을 개발했다고 보도했다. 덴소는 일본의 대표적인 자동차 부품 전문 기업으로 자동차 전자 제어 시스템, 엔진 관련 부품, 내연기관, 하이브리드 및 전기차용 시스템, 자율 주행 기술, 정보 및 통신 기술 등 다양한 분야에서 기술을 보유하고 있다. 또한, 덴소는 에어컨 시스템, 차량 내부 및 외부 조명, 제동 시스템 등과 같은 자동차 주변 시스템도 제조한다. 연구팀은 리튬 금속 음극을 사용하여 제작한 전고체 전지가 -25℃~120℃까지의 광범위한 온도 범위에서 작동하는 것을 확인했다. 재료 간 연속적으로 일어나는 상호 반응으로 인해 저온에서 소결이 진행된다. 리튬 음극 전고체 배터리의 경우 '소결'은 전기화학적인 과정을 의미한다. 리튬 음극 전고체 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 이온의 이동을 통해 전기 에너지를 저장하고 방출하는 전지를 말한다. 소결은 이 배터리의 전극(음극) 부분을 제작하는 과정 중 하나다. 리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 그래핀, 석탄 블랙 또는 다른 탄소 기반 물질로 만들어진다. 소결 과정은 이러한 물질을 압력과 온도를 가하여 밀착시키고, 전해질과 함께 전지 구조에 통합시키는 것을 말한다. 이러한 과정은 음극의 전기적 특성을 최적화하고, 전지의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요하다. 소결은 전지의 제조과정에서 핵심 단계 중 하나이며, 배터리의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 소결 과정은 배터리 제조 과정에서 특히 중요한 부분이다. 덴소의 임진대 연구원(당시 규슈대학교 대학원 종합이공학부 박사과정 3년)과 규슈대학교 대학원 종합이공학연구원의 와타나베 켄 조교수, 시마노에 켄고 교수 등으로 구성된 연구팀은 2024년 2월, 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬 금속에 대한 안정성을 겸비한 '고체 전해질'을 개발했다고 발표했다. 산화물 전해질을 사용한 전지는 발화 등이 없어 안전성이 높다. 하지만 재료 간 접합을 위해서는 1000℃ 이상의 고온에서 소결해야 한다. 연구팀은 이때 전극재와 전해질재가 반응하는 등 배터리화가 어려웠다고 전했다. 연구팀은 지금까지 전해질 소재인 'Li7La3Zr2O12(LLZ)에 저융점 소결 보조제를 나노 수준으로 복합화해 750℃에서 소결을 실현했다. 그러나 소결 보조제를 첨가하기 때문에 음극 재료인 리튬 금속에 대한 안정성이 현저하게 떨어졌다. 이번 연구에서는 새로운 소결 메커니즘을 활용해 안전성 문제를 해결했다. 연구팀은 열분석과 미세구조 분석 결과, 'Li-Sb-O 산화물' 및 'Li-B-O 산화물'이라는 두 종류의 소결 보조제와 'CO₂'가 연속적으로 상호 반응하는 것을 확인했다. 이를 통해 (Li-)-B-O 산화물은 용융 상태를 유지하며 저온에서 소결이 진행됨을 확인했다. 이 소결 메커니즘을 활용하면 Bi를 포함한 재료 조성을 사용하지 않고도 저온 소결이 가능하다. 또한, Sb를 포함한 조성으로 변경할 수 있어 Li 금속에 대한 안정성이 높은 고체 전해질을 개발하는데 성공했다. 이온전도도는 3.1×10-4S/cm를 달성했다. 'Bi'는 화학 원소 기호로 비스무트(Bismuth)를 나타낸다. 비스무트는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 주로 광산에서 추출된다. 비스무트는 주변환경에서 자연적으로 발견되며, 비스무트의 화합물은 농업, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 아울러 비스무트는 낮은 독성을 가지고 있어서 의료용 약물로 사용되는 경우가 많다. 또한, Bi는 납의 대체재로서 전자기 기기에 사용되기도 한다. 그러나 높은 가격과 기술적인 제한으로 인해 사용이 제한될 수도 있다. Sb는 화학 원소 기호로 안티모니(Antimony)를 말한다. 안티모니는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 자연적으로 화학적으로 비동정된 형태로 발견된다. 안티모니와 그 화합물은 여러 산업 분야에서 사용되며, 특히 화학, 전자, 의료, 화장품 산업에서 사용되는 경우가 많다. 안티모니의 화합물은 화장품, 화학 처리, 납의 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 용도로 사용된다. 또한, 안티모니는 반도체 산업에서 사용되는 반도체 소재의 일부이며, 화합물로서는 일부 의약품에서도 쓰인다. 그러나 안티모니와 그 화합물은 높은 독성을 가지고 있어서 적절한 관리가 필요하다. 연구팀은 개발된 소재를 이용해 제작한 전고체전지의 특성을 평가했다. 그 결과, 상온 환경에서 60회 충전·방전 후 용량 유지율은 98.6%로 나타났다. 전고체 배터리 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 이 기술은 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템 등의 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 전고체 기술은 전통적인 액체 전해질 전지에 비해 안전성이 뛰어나며 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시키는 잠재력이 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
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올리브 오일, 건강에 정말 좋은 것일까?
