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2024-11-10 (일)

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[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인

토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-21
[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견

화성의 적도 지역에서 처음으로 물서리(수분을 많이 포함하는 액체상의 서리)가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 그동안 화성의 적도 지역에서는 서리가 존재할 수 없는 것으로 알려져 왔다. 물서리 발견은 화성에서 물이 어디에 존재하는지, 그리고 대기와 지표면 사이에서 물이 어떻게 순환되는지 파악하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 특히 이는 머지 않아 시작될 화성 유인 탐사에 요긴한 정보가 될 것이라는 지적이다. 물서리는 지난 2016년 화성에 도착한 엑소마스 TGO(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 지난 2003년부터 화성 궤도에서 화성을 탐사해 온 마스 익스프레스(Mars Express)등 두 대의 유럽우주국(ESA) 우주선을 통해 브라운대학교 연구원 아도마스 발란티나스를 비롯한 연구진이 발견했다. 발견 당시 발란티나스는 스위스 베른 대학의 박사과정 연구원이었다. 발란티나스는 "화성 적도 지역은 산 정상에서도 높은 온도를 유지하기 때문에 서리가 형성되는 것이 불가능하다고 여겨 왔다. 여기에서 서리의 존재를 확인한 것은 의미가 크다. 이 지역에 서리가 형성되는 예외적인 과정이 작용했을 수 있음을 암시하기 때문"이라고 말했다. 믈서리가 발견된 곳은 화성에서 가장 큰 화산 지대인 타르시스 지역으로, 여기에는 12개의 대형 화산이 있다. 그 중 올림푸스 몬스는 화성에서는 물론 태양계 위성에서도 가장 높은 봉우리다. 높이는 무려 29.9km로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 약 2.5배에 달한다. 물서리는 일출 무렵 몇 시간 동안만 나타난 후, 햇빛이 비추면 증발한다. 서리는 또한 대단히 얇은 층을 형성, 인간의 머리카락 두께인 약 0.01mm에 불과했다. 서리 층은 얇지만 여러 화산의 광대한 지역을 덮고 있기 때문에, 수분 총량은 약 60개의 올림픽 규모 수영장을 채울 정도인 2940만 갤런(1억 1100만 리터)에 달한다. 이 물은 화성의 표면과 대기 사이를 매일 순환한다. 타르시스 지역은 올림푸스 몬스와 함께, 아스크라에우스, 아르시아 몬스, 파보니스로 알려진 타르시스 몬테스 화산이 있다. 타르시스 몬테스는 에베레스트 산과 높이가 비슷하다. 물서리는 올림푸스, 아르시아 아스크라에우스 몬스, 케라우니우스 톨루스에서 발견되었다. 각각의 화산 봉우리에는 분화 중에 마그마 활동으로 생성된 칼데라라고 불리는 깊은 웅덩이가 있다. 소위 용암으로 굳어진 거대한 분화구다. 연구진은 타르시스 지역 위에서 순환하는 공기가 화산이 위치한 전역의 기후와 칼데라에 미세기후를 형성하고 있다고 추정했다. 서리 막이 만들어지는 것은 바로 이 미세기후 때문이라는 지적이다. 바람이 산의 경사면을 따라 이동하면서 표면의 습한 공기를 높은 고도로 끌어올리면 밤에 이 공기가 응축되고 서리를 형성한다는 것이다. TGO의 화성 표면 이미징 시스템(CaSSIS)의 연구원이자 베른 대학교의 학자인 니콜라스 토마스는 연구팀이 화성 화산 꼭대기에서 본 물서리는 칼데라의 그늘진 지역, 특히 기온이 낮은 지역에서 형성되는 것으로 보인다고 설명했다. 토마스는 이번 연구는 산 경사면에서 밀어 올리는 습한 공기가 서리로 응축될 수 있다는 것을 밝혀냈다는 점에서 큰 발견이며, 이는 지구와도 유사한 현상이라고 말했다. 이 연구 결과는 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-06-12
빌 게이츠의 테라파워, 첫 소형원자로(SMR) 착공…SK도 투자

