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2025-04-05 (토)

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[신소재 신기술(146)] 국내 연구진, 고체 내 전자의 양자 기하학 첫 측정…양자역학 새 지평 열다

국내 연구진이 포함된 국제 공동 연구팀이 고체 내에서 움직이는 단일 전자의 기하학적 '형태'를 최초로 즉정하는 데 성공했다. 이번 연구는 결정질 고체의 양자적 거동을 연구하는 새로운 방법을 제시하는 획기적인 성과로 평가된다고 사이언스 얼럿이 5일(현지시간) 전했다. 과학자들은 전자의 에너지와 운동을 계산하는 방법을 알고 있었지만, 전자의 양자 모양을 이해하는 것은 지금까지 이론적으로만 가능했다고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. 미국 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 리카르도 코인(Riccardo Comin) 물리학과 교수는 "우리는 이전에는 얻을 수 없었던 새로운 정보를 얻는 방법을 개발했다"고 밝혔다. 이번 연구는 MIT에서 박사후 연구원으로 재직했으며 현재 코넬 대학교에 있는 강민구 박사와 서울대학교 김선제 교수가 주도했다. 물리학에서 물질은 고전 물리학으로 설명되는 방식으로 주로 이해된다. 그러나 입자 간 상호 작용이나 측정이 이루어지는 근본적인 수준에서는 고전 물리학과 달리 양자역학의 원리에 따라 움직인다. 전자는 입자와 파동, 두 가지로 행동할 수 있다. 전자를 입자라고 부르지만, 이는 작은 콩과 같은 이미지를 연상시키기 쉽다. 그러나 전자의 크기와 그 양자적 특성은 파동의 형태로 설명하는 게 훨씬 더 정확하다. 물리학자들은 전자의 파동적 측면을 설명하기 위해 파동함수를 사용한다. 파동함수는 특정 위치에서 특정 상태의 입자가 존재할 확률을 기술하는 수학적 모델로, 전자의 양자적 특성을 표현한다. 이러한 파동함수의 일부 특징은 기하학적 형태로 해석될 수 있으며, 이는 곡선이나 구와 같이 무한한 방향으로 회전하는 구조를 갖는다. 원자 격자 내 전자의 양자 기하학은 클라인 병이나 뫼비우스 띠처럼 복잡한 형태로 나타나기도 한다. 연구 저자들은 "지금까지의 파동함수의 양자 기하학은 이론적으로만 추론될 수 있었거나 전혀 추론될 수 없었다"고 말했다. 그들은 그러나 "물리학자들이 양자 컴퓨터부터 고급 전자 기기 및 장치에 이르기까지 모든 것에 잠재적으로 적용할 수 있는 양자 물질은 점점 더 많이 발견함에 따라 이 속성은 점점 더 중요해지고 있다"라고 덧붙였다. 고체 내 전자의 복잡한 양자 기하학의 일부를 결정하는 것은 물리학자들이 간접적으로 추론하는 방식에 의존해왔다. 강민구 박사와 김선진 교수 연구팀은 전자의 양자 기하학을 직접 측정하기 위해 '양자 기하학적 텐서(QGT)'라는 물리량을 활용했다. QGT는 2차원 홀로그램이 3차원 공간의 정보를 인코딩하는 것과 유사하게, 양자 상태의 전체 기하학적 정보를 담고 있다. 연구팀은 '각도 분해 광전자 분광법(ARPES)'을 사용해 전자의 양자 기하학을 측정했다. 이 기술은 물질에 광자를 조사해 전자를 방출시키고, 전자의 편광, 스핀, 방출 각도 등 다양한 특성을 분석하는 방식이다. 이번 연구는 코발트-주석 합금 단결정을 대상으로 진행했다. 이 물질은 '카고메 금속(kagome metal)'으로 알려져 있으며, 연구팀은 앞선 연구에서도 동일한 물질의 특성을 조사한 바 있다. 연구 결과 고체 내에서 QGT를 최초로 측정했으며, 이를 통해 금속 내 전자의 나머지 양자 기하학적 특성을 유추할 수 있었다. 연구팀은 이 결과를 이론적으로 도출된 양자기하학과 비교해 즉접 측정과 추론 방식의 유효성을 검증했다. 팀은 이번 기술이 코발트-주석 합금뿐 아니라 다양한 재료에 적용 가능하다고 밝혔다. 특히, 초전도성이 발견되지 않은 물질에서 초전도성을 발견하는 등 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다. 익명을 요한 한 전문가는 '양자역학의 기하학적 해석은 최근 응집물질 물리학 분야에서 많은 진전을 이루는 데 중요한 역할을 했다"며 "연구팀은 양자 상태의 기하학적 특성을 근본적으로 규명하는 QGT에 실험적으로 접근하는 방법을 개촉했다"고 평가했다. 그는 이어 "이번 연구에서 개발된 방법은 간단하고, 다양한 고체 재료에 적용할 수 있어 새로운 양자 현상에 대한 기하학적 이해를 이끌어낼 잠재력이ㅐ 크다"고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 게재됐다.
- IT/바이오
2025-01-06 15:05:00
[퓨처 Eyes(65)] 한쪽으로는 질량 없는 기이한 입자, 첨단 기술 혁신의 열쇠 될까?

과학계가 술렁이고 있다. 마치 SF 영화에서나 나올 법한, 한 쪽 방향으로는 질량이 전혀 없지만 다른 한 쪽으로는 질량을 가진 기묘한 입자가 발견되었기 때문이다. '세미－디랙 페르미온(semi-Dirac fermions)'이라 불리는 이 준입자는 16년전 이론적으로 예측되었지만, 실제 물질에서 관측된 것은 이번이 처음이다. 이 획기적인 발견은 배터리, 센서 등 첨단 기술에 혁명적인 변화를 가져올 수 있다는 기대를 모으고 있다. 우연에서 탄생한 획기적 발견 이번 발견은 미국 펜실베이니아주립대학교(Penn State)와 컬럼비아대학교(Columbia University) 연구팀이 플로리다 국립 고자기장 연구소(National High Magnetic Field Laboratory)에서 수행한 실험 중 이루어졌다. 연구진은 지르코늄 실리사이드 설파이드(ZrSiS)라는 반금속 결정체를 -452℉(-269℃)로 냉각시키고 지구 자기장보다 90만 배 강력한 자기장을 적용해 광학적 반응을 조사하던 중 예상치 못한 신호를 관찰했다. 연구 논문의 주저자인 샤오 인밍(Yinming Shao) 펜실베이니아주립대학교 물리학 조교수는 "처음에는 우리가 무엇을 보고 있는지 몰랐다. 세미－디랙 페르미온을 찾으려던 것도 아니었다. 그런데 이해할 수 없는 신호를 발견했고, 결과적으로 이론적으로만 존재하던 준입자를 최초로 관찰하게 된 것"이라고 말했다. 플로리다 국립 고자기장 연구소의 하이브리드 자석은 세계에서 가장 강력한 지속형 자기장을 생성하는 데, 지구 자기장보다 약 90만배 강하다. 이 자기장은 너무 강해서 물방울과 같은 작은 물체를 공중에 띄울 수 있다. 연구진은 ZrSiS 결정체가 예상 밖의 특성을 보여준다고 강조했다. 그들은 "우리가 관찰한 신호는 기존의 준입자나 전자 행동과 완전히 다른 것이었다. 이는 물질 내 전자 구조가 상호작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 설명했다. 입자의 에너지가 전적으로 운동에서 비롯된 경우, 즉 본질적으로 빛의 속도로 이동하는 순수한 에너지인 경우 입자는 질량을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어 광자나 빛의 입자는 광속으로 움직이기 때문에 질량이 없는 것으로 간주된다. 알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도로 이동하는 물체는 질량을 가질 수 없다. 고체 물질에서는 준입자(quasiparticles)라고도 하는 많은 입자의 집단적 행동이 개별 입자와 다른 행동을 보일 수 있으며, 이 경우 한 방향으로만 질량을 갖는 입자가 발생한다고 샤오는 설명했다. 샤오는 "어떤 물질에 자기장을 가하면 그 물질 내부의 전자 레벨이 란다우 준위(Landau levels)라는 불연속 레벨로 양자화된다"고 설명했다. 이 레벨은 마치 계단을 오를 때 중간에 작은 계단이 없는 것처럼 고정된 값만 가질 수 있다. 이 레벨 사이의 간격은 전자의 질량과 자기장의 세기에 따라 달라지므로 자기장이 증가하면 전자의 에너지 준위는 전적으로 질량에 따라 정해진 양만큼 증가해야 하지만 이 경우에는 그렇지 않다. 즉, 세미－디랙 페르미온은 방향에 따라 질량이 존재하거나 사라지는 독특한 행동을 한다. 연구팀은 적외선을 비춰 반사된 빛의 신호를 분석하는 자기-광학 분광법(mganeto-optical spectroscopy)을 통해 이 현상을 확인했다. 전자의 에너지 상태가 특정 조건에서 기존 물질과는 전혀 다른 패턴을 보이며 이 준입자의 존재를 증명했다. 질행 행동성과 독특한 행동 '발견' 일반적인 입자는 모든 방향에서 질량을 갖지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서만 질량을 갖는다. 이는 결정체의 전자 구조와 깊은 관련이 있다. ZrSiS의 경우 층상 구조를 가지고 있어 전자가 특정 경로로는 질량 없는 상태로 이동하고, 교차점에서 질량을 얻는다. 연구진은 이를 마치 "기차가 선로를 따라 이동하다가 교차점에서 방향을 바꿀 때 갑자기 저항 받는 상황"에 비유했다. 샤오는 "이 물질은 독특한 전자 구조를 가지고 있어 기존 물리학 이론으로는 완전히 설명되지 않는 행동을 보인다. 이 때문에 우리가 연구를 계속해야 하는 이유이기도 하다"라고 말했다. 이 현장은 란다우 준위(Landau levels)로 알려진 전자의 에너지 단계에서 관찰됐다. 일반적으로 전자의 에너지 단계는 자기장 강도에 따라 증가하지만. ZrSiS에서는 세미－디랙 페르미온만이 보여주는 'B^(2/3) 법칙'을 따른 패턴이 발견됐다. 이는 기존의 물질에서는 볼 수 없는 독특한 특성이다. 이러한 특징은 세미－디랙 페르미온이 지닌 독특한 에너지 분산 관계 때문이다. 그래핀의 전자와 같은 기존의 디렉 페르미온은 에너지가 운동량에 선형적으로 비례하지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서는 에너지가 운동량의 제곱에 비례한다. 이러한 차이가 란다우 준위에서 독특한 에너지 패턴을 만들어내는 것이다. 란다우 준위는 자기장이 존재하는 2차원 전자 시스템에서 전자들이 특정 에너지 준위를 형성하는 양자역학적 현상을 말한다. 이 개념은 프랑스 물리학자 레프 란다우(Lev Landau)가 1930년에 제안했다. 세미-디랙 페르미온은 2008년과 2009년 프랑스 파리 쉬드 대학과 미국 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 과학자들을 포함한 여러 연구팀에 의해 처음으로 이론화됐다. 연구팀은 운동 방향에 따라 질량 이동 특성을 가진 준입자가 있을 수 있다고 예측했다. 즉, 한 방향으로는 무질량으로 보이지만 다른 방향으로는 질량이 있을 것으로 본 것이다. 과학과 기술의 개로운 가능성 제시 세미－디랙 페르미온의 발견은 단순한 이론 검증을 넘어, 첨단 기술로의 응용 가능성을 제시한다. 연구팀은 ZrSiS와 같은 층상 구조를 지닌 물질이 그래핀처럼 단일 층으로 분리될 경우, 전자 특성을 정밀하게 제아할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이는 새로운 이론적 모델을 필요로 하며, 앞으로의 연구가 이를 밝혀낼 것"이라고 덧붙였다. 이처럼 세미－디랙 페르미온은 전자의 이동성과 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이는 차세대 전자 소자 및 에너지 저장 장치 개발에 새로운 돌파구를 마련할 수 있음을 의미한다. 세미-디랙 페르미온 미래 연구와 방향성 세미－디랙 페르미온은 기존 물리학의 틀을 확장시키는 동시에 양자 연구에 새로운 방향성을 제시한다. 이번 발견은 물질 내 전자의 상호작용, 길량의 생성 및 소멸, 에너지 흐름에 대한 이해를 심화시키는 데 중요한 기여를 할 것으로 보인다. 또한 준입자의 행동과 특성을 기반으로 새로운 재료 과학과 응용 기술 개발의 가능성을 열었다. 이 연구는 학술지 '피지컬 리뷰 엑스(Physical Review X)'에 개재됐으며, 과학계는 앞으로 더 많은 실험과 이론적 분석을 통해 이 준입자의 비밀을 밝혀낼 것으로 기대하고 있다. 한 방향으로 질량 없는 빛의 속도로 움직이고, 다른 방향으로는 무거운 질량을 지니는 세미－디랙 페르미온. 이 입자의 발견은 물리할뿐만 아니라 인류의 기술적 진보에도 깊은 영향을 미칠 것으로 보인다.
- 포커스온
2025-01-02 13:05:00
[글로벌 핫이슈] 폭스바겐 전기차, '움직이는 감시 타겟' 되다⋯80만 대 위치 데이터 해커에 노출

