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생분해성 플라스틱, 플라스틱 폐기물 없애는 만병통치약이 아닌 이유는?
- 현대 사회는 플라스틱으로 인한 오염을 해결하기 위해 고민하고 있다. 폐 플라스틱은 환경 오염을 일으킬뿐 아니라 기후 변화에도 큰 영향을 미치고 있다. ABC뉴스에 따르면 전 세계적으로 매년 4억 톤의 플라스틱이 생산되고 있으며, 유엔환경계획은 이 수치가 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상했다. 게다가 미국은 다른 어느 나라보다 많은 플라스틱을 생산한다. 2020년 사이언스 어드밴시스에 발표된 논문에 따르면, 미국은 2016년에만 4200만 톤의 플라스틱을 생산했는데, 이는 1인당 약 286파운드에 해당된다. 중국과 모든 유럽연합 회원국에서 생산되는 양을 합친 것보다 더 많은 양이다. 그렇다면 이 플라스틱을 어떻게 처리해야 할까. ABC뉴스의 수석 기상 캐스터이자 기후 전문기자인 진저 지는 "플라스틱의 추가 생산과 오염을 막는 가장 쉬운 방법은 가능한 한 플라스틱을 사용하지 않는 것"이라고 말했다. "가장 좋은 해결책은 플라스틱을 아예 사용하지 않는 것"이라고. 그러나 이것이 항상 가능한 것은 아니다. 현대인 대부분이 일상생활에서 플라스틱에 의존하고 있기 때문이다. 미시간 주립대학의 화학 및 재료 공학과의 라마니 나라얀 교수는 "현대인은 음식을 먹고 포장하고 운송하는 데 광범위하게 플라스틱을 사용하고 있다"고 말했다. 생분해성 플라스틱의 퇴비화는 플라스틱 폐기물을 관리하는 가능한 솔루션으로 확인되었다. 그러나 이 솔루션이 항상 실행 가능한 것은 아니다. 모든 폐기물 관리 시설에서 쉽게 사용할 수 없는 인프라인 고온 상업용 퇴비화기가 필요하기 때문이다. 나라얀 교수는 퇴비화를 플라스틱 폐기물 전체를 관리하는 만병통치약으로 생각해서는 안 되며, 오히려 분해 과정에서 대기로 유입되는 메탄의 양을 줄이기 위해 생분해성 플라스틱을 매립지에서 분리해야 한다고 지적했다. 퇴비화가 가능한 플라스틱 제품에는 미국 퇴비화 위원회(U.S. Compost Council)의 인증 라벨이 붙어 있으며, 일반적으로 재활용 기호 안에 숫자 '7'과 그 아래에 'PLA'라는 글자가 있다. 이는 폴리락틱산(Polylactic Acid)을 의미하는 것으로, 합성 재료가 아닌 식물 재료에서 파생된 플라스틱으로 생분해성이 아니며 시간이 지나면 미세 플라스틱으로 분해된다. 플라스틱에 'PLA' 대신 'O' 또는 '기타'로 표시된 7번이 있는 경우 일반 가정용 퇴비 통에 버리면 안 된다. 플라스틱 문제는 전 세계적으로 너무 만연해 있다. 수천 년 동안 남아 있을 수 있는 미세 플라스틱은 우리의 일상생활에 깊이 침투해 있다. 일반적으로 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 탄화수소 플라스틱으로 만들어진 폐 플라스틱은 배수구로 흘러들어 바다로 유입될 가능성이 높다. 폐 플라스틱은 바다에서 햇빛과 소금물에 담겨 수십 년, 수백 년 또는 수천 년에 걸쳐 분해된다. 또 인간이 폴리에스터로 만들어진 의류를 세탁기에 넣어 돌릴 때마다 미세 플라스틱이 음용수 시스템과 바다로 직접 유입돼 결국 인체로 다시 섭취된다. 세계자연기금(WWF)의 2019년 분석에 따르면, 인간은 일주일에 약 5g의 플라스틱을 섭취할 가능성이 높다. 이는 신용카드 정도의 무게다. 나라얀 교수에 따르면 퇴비화 가능한 플라스틱은 탄소 기반 플라스틱과 달리 환경으로 누출되더라도 지속되거나 축적되지 않는다. 그럼에도 불구하고 플라스틱은 사용하지 않는 것이 최선이라고 지 기자는 강조했다. 인간은 지난 수십 년 동안 일회용 플라스틱 없이도 살 수 있다는 것을 증명했으며, 기술적으로 퇴비화가 가능하더라도 한 번만 사용되는 플라스틱의 사용과 생산을 중단해야 할 때라는 지적이다. 지 기자는 "일회용 플라스틱은 필요 없다"라고 단정하고 "우리는 과거 일회용 플라스틱 없이도 잘 살았다. 일회용 플라스틱을 사는 것을 멈추고 기업에게는 다른 것을 사용하라고 요구해야 한다"고 강조했다.
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생분해성 플라스틱, 플라스틱 폐기물 없애는 만병통치약이 아닌 이유는?
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[신소재 신기술(140)] 일본 연구진, 햇빛·물로 수소 연료생산하는 새로운 개념 반응기 시연
- 일본 연구진이 햇빛과 물을 이용해 재생 가능한 수소 연료를 생산할 수 있는 새로운 개념 증명 반응기를 시연했다. 특수 광촉매를 이용하는 이 기술은 저렴하고 풍부하며 지속 가능한 수소 연료 생산에 기여할 것으로 기대된다고 라이브사이언스, 인터레스팅엔지니어링등 다수 외신이 전했다. 현재 수소는 대부분 천연 가스에서 추출되기 때문에 화석 연료 의존도를 낮추는 데 한계가 있다. 하지만 이번에 개발된 기술은 햇빛을 이용해 수소를 생산할 수 있어, 향후 수소 에너지 시대를 앞당기는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다. 새로운 100㎡(1076제곱피트) 규모의 반응기는 광촉매 시트를 사용하여 물 분자에 있는 산소와 수소 원자를 분리하고, 이를 통해 수소를 추출해 연료로 사용한다. 신슈대학교의 카즈나리 도멘 교수 연구팀은 이번 연구 결과를 국제 학술지 '프론티어스 인 사이언스'에 발표했다. 도멘 교수는 "광촉매를 이용한 햇빛 기반 물 분해는 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하고 저장하는 이상적인 기술"이라며 "최근 광촉매 소재 및 시스템의 발전으로 실현 가능성이 높아졌지만, 여전히 많은 과제가 남아 있다"고 밝혔다. 이 기술의 핵심 원리는 물을 산소와 수소로 분해하는 것이다. 간단해보이지만 이는 에너지 집약적인 과정이며, 특수광촉매가 필요하다. 광촉매는 빛에 노출되면 물을 구성 요소로 분해하는 화학 반응을 촉진한다. 이러한 개념은 새로운 것이 아니지만 기존의 '1단계' 광촉매는 효율이 낮고 태양 에너지-수소 전환율이 미미했다. 연구팀은 '2단계'로 구성된 더 효율적인 물 분해 과정을 선택했다. 이 시스템에는 하나의 광촉매가 첫단계에서는 물에서 산소를 분리하고 다음 단계에서는 수소를 제거한다. 팀은 이 과정을 위한 광촉매를 개발함으로써 3년 동안 작동한 시제품 반응기를 제작할 수 있었고, 연구실에서 사용하는 자외선보다 실제 햇빛을 사용했을 때 더 잘 작동하는 것을 확인했다. 연구팀의 하사토미 타카시 박사는 "태양 에너지 변환 기술은 밤이나 악천후에서는 작동할 수 없지만, 햇빛 에너지를 연료의 화학 에너지로 저장하면 언제 어디서근 사용할 수 있다"고 설명했다. 팀은 100㎡ 규모의 반응기를 3년간 운영해 개념 증명에 성공했다. 이 반응기는 실제 햇빛에서 실험실 조건보다 더 나은 성능을 보였다. 하사토미 박사는 "자외선에서 반응하는 광촉매를 사용하는 우리 시스템에서 태양 에너지 변환 효율은 자연광에서 약 1.5배 높았다"고 설명했다. 그러나 현재 시뮬레이션된 햇빛에서의 효율은 최대 1%이며 자연광에서는 5% 효율에 도달하지 못하는 한계가 있었다. 연구팀은 5% 효율 장벽을 깨기 위해 더 많은 연구자들이 더 효율적인 광촉매를 개발하고 더 큰 실험 반응기를 구축해야 한다고 강조했다. 아직 초기 단계인 이 기술이 상용화되면 수소 에너지 생산 비용을 낮추고, 친환경 에너지 구축에 크게 기여할 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(140)] 일본 연구진, 햇빛·물로 수소 연료생산하는 새로운 개념 반응기 시연