마이크로소프트(MS) 창업자 빌 게이츠가 설립한 차세대 소형모듈원자로(SMR) 기업 테라파워가 미국 내 첫 SMR 건설에 착수했다. 11일 SK㈜와 AP 통신 등에 따르면 테라파워는 10일(현지시간) 미국 와이오밍주 케머러에서 착공식을 열고 4세대 SMR 원자로인 '나트륨'을 포함해 전력 생산 장비 등 기타 제반 공사에 본격적으로 시작했다. 이날 착공식에는 빌 게이츠 테라파워 창업자와 크리스 르베크 테라파워 최고경영자(CEO), 유정준 SK온 부회장 겸 SK아메리카스 대표, 김무환 SK㈜ 그린부문장 등이 참석했다. 테라파워는 지난 3월 미 규제당국인 원자력규제위원회(NRC)에 나트륨 원자로 건설 허가를 신청했다. 승인되면 상업용원자로로 운영될 예정이다. 이날 시작된 공사는 NRC의 승인이 내려지면 가능한 한 빨리 원자로를 건설할 수 있도록 부지를 준비하는 작업이라고 AP가 전했다. 테라파워의 나트륨 원자로는 냉각재로 물이 아닌 액체 나트륨을 사용하는 것이 특징이다. 액체 나트륨은 끓는 점이 880℃로 물(100℃)보다 높아 더 많은 열을 흡수하면서 발전 출력을 높일 수 있는 등의 장점이 있다. 러시아는 나트륨 냉각 원자로 개발에 앞장서고 있다. 이런 기술은 세계적으로 수십 년 전부터 사용됐지만, 미국은 그동안 상업용 발전소로 전통적인 수랭식 원자로만 계속 건설해 왔다. 게이츠는 기공식에서 이 차세대 발전소에 대해 "우리는 곧 미국 에너지의 미래를 움직일 것"이라고 기대했다. 그는 "이것은 안전하고 풍부한 탄소 제로 에너지를 향한 큰 진전이다. 우리의 경제와 기후 목표를 달성하기 위해 우리는 더 풍부한 청정에너지가 필요하다"고 말했다. NCR에 따르면 와이오밍 프로젝트는 기업이 미국에서 첨단 원자로를 상업발전소로 가동하려고 시도한 것은 약 40년 만에 처음이다. 테라파워의 이번 프로젝트에는 최대 40억달러(약 5조5000억원)의 비용이 들 것으로 예상되며, 그중 절반은 미 에너지부(DOE)에서 지원할 예정이다. 테라파워의 SMR 실증단지는 세계적인 투자자 워런 버핏이 소유한 전력회사 파시피콥의 석탄화력발전소 부지 내에 약 25만가구가 동시에 사용할 수 있는 용량인 345㎿(메가와트)급 단지로 구축된다. 테라파워는 2030년까지 SMR 실증단지를 완공하고 상업운전까지 돌입하는 것을 목표로 하고 있다. 기존 화력발전소를 대체해 지역 주민들에게 전력을 공급할 계획이다. 이번에 건설되는 345㎿ 원자로는 최대 500㎿까지 생산할 수 있으며, 이는 최대 40만가구에 전력을 공급할 수 있는 양이다. 앞서 SK㈜와 SK이노베이션은 2022년 테라파워에 2억5000만달러(당시 약 3000억원)를 투자해 선도 투자자 지위를 확보하고 있다. 실증 사업이 성공적으로 진행될 경우 SK는 테라파워와 함께 아시아 사업 진출을 주도할 것으로 전망된다. SMR은 기존 원전에서 발전 용량과 크기를 줄인 소형 원전으로, 부지 규모가 작고 안정성이 높아 도시와 산업단지 등 전력 수요처 인근에 구축하기 유리하다. 원자로는 지구 온난화의 주범인 온실 가스를 배출하지 않고 작동한다. 또 소형 원전인만큼 건설 시간과 비용 모두 기존 원전 대비 대폭 줄일 수 있어 미국과 한국, 프랑스, 러시아, 중국 등 원전 기술 강국들이 SMR 개발과 상용화를 서두르고 있다. 최근에는 인공지능(AI) 산업의 급격한 성장으로 전 세계에서 전력 수요가 폭발적으로 증가하면서 SMR이 이를 해결할 유력한 방안으로 주목받고 있다. 세계경제포럼(WEF)은 2040년까지 SMR 시장이 연평균 22%씩 성장할 것으로 내다봤으며, 영국 국가원자력연구원(NNL)은 2035년 SMR 시장 규모가 약 400조∼600조원 수준에 달할 것으로 전망하기도 했다. 한편, 빌 게이츠는 민간 부문에서 탄소 연료를 쓰지 않는 안전하고 풍부한 청정에너지를 생산한다는 목표로 2008년 테라파워를 공동 설립했다. 테라파워는 원자로 냉각재로 물을 사용하지 않는 비경수형 원전 시대를 주도하고 있다. 경수형인 3세대는 고온의 핵연료를 식혀주는 냉각재로 물을 사용하지만, 4세대 비경수형 원자로는 물 대신 액체금속, 가스 등을 사용한다. 원자로는 높은 온도에서 작동될수록 발전 효율이 높아지고 경제성도 나아진다. 물을 사용하지 않는 4세대는 이전 세대보다 월등히 높은 온도에서 가동이 가능하다. 물을 사용하지 않아 유사시 오염수가 발생할 우려도 없다. 챗 GPT 개발사인 오픈AI의 샘 올트먼 CEO도 소형도듈원전 개발사인 오클로에 투자했다. 오클로는 현재 가동중인 원전은 없고, 2027년 첫 원전가동을 목표로 하고 있다. 오클로는 올트먼이 향후 AI가동을 위해 급격히 늘어날 것으로 예상되는 전력 수요에 대비해 투자한 회사 중 하나다. 김무환 SK㈜ 부문장은 "테라파워는 탄탄한 기술력을 바탕으로 미국 정부, 민간기업 등과의 파트너십을 통해 상업화에 빠르게 다가서고 있다"며 "향후 테라파워와의 협력을 통해 아시아 지역에서 다양한 사업 기회를 발굴할 것"이라고 말했다.