폭스바겐 전기차 80만 대의 위치 데이터가 수개월간 해커들의 손에 넘어간 것으로 드러났다. 30일(현지시간) 독일 시사 주간지 슈피겔(Der Spiegel)과 자동차 전문 매체 잘롭닉(Jalopnik)의 보도에 따르면, 폭스바겐의 소프트웨어 자회사 카리아드(Cariad)의 어처구니없는 보안 실수가 이번 사태를 불러왔다. 해커들은 마치 '빈집털이'를 하듯 손쉽게 운전자의 이동 경로는 물론, 이메일, 주소, 전화번호 등 민감한 개인 정보까지 탈취했다. 더욱 충격적인 것은 카리아드가 AWS 클라우드에 데이터를 저장하면서 비밀번호조차 설정하지 않았다는 사실이다. 마치 현관문을 활짝 열어놓고 도둑을 맞은 꼴이다. 심지어 독일 내 매춘 업소 방문 기록까지 유출돼 운전자들의 사생활은 낱낱이 공개됐다. 폭스바겐 측은 뒤늦게 문제를 해결했다고 발표했지만, 이미 엎질러진 물이다. "소 잃고 외양간 고친다"는 속담처럼, 이번 사건은 커넥티드 카 시대에 보안의 중요성을 뼈저리게 일깨워주는 사례로 남을 것이다. [미니해설] '내 차가 나를 감시한다?'⋯자율주행 시대, 개인 정보 보안 '빨간불' 폭스바겐 사태는 자율주행 시대를 향해 질주하는 자동차 업계에 던져진 묵직한 경고다. 자동차는 이제 '바퀴 달린 스마트폰'을 넘어, 개인의 모든 것을 담고 있는 '디지털 금고'로 진화하고 있다. 하지만 이 금고의 '자물쇠'는 너무나 허술하다. 폭스바겐 사건에서 볼 수 있듯이, 많은 자동차 제조사들이 보안 시스템에 제대로 투자하지 않고 있다. 이는 운전자를 '디지털 감시' 대상으로 전락시키는 위험한 행위다. 더 큰 문제는 자율주행 기술이 고도화될수록 자동차 데이터의 가치는 더욱 높아진다는 점이다. 자율주행 시스템은 주변 환경을 정확하게 인식하고 판단하기 위해 방대한 양의 데이터를 필요로 한다. 만약 이러한 데이터가 해킹되거나 조작될 경우, 자율주행 차량은 '도로 위의 흉기'로 돌변할 수 있다. '데이터 요새' 구축 시급⋯익명화·암호화 등 제도적 보완 절실 자율주행 시대, '안전'의 첫걸음은 바로 '보안'이다. 자동차 제조사들은 보안 투자를 아끼지 말아야 한다. '뚫리지 않는 방패'를 만들겠다는 각오로 강력한 보안 시스템을 구축해야 한다. 정부 역시 자동차 데이터 보호 규제를 강화하고, 운전자의 개인 정보를 철저하게 보호해야 한다. 이번 폭스바겐 사건을 반면교사 삼아, 자동차 업계 전반의 보안 의식이 획기적으로 개선되기를 촉구한다.
- 산업
2024-12-31 13:12:00
[2025년 대전망] 2025년 미국 인플레이션, 관세 폭탄에 '비상등'