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미국, 수소차 기술에 전쟁 선포⋯머스크·트럼프 "위험한 도박" 주장
- 미국이 수소차를 둘러싼 글로벌 논쟁의 중심에 섰다. 테슬라 최고경영자(CEO) 일론 머스크와 차기 미국 대통령 도널드 트럼프가 수소차에 대한 강한 비판을 쏟아내면서 논란이 가열되고 있다. 일론 머스크는 수소차를 "어리석은 선택"이라며 비판했다. 그는 수소 연료가 전기차(BEV)보다 비효율적이며, 생산 과정에서 환경적으로 부적합하다고 주장했다. "수소는 바보의 배터리"라는 표현으로 유명한 그는 수소차가 BEV보다 세 배 이상의 전력을 소모한다고 지적했다. 한편, 트럼프 대통령은 "수소차는 폭발 위험이 있다"며 안전성 문제를 제기했다. 이 같은 주장은 과학적 근거가 부족하지만, 그의 정치적 영향력은 대중과 투자자들에게 강한 영향을 미치고 있다. [미니해설] 머스크와 트럼프의 비판이 던지는 메시지 머스크와 트럼프의 수소차 비판은 기술적, 정치적, 경제적 논쟁의 새로운 장을 열었다. 머스크는 수소 연료의 생산 과정이 지나치게 자원 집약적이며, 이는 탄소 중립 목표와 상충된다고 강조했다. 또한 도요타의 수소차 '미라이'를 비판하며 BEV가 더욱 지속 가능한 기술이라고 주장했다. 트럼프는 "수소차의 폭발 위험성"을 언급하며 감정적이고 근거 없는 발언으로 수소차 기술을 비판했다. 그의 주장은 과학적으로 뒷받침되지 않지만, 기술 논쟁을 정치적 대립 구도로 확산시킨다. 수소차와 전기차, 글로벌 시장의 운명을 가를 양대 축 수소차 지지자들은 수소 연료 전지가 장거리 운송과 상용차 분야에서 높은 가능성을 지니고 있다고 본다. 특히, 수소는 저장 및 충전 시간에서 전기차 배터리에 비해 경쟁력을 갖추고 있다. 반면, 머스크와 같은 BEV 지지자들은 전기차가 에너지 효율성과 범용성에서 수소차를 앞선다고 주장한다. 현대차와 도요타의 대응 전략 현대차와 도요타는 글로벌 수소차 시장을 이끄는 선두주자다. 현대차는 2023년 1~7월 동안 세계 수소차 시장에서 3662대를 판매하며 38.1%의 점유율을 기록했으나, 전년 대비 점유율은 감소했다. 도요타는 같은 기간 1284대를 판매하며 22.8% 점유율을 보였다. 수소차 시장은 충전 인프라 부족과 높은 비용으로 인해 성장에 제약을 받고 있다. 그럼에도 불구하고, 현대차는 2030년까지 11조 원을 투입해 수소차와 연료 전지 기술 개발을 추진하고 있으며, 도요타는 BMW와 협력해 수소차 개발에 속도를 내고 있다. 미국의 행보가 미치는 글로벌 영향 미국은 청정 에너지 기술의 전환과 글로벌 자동차 산업의 중심에서 중요한 역할을 하고 있다. 머스크와 트럼프의 비판은 단순히 기술 논쟁에 그치지 않고, 전 세계 자동차 산업의 방향성과 청정 에너지 정책에도 영향을 미친다. 수소차와 전기차의 경쟁은 단기간에 결론 나지 않을 것이며, 향후 시장의 판도를 가를 주요 요소로 작용할 것이다. 청정 에너지 기술의 미래, 열린 가능성과 도전 과제 수소차와 전기차 간의 논쟁은 단순히 기술 선택의 문제가 아니라, 각국의 에너지 정책과 산업 전략, 환경 목표가 얽힌 복잡한 주제다. 머스크와 트럼프의 비판은 수소차 기술이 직면한 과제를 부각시키는 동시에, 전기차와의 경쟁이 단순한 우열 가리기를 넘어 더 큰 혁신을 촉진할 가능성도 시사한다. 현재로서는 수소차와 전기차 모두 각각의 강점과 약점을 지니고 있다. 수소차는 상용차와 장거리 운송 분야에서, 전기차는 대중 승용차와 충전 인프라 구축에서 강점을 보이며, 두 기술은 서로 다른 시장 요구를 충족할 잠재력을 갖고 있다. 수소차 기술의 성공 여부는 효율성과 안전성, 경제성을 동시에 충족시킬 수 있는 혁신적 해결책이 마련되는가에 달려 있다. 반면, 전기차는 급속한 시장 확대와 더불어 배터리 자원의 지속 가능성이라는 도전에 직면해 있다. 향후 청정 에너지 기술의 발전 방향은 단일 기술의 승리로 귀결되지 않을 가능성이 높다. 오히려 수소와 전기가 상호보완적 역할을 하며 글로벌 자동차 시장과 에너지 전환의 핵심 축으로 공존할 여지도 충분하다고 해야 할 것이다.
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미국, 수소차 기술에 전쟁 선포⋯머스크·트럼프 "위험한 도박" 주장
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[정책] 정부, 무탄소에너지 경제 성장 엔진으로⋯2033년까지 59조원 경제 효과 기대
- 산업통상자원부(이하 산업부)는 22일 서울 강남구 코엑스에서 산·학·연 전문가들이 참석한 가운데 공청회를 개최하고, 2024년부터 2033년까지 적용될 제5차 에너지기술개발계획안을 발표했다. 에너지법에 따라 5년마다 10년 단위의 에너지기술개발 중장기 로드맵을 수립하는 산업부는 이번 계획안에서 '탄소중립 및 에너지 안정성 확보를 위한 무탄소 에너지 생태계 조성'을 최상위 목표로 설정했다. 특히 주목할 만한 점은 원전, 재생에너지, 수소를 아우르는 무탄소 에너지 생태계 강화를 통해 2033년까지 59조원에 달하는 경제적 파급 효과를 창출할 것으로 기대된다는 점이다. 산업부는 소형모듈원자로(SMR, 발전 용량 30만㎾급)를 포함한 원전 기술 고도화, 태양광·풍력 등 재생에너지 확대, 수소 에너지 활용 등 다각적인 에너지 기술 개발을 통해 탄소중립 시대를 선도하고 국가 경쟁력 강화에 기여할 것으로 전망했다. 이번 공청회에서는 에너지 기술 개발 계획안에 대한 각계 전문가들의 의견을 수렴하고, 향후 계획안을 보완하여 최종 확정할 예정이다. 에너지 기술 자립화율 90% 목표 산업통상자원부는 제5차 에너지기술개발계획을 통해 에너지 기술 자립화율을 현재 80.6%에서 2033년까지 90%로 끌어올리겠다는 목표를 제시했다. 이는 핵심 에너지 기술의 국산화를 통해 에너지 안보를 강화하고, 국내 에너지 산업의 경쟁력을 제고하기 위한 전략이다. 이를 위해 산업부는 '무탄소 에너지 확대를 위한 기술 경쟁력 강화' 전략을 추진한다. 2035년 국내 최초 가동 예정인 소형모듈원자로(SMR) 건설 단가를 kWe(킬로와트)당 3500달러(약 490만원) 수준으로 낮춰 경제성을 확보하고, 원전 기술 고도화를 추진한다. 신재생에너지 경쟁력을 강화한다. 차세대 탠덤 태양전지 효율을 2033년까지 35%로 높이고, 해상풍력단지 이용률을 50%까지 향상시켜 재생에너지 발전 효율을 극대화한다. 아울러 청정수소 생산 및 활용 기술, 청정 화력 발전 기술의 국산화를 통해 에너지원 다변화를 추진한다. 또한 '유연하고 안정적인 에너지망 구축' 전략을 통해 만성적인 송전 제약 문제를 해결하고 에너지 저장 기술을 고도화하여 안정적인 에너지 공급망을 확보할 계획이다. 이와 더불어 에너지 사용 효율을 높이고, 혁신적인 연구개발(R&D) 생태계를 조성하는 전략도 병행 추진한다. 산업부는 이번 계획을 통해 탄소중립 목표를 달성하고 에너지 안보를 강화하는 동시에, 에너지 신산업 육성을 통한 경제 성장 및 일자리 창출에도 기여할 것으로 기대하고 있다.