- 산업
2024-06-11
혈액 검사로 유방암 재발 여부 예측 가능해졌다

유방암이 재발할 것인지의 여부를 예측할 수 있는 혈액 검사 방법이 새롭게 개발됐다고 영국 BBC가 전했다. 혈액 검사만 하면 CT와 같은 영상 스캔으로 유방암 재발을 발견하기 수년 전에 암이 재발할 것인지의 여부까지 예측할 수 있다는 것이다. 보도에 따르면 혈액 검사 방법은 유방암이 재발하기 전에 종양의 DNA 흔적을 포착하고, 어떤 환자가 암이 재발할지를 예측하는 것으로, 분석 결과 100% 정확한 것으로 밝혀졌다고 한다. 이 혈액 검사를 통해 유방암 치료를 더 일찍 시작하고 생존율을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 연구는 영국의 런던암연구소(ICR) 연구진이 수행한 것으로, 다양한 유형의 초기 유방암 환자 78명을 대상으로 임상시험을 실시한 결과를 분석한 것이다. '액체생검'을 통해 환자의 혈액에서 암세포에 의해 분비되는 1800개의 돌연변이를 찾아냈다. 이러한 순환 종양 DNA는 11명의 여성에게서 발견되었으며, 이들 모두 암이 재발했다. 다른 경우 암은 재발하지 않았다고 한다. 시카고에서 최근 열린 미국임상종양학회(American Society of Clinical Oncology) 컨퍼런스에서 발표된 이번 연구 결과에 따르면, 혈액 검사를 통해 유방암 종양이 스캔에서 나타나기 평균 15개월 전에 암이 재발할 것임을 예측할 수 있었다. 가장 빠른 예측은 스캔을 통해 암 진단이 확정되기 41개월 전이었다. ICR의 수석 연구원인 아이작 가르시아-무리야 박사는 "유방암 세포는 수술 및 치료 후에도 체내에 남아있을 수 있지만, 세포의 수가 너무 적어 후속 조사에서 발견되지 않을 수 있다"고 지적하고, 이렇게 남아 있는 세포가 수년이 지나 암 재발을 유발할 수 있다고 말했다. 그러나 이 연구는 전문가들이 놀랍고 흥미롭다고 평가했음에도 불구하고, 매우 초기 단계이다. 유방암은 전 세계적으로 가장 흔한 암으로, 2020년에 226만 명의 여성이 진단을 받았고 같은 해에 68만 5000명이 사망했다. 가르시아 무리야 박사는 이번 연구가 더 나은 치료 후 추적 검사와 치료를 위한 토대를 마련했다고 말했다. 이번 연구에 일부 자금을 지원한 '브레스트 캔서 나우(Breast Cancer Now)'의 사이먼 빈센트 박사는 "조기 발견은 유방암에 대응할 수 있는 가장 강력한 무기 중 하나이며, 혈액 검사에 의한 재발 예측은 새로운 검사로 예방과 치료가 충분히 가능하다는 것을 시사한다"고 말했다. 증상이 나타나기 1년 전에 유방암 재발 징후를 발견하는 것은 대단히 고무적이라는 것이다. 빈센트는 이 연구가 아직 초기 단계라는 점을 인정하면서도, 유방암 재발을 조기에 발견한다는 것은 치료를 통해 암을 이기고 다른 부위로 전이돼 치료가 불가능해지는 사태를 막을 가능성을 높인다고 강조했다. 그는 "영국에서는 매년 약 1만1000명이 이차 유방암으로 사망하고 있다. 유방암으로 여성들이 목숨을 잃는 것을 줄이기 위해서는 이번 혈액 검사와 같은 돌파구가 시급히 필요하다"고 강조했다.
- IT/바이오
2024-06-04
[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03
[신소재 신기술(52)] 공기 중 물 추출 기술, 글로벌 물 부족 해결할까?

공기에서 물을 추출하는 영화 같은 기술이 개발됐다. 습도가 거의 없는 지역에서도 공기에서 깨끗한 물을 추출할 수 있는 시스템이 개발됐다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅엔지니얼링이 보도했다. 기후 변화로 인해 강수 패턴이 변화하고, 가뭄과 같은 극단적인 날씨 현상이 빈번해지면서 물 자원이 불 안정해지고 있다. 강수량의 변동성이 커져 물 부족 문제가 악화되고 있는 것. 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면 전 세계 인구의 절반이 적어도 한 달에 한 번은 물 부족에 직면하고 있다. 2025년에는 전 세계 18억 명의 사람들이 절대적인 물 부족 상황에 직면할 것으로 예상되고 있다. 기후 변화로 인한 극심한 홍수도 이용 가능한 수자원을 오염시킬 수가 있다. 영화 '스타워즈'에서 영감 받은 공기 중에서 물을 생성하는 혁신적인 기술은 기후 변화로 초래되는 여러 불확실한 상황에서 깨끗하고 안전한 물을 공급하는 데 도움이 될 수 있다. 공기에서 물 생성 원리는? 공기로부터 믈을 생성하는 원리는 간단해 냉각방식과 가열 방식 두 가지가 있다. 공기 중의 습도는 수증기의 결과이며, 이를 추출하면 깨끗한 물을 얻을 수 있다. 냉각 방식에서는 습한 공기가 이슬점까지 냉각되어 수증기가 액체로 응축된다. 가열 방식은 흡습성 물질을 사용해 공기 중의 습기를 흡수한 후 가열해 수분을 방출하는 방식이다. 두 가지 기술 모두 확장이 쉽고, 재생 가능한 에너지로 전력을 공급받을 수 있으므로 고립된 섬이나 외딴 지역에 물을 공급하기가 용이하다. 2016년 가뭄에 직면한 케냐의 학생 베스 코이기(Beth Koigi)는 인근 강에서 깨끗한 물을 공급받을 수 있는 정수 솔루션을 찾기 시작했다. 그러던 중 냉각식 공기-물 발전기를 개발했다. 그녀는 지역사회가 깨끗한 물을 이용할 수 있도록 돕기 위해 마지크워터(Majik Water)를 설립했다. 마지크 워터는 비정부기구(NGO)와 협력하여 가정, 병원, 지역사회를 위한 확장 가능한 솔루션을 제공하고 있다. 가장 큰 설비는 24시간 동안 500리터의 물을 생산할 수 있다. 그러나 비용을 고려할 때 장기적인 해결책은 아니다. 고비용 문제 해결이 관건 아라비아해 남부 케랄라 주의 학생이었던 스왑닐 슈리바스타브(Swapnil Shrivastav)도 비슷한 경우다. 2016년 코지코데 시의 가뭄으로 하루에 물 공급량이 2통으로 줄어든 뒤, 그는 3년 후인 2019년 인도의 실리콘밸리인 벵갈루루에 '우라부 랩스(Uravu Labs)'를 설립했다. 물 생성을 위해 가열 방법을 사용하는 우라부 랩스는 단 12시간 만에 2000리터의 물을 공급할 수 있다,. 그러나 생산한 물을 지역 사회에 전달하는 비용이 지나치게 높았다. 게다가 인도에서 NGO 지원을 찾을 수 없었다. 그로 인해 우라브 랩스는 현재 호텔 산업에 물을 공급하고 있다. 이 회사는 자사의 장치를 배포해 깨끗한 물을 만들고 데이터 센터의 물 소비량을 95% 줄이려고 한다. 그러나 공기로부터 물을 얻는 시스템은 비용 절감 뿐만 아니라 글로벌 물 부족 문제를 해결하기 위해 열 교환기, 흡습성 재료, 응축기 등의 구성 요소에서 혁신을 이루어야 한다. 이에 전문가들은 이 시스템의 채택을 늘리기 위해 정부 지원과 환경 규제도 도움이 될 수 있다고 지적했다. 수질 정화 기술도 개발해야 한편으로는 공기 중에 존재하는 다양한 오염 물질을 효과적으로 제거하고, 추출된 물을 안전하게 식수로 공급하는 기술 개발이 필요하다. 공기에서 물을 추출하는 기술은 상당한 에너지를 필요로 한다. 이는 기술의 실용성과 지속 가능성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 특히 태양 에너지나 풍력과 같은 재생 에너지를 사용하지 않고 기존 전력망에 의존해 물을 추출한다면 에너지 생산 과정에서 발생하는 온실 가스 배출량의 문제가 발생한다. 또한 물 사용 방식에 대한 근본적인 변화를 요구하기 때문에 물 자원 소유권과 관리, 기술 개발 등 사회적 논쟁을 불러 일으킬 수 있다.