열흘 남짓 남은 2025년, 미국의 인플레이션 전망에 먹구름이 드리웠다. 경제학자들은 인플레이션 전망을 상향 조정하며 연방준비제도(연준·Fed)의 금리 인하 횟수 예상도 줄였다. 블룸버그가 12월 11일부터 16일까지 실시한 경제학자 설문조사에 따르면 연간 근원 개인소비지출(PCE)물가지수는 내년에 평균 2.5% 상승할 것으로 예상된다. 이는 지난달 전망치 2.3%보다 높아진 수치로, 관세 인상이 주된 요인으로 지목된다. 특히, 트럼프 행정부의 제2기 시작과 함께 대중(對中) 관세 정책이 강화될 가능성이 제기되면서, 인플레이션 압력을 더욱 가중시킬 것으로 보인다. 트럼프 행정부는 1기 시절 대중 관세를 부가했으며, 이러한 정책 연속성 및 추가 관세 조치 가능성이 경제에 중요한 수로 작용할 전망이다. 관세 인상은 수입 물품 가격 상승으로 이어져 소비자 물가 상승을 부추길 뿐만 아니라, 기업의 생산 비용 증가를 초래하여 기업 활동을 위축시킬 수 있다. 기업들은 관세 인상 이전에 재고를 확보하려는 움직임을 보이며 단기적으로 수입을 늘릴 가능성이 높아, 이는 1분기 물가 상승 압력을 더욱 가중시킬 수 있다. 또한, 2025년 초 동부와 걸프 해안 항구 노조의 파업 가능성은 공급망 혼란을 심화시켜 물류 대란으로 이어질 수 있으며, 이는 추가적인 인플레이션 압력을 초래할 위험이 있다. 이러한 상황은 소비자 부담을 증가시키고 기업의 재정 안정성에 악영향을 미칠 수 있다. ING 그룹의 제임스 나이트리 국제수석경제학자는 "관세는 소비자 생활 수준과 수출업체에 부정적 영향을 미칠 것"이라며 "높은 인플레이션과 저성장 환경이 유력하다"고 경고했다. 한편, 국제통화기금(IMF)은 2025년 세계 인플레이션율이 3.2%에 이를 것으로 예측하며, 글로벌 경제 회복 과정에서 정부 지출과 원자재 가격 상승, 공급망 차질 등을 주요 원인으로 꼽았다. 소비자와 기업 모두 재정적 대비가 요구되는 시점이다. [미니해설] 관세 인상, 소비자 물가에 어떤 영향을 미칠까? ING 그룹의 제임스 나이트리는 "관세는 큰 우려 사항"이라고 지적하며, "미국 소비자들은 생활 수준의 압박을 느낄 것이고, 수출업체들은 보복 조치로 인해 타격을 입을 것"이라고 경고했다. 특히 관세는 상품 가격 상승과 기업 운영 비용 증가로 이어져 소비자와 기업 모두에게 부담이 될 것으로 보인다. 예를 들어, 관세 인상 이전 재고를 비축하려는 기업들의 수입이 증가하면서 1분기 물가 상승 압력이 가중될 전망이다. 여기에 2025년 초 동부와 걸프 해안 항구 노조의 파업이 발생할 경우, 물류 대란과 공급망 차질로 인해 추가적인 인플레이션 압력이 우려된다. 긴축의 시대, 금리 정책은 어떻게 변화할까? 연준은 2025년 금리 인하 횟수를 세 차례로 줄일 것으로 보인다. 이는 고물가와 관세로 인해 억제된 수요를 반영하며, 글로벌 경제에 있어 자본 흐름과 투자 결정에 변화를 초래할 가능성이 크다. 현재 예상되는 금리 인하 시기는 3월, 6월, 9월이며, 연말 기준 연방기금금리는 3.5%~3.75% 범위에 이를 것으로 전망된다. 이는 고물가 상황에서 금리 인하를 제한적으로 시행하려는 전략으로 풀이된다. 글로벌 경제 위기, 펜데믹의 잔재는 어떤 그림자를 드리울까? IMF는 2025년 세계 인플레이션율이 3.2%로 상승할 것으로 예측했다. 펜데믹 이후 정부 지출 확대와 원자재 가격 상승, 공급망 차질, 지정학적 리스크 등이 주요 원인으로 꼽힌다. 특히 원자재 가격 상승은 전 세계적인 물가 상승으로 연결되며, 미국 경제에도 직접적인 영향을 미친다. IMF 보고서에 따르면, 공급망 차질과 필수품 부족은 인플레이션 압력을 더욱 높이고 있다. 소비자와 기업, 인플레이션 파고를 어떻게 넘을까? 이러한 경제 환경에서 소비자와 기업은 재정적 대비책을 마련해야 한다. 소비자는 생활비 증가에 대비해 지출 패턴을 조정하고, 부동산이나 귀금속 등 인플레이션 방어 자산에 대한 투자를 고려할 수 있다. 반면, 기업은 비용 구조를 효율화하고, 공급망을 다각화하며, 원자재 가격 변동에 대비한 헤징 전략을 수립해야 한다. 소규모 기업의 경우 관세와 물가 상승으로 인한 비용 증가를 흡수하기 어려울 수 있다. 이에 따라 일부 기업은 가격을 인상해 소비자 부담을 전가하거나, 치악의 경우 사업 운영을 중단하는 상황에 직면할 수 있다. 2025년, 불확실한 경제 상황 속에서 제임스 나이트리는 "강한 달러와 미국산 제품 대체 등 일부 요인이 관세 영향을 완화하겠지만, 전체적으로는 높은 인플레이션과 낮은 성장세가 지속될 가능성이 크다"고 말했다. 2025년, 인플레이션은 단순히 숫자의 문제가 아니다. 글로벌 공급망, 정부의 정책 대응, 기업의 비용 관리 등 경제 전반의 주요 트렌드와 맞물려 복합적인 영향을 미칠 것이다. 소비자와 기업, 그리고 정부는 이 복잡한 경제적 도전에 맞서 지혜를 모아야 한다. 과연 2025년, 우리는 이 도전적 환경 속에서 어떤 해답을 찾을 수 있을까?
- 경제
2024-12-19 12:58:00
[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발

미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
- IT/바이오
2024-12-17 09:20:00
[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'

지구와 쌍둥이처럼 흡사한 금성에 과연 생명체가 존재하고 있었을까. 최근 과학계에서는 금성이 과거 생명체가 있었을 가능성에 대한 논쟁이 뜨겁다. 금성은 태양계의 두 번째 행성이지만 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산과 산성비가 내려 지구의 '사악한 쌍둥이'로 불리고 있다. 지구와 질량 및 태양과의 거리가 비슷한 금성은 현재 납도 녹일만큼 뜨거운 표면 온도(섭씨 약 500도)와 황산 구름으로 뒤덮인 '지옥의 행성'이다. 하지만 고대에는 지구와 훨씬 유사한 환경이었을 것이라는 추측이 지배적이었다. 새로운 연구 "금성은 탄생부터 뜨거웠다" 최근 영국 케임브리지 대학교 연구팀은 금성의 대기 화학 조성을 분석한 결과, 금성 표면에 물로 이루어진 바다가 존재했을 가능성이 낮다는 연구 결과를 발표했다고 스페이스 닷컴이 2일(현지시간) 보도했다. 이는 '금성은 탄생부터 뜨거웠다'는 가설에 힘을 실어주고 있다. 연구팀은 금성 대기 중 물, 이산화탄소, 카르보닐황화물의 파괴 속도와 화산 활동을 통한 보충 속도를 분석했다. 화산 활동은 행성 내부 물질을 표면으로 운반하고 가스 형태로 방출하기 때문에 행성 내부 상태를 파악하는 중요한 지표가 된다. 지구의 화산 폭발은 물이 풍부한 내부 구조 때문에 대부분 수증기로 이루어져 있다. 반면, 금성의 화산 가스에서 수증기가 6%에 불과하다는 사실을 연구팀은 발견했다. 이는 금성 내부가 매우 건조하며, 표면에 바다를 형성할만큼 충분한 물을 가지고 있지 않았음을 시사한다. 금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있으며, 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생해 금성 표면의 온도를 섭씨 약 460도까지 높인다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면 온도와 비슷하게 된다. "금성, 지구와 다른 진화 과정을 거친 행성" 이번 연구를 이끈 테레자 콘스탄티누 케임브리지 대학 천문학 연구소 박사 과정 연구원은 "금성은 태양계 외행성 연구에 중요한 의미를 지닌다"며 "생명체 거주 가능 구역의 경계에서 지구와 매우 다른 진화 과정을 거친 행성을 탐구할 수 있는 기회를 제공하기 때문"이라고 설명했다. 2029년 발사 예정인 미 항공우주국(나사·NASA)의 다빈치(DAVINCI) 미션은 금성 대기 탐사를 통해 이러한 의문에 답을 제시할 것으로 기대된다. 다빈치 탐사선은 금성 대기를 통과하며 중요한 데이터를 수집하고, 착륙 과정에서 7초간 금성 표면을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. "생명체 존재 가능성 낮지만, 외계 행성 연구에 중요한 단서 제공" 콘스탄티누 연구원은 "과거 금성에 생명체가 살 수 있었다면, 이미 발견된 외계 행성들에도 생명체가 존재할 가능성이 높아진다"면서도 "하지만 이번 연구 결과는 금성과 유사한 외계 행성들이 생명체 거주 가능성이 낮음을 시사한다"고 밝혔다. 연구팀은 금성이 과거 지구와 유사한 환경이었기를 바랐지만, 이번 연구 결과는 그렇지 않았음을 보여준다. 이에 연구원은 "실망스럽지만, 최소한 우리가 아는 생명체가 존재할 가능성이 높은 행성에 탐사를 집중하는 것이 더욱 효율적"이라고 강조했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학 분야의 온라인 국제전문학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 게재됐다. 금성은 왜 지구의 '사악한 쌍둥이' 행성일까? 금성은 지구와 질량과 크기, 구성 성분 등이 비슷한 행성이다. 그로 인해 종종 금성은 '지구의 사악한 쌍둥이'라는 별명으로 불리고 있다. '사악한 쌍둥이'는 비록 쌍둥이로 태어났지만 살면서 서로 다른 길을 걸어 결국에는 다른 운명을 맞이한 사람을 부를 때 쓰는 용어다. 그렇다면 행성인 금성을 지구의 사악한 쌍둥이라고 부르는 이유는 무엇 때문일까. 금성과 지구는 태양계 행성 중에서 마치 쌍둥이처럼 크기와 질량이 가장 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 약 95%이고, 질량은 81%정도다. 밀도도 비슷해서 중력도 거의 같다. 그로 인해 초기 태양계 형성 당시 지구와 금성은 비슷한 구성성분으로 이루어져 있었을 것으로 추정된다. 암석형 행성이라는 공통점도 있다. 이와 같이 쌍둥이처럼 닮은 점도 있지만, 금성과 지구의 환경은 극명하게 다르다. 지구는 생명체가 번성하는 푸른 행성이지만, 금성은 표면 온도가 464℃에 달하고 대기압이 지구의 92배에 달하는 고온 고압의 환경이다. 게다가 금성의 대기는 이산화탄소로 가득차 있고 황산 구름이 뒤덮고 있어 생명체가 살 수 없는 마치 '지옥'과 같은 환경이다. 이처럼 금성은 지구와 쌍둥이처럼 닮았지만 전혀 다른 운명을 맞이한 '사악한 쌍둥이'와 같은 양상을 보이고 있다. 즉, 금성은 지구와 전혀 다른 극단적인 환경으로 인해 생명체가 살 수 없어서 '사악한 행성'이 된 것이다.
- IT/바이오
2024-12-03 15:23:00
폭스바겐 노동자들, 임금·고용 삭감 반발하며 독일 전역서 경고파업 돌입