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[정책] 정부, 무탄소에너지 경제 성장 엔진으로⋯2033년까지 59조원 경제 효과 기대
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[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.
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[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발
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현대차그룹, 창사 첫 외국인 CEO 선임…장재훈 부회장 승진
- 현대자동차그룹이 15일 장재훈 현대차 대표이사 사장을 부회장으로 승진시키고, 호세 무뇨스 현대차 글로벌 최고운영책임자(COO)를 신임 최고경영자(CEO)로 선임하는 등 대규모 사장단 인사를 단행했다. 이번 인사의 가장 큰 특징은 창사 이래 최초로 외국인 CEO가 탄생했다는 점이다. 스페인 출신의 호세 무뇨스 신임 CEO는 2019년 현대차에 미주 담당 사장으로 합류해 북미권역본부장 겸 COO를 역임하며 능력을 인정받았다. 현대차그룹은 무뇨스 CEO의 선임을 통해 글로벌 시장 공략에 박차를 가할 것으로 예상된다. 장재훈 사장은 현대차 부회장으로 승진했다. 2020년 12월 현대차 대표이사 사장에 오른 장 부회장은 4년 만에 부회장직에 올랐으며, 앞으로 상품 기획부터 공급망 관리, 제조·품질에 이르는 밸류 체인 전반을 관장할 것으로 알려졌다. 이로써 2022년 사실상 해체됐던 현대차그룹 부회장 체제가 부활하게 됐다. 현대차그룹은 이번 인사를 통해 글로벌 경영 환경 변화에 대응하고 미래 성장을 가속화하겠다는 의지를 드러냈다. 특히 북미 시장 공략 강화를 위해 주한 미국대사를 역임한 성 김 고문역을 사장으로 영입, 그룹 싱크탱크 수장에 임명했다. 성 김 사장은 대외협력과 국내외 정책 동향 분석, 홍보·PR 등을 총괄할 예정이다. 이 외에도 기아 국내생산담당 및 최고안전보건책임자(CSO) 최준영 부사장과 현대글로비스 대표이사 이규복 부사장이 각각 사장으로 승진했으며, 현대트랜시스 백철승 부사장은 대표이사에 내정됐다. 현대건설과 현대엔지니어링 대표이사에는 각각 이한우 주택사업본부장 전무와 주우정 기아 재경본부장이 선임됐으며, 현대케피코 대표는 오준동 기아 전동화생기센터장 상무가 부사장으로 승진해 맡게 됐다. 이번 인사는 현대차그룹의 세대교체와 함께 글로벌 경쟁력 강화를 위한 포석으로 풀이된다. 현대차그룹이 15일 단행한 사장단 인사의 핵심은 장재훈 현대차 사장을 부회장으로 승진시키고, 호세 무뇨스 글로벌 최고운영책임자(COO)를 신임 CEO로 임명한 것이다. 장 부회장은 2020년 정의선 회장 취임 후 처음으로 부회장 명단에 이름을 올렸다. 무뇨스 CEO는 현대차 설립 57년 만에 최초의 외국인 CEO라는 기록을 세웠다. 정 회장의 최측근으로 알려진 장 부회장의 승진은 정 회장이 실력과 성과를 중시하는 리더십을 바탕으로 자신의 경영 체제를 강화하려는 의도로 해석된다. 장재훈 사장의 리더십 아래 현대자동차는 지난해 연결 기준 역대 최고 매출액(162조 6636억 원)과 영업이익(15조 1269억 원)을 달성하며 현대차그룹의 글로벌 '빅3' 입지를 더욱 굳건히 하는 토대를 구축했다. 뿐만 아니라 그룹의 미래 성장 동력인 수소 사업까지 총괄하게 된 장 사장에게 정의선 회장이 뛰어난 실적을 바탕으로 더 큰 권한을 부여하기 위해 부회장으로 승진시켰다는 분석이 나온다. 이번 인사로 2021년 윤여철 부회장 퇴임 이후 공석이었던 현대차 부회장 자리가 3년 만에 다시 채워졌다. 정 회장 취임 후 첫 부회장 승진 인사이기도하다. 무뇨스 CEO 선임과 성 김 고문의 사장 승진은 도널드 트럼프 미국 대통령 당선으로 인해 더욱 불확실해진 국제 정세에 적극적으로 대응하려는 정 회장의 의지가 반영된 것으로 분석된다.
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현대차그룹, 창사 첫 외국인 CEO 선임…장재훈 부회장 승진
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[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.
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[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 이유는?
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
- 지구에서 430광년 떨어진 황소자리 분자 구름 내에 위치한 심우주에서 거대 복합 탄소가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 천체화학의 오랜 미스터리, 즉 '생명의 핵심 구성 요소인 탄소가 어디에서 왔는가'를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 추가 단서를 제공할 것으로 기대된다. 피렌(pyrene)이라고 불리는 이 분자는 탄소의 4개의 융합된 평면 탄소 고리로 구성되어 있다. 따라서 다환 방향족 탄화수소(PAH)로 분류되며, 이는 가시 우주에서 가장 풍부한 복합 분자 중 하나다. PAH는 1960년대에 탄소질 콘드라이트로 알려진 운석에서 처음 발견되었는데, 이는 우리 태양계를 형성한 원시 성운의 잔해이다. 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학과 브렛 맥과이어 교수는 "별과 행성 형성의 큰 의문 중 하나는 초기 분자 구름에서 추출한 화학 물질 중 얼마나 많은 부분이 유전되어 태양계의 기본 구성 요소를 형성하는가 하는 것이다"라고 말했다. PAH는 우주에서 발견되는 탄소의 약 20%를 차지하는 것으로 추정되며, 별의 형성에서 사멸까지의 별의 일생 여러 단계에서 존재한다. PAH는 자외선(UV) 방사선에 대한 안정성과 복원력으로 인해 심우주의 혹독한 환경에서도 생존할 수 있다. 연구진은 지구 근처에서 발견된 소행성 류구(Ryugu)로부터 수집한 샘플에서 피렌이 높은 수준으로 발견된 후, 황소자리 구름에서도 다른 PAH를 찾기 시작했고 이번에 복합 탄소 분자를 발견하게 된 것이다. 태양계의 발상지에서 이런 분자를 발견한 것은 천문학자들이 오랫동안 찾아왔던 직접적인 연결 고리를 제공한다. 맥과이어는 "이는 초기 분자 구름에서 나온 이 물질이 우리 태양계를 구성하는 얼음, 먼지 및 암석체로 들어간다는 매우 강력한 증거"라고 설명했다. 이 발견은 전파 천문학을 이용한 것으로, 전파 천문학은 별, 행성, 은하, 먼지 구름과 같은 천체를 전파의 파장으로 관찰하는 천문학의 주요 분야다. 천문학자들은 다양한 천체에서 발생하는 전파를 연구함으로써 특정 대상의 구성, 구조 및 운동을 파악한다. 우주에서 분자를 식별하는 데 사용되는 다른 장비와 비교해, 전파 망원경은 일반 분자 그룹이 아닌 개별 분자를 관찰할 수 있는 기능을 제공한다. 전파 망원경은 분자가 특정 주파수에서 방출하거나 흡수하는 전자기파의 고유한 ‘지문(특성)’을 감지하고 출력한다. 각 분자는 고유한 회전 및 진동 에너지 레벨을 갖는다. 특성 전파는 분자가 이러한 레벨 사이를 전환할 때 생성된다. 전파 망원경은 이를 탐지해 연구에 제공하는 것이다. 이번 탄소 분자에 대해 UBC 화학과의 일사 쿡 교수는 "이는 2021년 처음 발견한 이후 우주에서 확인된 일곱 번째 개별 PAH"라고 말했다. 그는 "PAH는 생명의 구성 요소와 유사한 화학 구조를 갖고 있다. 이 분자가 어떻게 형성되고 우주로 운반되는지에 대해 더 많이 알게 되면 우리 태양계와 그 안의 생명에 대해 더 많이 알게 될 것이다"라고 부연했다. 태양계의 기원지에서 피렌을 발견한 것 외에도, 연구팀에게 더욱 흥미로웠던 것은 구름의 온도가 단지 10켈빈(섭씨 영하 263도)으로 측정되었다는 사실이다. 지구에서 PAH는 화석연료의 연소와 같은 고온 과정을 통해 형성된다. 따라서 이 추운 환경에서 PAH를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 쿡 교수는 "향후 연구는 PAH가 극도로 추운 곳에서 형성될 수 있는지, 아니면 우주의 다른 곳에서 오래된 별의 죽음을 통해 형성돼 이동할 수 있는지 여부를 탐구하는 것이 목표"라고 말했다.