- IT/바이오
2024-05-31
중국, EV리더 굳히려 고체배터리개발에 60억 위안 투자 계획

중국은 정부주도의 고체배터리 개발 프로젝트에 60억 위안(6억3000만 달러)이상을 투자할 계획이다. 로이터통신은 29일(현지시간) 중국내 정통한 소식통을 인용해 이같이 보도했다. 지원대상 기업은 중국 자동차배터리 1위업체 CATL 등 6개사다. 중국은 중국내 배터리 공급망에 대해 조기에 대규모 투자를 단행해 세계에서 가징 비용경쟁력 있는 배터리및 전기자동차(EV) 생산국으로 발돋움했다. 중국의 이같은 투자로 전세계 EV시장에서 리더자리를 굳히려 하고 있는 것이다. 고체 배터리는 가연성의 액체전해질을 사용하는 기존 리튬이온 배터리에 비해 안전성 향상, 수명연장, 고속충전을 기대할 수 있다. 하지만 원자재의 확보문제와 복잡한 제조공정, 이에 따른 고비용 등의 장벽에 대량생산에는 여전히 시간이 필요한 상황이다. 지원대상인 기업은 CATL, 니오에 배터리를 공급하난 웨이란 뉴에너지테크(衛藍新能源科技), 비야디(BYD), 디이자동차(第一汽車), 상하이자동차(上海汽車, SAIC), 지리자동차(吉利汽車) 등이다. 자동차업계 관계자와 애널리스트들은 고체배터리가 차세대EV의 경쟁력을 좌우할 것으로 예상하고 있다. 전세계 자동차제조업체들도 이 기술에 주목하고 있다. 도요타자동차는 수년이내에 고체배터리를 탑재한 자동차를 개발할 계획을 발표했다. 테슬라는 고체배터리의 개발계획을 공개하지 않고 있다.
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2024-05-30
[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지

스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
- IT/바이오
2024-05-16
[퓨처 Eyes(36)] 세계 최대 탄소 제거 공장, 아이슬란드에서 가동 시작

세계 최대 탄소 포집 공장 '매머드'가 아이슬란드에서 가동을 시작했다. 아이슬란드 헬리셰이디에 위치한 세계 최대 규모의 이산화탄소 제거 시설 '매머드(Mammoth)'가 가동을 시작했다고 더 버지, CNN, 패스트컴퍼니 등 다수 외신들이 보도했다. 매머드는 스위스 기후 기술 기업 클라임웍스(Climeworks)가 아이슬란드에 설립한 두 번째 상업용 '직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture)' 플랜트로, 2021년 가동을 시작한 이전 모델인 오르카(Orca)보다 10배 향상된 처리 능력을 갖추고 있다. 직접 공기 포집은 대기 중에서 직접적으로 이산화탄소를 포집하는 기술로, 화학 물질을 사용하여 공기로부터 탄소를 제거한 후 땅속 깊은 곳에 안전하게 저장하거나 재활용 또는 고체 제품으로 전환하는 방식으로 운영된다. 매머드는 클라임웍스가 운영하며, JP모건 체이스, 마이크로소프트, 스트라이프(Stripe), 쇼피파이(Shopify) 등 글로벌 기업들이 탄소 중립 실현을 위해 투자와 운영에 참여하고 있다. 아이슬란드에서 클라임웍스의 DAC 시설은 공기를 빨아들이는 팬이 달린 모듈식 '수집기 컨테이너'로 구성되어 있다. 이 발전소의 컨테이너 크기의 상자 안에는 팬이 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집(DAC)하는 필터를 통해 외부 공기를 끌어들인다. 전체 작업은 아이슬란드의 풍부하고 깨끗한 지열 에너지로 구동된다. 외부에서 팬으로 끌어들인 이 공기는 이산화탄소를 흡수하는 특수 필터를 통과한다. 필터가 완전히 포화 상태가 되면 섭씨 약 100도(화씨 212도)까지 가열하여 이산화탄소를 방출한다. 클라임웍스는 포집된 탄소를 지하로 운반해 자연적으로 돌로 변형시켜 탄소를 영구적으로 가둘 계획이다. 이러한 CO₂ 격리 과정을 위해 클라임웍스는 아이슬란드 기업인 카브픽스(Carbfix)와 파트너십을 체결했다. CO₂를 포집한 후 카브픽스가 이를 물에 녹여 지하 깊은 곳으로 펌핑하면 현무암 암석과 자연적으로 반응해 대기 중으로 다시 유출되는 것을 방지한다. 이들은 CO₂를 물과 혼합한 다음 그 슬러리(고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액)를 지하 깊은 곳으로 펌핑하여 결국 단단한 암석이 되게 한다. 