- 올리브 오일은 건강에 좋은 식용유로 널리 알려져 있다. 그러나 산화되거나 발효된 올리브 오일은 건강에 유해할 수 있다. 19일(현지시간) 미국 CNN에 의하면 많은 사람들이 올리브 오일을 치매 위험 감소, 심장 건강 개선, 인지 기능 저하 방지 등 다양한 건강상의 이점을 가지고 있어서 건강에 좋은 식용유로 알고 있지만, 실제로 모든 올리브 오일이 건강에 좋은 것은 아니며 건강을 위해 올리브 오일을 구입할 때 고려해야 할 중요한 사항들이 있다. 19일(현지시간) 미국 CNN에 따르면, 많은 사람들은 올리브 오일이 치매 위험 감소, 심장 건강 개선, 인지 기능 저하 방지 등 다양한 건강상의 이점을 가지고 있다고 생각하지만, 실제로 모든 올리브 오일이 건강에 좋은 것은 아니다. 올리브 오일을 구매할 때 고려해야 할 중요한 사항이 있다. 올리브는 완전히 익지 않은 초록색 상태에서 수확해야 한다. 완전히 익지 않은 올리브로 만든 오일은 건강에 유익한 성분이 더 많이 함유되어 있기 때문이다. 올리브의 가공 방법으로 엑스트라 버진 올리브 오일은 고온이나 화학 용제를 사용하지 않고 냉압착 방식으로 가공해야 한다. 이는 올리브의 영양분을 최대한 보존할 수 있는 방법이다. 또한 올리브 오일은 수확 후 3개월 이내에 병입(액체나 가루 등을 병에 넣음)되어야 한다. 오랜 시간 방치된 올리브는 산화되거나 발효될 수 있으며, 이는 건강에 좋지 않다. 유통기한이 지난 올리브 오일은 맛과 영양분이 떨어질 수 있으므로 병입 후 2년 이내에 섭취하는 것이 가장 좋다. 햇빛이나 공기에 노출되면 올리브 오일이 산화될 수 있으며, 이는 건강에 좋지 않다. 따라서 올리브 오일은 서늘하고 어두운 곳에 보관해야 하며, 보관 용기로는 유리 용기에 담아 보관하는 것이 가장 좋다. 플라스틱 용기는 올리브 오일에 냄새가 배거나 오염될 수 있다. 올리브 오일을 구입한 후에는 가능한 빨리 맛을 살펴보는 것이 좋다. 좋은 올리브 오일은 강렬하지 않고 순한 맛을 가지며, 왁스나 상한 견과류와 같은 부정적인 특징이 나타나지 않는다. 올리브 오일을 구입 후 바로 맛을 보는 것이 좋은데 좋은 올리브 오일은 강렬하지 않고 순한 맛을 가지고 있으며, 왁스 크레용이나 상한 견과류 맛이 나지 않는다. 일반적으로 건강에 좋은 올리브 오일은 가격이 비싸지만, 저렴한 올리브 오일은 품질이 낮거나 다른 오일과 혼합된 경우가 많다. 또한 올리브 오일은 생산 국가와 지역에 따라 맛과 향이 다를 수 있으므로, 다양한 올리브 오일을 시도해보고 자신이 선호하는 맛과 향을 찾는 것이 좋다. 예일 공중보건대학(Yale School of Public Health) 타소스 키리아키데스(Thassos Kyriakides) 교수는 "올리브 오일에 함유된 다양한 요인이나 성분이 건강에 도움을 주며 주요 성분인 올레산은 건강에 매우 유익하며, 폴리페놀은 세포 손상과 염증을 예방하는 데 도움이 된다'"고 말했다. 올리브 오일의 건강상의 이점 올리브 오일의 건강상의 이점을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 치매 위험을 감소시킬 수 있다. 스페인 나바라 대학교 연구에 따르면, 올리브 오일을 섭취하는 사람들은 치매 발병 위험이 40% 감소하는 것으로 나타났다. 둘째, 심장 건강 개선에 도움이 된다. 올리브 오일에 함유된 올레산은 나쁜 콜레스테롤(LDL) 수치를 감소시키고 좋은 콜레스테롤(HDL) 수치를 증가시켜 심장 건강을 개선하는 데 도움이 된다. 또한 혈압을 낮추고 혈전 형성을 예방하는 데 도움이 될 수 있다. 셋째, 올리브 오일은 인지 기능 저하를 방지하고 기억력을 향상시키는 데 도움이 될 수 있으며 올리브 오일에 함유된 폴리페놀은 뇌세포 손상을 예방하고 뇌신경세포 재생을 촉진하는 데 도움이 된다. 넷째, 올리브 오일은 혈당 수치를 조절하는 데 도움이 될 수 있다. 올리브 오일에 함유된 올레산은 인슐린 민감도를 향상시켜 혈당 수치를 안정적으로 유지하는 데 도움이 된다. 다섯째, 염증을 감소 기능으로 올리브 오일에 함유된 폴리페놀은 염증을 유발하는 물질의 생성을 억제하는 데 도움이 된다. 그러나 올리브 오일은 고칼로리 식품으로 과다 섭취는 체중 증가로 이어질 수 있다. 아울러 올리브 오일에 알레르기가 있는 사람은 섭취하지 않는 것이 좋다. 올리브 오일은 건강에 좋은 식용유이지만, 모든 올리브 오일이 건강에 좋은 것은 아니다. 올리브 오일을 구입할 때 위의 사항들을 고려하여 건강에 좋은 올리브 오일을 선택하는 것이 중요하다
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올리브 오일, 건강에 정말 좋은 것일까?
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