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어
- 토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어
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삼성전자, '탄소 제로' 반도체 공장 만든다…친환경 기술 개발 박차
- 삼성전자가 지속가능한 반도체 사업을 위해 새로운 친환경 탄소 포집 기술을 도입한다. 황경순 삼성전자 SAIT(옛 삼성종합기술원) 에어사이언스 리서치센터장(부사장)은 18일 부산 벡스코에서 열린 한국화학공학회 추계학술대회에 기조강연자로 나서 반도체의 지속가능성을 위한 센터의 비전을 소개했다. 황 센터장은 "기존 탄소 포집 기술은 공간 효율성이 낮고 인체 유해한 물질도 배출할 가능성이 있어 도심에 위치한 반도체 사업장에 적합하지 않다. 따라서 친환경적이고 소형화된 탄소 포집 기술을 개발하는 것이 목표"라며 새로운 탄소 포집 기술의 중요성을 강조했다. 삼성의 에어사이언스 리서치 센터는 2022년 SAIT 내 미세먼지연구소와 탄소포집활용센터를 결합해 설립됐다. 황 센터장은 탄소중립 분야 권위자로, 미국 텍사스대 교수직을 휴직하고 지난해 6월 부임했다. 그는 "환경적 지속 가능성이 기업의 중요한 과제로 부상하면서, 글로벌 IT 기업들이 2030년 탄소중립을 선언하는 추세"라며 이러한 움직임은 삼성에도 영향을 미치고 있다고 전했다. 삼성은 2022년 새로운 환경 경영 전략을 발표하고 2050년 탄소 중립을 목표로 설정했다. 이를 위해 반도체 업계 최초로 탄소 포집 연구 센터를 설립하고 관련 기술 개발에 적극적으로 나서고 있는 것. 황 센터장은 "배출되는 탄소를 포집하여 활용하고, 2040년까지 오염 물질 배출량을 자연 상태 수준으로 맞추는 목표를 설정했다. 이는 기존 기술의 한계를 극복해야 하는 어려운 과제다. 따라서 저희 센터는 이러한 목표 달성을 위해 새로운 기술 개발에 주력하고 있다"고 밝혔다. 이어 "배출가스 저감을 위해 현재 95%인 RCS(공정가스 통합처리시설)의 불소 함유 가스 제거율을 100%까지 높이고, 질소산화물(NOx) 배출 농도는 20ppm에서 0.03ppm 수준으로 낮추는 것을 목표로 하고 있다"고 설명했다. 또한 공정 중 발생하는 가스를 즉시 플라즈마를 이용해 제거하는 POU 기술 개발과 이를 RCS와 결합하는 연구도 진행하고 있다고 덧붙였다. 아울러 "수소 분야에서는 중국이 주도하는 알칼리 수전해 기술이나 고가의 촉매를 사용하는 PEM 방식 대신, SOEC(고체산화물수전해) 기술 개발에 집중하고 있다. 특히 전극 계면 및 촉매 열화 문제 해결에 주력하고 있다"고 전했다. 그러면서 황 센터장은 "개발 중인 CCU(탄소 포집·활용) 기술을 반도체 사업장뿐 아니라 전 사업장과 협력사까지 확대 적용할 계획이다. 또한, 이 기술을 활용하여 신사업 창출을 지원하고, DS(디바이스솔루션) 사업 경쟁력 강화는 물론 사회 공헌에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. PEM 방식이란? 수소 분야에서 중국이 사용하고 있는 PEM 방식은 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 즉 양성자 교환막 연료 전지를 말한다. 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 연료 전지의 한 종류로, 다른 연료 전지 기술에 비해 높은 에너지 효율과 낮은 작동 온도를 갖는 장점이 있다. 그러나 백금 등 고가의 촉매를 사용해야 하고, 내구성이 낮으며 연료 순도에 민감한 단점이 있다. SOEC 방식이란? 삼성에서 중점을 두고 있는 SOEC는 'Solid Oxide Electrolyzer Cell'의 약자로, 고체산화물 수전해 전지라고 한다. 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 기술 중 하나로 고온에서 작동하는 것이 특징이다. 기존의 수전해 기술에 비해 효율이 높고 다양한 에너지원을 활용할 수 있어 차세대 수소 생산 기술로 주목받고 있다. 장점으로는 고온 작동으로 인해 전기 에너지 소비량이 작소, 수소 생산 효율이 높다. 전기 외에도 열에너지를 직접 활용할 수 있어 폐열이나 태양열 등 다양한 에너지원을 사용할 수 있다. 고순도의 수소를 생산할 수 있어 추가적인 정제 과정이 필요하지 않다. 재생에너지를 사용할 경우 이산화탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있다. 단점으로는 고온 작동으로 인해 내구성 확보 및 소재 개발에 어려움이 있다. 또한 고온에 도달하는 시간이 필요해 시동 시간이 느리다. 게다가 고온 작동 환경 구축 및 소재 개발 비용이 높다. SOEC의 활용도는 다양하다. 재생에너지, 원자력 발전소 등과 연계해 대규모 수소를 생산할 수 있다. 또한 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 수소 생산에 활용할 수 있다. 더 나아가 잉여 전력을 이용하여 수소를 생산하고 저장하는 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.