화석 연료를 계속 사용함에 따라 DAC와 같은 차세대 기후 솔루션은 정부와 민간 기업에게 더 많은 관심을 받고 있다. CNN에 따르면 지구를 온난화시키는 대기 중 이산화탄소 농도는 2023년 사상 최고치를 기록했다 DAC 기술은 대기 중에 축적된 온실가스 배출을 제거해 기후 변화에 대응할 수 있는 방법 중 하나로 여겨지지만, 실질적인 영향을 미칠 만큼 규모를 확대할 수 있는지 여전히 검증 과정에 있다. DAC와 같은 탄소 제거 기술은 비용이 많이 들고, 에너지를 많이 소비한다는 비판을 받아왔다 국제환경법센터의 화석 경제 프로그램 디렉터인 릴리 푸어(Lili Fuhr)는 탄소 포집 기술에 대해 "불확실성과 생태학적 위험으로 가득 차 있다"고 말했다. 최근 가동된 매머드는 현재 가동 중인 DAC 공장 중 가장 큰 규모다. 하지만 큰 틀에서 보면 현재 진행 중인 다른 프로젝트에 비하면 상대적으로 작은 규모다. 아이슬란드에서의 클라임웍스의 운영은 이 기술이 작동할 수 있다는 것을 전 세계에 보여주기 위한 것이었다. 이제 미국 시장 성장에 발맞춰 이 초기 성공 사례를 재현할 수 있을지가 관건이라고 더 버지는 지적했다. 2017년 클라임웍스는 공기 중에서 이산화탄소를 빨아들여 탄산음료와 온실에서 사용하는 제품으로 판매한 최초의 기업이 되었다. 클라임웍스는 4년 후인 2021년에는 아이슬란드에 이산화탄소 포집 공장 오르카(Orca)를 설립해 마이크로소프트를 비롯한 고객을 위해 이산화탄소를 포집하고 지하에 영구적으로 격리하기 시작했다. 오르카는 지금까지 운영 중인 DAC 플랜트 중 가장 큰 규모였다. 매머드가 완전히 가동되면 오르카의 10배에 가까운 연간 약 3만6000톤의 이산화탄소를 포집할 수 있게 된다. 그러나 2022년 마이크로소프트에서만 약 1300만 톤의 이산화탄소를 배출한 것을 고려하면 클라임웍스의 탄소 제거량은 여전히 많은 양은 아니다. 클라임웍스는 2022년 6월부터 매머드 건설을 시작했으며, 세계 최대 규모의 플랜트라고 밝혔다. 공기에서 탄소를 포집하는 기계의 진공 부품인 72개의 '컬렉터 컨테이너'를 위한 공간이 있는 모듈식 설계로, 서로 쌓아 올려 쉽게 이동할 수 있다. 현재 12개가 설치되어 있으며 앞으로 몇 달 동안 더 추가될 예정이다. 앞서 ㅅ밝혔듯이 매머드는 최대 용량으로 연간 3만6000톤의 탄소를 대기에서 끌어낼 수 있을 것으로 클라임웍스는 예상했다. 이는 약 7800대의 가스 구동 자동차를 1년 동안 도로에서 퇴출시키는 것과 같은 효과다. 클라임웍스는 제거된 탄소 1톤당 정확한 비용은 밝히지 않았지만, 톤당 1000달러에 가까운 것으로 시사했다. 이는 이 기술을 저렴하고 실용적으로 만드는 데 중요한 임계값으로 널리 알려져 있다. 클라임웍스의 공동 설립자이자 공동 CEO인 얀 뷔르츠바허는 공장 규모를 확대하고 비용을 낮추면서 2030년까지 톤당 300~350달러에 이르고 2050년경에는 톤당 100달러를 달성하는 것이 목표라고 CNN에 말했다. 에든버러 대학교의 탄소 포집 및 저장 교수인 스튜어트 하젤딘은 "이 새로운 공장은 기후 변화와의 싸움에서 중요한 단계"라고 말했다. 탄소 오염을 포집하는 장비의 규모가 커질 것이라는 설명이다. 하젤딘은 그러나 이는 여전히 필요한 것의 극히 일부에 불과하다고 경고했다. 국제에너지기구에 따르면 전 세계의 모든 탄소 제거 장비는 연간 약 0.01만 미터톤의 탄소만 제거할 수 있다. 이는 2030년까지 세계 기후 목표를 달성하기 위해 필요한 연간 7000만 톤 제거와는 거리가 멀다. 한편, 매머드는 아직 진행 중인 프로젝트다. 현재 매머드에는 12개의 모듈형 컨테이너만 설치되어 있으며, 클라임웍스는 올해 안에 60개를 더 설치해 공사를 완료할 계획이라고 밝혔다. 클라임웍스 외에 다른 기업들도 대기 중 이산화탄소를 제거하기 위해 다양한 기술적 접근 방식을 취하고 있다. 2020년에 설립된 미국 기후 기술 스타트업인 헤어룸(Heirloom)은 암석 가루를 사용해 탄소를 빨아들인다. 헤어룸은 이산화탄소를 석회암과 같은 자연 광물에 결합시켜 영구적으로 저장하는 탄소 광화 기술을 사용한다. 헤어룸의 기술은 다른 '직접 공기 포집' 기술보다 저렴하도록 설계됐다. 이는 탄소 제거 기술을 더 저렴하고 확장 가능하게 만들 수 있음을 의미한다. 일부 연구자들은 많은 양의 에너지를 사용하지 않고도 CO₂를 포집해 저장할 수 있는 패시브 시스템을 연구하고 있다.