독일 자동차업체 폭스바겐 노동자들이 임금 삭감과 구조조정에 반대하며 2일(현지시간) 독일 전역에서 경고 파업에 돌입한다고 CNN 등 외신이 보도했다. 이는 2018년 이후 폭스바겐 국내 사업장에서 벌어지는 첫 대규모 파업으로, 독일 경제와 자동차 산업 전반에 중대한 영향을 미칠 전망이다. 노동조합 IG메탈의 수석 협상가 토르스텐 그뢰거는 성명을 통해 "이번 교섭은 폭스바겐 역사상 가장 힘든 단체교섭이 될 것"이라며 "대치가 얼마나 강력하게 지속질지는 사측에 달려 있다"고 경고했다. 폭스바겐은 높은 제조 비용과 전기차 전환 지연, 주요 시장인 중국 내 경쟁 심화로 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 회사는 독일 내 공장 최소 3곳을 폐쇄하고 10% 임금 삭감을 추진하고 있다. 독일 언론에 따르면 이로 인해 독일 직원 12만 명 중 최대 3만 명이 실직할 위험에 처할 수 있다. 노조는 최근 15억 유로(약 2조 2170억 원) 상당의 보너스 포기안을 제시하며 타협 의사를 밝혔으나, 회사 측은 장기적인 재정 구조 개선에는 미흡하다며 이를 거부했다. 폭스바겐 대변인은 "경고 파업에 대비해왔으며, 지속 가능한 합의 도출을 위해 노조와 건설적인 대화를 이어갈 것"이라고 밝혔다. 양측은 오는 9일 다시 만나 협상을 진행할 예정이다. [미니해설] 폭스바겐 파업, '생존' 위한 몸부림… 독일 자동차 산업의 미래는? 중국 시장 부진, 전기차 전환 지연… '벼랑 끝' 폭스바겐, 노조와 격돌 "단체협약에 불 지펴" vs "경쟁력 위해 어쩔 수 없다"… 노사 간 팽팽한 줄다리기 폭스바겐은 최근 몇 년간 글로벌 자동차 시장에서 점유율 하락과 함께 영업이익이 줄어들며 위기를 겪고 있다. 특히 중국 전기차 시장에서는 토종 브랜드 비야디(BYD)와 니오(NIO) 등의 부상으로 시장 점유율이 크게 떨어졌다. 2024년 1~9월 폭스바겐의 영업이익은 전년 대비 20% 감소했으며, 유럽 내 자동차 수요 감소도 위기에 기름을 부었다. 노조와 사측의 팽팽한 줄다리기 노조는 공장 폐쇄가 노동자뿐 아니라 독일 경제에 치명타를 가할 것이라고 주장하며 강력히 반발하고 있다. 반면 폭스바겐은 글로벌 경쟁력을 유지하기 위해 구조조정이 불가피하다는 입장이다. 노조는 15억 유로(약 2조 2170억 원) 상당의 보너스 포기 등 타협안을 제시했지만, 회사는 장기적 재무구조 개선 효과가 없다는 이유로 이를 거부했다. 이번 협상에서 중요한 쟁점은 공장 가동과 일자리 유지 여부다. 독일 내 폭스바겐 직원 12만 명 중 최대 3만 명이 실직할 가능성이 거론되며 긴장이 고조되고 있다. 파업의 경제적·사회적 파급 효과 폭스바겐의 경고 파업은 단순히 노사 갈등으로 끝나지 않을 가능성이 크다. 독일 자동차 산업은 독일 GDP의 약 5%를 차지하는 주요 산업으로, 이번 파업은 독일 경제 전반에 걸쳐 파급 효과를 미칠 수 있다. 공장 폐쇄가 현실화될 경우 지역 경제와 협력 업체에도 막대한 타격이 예상된다. 양측은 오는 9일 네 번째 협상을 통해 타협점을 모색할 예정이다. 그러나 합의에 이르지 못할 경우 장기적인 무기한 파업으로 사태가 격화될 가능성도 배제할 수 없다. 폭스바겐 노사 갈등은 비용 절감과 고용 안정 사이의 근본적인 문제를 시험대에 올렸다. 이번 사태가 유럽 자동차 산업의 방향성을 결정짓는 중대한 전환점이 될지 전 세계가 주목하고 있다.
- 산업
2024-12-02 09:02:00
[신소재 신기술(136)] 나노파스타, 상처 드레싱의 새로운 혁명…초박막 기술로 치유 잠재력

유니버시티 칼리지 런던(ULC: University College London)의 화학자 팀이 일반 밀가루, 액체, 그리고 청색광 파장보다 좁은 372나노미터 폭에 불과한 가닥을 만들 수 있는 전기 충전 장비를 이용, 세계에서 가장 얇은 스파게티를 만들었다고 ULC가 공식 홈페이지를 통해 전했다. 만들어진 스파게티는 소위 나노파스타로서, 너무 가늘기 때문에 전자 현미경으로만 볼 수 있다고 한다. 전분으로 만들어졌지만 너무 가늘어 식재료로 사용될 수는 없고, 의학 등 다른 용도로 활용이 기대된다. 이 연구는 나노스케일 어드밴시스 저널에 발표됐다. 게시글에 따르면, ULC 화학자 팀은 나노파스타를 사용해 2cm 폭의 매트를 만들었다. 매트는 당연히 육안으로 보이지만, 매트를 구성하고 있는 개별 섬유는 보이지 않는다. 밀가루와 액체 포름산은 '전기 방사'라는 기술을 사용해 방적됐다. 생 파스타 혼합물은 전하로 바늘 끝을 통해 당겨져 머리카락보다 200배 더 얇은 스파게티를 형성했다. 연구를 주도한 애덤 클랜시 박사는 게시글에서 "스파게티는 물과 밀가루 혼합물을 금속 구멍에 밀어 넣어 만들어진다. 연구팀도 같은 방법을 사용했지만, 전하로 밀가루 혼합물을 끌어당겼다는 점이 다르다. 같은 스파게티지만 이것이 훨씬 가늘다"라고 말했다. 개발된 스파게티는 세계에서 가장 얇다. 지금까지 개발된 두 번째로 얇은 것은 너비가 400마이크론으로 이번에 개발된 것보다 약 1000배 더 굵으며, 이는 기계로 만들어지지 않았다. 수 필린데우(Su filindeu: 신의 실을 의미하거나 아랍어로 머리카락을 의미하는 단어에서 유래했을 수 있음)라는 이름의 스파게티는 사르데냐의 누오로 시에서 약 10명의 여성이 직접 만들었다. 연구팀의 개러스 윌리엄스 교수는 "개발된 스파게티는 안타깝게도 파스타(스파게티를 포함한 면요리 통칭)로는 유용하지 않다. 팬에 넣으면 1초도 채 걸리지 않아 너무 익는다"고 말했다. 그렇다면 이 얇은 스파게티 기술을 어디에 쓸 수 있을가. 연구팀이 제안하는 것은 의학 분야다. 당연히 연구팀도 새로운 파스타를 개발하려고 한 것이 니었다. 연구팀은 개발된 전분 나노실, 즉 나노파스타를 다른 기술 응용 분야에 활용할 계획이며, 그중 몇몇은 의료계에서 사용될 것을 기대하고 있다. 윌리엄스는 "전분으로 만든 나노섬유는 다공성이기 때문에 상처 드레싱에 사용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 또 세포 조직을 재생하기 위한 지지대로 활용하는 연구가 활발하다"고 설명했다. 클랜시도 "전분은 풍부하고 재생 가능하기 때문에 유망한 활용 소재다. 셀룰로스에 이어 지구상에서 두 번째로 큰 바이오매스 공급원이며 생분해성이 있어 체내에서 분해될 수 있다"고 덧붙였다. 그러나 전분을 정제하려면 많은 가공이 필요하다. 이번 연구 성과는 밀가루를 사용해 나노섬유를 만드는 더 간단한 방법이 가능하다는 것을 보여주었다. 연구팀은 다음 단계로 나노파스타의 특성을 추가 조사할 계획이다. 예를 들어, 나노파스타는 얼마나 빨리 분해되는지, 세포와 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 대량 생산이 가능한지 등을 연구할 방침이다.
- IT/바이오
2024-11-25 14:19:00
[신소재 신기술(134)] UC 버클리, '뜨거운 이산화탄소 가스 포집' 획기적 기술 개발