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삼성전자, '탄소 제로' 반도체 공장 만든다…친환경 기술 개발 박차
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최상목 부총리, 포스코 73조 투자 지원 약속…녹색국채 발행 검토
- 최상목 부총리 겸 기획재정부 장관은 17일 포스코 포항제철소를 방문하여 포스코 측과 간담회를 갖고, 수소환원제철 등 신산업 분야를 포함한 73조원 규모의 투자 계획에 대한 적극적인 지원을 약속했다. 이날 간담회에는 강도형 해양수산부 장관, 산업통상자원부 1차관, 과학기술정보통신부 과학기술혁신조정관 등이 참석했으며, 포스코 측에서는 정기섭 포스코홀딩스 대표이사, 유병옥 포스코퓨처엠 대표이사 등이 자리했다. 최 부총리는 "체감경기 회복과 지속적인 성장동력 확보를 위해 신속하고 적극적인 투자가 중요하다"며 범부처 투자지원체계를 가동해 기업 투자를 뒷받침하겠다고 강조했다. 정부는 지난해 11월과 올해 3월 두 차례에 걸쳐 투자 활성화 방안을 발표하고, 약 93조원 규모의 투자 사업을 지원하고 있다. 이를 통해 해상교통안전진단 면제 등 수소환원제철 사업의 행정 절차를 11개월 줄였다고 언급했다. 친환경 투자를 장려하기 위한 녹색금융을 6조원에서 9조원으로 늘리고, 탄소 중립 핵심 기술 연구 개발(R&D)에 대한 재정적 지원도 2조원에서 2조2000억원으로 증액할 계획이다. 기업들이 배출권을 자유롭게 활용할 수 있도록 배출권 이월 규제 및 변동성 관리 체계 등에 대한 제도 개선도 올해 안에 추진한다. 국가전략기술에 대한 세금 감면 혜택 기한 연장도 추진하는 등 새로운 기술 개발도 적극적으로 돕는다. 포스코가 주도하는 수소환원제철 기술은 올해 2월 국가전략기술로 지정됐다. 정부는 포스코의 투자 계획이 차질 없이 이행될 수 있도록 해상교통안전진단 면제 등 수소환원제철 프로젝트 행정절차를 간소화하고, 친환경 투자 촉진을 위한 녹색금융 지원 규모를 확대할 방침이다. 포항 이차전지 산업단지에는 올해 포항 영일만 일반산업단지 용수 공급 시설 설치 등에 154억원을 지원한다. 내년에는 포항 블루밸리 산업단지의 염분 제거 처리수 지하 배관 설치를 위해 72억원을 추가로 투입한다. 또한 공급망 안정화 기금을 활용하여 이차전지 소재 관련 포스코그룹 4개 회사의 공급망 안정화를 위한 추가 투자에 대해서는 낮은 금리 지원도 약속했다. 녹색국채 발행 검토 이와 더불어 정부는 세계국채지수(WGBI) 편입에 따라 녹색국채 발행을 검토하고 있다고 밝혔다. 녹색국채는 조달 자금을 친환경 프로젝트 및 인프라 투자 사업에 사용하도록 한정한 국채로, 정부는 탄소 감축활동 지원 등을 목적으로 재원을 조성하여 기후대응기금 재원으로 활용하는 방안 등을 검토 중이다. 최 부총리는 "녹색국채 발행을 통해 친환경 투자 재원을 확보하고 선진 국채시장에 안착할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 또한 최 부총리는 이달 말 종료되는 유류세 인하 조치 연장 여부에 대해 "국내외 유가, 가계 부담 등을 고려하여 종합적으로 결정할 것"이라고 밝혔다. 정부는 간담회에서 논의된 내용을 반영하여 3차 투자 활성화 대책을 다음 달 발표할 예정이다. 수소환원제철이란? 한편, 수소환원제철은 철광석에서 철을 생산할 때, 석탄 대신 수소를 사용하는 기술이다. 기존의 제철 방식은 석탄을 태워 발생하는 일산화탄소로 철광석을 환원시키는데, 이 과정에서 이산화탄소가 대량 배출된다. 반면 수소환원제철은 수소를 환원제로 사용하기 때문에 이산화탄소 대신 물이 생성되어 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 수소환원제철 방식으로 철강을 생산하면 이산화탄소 배출량을 최대 97%까지 절감할 수 있다. 아울러 녹색 철강 생산을 통해 친환경적인 기업으로 이미지를 개선할 수 있다. 또한 탄소 규제 강화에 대비하고 미래 철강 시장을 선점할 수 있다. 수소환원제철은 아직 상용화 단계는 아니지만 탄소 중립 시대를 맞아 철강 산업의 지속 가능성을 위한 필수적인 기술로 주목받고 있다. 그러나 새로운 설비 도입과 인프라 구축에 막대한 비용이 필요하다. 게다가 대량의 수소를 안정적으로 공급 받는 게 중요하다. 높은 기술적 난이도 등 여러 과제들을 해결하기 위해 지속적인 연구 개발과 투자, 정부의 적극적인 지원이 필요하다.
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최상목 부총리, 포스코 73조 투자 지원 약속…녹색국채 발행 검토
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수출입은행, 청정수소 산업 육성 위한 금융 지원 확대⋯"선도국가 도약 발판"
- 한국수출입은행(이하 '수출입은행')이 대한민국을 청정수소 선도국가로 도약시키기 위한 핵심 전략으로 수소 산업 밸류체인 전반에 대한 금융지원 강화에 나섰다. 17일 수출입은행은 국내 기업의 글로벌 경쟁력 확보와 탄소 감축 목표 달성을 위해 수소 생산, 저장, 운송, 활용에 이르는 전 과정에 대한 금융 지원을 확대한다고 발표했다. 이번 지원 방안의 핵심은 대출 한도 확대 및금리 수수료 우대 정책이다. 수출입은행은 수소 관련 사업에 대한 대출 한도를 최대 10%까지 확대하고, 기업 규모에 따라 금리 및 수수료 감면 혜택을 제공하여 기업들의 자금 부담을 완화할 계획이다. 이를 통해 국내 기업들이 글로벌 수소 시장에서 경쟁 우위를 확보하고, 청정수소 생태계 조성에 적극적으로 참여할 수 있도록 지원한다는 방침이다. 특히, 수소 산업 생태계 기반 조정을 위한 초기 단계 사업 발굴에도 적극적으로 나선다. 시업 타당성 조사 지원 대상 사업 선정시 수소 분야 사업에 가점을 부여하여 초기 사업 개발과 잠재력있는 사업군 확보를 지원한다. 이는 미래 성장 동력으로 주목받는 청정수소 산업의 발전을 가속화하고, 관련 산업 생태계를 조성흐는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 수출입은행 관계자는 "수소 경제 활성화는 탄소 중립 시대를 향한 필수적인 과제"하며, "수충입은행은 기업들의 수요에 부응하는 맞춤형 금융 지원을 통해 국내 청정수소 산업의 경쟁력 강화와 지속 가능한 성장을 뒷받침할 것"이라고 강조했다. 청정수소란 무엇인가? 한편, 청정수소는 생산과정에서 탄소를 거의 배출하지 않는 수소를 말한다. 수소는 생산 방식에 따라 색깔로 구분되는 데, 청정수소는 그린수소와 그레이수소, 블루수소를 포함한다. 먼저 그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지로 생산한 전기를 이용해 물을 전기 분해하여 생산하는 수소다. 탄소 배출이 없어 가장 이상적인 청정수소로 꼽힌다. 그레이수소는 수소 생산 과정에서 이산화탄소(CO₂)가 발생하는 수소를 말한다. 이러한 방식으로 생산되는 수소는 부생수소, 천연가수 개질 등이 있다. 한국중부발전에 따르면 부생수소는 석유화학 공정이나 철강을 만들 때 발생하는 부산물로 나오는 수소를 말한다. 천연가스 개질은 천연가스를 고온·고압의 수증기로 분해해 수소를 만드는 방식으로 수소 1kg를 생산하는 데 10kg의 이산화탄소가 배출된다. 반면, 블루수소는 천연가스 등 화석 연료를 개질하여 수소를 생산하는 과정(그레이수소 생산 과정)에서 발생하는 이산화탄소를 포집·저장·활용(CCUS) 기술을 통해 탄소를 제거해 생산하는 수소다. 그린수소에 비해 비용이 저렴하지만, CCUS 기술의 완성도에 따라 탄소 배출량이 달라질 수 있다. 높은 성장성 청정수소 산업의 미래는 매우 밝다고 할 수 있다. 전 세계적으로 기후 변화 대응과 탄소 중립 달성을 위해 청정에너지로의 전환이 가속화되면서, 청정수소는 미래 에너지 핵심 요소로 주목받고 있다. 맥킨지 보고서에 따르면, 2050년 전 세계 수소 시장 규모는 약 2940조원에 달할 것으로 예상된다. 특히 청정수소는 정체 수소 시장의 60% 이상을 차지할 것으로 전망된다. 다양한 활용성 청정수소는 전력생산과 운송 연료, 철강이나 화학 등 다양한 분야에서 산업 연료로 활용될 수 있다. 수소는 연료전지를 통해 전력 생산에 활용될 수 있으며 석탄 화력 발전소를 대체해 온실가스 감축에 기여할 수 있다. 또한 수소전기차, 수소트럭, 수소열차, 수소선박, 수소드론 등 다양한 운송 수단의 연료로 사용될 수 있다. 그밖에 철강이나 화학, 시멘트 등 탄소 배출이 많은 산업 공정에서 탄소를 대체하는 원료 및 연료로 사용될 수 있다. 건물에서도 수소의 활용성은 뛰어나다. 가정이나 건물용 연료 전지 시스템에 수소를 활용해 전력과 열을 공급하는 친환경 건물을 구현할 수 있다. 한국 정부는 2019년 '수소 경제 활성화 로드맵'을 발표하고, 수소 생산, 저장, 운송, 활용 등 전 분야에 걸쳐 지원 정책을 추진하고 있다. 미국, 유럽연합(EU), 일본, 중국 등 주요 국가들도 청정수소 산업 육성을 위한 정책과 투자를 확대하고 있다.