- 포커스온
2024-05-16
[퓨처 Eyes(35)] 첨단 '고밀도 물 없는 수력' 에너지 플랜트 시연

기존 수력 발전의 한계를 극복하는 저지대 언덕을 활용한 고밀도(HD) '무수력(無水力·물 없는 수력) 발전' 시스템이라는 혁신적인 에너지 저장 기술이 개발됐다. 영국 스타트업 리에너자이즈(RheEnergise)가 개발한 무수력 발전 시스템은 물 대신 2.5배 더 높은 밀도의 액체를 사용해 기존 수력 발전소의 40% 용량으로 동일한 전력 저장 성능을 달성했다고 리차지뉴스와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 최근 보도했다. 리에너자이즈의 고밀도 무수력(HD Hydro) 기술은 물 대신 특수한 미네랄 분말과 혼합된 액체를 사용해 에너지 저장 효율이 높다. 이 무거운 유체를 사용하면 40%의 부피, 훨씬 작은 탱크 또는 상부 탱크와 하부 탱크 사이의 40%의 높이 차이를 사용해 기존의 양수 발전과 동일한 에너지 저장 성능을 얻을 수 있다. 에너지 수요가 낮을 때 HD Hydro 시스템은 올림픽 규격 수영장보다 큰 지하 저장 탱크로 오르막의 물보다 2.5배 더 밀도가 높은 특허 받은 유체를 펌핑한다. 프로젝트는 5MW에서 100MW까지 다양하며 100m 이하의 수직 높이에서 작업할 수 있다. 또한 이 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양열 시설에서 잉여 전력을 활용하는 데도 사용 가능하다. 기존의 수력 발전 시스템은 세계 최고의 친환경 전기 생산 수단으로, 생산량의 4300TWh, 즉 전체 전기의 15%를 차지한다. 수력 발전으로얻은 전기를 수력 전기라고 하며 일단 건설되면 더 이상 직접적인 폐기물은 발생하지 않으며, 이산화탄소 배출량도 적다. 최근 몇 년 동안 수력 발전이 확장되었음에도 불구하고 지형적인 제약 등으로 더 이상 확장할 여지가 많지 않다. 전통적인 수력 발전은 효율적인 전력 생산을 위해 가파르고 산이 많은 지형 등 충분히 높은 수위를 가진 큰 수역이 필요하다. 기존 수력발전은 지형적 제약을 받지만, 이 기술은 언덕이 훨씬 낮은 지역에도 에너지 저장 시설을 설치할 수 있어, 기존 방식으로는 사용할 수 없었던 전 세계 다양한 지역에 깨끗한 형태의 에너지를 제공할 수 있다. 현재 영국 정부는 이 혁신적인 물 없는 수력 발전소의 파일럿 플랜트 설립을 승인했다. 영국은 무수력 시범 발전소 건설을 통해 기술 검증 및 상업화 기반을 마련하고자 한다. 리에너자이즈의 HD Hydro 500kW 실증기는 영국 데번주의 플리머스 외곽 콘우드(Cornwood)에 있는 광산 회사 시벨코(Sibelco)에 오는 9월 건설을 시작할 예정이다. 영국 정부의 장기 에너지 저장 시범 프로그램 지원으로 무수력 시범 발전소가 건설되며, 성공 시 상업용 대규모 발전소 건설로 이어질 전망이다. 리에너자이즈에 따르면 영국에만 6500개의 무수력 발전소의 잠재적 부지가 있다고 한다. 이 회사는 또 유럽, 아프리카, 북미 및 호주 전역에서 10만개 이상의 잠재적인 부지가 있다고 덧붙였다. 이는 태양열이나 풍력 에너지 저장에도 활용될 수 있으며 리튬 이온 배터리 대비 저렴한 비용과 장기간 저장이 가능하다는 장점이 있다. HD Hydro 시스템은 기존 수력 발전 시설을 건설하는 데 평균 5년에서 10년이 걸리는 데 비해 단 몇 년 만에 건설할 수 있다고 한다. 리에너자이즈는 또한 계곡의 범람이 필요한 기존의 양수 저장 수력 발전 시설보다 설치 면적이 현저히 작기 때문에 몇 년이 아닌 몇 달 만에 계획 승인을 받을 수 있다고 밝혔다. 전 세계가 탈탄소화 경쟁에서 재생 에너지 그리드로 전환하고 있는 상황에서 이 프로젝트는 매우 중요한 소식이다. 무수력 파일럿 플랜트 시설은 시벨코의 콘우드 공장에서 도자기, 타일, 산업용 애플리케이션뿐만 아니라 위생 도기 용 카올린을 생산하는 공장에 설치되고 있다. 이 파일럿 플랜트는 영국 정부의 장기 에너지 저장(LoDES) 실증 프로그램(화장실 제조업체에 적합한 자금 출처)의 지원을 받고 있으며, 데본 카운티 의회의 지원을 받고 있다. 스테판 크로셔(Stephen Crosher) 최고경영자(CEO)는 "이 플랜트 시연은 장기 에너지 저장 부문의 '선구적인 프로젝트'이며 리에너자이즈는 영국과 해외에서 상업 규모의 프로젝트를 구축할 수 있는 강력한 위치에 놓이게 될 것"이라고 말했다. 그는 "호주와 칠레에 이르기까지 전 세계적으로 우리 기술에 관심을 가지고 있다. 우리는 2년 이내에 첫 번째 10MW 그리드 규모 프로젝트를 가동하고 싶다"고 포부를 밝혔다.