산업 공정에서 발생하는 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있는 혁신적인 기술이 개발됐다. 시멘트나 강철을 생산하는 산업 플랜트는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 배출하지만, 배기가스가 너무 뜨거워 최첨단 탄소 제거 기술을 사용할 수 없다. 배기가스를 냉각하려면 많은 에너지와 물이 필요하며, 이는 일부 가장 오염이 심한 산업에서 이산화탄소 포집 기술을 도입하는 장벽으로 작용한다. 그런데 UC 버클리의 화학자 연구진이 스펀지처럼 작용해 산업 배기가스와 비슷한 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있는 소재를 발했다. UC 버클리 공식 홈페이지에 따르면, 발견된 소재는 금속-유기 프레임워크(MOF)의 일종으로, 사이언스 저널에 게재됐다. 발전 또는 산업 플랜트 배기가스에서 탄소를 포집하는 주요 방법은 액체 아민을 사용하여 이산화탄소를 흡수하는 것이다. 그러나 이 방법은 섭씨 40~60도 사이에서만 효율적으로 작동한다. 시멘트 제조 및 제강 공장은 200도를 넘는 배기가스를 생성하고 일부 산업 배기가스는 500도에 달한다. 아민이 추가된 MOF 하위 분류를 포함해 현재 시범 운영 중인 새로운 소재는 150도 이상의 온도에서는 분해되거나 덜 효율적이다. 이렇게 뜨거운 이산화탄소를 가져와 기존의 탄소 포집 기술을 적용하려면 적절한 온도로 냉각해야 하고, 비싼 인프라가 필요하다. 이번 연구를 진행한 UC 버클리 커티스 카쉬 박사는 "우리 기술이 탄소 포집 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것"이라며 "개발된 MOF가 전례 없이 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있다는 것이 입증됐다. 과거의 다공성 소재로는 불가능했던 것"이라고 설명했다. 아민 기반 탄소 포집에 대한 일반 연구에서 벗어나 고온에서도 작동하는 MOF의 새로운 매커니즘을 수립했다는 것이다. 개발된 소재는 다공성 결정질 금속 이온 및 유기 링커 배열을 특징으로 하며, 내부 면적은 스푼당 약 6개의 축구장 크기에 달해 이산화탄소를 흡착하기에 충분히 넓은 면적이다. 연구진은 시뮬레이션에서 새로운 MOF가 평균 20%~30%의 이산화탄소 농도를 보이는 시멘트 및 철강 제조 플랜트의 배출가스와 약 4% 농도의 이산화탄소를 포함한 천연가스 발전소의 배출가스에서 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있음을 보여주었다. 포집된 이산화탄소를 지하에 저장하거나 연료 또는 기타 부가가치 화학 물질을 만드는 데 사용하는 것은 온실가스를 줄이는 핵심 전략이다. 지구 온난화와 기후 변화에 대응하는 유력한 솔루션으로 각광받고 있다. 재생 에너지 발전과 달리 화석연료를 주로 사용하는 산업 플랜트는 지속 가능성을 확보하는 것이 더욱 어렵기 때문에 이산화탄소 포집이 매우 중요하다. 아민 기반 흡착제는 수십 년 동안 탄소 포집 연구의 초점이었다. MOF는 원래 독일 아우크스부르크 대학교의 연구진이 발견했다. MOF가 이산화탄소로 채워지면 이산화탄소의 분압을 낮추어 제거하거나 탈착할 수 있다. MOF는 재사용한다. 연구진은 MOF를 변형해 다른 가스를 흡착할 수 있는지 추가 확인 작업에 나서고 있다. 이 소재가 더 많은 이산화탄소를 흡착할 수 있도록 기능 개선도 진행하고 있다.
- 경제
2024-11-20 08:41:00
[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발

플라스틱 폐기물을 분해해 벤조산과 청정에너지인 수소로 재활용하는 기술이 개발됐다. 독일 연구팀이 가장 흔한 플라스틱 폐기물인 폴리스티렌 폐기물을 효율적으로 재활용하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 기술은 저렴한 철 촉매를 사용하여 폴리스티렌을 분해해 벤조산과 그 부산물로 수소를 생성하며, 태양 에너지를 사용하여 작동할 수 있는 장점이 있다고 사이테크 데일리가 보도했다. 플라스틱은 우리 생활에 필수적인 요소가 되었지만, 매립지와 자연 환경에 축적되는 막대한 양의 플라스틱 폐기물은 심각한 문제를 야기한다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. PHYS는 캘리포니아 대학교 버클리와 캘리포니아 대학교 산타바바라의 연구자들이 수행한 '2050년까지 전 세계 플라스틱 폐기물 관리 불량과 온실 가스 배출을 줄이기 위한 경로'라는 연구를 인용해 지금처럼 경제 활동을 게속한다면 세계는 2011년부터 2050년까지 엠파이어 스테이트 빌딩 높이의 10배에 달하는 플라스틱 더미로 맨해튼을 덮을 만큼의 쓰레기를 배출할 것이라고 지적했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 독일 괴팅겐의 프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler) 지속가능 화학 연구소의 루츠 아커만 교수가 이끄는 연구팀은 폴리스티렌을 효율적으로 분해하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 방법은 폴리스티렌을 분해하여 화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 단량체 벤조일 생성물과 짧은 고분자 사슬을 생성하고 그 부산물로 수소를 만들어냈다. 이 기술의 핵심은 헤모글로빈과 유사한 철 포르피린 복합체인 철 기반 촉매이다. 철은 다른 촉매 활성 금속에 비해 독성이 없고 저렴하며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다. 전기 촉매 반응 과정에서 철 화합물은 Ⅳ, Ⅲ, Ⅱ의 다른 산화 단계를 순환하며, 일련의 반응 단계와 중간 생성물을 거쳐 폴리스티렌의 탄소-탄소 결합을 분해한다. 주요 생성물은 벤조산과 벤즈알데히드이며, 벤조산은 향료 및 방부제 생산 등 다양한 화학 합성의 원료로 사용된다. 연구팀은 실제 플라스틱 기물을 그램 단위로 효율적으로 분해함으로써 이 새로운 전기 촉매 기술의 견고성을 입증했다. 이번 연구 결과는 독일 저명 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie, 응용화학)'에 개재됐다.
- IT/바이오
2024-11-18 16:52:00
[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 이유는?

목성에는 지구에서 밟는 풀이나 흙과 같이 사람이 걷거나 우주선이 착륙할 수 있는 단단한 표면이 없다. 그 이유는 뭘까. 온갖 특이한 현상을 연구하는 물리학계에서도 '표면이 없는 세계'라는 개념은 이해하기 어렵다고 한다. 나사(NASA)의 로봇 탐사선 주노(Juno)가 이상한 행성인 목성 궤도를 9년째 공전하고 있는 지금도 목성의 많은 부분은 여전히 미스터리로 남아 있다. 태양에서 다섯 번째 행성인 목성은 화성과 토성 사이에 있다. 태양계에서 가장 큰 행성으로, 1000개 이상의 지구가 들어갈 만큼 크고 여유 공간도 있다. 태양계의 수성, 금성, 지구, 화성 등 네 개의 내행성은 모두 단단한 암석 물질로 이루어져 있지만, 목성은 태양과 유사한 구성을 가진 가스 행성이다. 소용돌이치고, 폭풍우가 몰아치며, 격렬하게 난기류를 일으키는 가스 덩어리의 거대 구체다. 목성의 일부 지역에서는 바람이 시속 약 640km 이상으로 불고 있다. 이는 지구의 5등급 허리케인보다 약 3배 빠른 속도다. 지구 대기권 꼭대기에서 시작해 약 100km 아래로 내려가면 기압이 지속적으로 증가한다. 궁극적으로는 땅이든 물이든 지구 표면에 부딪힌다. 목성의 경우, 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어진 대기권의 꼭대기에서 내려가기 시작하면 지구와 마찬가지로 더 깊이 들어갈수록 압력이 증가한다. 목성의 압력은 엄청나다. 위의 가스층이 점점 더 아래로 밀려 내려감에 따라, 그것은 마치 바다 밑바닥에 있는 것과 같다. 지구의 물 대신 목성은 가스로 둘러싸여 있다. 압력이 너무 강해져서 인체가 붕괴될 것이다. 압력에 눌려 사망하게 되는 것이다. 1600km 아래로 내려가면 뜨겁고 밀도가 높은 가스가 이상하게 작동하기 시작한다. 가스는 액체 수소 형태로 바뀌어 물이 없는 바다를 만들어낸다. 물이 없다는 점은 다르지만, 태양계에서 가장 큰 바다라고 할 수 있다. 약 3만 2000km를 내려가면 수소는 흐르는 액체 금속에 더욱 가까워진다. 이 물질은 너무 이질적이다. 과학자들도 그 때문에 큰 어려움을 겪었으며, 최근에야 실험실에서 이 물질을 재현했다. 이 액체 금속 수소의 원자는 매우 단단히 압축돼 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있다. 이러한 층 전환은 갑작스러운 것이 아니라 점진적으로 이루어진다. 수소 가스에서 액체 수소로, 그리고 금속 수소로의 전환은 천천히 부드럽게 이루어진다. 어떤 지점에도 날카로운 경계나 고체 물질 또는 표면은 없다. 이렇게 내려가면 궁극적으로 목성의 핵에 도달하게 된다. 이것은 목성 내부의 중심 영역이며 표면과 혼동해서는 안 된다. 학자들은 여전히 목성 핵 물질의 정확한 성질에 대해 논쟁하고 있다. 그중에서 가장 호응을 받는 모델은 암석과 같은 고체가 아니라, 액체와 고체의 뜨겁고 밀도가 높은 금속성 혼합물과 비슷하다는 것이다. 목성 핵의 압력은 엄청나서 마치 지구 대기 1억 개가 누르는 것과 같다. 또는 신체의 각 제곱인치 위에 엠파이어 스테이트 빌딩 두 개가 얹히는 것과 같다. 압력만이 유일한 문제는 아니다. 목성의 핵에 도달하려는 우주선은 섭씨 2만 도의 극심한 열에 녹을 것이다. 이는 태양 표면보다 3배 더 뜨거운 온도다. 목성은 이상하고도 무서운 곳이다. 그러나 목성이 없었다면 인간이 존재하지 않았을 수도 있다. 그 이유는 목성이 지구를 포함한 태양계 내행성을 보호하는 방패 역할을 하기 때문이다. 목성은 엄청난 중력으로 수십억 년 동안 소행성과 혜성의 궤도를 바꾸어 놓았다. 목성의 개입이 없었다면 우주 잔해 중 일부가 지구에 충돌했을 수도 있다. 만약 하나의 충돌이 대격변 수준이었다면 지구는 멸종 수준의 사건을 일으켰을 것이다. 공룡의 대멸종을 연상하면 납득할 수 있다. 목성은 지구 생명체의 존재에 도움을 주었을지 모르지만, 목성 자체는 생명체가 살기에 매우 부적합한 곳이다. 그러나 목성의 위성인 유로파는 다르다. 태양계의 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회가 될 수 있다. 나사의 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 지난 10월에 발사된 로봇 탐사선으로, 유로파를 약 50회 비행하며, 이를 통해 위성의 거대한 지하 바다를 연구할 계획이다. 탐사선은 2030년 4월에 도착할 예정이다.
- IT/바이오
2024-11-13 09:46:00
[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져