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- 산업
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수출입은행, 청정수소 산업 육성 위한 금융 지원 확대⋯"선도국가 도약 발판"
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[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.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
- 태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
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[우주의 속삭임(64)] 허블 우주망원경, 블랙홀 빔이 별의 폭발 촉진 밝혀
- 천문학자들이 NASA/ESA(미 항공우주국/유럽우주국) 허블 우주 망원경을 통해 거대한 은하의 중심에 있는 초거대 블랙홀에서 토치처럼 분출하는 제트 빔이 별의 폭발을 촉진하는 것으로 보인다는 사실을 발견했다. '신성(novae)'이라고 불리는 이 별은 제트 빔 인근에 존재하면서 빔과 밀접하게 상호 작용하는 것으로 보인다. 이 연구는 arXiv에 게재됐다. 연구팀을 이끈 스탠포드 대학의 알렉 레싱 박사는 "무슨 일이 벌어지는지는 불확실하지만 매우 흥미로운 발견이다. 이것은 블랙홀 제트 빔이 주변 천체와 상호 작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 말했다. 신성의 폭발은 노후화된 정상적인 별이 타버린 백색 왜성 동반성 위로 수소를 쏟아붓는 이중성계에서 일어난다. 왜성이 1마일(1.6km) 깊이로 수소 표층을 가득 채우면, 그 표층은 거대한 핵폭탄처럼 폭발한다. 단 왜성은 신성 폭발로 인해 파괴되지 않는다. 폭발로 표층의 수소를 분출한 후 원상태로 돌아가 신성 폭발 주기가 다시 시작된다. 연구팀은 허블 망원경을 통한 조사기간 동안, 거대 은하의 다른 곳보다 제트 빔 근처에서 두 배나 많은 신성 폭발을 발견했다. 제트 빔은 소용돌이치는 물질로 이루어진 원반으로 둘러싸인 65억 태양 질량의 중앙 블랙홀에 의해 발사된다. 블랙홀은 거의 빛의 속도로 우주를 가로지르는 3000광년 길이의 플라스마 제트 빔을 발사했다. 높은 에너지의 빔에 걸린 것은 무엇이든 끓거나 타오를 것이다. 빔에 걸리지 않아도 근처에 있는 신성과 같은 존재들이 위험한 것은 마찬가지다. 제트 빔 근처에서 두 배나 많은 신성이 발견되었다는 것은 빔 근처에 신성을 형성하는 이중성계가 두 배 많거나, 이들 행성계가 은하계의 다른 곳에 있는 유사한 성계보다 두 배 더 분출한다는 것을 의미한다. 레싱 박사는 "제트 빔이 주변 지역을 떠도는 별에 뭔가 영향을 미치고 있음은 분명하다. 제트 빔이 수소 연료를 백색 왜성에 쏟아부어 왜성이 더 자주 분출하게 하는 것일 수도 있다"고 추정했다. 연구팀이 추정한 또 다른 시나리오는 제트 빔이 왜성의 동반성을 가열해 왜성으로 더 많은 수소를 공급한다는 것이다. 그러나 연구팀은 이 정도로는 신성 폭발을 일으킬 만큼의 충분한 수소 공급이 이루어지지 않는다고 결론지었다. 1990년 허블 관측이 시작된 직후, 천문학자들은 1세대 카메라(FOC)를 사용해 괴물 블랙홀이 숨어 있는 M87의 중심부를 관측했다. 당시에도 학자들은 블랙홀 주변에서 비정상적인 일이 일어나고 있다는 것을 발견했었다. 그러나 FOC의 시야가 너무 좁아서 더 이상의 큰 진전은 이루어지지 않았다. 그러나 광시야 카메라로 재무장한 허블 망원경은 1년에 가까운 기간 동안 새로운 정보를 다량 제공했다. 연구팀은 5일마다 M87을 들여다보고 이미지를 촬영했다. 모든 M87 이미지를 통합해 M87의 가장 자세한 이미지를 도출했다. 그 결과 카메라가 포착할 수 있는 M87의 3분의 1의 영역에서 94개의 신성을 발견됐다. 알려진 모든 신성을 M87 이미지에 표시하면 제트 빔을 따라 신성이 대거 집중해 있다는 것이 나타난다. 데이터에 의한 통계 분석과 이미지로 확인된 것이다. ESA 연구원인 키아라 서코스타는 "우리는 흥미롭지만 당혹스러운 현상을 목격하고 있다"면서 "블랙홀의 제트 빔이 은하와 상호 작용하고, 잠재적으로 별 형성에 영향을 미치는 방식을 더 깊이 이해할 수 있다는 점에서 소중한 발견"이라고 강조했다. 신성은 우주에서 매우 흔하게 발생한다. 매일 M87 어딘가에서 신성이 하나씩 폭발한다. 관찰 가능한 우주 전체에 적어도 1000억 개의 은하가 존재하기 때문에, 우주 어딘가에서 매초 약 100만 개의 신성이 폭발하고 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(64)] 허블 우주망원경, 블랙홀 빔이 별의 폭발 촉진 밝혀
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[우주의 속삭임(60)] 달 표면 전체에서 물의 흔적 발견
- 달은 물에 관한 한 다크호스일 수 있다. 의외의 결과를 가져올 수 있다는 의미다. 달의 광물 지도에 대한 새로운 분석에 따르면, 물과 수소와 산소로 구성된 또 다른 분자인 ‘수산기(산소 원자 하나와 수소 원자 하나로 구성됨)'는 달의 모든 위도와 지형에 걸쳐 여러 위치에서 발견될 수 있으며, 심지어는 태양이 가장 강력하게 비추는 곳에서도 나타날 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이는 여러 가지 의미를 내포하고 있는 발견이다. 달의 지질학적 역사와 진행 중인 과정을 이해하고, 지구의 달에 대한 유인 우주 임무에 정보를 제공할 수 있다. 행성과학연구소(Planetary Science Institute)의 로저 클라크 박사는 "미래의 우주인은 달에서 물이 풍부한 지역을 활용하고 달의 적도 근처에서도 물을 찾을 수 있을 것이다. 과거에는 극지방, 특히 극지방의 짙은 그늘진 분화구에서만 물이 발견될 수 있다고 생각했지만 이제는 다르다"고 말했다. 달은 건조하고 습기가 없는 천체로 보인다. 어떤 면에서는 그렇기도 하다. 표면에는 웅덩이에 고여진 물이 없다. 호수나 강도 없다. 그러나 연구에 따르면, 달에는 물이 숨겨져 있다는 사실이 많이 나타나고 있다. 그렇다면 달에는 물이 어디에 숨겨져 있을까. 과거의 연구에 따르면, 고위도의 달 분화구 깊은 곳에 많은 양의 물이 있을 수 있다. 분화구 같은 깊은 곳은 태양의 직사광선과 열에 노출되지 않으므로 수 미터 두께의 얼음이 쌓여 있을 수 있다는 것이다. 최근 다른 연구에 따르면, 달의 다른 부분에도 물이 있을 수 있는 것으로 나타난다. 이번 클라크 연구팀의 분석 결과도 이를 뒷받침한다. 물과 수산기는 달 표면의 암석과 흙을 형성하는 광물에 결합되어 달에서 매우 풍부한 것으로 보인다는 것이다. 