- 포커스온
2024-05-09
[신소재 신기술(43)] 투명 소재로 광전지 새로운 가능성 열어

독일 라이프치히 물리학자들이 빛이 반투명 물질에서도 전기를 생성한다는 것을 증명했다. 반투명 소재는 빛에 노출되면 빛의 흡수량이 매우 적더라도 전기를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 일부 물질은 특정 주파수의 빛에 투명하다. 이러한 물질에 빛을 비추면 이전의 가정과는 달리 전류가 생성될 수 있다. 라이프치히 대학교와 싱가포르 난양공과대학교의 과학자들이 이를 증명하는 데 성공했다고 오일프라이스가 전했다. 이 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 저널에 발표됐다. 이번 발견은 광전자 및 광전지 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있다. 라이프치히 대학교 이론물리연구소의 인티 소데만 빌라디에고 교수는 "이는 광 증폭기, 센서, 태양전지와 같은 광전자 및 광전소자를 구성하는 데 새로운 패러다임을 열었다"고 말했다. 그의 동료인 시 리쿤은 "물질의 빛 흡수량이 매우 작은 경우에도 빛으로 전류를 구동하는 것이 가능하다. 이것은 중요한 새로운 통찰력이다"라고 전했다. 플로케 페르미 액체 인티 소데만 빌라디에고와 그의 동료들은 '플로케 페르미 액체(Floquet Fermi liquid)' 상태를 조사했다. 페르미 액체는 많은 양자 역학적 입자의 특수한 상태로, 일반적인 고전적인 입자와는 매우 다른 특성을 가지고 있다. 즉, 페르미 액체는 금이나 은과 같은 금속 속 전자의 전기 유체와 같은 일반적인 물질부터 저온에서 헬륨-3 원자의 유체와 같은 보다 이색적인 상황에 이르기까지 다양한 상황에서 발생할 수 있다. 이러한 액체는 저온에서 전기의 초전도체가 되는 등 '놀라운 특성'을 나타낼 수 있다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 영향을 받는 특수한 유형의 금속 상태다. 페르미 액체는 낮은 온도에서 전자들이 마치 자유롭게 움직이는 액체처럼 행동하는 금속 상태이다. 전자 상호작용은 약하며, 전자들은 페르미 에너지로 알려진 특정 에너지 수준에 집중된다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 페르미 액체가 영향을 받는 상태이다. 이러한 힘은 전자의 운동에 영향을 미치고 새로운 에너지 상태를 생성할 수 있다. 외부 힘은 특정 주기로 진동하며, 이를 '시간 주기성'이라고 한다. 예를 들면 레이저 빛, 자기장, 전기장 등이 외부의 힘에 해당된다. 또한 외부 힘은 전자의 에너지 스펙트럼에 새로운 에너지 상태를 생성한다. 이러한 새로운 상태는 '플로케 밴드'라고 불린다. 플로케 페르미 액체는 외부 힘에 비선형적으로 응답한다. 다시 말하면, 외부 힘의 크기에 따라 응답의 크기가 비례하지 않다. 외부 힘의 강도에 따라 플로케 페르미 액체는 절연체 또는 초전도 상태 등 다른 물질 상태로 변화할 수 있다. 플로케 페르미 액체의 응용 분야 플로케 페르미 액체는 광전자 소자, 예를 들어 태양 전지 및 LED의 성능 향상에 사용될 수 있다. 또 양자 컴퓨터 구현에 사용될 수 있는 새로운 유형의 큐비트를 제공할 수 있다. 아울러 고온 초전도 현상을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 플로케 페르미 액체는 아직 연구 초기 단계이지만, 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 가지고 있는 흥미로운 물질 상태이다. 소데만 빌라디에고 교수는 "우리 논문에서는 이러한 유체 상태의 몇 가지 특성을 설명한다"면서 "이를 연구하기 위해서는 빛에 의해 흔들리는 전자의 복잡한 상태에 대한 상세한 이론적 모델을 개발해야 했는데, 이는 결코 쉬운 일이 아니다"고 말했다.
- 포커스온
2024-05-07
[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금

미국 버클리 국립연구소 과학자들은 원자 수준에서 합금 결정의 꼬임이나 굽힘으로 인해 극한의 온도에서도 균열이 발생하지 않는 특별한 금속 합금을 발견했다. 과학 전문매체 사이테크데일리는 지난 4월 29일(현지시간) 로렌스 버클리 국립연구소와 UC 버클리의 연구원들이 개발한 신소재에 대해 거의 불가능에 가까운 강도와 인성으로 재료 과학자들에게 충격을 주는 혁신적인 새로운 합금이라고 전했다. 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄으로 구성된 금속 합금은 지금까지 거의 달성하기 불가능해 보였던 극한의 고온과 저온 모두에서 놀라운 강도와 인성을 보여주었다고 한다. 여기서 강도는 재료가 원래 모양에서 영구적으로 변형되기 전에 견딜 수 있는 힘의 양으로 정의되며, 인성은 파단(균열)에 대한 저항력을 의미한다. 광범위한 조건에서 굽힘과 파단에 대한 합금의 복원력은 더 높은 효율로 작동할 수 있는 차세대 엔진을 위한 새로운 종류의 재료에 대한 문을 열 수 있다고 평가된다. 이전에는 이러한 특성을 동시에 달성하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 이 연구는 로버트 리치(Robert Ritchie) 박사가 이끄는 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)와 UC 버클리 팀과 디란 아펠리안(Diran Apelian) 교수가 이끄는 UC 어바인 팀, 엔리케 라베르니아(Enrique Lavernia) 교수가 이끄는 텍사스 A&M 대학교 팀의 협력으로 진행됐다. 이 연구는 최근 '사이언스(Science)' 저널에 게재됐다. 이 합금의 특징은 넓은 온도 범위에서 강도과 파손에 대한 놀라운 저항성을 가지고 있다는 것이다. 이는 차세대 엔진을 위한 새로운 소재 개발에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어준다. 새로운 금속 합금 RHEA/RMEA 연구팀은 이 합금의 놀라운 특성을 발견하고 원자 구조에서 발생하는 상호 작용으로 인해 이러한 특성이 어떻게 발생하는지 밝혀냈다. 