지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
- 포커스온
2024-11-12 07:48:00
일본, 세계 최초 나무 인공위성 발사 성공…우주쓰레기 문제 해결 기대

일본이 세계 최초로 목조 인공위성을 우주로 보냈다고 CNN을 비롯한 외신들이 비중있게 전했다. 발사에 성공한 나무 인공위성은 라틴어로 나무를 뜻하는 단어를 포함한 링고샛(LignoSat)이라는 이름으로, 교토 대학과 스미토모 포레스트리(Sumitomo Forestry)가 공동으로 개발했다. 이 위성은 국제우주정거장(ISS)으로 가는 스페이스X(SpaceX) 임무에 포함되었으며, 곧 지구 위 궤도로 발사될 예정이다. 목재 위성을 발사한 데는 두 가지 주요 이유가 있다고 한다. 첫째, 우주의 혹독한 환경에서 나무의 내구성을 시험하기 위한 것이다. 이번 시험에 성공하면 더 많은 나무 위성을 만들어 우주로 쏘아 올린다는 계획이다. 또 하나는 우주에서의 목재의 유용성이다. 교토 대학 교수이자 우주인인 도이 다카오는 "직접 생산할 수 있는 소재인 목재를 사용하면 우주에서 영구적으로 집을 짓고 살고 일할 수 있게 될 것"이라고 말했다. 이는 나무를 심고 달과 화성에 실제 목조 주택을 짓는 50년 계획의 첫 번째 단계다. 교토 대학의 마라타 고지 산림과학 교수는 "1900년대 초의 비행기는 나무로 만들어졌다. 나무로 만든 위성도 당연히 실현 가능하다"고 말했다. 목재 구조물의 이점은 그 외에도 여럿이다. 목재 소재는 실제로 지구보다 우주에서 더 내구성이 있어야 하는데, 그 이유는 끝없이 공허한 공간에는 물이나 산소가 없기 때문이다. 산소가 없으면 썩을 것이 없으며 불이 붙기도 매우 어렵다. 심지어 방사선으로부터 매우 적절한 보호 기능도 제공한다. 목재는 지구 궤도에 있는 다른 모든 위성과도 관련이 있다. 지구 궤도에는 현재 3000개가 넘는 위성(저궤도 통신위성을 포함하면 훨씬 많아진다)이 돌고 있으며, 그 외 다양한 종류의 우주 잔해물도 같이 엉켜 있다. 앞으로 나무 위성은 지구로 다시 떨어지고 재돌입하면서 타 없어질 것이다. 금속 위성은 (대부분) 귀환하는 동안 타버리지만, 그 과정에서 유해한 산화알루미늄 입자를 생성한다. 현재는 지구를 덮고 있는, 끊임없이 늘어나는 우주 쓰레기에 대한 대책이 전무하기 때문에 목재 위성이 도움이 될 수 있다. 도이 교수는 "미래에는 금속 위성 발사가 금지될 수도 있다"는 시나리오를 예상하고 있다. 어떤 경우든, 달에 통나무집을 짓는 것은 즐거운 이벤트가 될 수 있다는 설명이다.
- IT/바이오
2024-11-07 07:19:00
[신소재 신기술(127)] 일본 연구진, AI 활용해 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도 향상

인공지능(AI)을 활용해 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도를 향상시키는 기술이 일본에서 개발됐다. 5일(현지시간) 마이닝닷컴에 따르면 일본 도쿄이과대학(TUS) 연구진이 머신러닝을 활용해 고효율 나트륨 이온 배터리를 개발하는 데 성공했다. 머신러닝은 인공지능의 한 분야로 컴퓨터가 명시적으로 프로그래밍되지 않고도, 데이터를 통해 학습하고 경험을 통해 스스로 개선할 수 있도록 하는 기술이다. 코마바 신이치 교수가 이끄는 연구팀은 저렴하고 지속가능한 에너지 저장 솔루션 개발의 핵심 목표인 나트륨 이온 배터리 밀도를 향상시키는 데 집중했다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 풍부하고 저렴한 재료를 사용한다는 장점이 있지만, 에너지 밀도가 낮아 상용화에 어려움을 겪어왔다. 연구팀은 다양한 금속 조합을 탐색하여 최적의 배터리 성능을 달성하는 나트륨 기반 층산 산화물 설계에 머신러닝 모델을 적용했다. 실험 데이터를 기반으로 학습시킨 결과, 망간, 니켈, 티타늄, 철을 포함한 효과적인 금속 비율을 찾아냈다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기존의 시행착오 방식에 비해 배터리 재료 개발 시간과 비용을 단축할 수 있다. 연구 결과는 재료과학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A) 온라인 판에 게재됐다. 차세대 배터리로 주목 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 먼저 나트륨은 지구상에서 여섯 번째로 풍부한 원소로, 리튬에 비해 훨씬 저렴하고 쉽게 구할 수 있다. 리튬은 특정 지역에 매장량이 집중되어 가격 변동성이 크지만, 나트륨은 전세계적으로 고르게 분포되어 있어 안정적인 공급이 가능하다. 이는 배터리 생산 비용을 절감하여 전기자동차(EV), 에너지 저장 시스템 등의 가격 경쟁력을 높이는데 기여할 수 있다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 열적으로도 안정적이며, 과충전이나 과방전 시에도 화재나 폭발 위험이 낮다. 특히 저온 환경에서도 성능 저하가 적어 극한 환경이나 추운 지역에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 나트륨 이온은 리튬 이온보다 이온 반경이 크기 때문에 전해질 내에서 이동 속도가 빠르다. 이는 배터리 이동 속도를 향상시켜 전기차 충전 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있다. 게다가 나트륨은 리튬보다 독성이 낮고 재활용이 용이해 친환경적인 에너지 저장 솔루션을 제공할 수 있다. 또한 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 생산 공정을 사용할 수 있어 기존 리튬 이온 배터리 생산 시설을 활용할 수 있다. 이는 나트륨 이온 배터리 생산을 위한 초기 투자 비용을 절감하고 빠른 상용화를 가능하게 할 수 있다. 하지만 아직 에너지 밀도와 수명 측면에서 개선의 여지가 남아 있으며, 이러한 과제를 해결하기 위한 연구 개발이 활발히 진행중이다. 코마바 교수는 "배터리 연구에서 머신러닝의 성공적인 적용은 다른 분야의 재료 개발을 위한 탬플릿 역할을 하여 광범위한 재료 과학 분야의 혁신을 가속화할 수 있다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 차세대 배터리 개발을 가속화하여 재생 에너지 발전, 전기 또는 하이브리드 자동차, 노트북, 스마트폰과 같은 소비자 전자 제품을 포함한 에너지 저장 기술 전반에 혁명을 일으킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
- IT/바이오
2024-11-06 10:52:00
생성형 AI, 폭발적인 성장 이면에 '전자 폐기물 문제' 심각