연구팀은 2008년과 2009년에 달을 공전한 찬드라얀-1 우주선의 달광물학매퍼(M3) 장비에서 얻은 데이터를 이용해 달의 분광 이미지를 수집했다. 이 데이터로 달에서 반사된 적외선을 기록하여 물과 수산기와 일치하는 스펙트럼의 색상을 찾아냈다. 연구팀은 물과 수산기가 달의 모든 위도에서 찾을 수 있다는 사실을 발견했지만, 달의 암석에서는 분자가 덜 풍부한 것으로 나타났다. 그러나 운석 등의 충돌 중에 파내어진, 물이 풍부한 암석은 충돌이 발생하는 모든 곳에서 발견될 수 있다. 물은 한곳에 영원히 머물지 않는다. 연구진은 달 표면의 물이 분화구 형성 과정에서 노출된 후 수백만 년에 걸쳐 태양풍의 복사에 의해 서서히 파괴된다는 사실을 발견했다. 그러나 이 과정에서 수산기가 남는다. 수산기는 또한 태양풍에 의해 생성되며, 이 태양풍은 달 표면에 태양 수소를 증착시키고, 이 수소는 그곳에서 산소와 결합해 분자를 생성할 수 있다. 클라크는 "모든 증거를 종합해 보면, 달의 표면은 지질이 복잡하며, 지하에는 상당한 양의 물이 있고, 표면층에는 수산기 층이 있다"면서 "분화구 형성과 화산 활동은 모두 물이 풍부한 물질을 표면으로 올릴 수 있으며, 이 모두가 달 데이터에서 관찰됐다"고 지적했다. 연구팀은 또한 화성암의 일종인 휘석의 물 특징이 햇빛이 닿는 각도에 따라 변한다는 것도 발견했다. 이는 달의 수수께끼를 정리해준다. 과학자들은 그동안 이 변화의 특징을 관찰해 왔지만, 그것이 무엇을 의미하는지 알지 못했다. 그것은 마치 물이 달에서 움직이고 있음을 암시하는 듯했다. 팀이 만든 지도는 달의 또 다른 수수께끼인 '달의 소용돌이'에 대한 추가 정보도 제공한다. 이는 달 표면에서 이상하게 소용돌이치는 패턴이며, 전문가들은 확실치 않지만 자기장이 역할을 할 수 있다고 추정한다. 클라크 연구팀은 소용돌이에 물이 거의 없다는 것을 알아냈다. 연구팀은 이 소용돌이가 물의 흔적만 남긴 고대 소용돌이일 수 있다고 보고 있다. 이번 연구는 달의 소용돌이의 실체를 알아내는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 행성과학저널(The Planetary Science Journal)에 게재된 이 연구는 달을 탐사하는 우주인들에게 물 공급이 가능할 수 있음을 시사한다. 수산기가 풍부한 미네랄을 처리함으로써 미래의 우주인은 실제로 돌에서 물을 추출할 방법을 찾을 수 있을 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(60)] 달 표면 전체에서 물의 흔적 발견
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[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환
- 햇빛을 활용해 유해한 온실 가스인 메탄과 이산화탄소를 상온에서도 유용한 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 캐나다 맥길 대학교 연구팀이 햇빛을 이용해 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 유용한 화학물질인 '녹색 메탄올'과 '일산화탄소'로 전환하는 혁신적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이 기술은 기후변화 문제 해결과 지속 가능한 산업 발전에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 금, 팔라듐, 질화갈륨, 혼합물을 촉매로 사용해 햇빛에 노출시키면 이산화탄소의 산소 원자가 메탄 분자에 결합하여 '녹색 메탄올'을 생성하는 반응을 유도했다. 이 과정에서 부산물로 일산화탄소로 생성된다. 녹색 메탄올은 재생 가능한 에너지원이나 바이오매스를 활용하여 생산되는 친환경 메탄올이다. 일반적인 메탄올은 화석 연료를 통해 생산되는데, 이 과정에서 많은 양의 온실 가스가 배출된다. 반면, 녹색 메탄올은 탄소 배출을 최소화하거나 아예 배출하지 않는 방식으로 생산되기 때문에 탄소 중립을 위한 중요한 에너지원으로 주목받고 있다. 녹색 메탄올은 선박이나 자동차의 연료로 사용가능하며, 기존 화석 연료보다 탄소 배출량이 적다. 또한 플라스틱이나 합성 섬유 등 다양한 화학제품의 원료로 사용된다. 게다가 수소보다 안전하고 쉽게 저장하고 운송할 수 있어 에너지 저장 매체로도 활용될 수 있다. 맥길 화학과 박사후 연구원 후이 수(Hui Su)는 "자동차에서 나오는 배기가스나 공장에서 나오는 배출물이 햇빛의 도움으로 차량용 청정 연료, 일상적인 플라스틱의 구성 요소, 배터리에 저장된 에너지로 전환되는 상상을 해보자"며 "이것이 바로 새로운 화학 공정이 가능하게 하는 변화의 종류"라고 말했다. 연구팀의 새로운 빛 기반 화학 공정은 상온에서 한 번의 반응으로 메탄과 이산화탄소를 녹색 메탄올과 일산화탄소로 전환한다. 팀은 전환된 두 가지 모두 화학 및 에너지 분야에서 높은 가치를 지닌다고 말했다. 연구를 이끈 차오준 리 교수는 "풍부한 태양 에너지를 활용하여 두 가지 온실 가스를 유용한 제품으로 재활용할 수 있다. 이 과정은 상온에서 진행되며 다른 화학 반응에서 사용되는 고온이나 유해 화학 물질이 필요하지 않다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. 맥길 대학교 연구팀은 이 기술이 탄소 중립 목표 달성과 환경 문제를 지속 가능한 미래를 위한 기회로 전환하는데 기여할 것이라고 전망했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환
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현대차·GM, EV 등 차세대 차량 공동 개발 합의
- 현대차와 미국 GM은 12일(현지시간) 전기자동차(EV)와 소프트웨어 등 차세대차량, 클린에너지 기술 등 분야에서 협력관계를 모색키로 합의했다고 발표했다. 양사는 차량의 공동개발과 제조및 부품조달에서 협력하고 비용절감과 효율화를 목표로 이날 구속력 없는 양해각서(MOU)를 체결했다. 양사는 보완적인 규모와 강점을 살려 비용을 줄이고 보다 폭넓은 차종과 기술을 더 빨리 제공하는 방법을 검토하기로 했다. 또한 양사는 승용차와 상용차, 내연엔진, 클린에너지, 전동∙수소기술의 공동개발과 생산이 헙업 프로젝트의 중심이 될 가능성이 있다고 언급했다. 양사는 배터리 원료와 철강 등 분야에서의 공동조달 가능성도 검토하며 구속력 있는 합의를 위해 기회와 진전에 대해 즉각 평가를 개시키로 했다. 이에 앞서 GM과 혼다는 지난해 10월 저가EV 공동개발 계획을 철회했다고 밝혔다. 양사는 지난 2022년 EV 대기업 테슬라에 대항하기 위해 50억 달러를 투자해 협력하기로 합의했다.