생성형 인공지능(AI)이 폭발적인 성장세를 기록하고 있지만 엄청난 전자 폐기물을 배출하는 것으로 밝혀졌다. 생성형 AI는 인공지능의 한 종류로, 주어진 데이터를 학습해 새로운 콘텐츠를 만들어내는 능력을 가졌다. 마치 사람처럼 창의적인 결과물을 만들어 낼 수 있다는 점에서 기존 AI와 차별화된다. IEEE 스펙트럼은 4일(현지시간) 지난주 네이처 컴퓨테이셔널 사이언스(Nature Computational Science) 저널에 발표된 연구를 인용해 대규모 언어 모델(LLM)의 공격적인 채택만으로도 2030년까지 연간 250만톤(t)의 전자 폐기물이 발생할 것으로 추산된다고 전했다. 딜로이트에 따르면 생성형 AI에 대한 민간 투자는 2022년 약 30억 달러(약 4조1307억원)에서 2023년 250억달러(약 34조4225억원)로 급증했으며, 민간 기업의 약 80%가 향후 3년 안에 AI 비즈니스를 주도할 것으로 예상하고 있다. 이러한 급속한 성장은 최신 GPU, CPU 및 기타 전자 장비를 데이터 센터에 끊임없이 업그레이드해야 함을 의미하며, 이는 전자 폐기물의 폭발적인 증가로 이어질 수 있다. 이번 연구의 공동 저자인 이스라엘 라이히만 대학의 지속 가능성 및 기후 연구원 아사프 차초르(Asaf Tzachor)는 "AI는 진공 상태에서 존재하지 않는다. AI는 유형의 환경 발자국을 가진 상당한 하드웨어 리소스에 의존한다"며 "AI 발전의 이점을 누리면서 부정적인 환경 영향을 완화하는 전략을 개발하기 위해 전자 폐기물 문제에 대한 인식이 중요하다"고 말했다. 지금까지 AI 지속 가능성에 대한 대부분의 연구는 AI 모델의 에너지 및 물 사용량과 그에 따르는 탄소 배출량에 중점을 두었다. 차초르는 중국 과학 아카데미의 평 왕(Peng Wang) 교수, 웨이창 천(Wei-Qiang Chen) 교수와 함께 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물의 잠재적 중량을 계산했다. 이 연구는 문제의 잠재적 규모를 추정하고 기업이 보다 지속 가능한 관행을 채택하도록 촉구하기 위한 것이다. 전자 폐기물 문제의 심각성 전자 폐기물에는 독성 금속 및 기타 화학 물질이 포함되어 있어 환경으로 유출되어 건강 문제를 일으킬 수 있다. 유엔 글로벌 전자 폐기물 모니터에 따르면 2022년 전 세계적으로 총 6200만톤의 전자 폐기물이 발생했으며, 이는 재활용 프로그램보다 5배 빠르게 증가하고 있다. 승용차 1대의 무게를 1.5톤으로 가정하면 전자 폐기물 6200만톤은 약 4133만대의 승용차 무게와 맞먹는다. 또다른 예시로 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤이다. 6200개의 에펠탑이 프랑스 파리에 빽빽히 들어찼다고 가정한다면 2022년 한 해 동안 배출된 전자 폐기물의 양이 얼마나 엄청난지 짐작할 수 있을 것이다. AI 성장세에 힘입어 향후 몇 년 동안 AI는 폐기물 문제에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 차초르는 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물에는 폐기된 GPU, CPU, 데이터 센터의 백업 전원용 배터리, 메모리 모듈 및 인쇄 회로 기판이 포함된다고 말했다. 이 연구는 제한적인 확장부터 공격적인 확장형까지 생성형 AI 채택에 대한 네 가지 잠재적인 시나리오를 자세히 설명하고 2023년을 기준으로 연간 2600톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예측한다. 만약 AI 사용이 제한적으로 확장될 경우, 2023년부터 2030년까지 총 120만톤의 전자 폐기물이 발생하는 반면, 공격적으로 확될 경우 같은 기간 동안 총 500만톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예상된다. 차초르는 현재 추세를 고려할 때 공격적인 시나리오가 가장 가능성이 높다고 말했다. 이 연구는 다른 형태의 생성형 AI가 아닌 대규모 언어 모델만 고려한다는 한계가 있다. 차초르는 LLM이 계산 집약도가 가장 높은 모델 중 하나이기 때문에 연구팀이 LLM에 중점을 두었다고 밝혔다. 그는 "다른 형태의 AI를 포함하면 예상되는 전자 폐기물의 수치가 더 늘어날 것"이라고 덧붙였다. AI 전자 폐기물 감소를 위한 해결 방안 이론적으로 더 발전된 칩을 채택하면 서버 팜에서 더 적은 자원으로 더 많은 작업을 수행하고 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 각 업그레이드는 폐기물 발생량의 순 증가로 이어진다. 또한 현재 반도체에 대한 무역 제한으로 인해 업그레이드가 항상 가능한 것은 아니다. 최첨단 칩에 접근할 수 없는 국가에서는 그 결과 더 많은 폐기물이 발생할 수 있다. 이 연구에 따르면 최신 칩으로 업그레이드하는 데 1년 지연되면 전자 폐기물이 14% 증가한다. 이러한 AI 폐기물 발생량을 줄이는 가장 좋은 방법 중 하나는 전자 장비를 재사용하는 것이다. 차초르를 이를 "다운사이클링"이라고 했다. 최첨단 기술이 더 이상 적용되지 않는 서버는 웹사이트 호스팅이나 더 기본적인 데이터 처리 작업에 재활용하거나 교육 기관에 기증하는 방법 등이 있다. 아마존, 구글, 메타를 포함한 대부분의 기술 기업은 탄소 발자국 및 친환경 에너지 사용에 중점을 둔 지속 가능성 목표를 발표했다. 마이크로소프트(MS)는 테이터 센터의 전자 폐기물 발생량을 제한하기로 약속했다. 2023년 기준 전 세계의 데이터 센터 시장 규모는 2192억3000만 달러(약 301조 9016억원)으로 추정된다. 한국의 경우 2022년 기준 민간 데이터 센터 매출 규모는 약 3조9000억원이다. 차초르는 AI 전자 폐기물과 관련된 모범 사례를 준수하도록 하려면 규제가 필요할 수도 있다고 말했다. 그는 "기업이 이런 전략을 채택할 수 있도록 인센티브를 제공해야 한다"고 강조했다.
- IT/바이오
2024-11-05 16:39:00
중국 공업기업 이윤 마이너스 전환, 경제 회복에 찬물

성장률 5% 안팎 달성에 실패해 경기침체에 빠질 것이라는 불안감 짙어진 중국경제에 또다른 적신호가 켜졌다. 중국 공업 기업들의 9월 수익이 내수 부진과 무역 갈등, 과잉생산 등으로 전년 대비 27.1% 급감하면서 연간 전체 이익 증가율이 '마이너스'로 돌아선 것이다. 중국 국가통계국은 27일(현지시간) "작년 동기의 높은 기저효과 등 영향으로 9월 '규모 이상' 공업 기업(연간 매출액 2000만위안 이상 기업)의 이윤이 27.1% 감소했다"고 밝혔다. 이에 따라 1∼9월 공업 기업 이윤 총액 역시 3.5% 줄어든 5조 2281억 6000만위안(약 109조원)을 기록했다. 중국 국가통계국이 매달 '규모 이상' 공업 기업을 대상으로 조사해 발표하는 이윤 총액은 제조업체들의 수익성 동향을 가늠할 수 있는 지표다. 중국 공업 기업들의 이윤 증가율은 올해 1∼2월 10.2%를 기록한 뒤 1∼3월엔 4.3%로 다소 꺾였다. 반면 4월 한 달 이윤은 전년 대비 4.0% 상승해 1∼4월 증가율은 4.3%로 유지됐다. 5월의 경우 작년 대비 이윤 증가율이 0.7%에 그쳤지만 6월에는 3.6%로 크게 반등했다. 7월의 이윤 증가율은 4.1%로 전달보다 더 높아져 올해 1∼7월 전체 수치를 3.6%까지 끌어올렸다. 지난 8월에는 작년 동기 대비 17.8%나 급감해 올해 8개월간의 전체 이윤 증가율을 0.5%로 끌어내렸고 감소폭을 27.1%로 키운 9월에는 올해 전체 이윤 증가율이 '마이너스'(-3.5%)로 내려가게 됐다. 산업 부문별로 보면 1∼9월 광업 기업들의 이윤은 전년 대비 10.7% 감소한 8963억8000만위안(약 175조원), 8월까지 증가세였던 제조업은 3.8% 감소한 3조7325억위안(약 728조원)으로 나타났다. 미국·유럽연합(EU) 등 서방 진영과 무역 마찰에 국내 과잉 생산, 내수 둔화 등 문제가 겹친 자동차제조업은 올해 9월까지 이윤이 1.2% 줄어들었다. 화학원료·화학제품제조업(-4.0%)과 특수설비제조업(-5.5%), 전기기계·장비제조업(-7.2%), 석탄채굴업(-21.9%), 비철광물제품업(-51%) 등도 이윤 감소세를 보였다. 비철금속 제련·압연가공업(52.5%), 전력 생산·공급(13.8%), 방직업(11.5%), 컴퓨터·통신설비제조업(7.1%) 등은 1∼9월 이윤이 증가했다고 국가통계국은 설명했다. 중국은 올해 경제 성장률 목표를 작년과 같은 '5% 안팎'으로 설정하고 소비재·생산설비 신형 갱신 등 내수 진작 정책을 내놨으나 서방 진영과의 무역 마찰이 잇따르는 데다 부동산이 좀처럼 회복되지 않으면서 전반적 경기 활성화에 어려움을 겪고 있다. 3분기 성장률이 4.6%에 그치는 등 올해 경제성장률 목표 달성에 '빨간불'이 들어왔다는 우려가 나오는 가운데 중국 당국은 최근 잇따라 경기 부양 의지를 표명해왔다. 잇단 장관급 기자회견에서 구체적인 정책 일정과 재정 지출 규모가 거의 언급되지 않았다는 비판도 나왔다.
- 경제
2024-10-28 06:36:00
[신소재 신기술(120)] 염수 폐수를 콘크리트로 변환하는 혁신 기술 나왔다

핀란드의 오울루 대학교(University of Oulu) 연구진이 알칼리 활성화를 통해 농축 염수를 안정화해 콘크리트로 변환하는 새로운 처리 기술을 개발했다고 전문 매체 아조빌드가 전했다. 개발된 기술은 염수 폐수를 시멘트 바인더에 통합하는 혁신적 솔루션이라는 평가다. 이 연구 결과는 담수화(Desalination) 저널에 게재됐다. 연구 보고서에 따르면 광산 및 산업에서 나오는 염수 폐수를 결합, 광산 매립과 같은 다양한 용도에 사용할 수 있는 다른 유형의 시멘트 바인더를 만들 수 있다. 일종의 신소재 콘크리트인 셈이다. 이를 통해 매우 농축된 소금 용액을 고체 형태로 안전하게 결합, 비용을 절약하고 환경을 개선할 수 있다. 광업, 재가공 및 배터리 생산과 같은 여러 산업 분야에서는 일반적으로 나트륨, 황산염 및 염화물 등 세 가지 요소가 포함된 염수 폐수를 대량으로 생산한다. 이러한 분야는 녹색 친환경 및 디지털 전환이 특히 필요하다. 이러한 염 자체는 환경에 위험하거나 해롭지는 않다. 동일한 염분이 바닷물에도 널리 퍼져 있다. 그러나 발트해의 낮은 염도, 특히 내륙 담수에서는 생물군에 해로울 수 있다. 예를 들어, 지난 2012년 핀란드 광산업체 탈비바라(Talvivaara)의 광산 사고 이후 소금에 오염된 호수는 영구적으로 성층화돼 호수 바닥의 산소 결핍을 초래할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 제안된 기술은 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 풍부한 원료를 소금물 및 소량의 수산화나트륨과 결합한다. 결과적으로 콘크리트 바인더로 사용할 수 있는, 충분한 강도를 가진 페이스트가 생산된다. 농축 염수, 나트륨, 황산염 및 염화물의 주요 성분은 고체 구조에서 매우 잘 안정화되고 수용성을 잃는 것으로 밝혀졌다. 수용성을 잃는다는 것은 물에 녹지 않아 견고함을 유지한다는 의미다. 이 연구에서는 또한 알칼리 활성 페이스트의 강도가 염도가 높을수록 증가한다는 사실도 발견했다. 단점은 소금이 부식을 일으킬 수 있기 때문에, 이러한 종류의 콘크리트에는 표준 강철 보강재를 사용할 수 없다는 것이다. 염분에 강한 소재가 필요하다. 채취하고자 하는 금속이나 소재를 분리한 후 광산에 남아 있는 폐기물, 즉 광산 잔여물은 별도의 저장지로 옮겨진다. 이 잔여물에는 종종 알칼리 활성화에 필요한 원소인 칼슘, 실리콘, 알루미늄이 대량으로 포함되어 있다. 광산 잔여물은 콘크리트 및 건설 부문에서 점차 활용이 늘면서 인기를 얻고 있다. 신소재와 광산 수질 정화 연구를 진행하고 있는 오울루 대학교가 이번에 제시한 해법은 건설 부문에 새로운 바람을 일으킬 가능성이 높다고 한다. 한편 이번 연구는 유럽연합(EU)의 '차세대(NextGeneration) EU 프로그램'이 공동으로 자금을 지원하는 카이파(KaiPa) 프로젝트의 일부로 수행됐다.
- IT/바이오
2024-10-14 14:32:00
[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착