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- 산업
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현대차·GM, EV 등 차세대 차량 공동 개발 합의
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[우주의 속삭임(55)] 새로운 고밀도 토성 외계 행성 발견
- 인도 아메다바드(Ahmedabad)에 소재한 물리연구소(PRL: Physical Research Lab)의 천문학자들이 통과 외계 행성 조사 위성(TESS: Transiting Exoplanet Survey Satellite) 관찰에서 상대적으로 밀도가 높은 새로운 토성 외계 행성을 발견했다고 PHYS가 전했다. 이 발견은 '천문학 및 천체물리학 저널(Astronomy & Astrophysics journal)'에 발표됐다. TESS는 외계 행성을 찾기 위해 태양 근처에서 가장 밝은 별 약 20만 개를 대상으로 조사를 진행하고 있다. 지금까지 7200개가 넘는 후보 외계 행성(TESS 관심 대상, 또는 TOI)을 찾아냈으며, 그중 545개가 최종 확인됐다. PRL의 산제이 발리왈 천문학자 팀은 이번에 TESS가 모니터링한 또 다른 TOI를 찾아냈다. 그들은 TOI-6651(관심 대상 외계 행성의 번호를 의미)의 빛 곡선에서 통과 신호를 발견했는데, TOI-6651은 약 690광년 떨어져 있으며, 37억 년 된 것으로 추정되는 준거성 G형 별이다. 이 신호의 행성적 특성은 지상 시설을 사용한 후속 관측을 통해 확인됐다. 연구팀은 논문에서 금속이 풍부한 G형 준거성 별을 통과하는 밀도가 높은 토성 외계 행성 TOI-6651 b의 발견과 특성화를 발표했다고 밝혔다. 연구에 따르면 TOI-6651 b의 반지름은 지구 반지름의 약 5.09배이며 질량은 지구의 61배에 달한다. 이는 입방센티미터 당 2.52g 수준의 체적 밀도이며 지금까지 TESS로 감지된 토성 외계 행성 중 가장 밀도가 높다. TOI-6651 b는 또한 0.09의 이심률로 궤도를 5.05일마다 공전하며, 궤도에서 약 0.06AU의 거리를 두고 있다. 행성의 평형 온도는 1493K로 추정된다. 연구팀은 TOI-6651 b의 핵질량이 지구 질량의 약 53배라고 추정했다. 팀은 이 행성이 주로 암석과 철과 같은 밀도가 높은 물질로 구성되어 있으며, 이들 물질이 전체 질량의 약 87%를 차지한다고 예상했다. 나머지 질량은 저밀도 수소와 헬륨 외피로 구성될 가능성이 가장 높다고 밝혔다. 모항성인 TOI-6651의 경우 반지름은 약 1.32 태양 반경이며, 질량은 1.72 태양 질량이다. 이 별의 유효 온도는 5940K이고 금속성은 0.225덱스로 측정됐다. 연구팀은 결과를 요약하면서 TOI-6651 b의 특이한 특성이 알려진 행성 형성 이론에 이의를 제기하고 있다고 강조했다. 천문학자들은 "TOI-6651 b의 존재는 기존의 행성 형성 이론에 도전하는 것으로, 병합 과정이나 조석 가열로 인한 상당한 대기 질량 손실의 결과일 수 있다면서 "이는 대규모 밀도가 높은 토성 외계 형성에서 역학적 과정과 대기 진화의 복잡한 상호 작용일 수 있음을 알려준다"고 결론지었다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(55)] 새로운 고밀도 토성 외계 행성 발견
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[우주의 속삭임(48)] NASA, 지구 '양극성 전기장' 세계 최초 발견
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 최근 인듀어런스(Endurance) 임무를 통해 지구의 양극성 전기장을 밝혀냈다. 이는 지구의 대기 역학을 이해하고 다른 생명체가 살 수 있는 행성을 탐사하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 나사는 홈페이지를 통해 국제 연구팀이 NASA의 준궤도 로켓 관측을 통해 지구의 중력 및 자기장과 함께 근본적인 역할을 하는 것으로 추정되는 '양극성 전기장'을 세계 최초로 측정하는 데 성공했다고 밝혔다. 과학전문매체 사이테크데일리, 라이브사이언스 등은 지구 양극성 전기장에 대해 중점적으로 다루었다. 60여 년 전 처음 감지된 뒤 가설로 제시된 이 전기장은 지구 극지방에서 끊임없이 우주로 방출되는 하전 입자의 흐름인 '극풍(Polar Wind)'의 주요 원동력이다. '양극성 전기장'은 지구의 상층 대기, 즉 극지방에서 발생하는 약한 전기장이다. 이 전기장은 대기 중의 이온과 전자의 움직임에 영향을 주어 극풍이라는 현상을 일으킨다. 극풍은 대기 중의 하전 입자들이 지구의 자기력선을 따라 우주 공간으로 빠져나가는 현상이다. 이 전기장은 양방향 즉 '양극성'인데, 이는 두 방향으로 모두 작동하기 때문이다. 이온은 중력에 의해 가라앉을 때 전자를 아래로 당긴다. 동시에 전자는 이온이 우주로 탈출하려고 할때 이온을 더 높은 높이로 들어올린다. 나사는 "양극성 장은 상층 대기의 대전된 입자를 원래 도달할 수 있는 높이보다 더 높은 곳까지 끌어 올리며 아직 탐구되지 않는 방식으로 우리 지구의 진화에 영향을 미쳤을 수 있다"고 설명했다. 양극성 전기장은 지구의 중력 및 자기장처럼 지구의 근본적인 특성 중 하나로 여겨지지만 그 존재를 직접 측정하기는 매우 어려웠다. 나사는 최근 인듀어런스 임무를 통해 처음으로 양극성 자기장의 존재를 확인하고 그 강도를 측정하는 데 성공했다. 이를 통해 과학자들은 지구 대기의 탈출 과정과 이온층의 형성 과정을 더 잘 이해할 수 있게 됐다. 앞서 과학자들은 이 전기장이 고도 약 250km(약 150마일)에서 대기 중의 원자가 음전하(-)를 띤 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리되기 시작한다는 가설을 세웠다. 전자는 엄청나게 가벼워서 에너지를 조금만 가해도 우주로 날아갈 수 있다. 반면, 이온은 전자보다 최소 1836배 무겁고 땅을 향해 가라앉는 경향이 있다. 중력만 작용한다면 한 번 분리된 두 개체군은 시간이 지남에 따라 서로 멀어질 것이다. 하지만 전자와 이온은 서로 반대 전하를 띠고 있기 때문에 전기장에 형성되어 전하가 분리되는 것을 방지하고 중력의 영향을 일부 상쇄한다. 이 전기장은 상층 대기의 하전 입자들을 더 높은 고도로 끌어 올려 지구의 진화 과정에 아직 밝혀지지 않은 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 아원자 규모에서 생성되는 가설의 전기장은 매우 약해서 수백마일 이상에서만 그 효과가 느껴질 것으로 예상됐다. 수십년 동안 이 전기장을 감지하는 것은 기존 기술의 한계를 넘어서는 일이었다. 글린 콜린슨과 그의 팀은 2016년 지구의 양극장을 측정할 수 있는 새로운 기기를 발명하기 시작했다. 나사의 인듀어런스는 2022년 5월 11일 발사돼 약 768km(약 477.23마일) 고도에 도달한 뒤 19분 후 그린란드해에 낙하했다. 인듀어런스는 양극성 자기장 데이터를 수집한 약 518km(322마일) 고도 범위에서 0.55볼트에 불과한 전위 변화를 측정했다. 멜린랜드 주에 있는 나사 고다드 우주빙행센터의 인두어런스 수석연구원이자 이 논문의 주저자인 글린 콜린슨은 "0.55볼트는 거의 아무 것도 아니며 시계 배터리 정도에 불과하다"면서 "하지만 이 정도면 극지방의 바람을 설명하기에 적당한 양이다"라고 설명했다. 극풍에서 가장 풍부한 입자인 수소 이온은 이 전기장에서 중력보다 10.6배 강한 외력을 경험한다. 나사 고다드의 지구력 프로젝트 과학자이자 논문의 공동 저자인 알렉스 글로서는 "이는 중력에 대항하기에 충분하며, 실제로 초음속으로 우주로 발사하기에 충분하다"고 말했다. 콜린슨은 "이것은 마치 대기를 우주로 들어올리는 컨베이어 벨트와 같다"고 덧붙였다. 연구팀은 이번 발견을 통해 지구 대기의 복잡한 움직임과 진화 과정을 이해하고, 지구 역사뿐 아니라 다른 행성의 비밀을 밝히고 생명체 존재 가능성을 판단하는 중요한 단서를 얻을 수 있을 것으로 전망했다. 이번 연구 결과는 2024년 8월 28일 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(48)] NASA, 지구 '양극성 전기장' 세계 최초 발견
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