수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
- 포커스온
2024-10-11 11:51:00
[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?

현재 화성의 게일 분화구를 탐사하고 있는 나사(NASA)의 탐사선 큐리오시티가 초기 화성의 기후가 생명체가 살기에 적합했던 상황(표면에 광범위한 물이 있다는 증거)에서 어떻게 생명체가 살기에 부적합한 곳으로 바뀌었는지에 대한 새로운 세부 정보를 제공하고 있다고 나사가 홈페이지를 통해 밝혔다. 화성 표면은 매우 차갑고 오늘날 생명체가 살기에는 부적합하지만, 전문가들은 나사의 화성 탐사선은 먼 과거에 화성에 생명체가 살았을 수 있는지에 대한 단서를 찾고 있다. 그런 가운데 연구진이 큐리오시티에 탑재된 장비를 이용해 게일 분화구에서 발견된 탄소가 풍부한 광물(탄산염)의 동위원소 구성을 측정했고, 화성의 고대 기후가 어떻게 변화했는지에 대한 새로운 정보를 찾아냈다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 데이비드 버트 박사는 최근 미국 국립과학원회보에 발표된 연구 논문에서 "이 탄산염의 동위원소 값은 극심한 양의 증발이 있었음을 알려주며, 탄산염은 일시적인 액체 상태의 물만을 지탱할 수 있는 기후에서 형성되었을 가능성이 높다“라고 말했다. 그는 "채취한 탄산염 샘플은 화성 표면에서 생명체가 살았던 고대 환경(생물권)과 일치하지는 않지만, 탄산염이 형성되기 전 생물권이 있었을 가능성을 배제하지는 않는다"고 덧붙였다. 즉, 화성은 탄산염이 생성되기 전 물이 풍부했을 때에는 생물권이 있었을 가능성이 있지만, 갑작스러운 액체 상태 물의 대규모 증발로 인해 물이 마르고 그 과정에서 탄소가 풍부한 탄산염이 만들어졌을 가능성이 있다는 것이다. 동위원소는 원자 번호는 같지만, 질량이 다른 원자를 말한다. 물이 급속도로 증발함에 따라 가벼운 탄소와 산소는 대기 중으로 빠져나가고, 무거운 탄소 원자는 남아 더 많은 양이 축적되어 결국 탄산염 암석과 결합됐다. 과학자들이 탄산염에 관심을 갖는 이유는 기후에 대한 기록, 즉 증거로 작용할 수 있기 때문이다. 이러한 광물은 물의 온도와 산성도, 물과 대기의 구성을 포함, 광물이 형성된 당시 환경의 특징을 그대로 보존한다. 이 논문은 게일 분화구에서 발견된 탄산염에 대한 두 가지 형성 가능성을 제안하고 있다. 첫 번째는 탄산염이 게일 분화구 내에서 일련의 습윤-건조 순환을 통해 만들어졌다는 것이다. 두 번째는 탄산염이 게일 분화구에서 극저온 조건 아래 매우 염분이 많은 물에서 형성됐을 것이라는 가능성이다. 공동 연구자인 나사의 제니퍼 스턴 박사는 "이러한 형성 메커니즘은 서로 다른 생명체 거주 가능성 시나리오를 제시하는 두 가지 다른 기후 체제를 보인다"며 "첫 번째 시나리오인 습윤-건조 순환은 더 살기 좋은 환경과 덜 좋은 환경 사이의 교차를 나타낸다. 반면, 두 번째 시나리오에서 화성 중위도의 극저온 기온은 대부분의 물이 얼어 있고 염분이 많아 거주 가능성이 낮은 환경을 보인다"고 말했다. 첫 번째 시나리오에서 생명체의 거주 가능성이 높음을 시사한다. 고대 화성에 대한 이 같은 기후 시나리오는 특정 광물의 존재, 대규모의 모델링 및 암석층 형성의 식별을 기반으로 제안됐다. 이 결과는 시나리오를 뒷받침하는 암석 샘플의 동위원소 증거를 추가한 최초의 결과다. 화성 탄산염의 중금속 동위원소 값은 지구의 탄산염 광물보다 매우 높으며, 화성 광물에서 기록된 가장 무거운 탄소 및 산소 동위원소 값이다. 연구진에 따르면 습윤-건조 또는 차갑고 염분이 많은 두 가지 기후 시나리오는 모두 중금속 탄소와 산소가 풍부한 탄산염을 형성하는 데 필요하다. 이 발견은 큐리오시티 탐사선에 실린 화성 샘플분석(SAM) 및 레이저분광기(TLS) 장비를 사용해 이루어졌다. SAM은 샘플을 섭씨 900도까지 가열한 다음 TLS를 사용해 가열 단계에서 생성되는 가스를 분석한다. 한편, 이 작업에 대한 자금 지원은 나사의 화성 탐사 프로그램을 통해 지원됐다.
- IT/바이오
2024-10-10 14:08:00
국제유가 5거래일 연속 상승⋯중동 분쟁 격화 '불안감 고조'

국제유가는 7일(현지시간) 중동분쟁 격화 우려 등 영향으로 급등세를 보였다. 국제유가는 5거래일 연속 상승세다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소에서 서부텍사스산중질유(WTI) 11월물 가격은 전거래일보다 3.7%(2.76달러) 오른 배럴당 77.14달러로 마감했다. 이는 지난 8월 말 이후 최고치다. 글로벌 원유 가격 벤치마크인 북해산 브렌트유 12월물은 3.7%(2.88달러) 상승한 배럴당 80.93달러에 거래됐다. 브렌트유 역시 8월 말 이후 가장 높았으며 한달여만에 배럴당 80달러를 돌파했다. 국제유가는 지난 1일 이란이 이스라엘에 최소 180대의 미사일을 발사한 이후 중동 위기가 고조되면서 상승세를 이어가고 있다. 지난주 WTI는 9%, 브렌트유는 8% 각각 상승했다. 이날 이란의 지원을 받는 레바논 무장 정파 헤즈볼라는 이스라엘의 3대 도시인 하이파를 공격했다. 예멘에서는 이스라엘 중부를 향해 지대지 미사일이 발사됐지만 격추됐다고 이스라엘 군이 밝혔다. 이스라엘과 하마스의 전쟁 1년을 맞은 이날 이스라엘 측은 레바논 남부로 지상 침투를 확대했다. 이스라엘이 이란에 대한 보복을 다짐한 가운데 이란의 석유 시설에 대한 공격으로 이어질 경우 이란의 원유 공급이 차질을 빚어 유가가 더 오를 수 있다는 전망이 제기된다. 리포 오일 어소시에이츠의 앤드루 리포 대표는 이 같은 상황이 발생하면 유가가 배럴당 3~5달러가량 더 오를 것으로 전망했다. 튜더, 피커링 홀츠 앤 코의 분석가들은 "갈등이 계속 고조될 것이라는 우려가 있으며 이란의 하루 340만 배럴 생산이 위험에 처한 것뿐만이 아니라 지역 공급에 추가적인 지장을 줄 수 있다"고 진단했다. CIBC 프라이빗 웰스 그룹의 레베카 바빈 선임 에너지 트레이더는 "공포감이 조성되고 있다"며 "오래 기다릴수록 롤러코스터 꼭대기에 올라가 내려가기를 기다리듯이 공포는 커질 것 같다"고 지적했다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 미국 장기금리 4%대 급등 등 영향으로 하락했다. 이날 뉴욕상품거래소(COMEX)에서 12월물 금가격은 전장보다 0.1%(1.8달러) 하락한 2666.00달러를 기록했다. 제이너 메탈의 피터 A 그랜트 부대표 겸 선임 금속 전략가는 "달러 강세가 단기적으로 현시점에서 역풍이며 이것이 금의 사상 최고치 경신을 막고 있다"면서도 "지정학적 갈등과 미 대선이 가까워질수록 정치적 불확실성이 커지면서 생기는 안전자산 수요 때문에 단기적으로 2700달러까지 오를 가능성이 있으며 장기적으로는 3000달러 전망이 유효하다"고 강조했다.
- 산업
2024-10-08 06:14:00

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