이들은 특히 RHEA/RMEA(Refractory High or Medium Entropy Alloys)라고 불리는 새로운 금속 합금 계열에 속하는 합금에 집중했다. 리치 연구실의 박사 과정 학생인 제1저자 데이비드 쿡(David Cook)은 "열을 전기 또는 추력으로 변환하는 효율은 연료가 연소되는 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 더 좋다. 그러나 작동 온도는 이를 견뎌야 하는 구조 재료에 의해 제한된다"고 설명했다. 쿡 연구원은 "우리는 현재 고온에서 사용하는 재료를 더욱 최적화할 수 있는 새로운 금속 재료가 절실히 필요하다. 이 합금이 바로 그 가능성을 보여주는 것"이라고 덧붙였다. 기존 RMEA의 한계 돌파한 뛰어난 인성 대부분의 상업용 또는 산업용 응용 분야에서 사용되는 금속은 하나의 주요 금속에 소량의 다른 원소를 혼합하여 만든 합금이지만, RHEA/RMEA는 매우 높은 녹는점을 가진 금속 원소를 거의 동일한 비율로 혼합해서 만든다. 이로 인해 RHEA/RMEA는 과학자들이 아직 밝혀내지 못한 독특한 특성을 가지고 있다. 리치 박사 팀은 고온 응용 분야의 잠재력으로 인해 수년 동안 이러한 합금을 연구해 왔다. 해당 논문의 공동 저자인 푸닛 쿠마르(Punit Kumar)박사는 "저희 팀은 이전에 RHEA/RMEA에 대한 연구를 진행했으며 이러한 재료가 매우 강하지만 일반적으로 극도로 낮은 인성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 따라서 이 합금이 예외적으로 높은 인성을 보이는 것을 발견했을 때 매우 놀랐다"고 말했다. 극한의 온도에서도 강도와 인성 유지 쿡에 따르면 대부분의 RMEA는 파단 인성이 10MPa√m 미만으로, 기록상 가장 부서지기 쉬운 금속 중 하나다. 골절에 견디도록 특별히 설계된 최고의 극저온 강은 이 소재보다 약 20배 더 강하다. 하지만 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄(Nb45Ta25Ti15Hf15) RMEA 합금은 상온에서 일반적인 RMEA보다 25배 이상의 강도를 기록하여 극저온 강철을 능가할 수 있었다. 연구팀은 -196°C(액체 질소 온도), 25°C(실온), 800°C, 950°C 및 1200°C의 총 5가지 온도에서 새로운 합금의 강도와 인성을 평가했다. 마지막 온도인 1200°C는 태양 표면 온도의 약 1/5에 해당한다. 마침내 연구팀은 합금이 추위에서는 가장 강도가 높고 온도가 상승함에 따라 다소 약해졌지만 여전히 넓은 범위에서 인상적인 수치를 자랑한다는 것을 발견했다. 인성은 기존 균열에 얼마나 많은 힘이 필요한지 계산해서 산출되며 모든 온도에서 높았다. 원자 배열의 비밀 풀기 거의 모든 금속 합금은 결정질이며, 이는 재료 내부의 원자가 반복 단위로 배열되어 있음을 의미한다. 그러나 완벽한 결정은 없으며 모두 결함을 포함하고 있다. 가장 눈에 띄는 결함은 결정 내 원자의 미완성 평면인 전위라고 불리는 결함이다. 금속에 힘이 가해지면 모양 변화를 수용하기 위해 많은 전위가 움직이게 된다. 예를 들어 알루미늄으로 만든 종이 클립을 구부리면 종이 클립 내부의 전위가 움직이면서 모양이 변한다. 그러나 낮은 온도에서는 전위의 움직임이 더 어려워지고, 그 결과 많은 재료가 저온에서 전위가 움직이지 못해 부서지기 쉽다. 타이타닉의 강철 선체가 빙산에 부딪혔을 때 부서진 것도 바로 이 때문이다. 녹는 온도가 높은 원소와 그 합금은 이러한 현상을 극한으로 끌어올려 800°C까지 부서지기 쉽다. 하지만 이 RMEA는 액체 질소(-196°C)와 같은 낮은 온도에서도 잘 깨지지 않는 특성을 보이고 있다. 공동 연구자인 앤드류 마이너와 연구팀은 이 놀라운 금속 내부 특성을 이해하기 위해 버클리 랩 분자 파운드리의 일부인 국립 전자 현미경 센터의 4차원 주사 투과 전자 현미경(4D-STEM)과 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용해 응력을 받은 샘플과 구부러지지 않고 금이 가지 않은 대조 샘플을 분석했다. 전자 현미경 데이터에 따르면 합금의 특이한 인성은 '꼬임 밴드(kink band)'라는 희귀 결함의 예상치 못한 부작용에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 꼬임 밴드는 가해진 힘으로 인해 결정 조각이 스스로 붕괴되어 갑작스럽게 구부러질 때 결정에 형성된다. 연구팀은 이전 연구를 통해 RMEA에서 꼬임 밴드가 쉽게 형성된다는 사실을 알고 있었지만 연화 효과가 격자를 통해 균열이 퍼지기 쉽게 만들어 재료의 강도를 낮출 것이라고 가정했다. 하지만 실제로는 그렇지 않았다. 쿡은 "우리는 원자 사이에 날카로운 균열이 있는 경우 꼬임 밴드가 실제로 손상을 멀리 분산시켜 균열의 전파에 저항하여 균열을 방지하고 매우 높은 파괴 인성을 이끌어 낸다는 것을 처음으로 보여주었다"라고 말했다. 한편, 리치는 "기계 엔지니어는 실제 세계에서 사용하기 전에 재료의 성능에 대한 깊은 이해가 당연히 필요하기 때문에 Nb45Ta25Ti15Hf15 합금을 제트기 터빈이나 스페이스X 로켓 노즐과 같은 것을 만들기 전에 훨씬 더 근본적인 연구와 엔지니어링 테스트를 거쳐야 한다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-05-02
중국, 인류 최초 달 뒷면 샘플 수집해 지구 귀환 미션 나선다

중국이 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집해 지구로 가져오는 우주 미션에 나선다고 스페이스뉴스가 전했다. 중국은 이를 위해 임무를 수행할 달 착륙선 창어 6호를 공개했다. 우주선을 실어 나를 로켓 창정 5호는 지난달 말 하이난도 원창 위성발사센터 기지로 이동됐다. 창어 6호의 임무는 지구에서는 직접 볼 수 없는 달 뒷면에 착륙해 최대 2kg의 달 샘플을 수집, 이를 지구로 가져오는 것이다. 이 임무는 과거에 시도된 적이 없는 세계에서 첫 번째 미션이다. 이를 중계하기 위한 Queqiao-2 중계 위성은 이미 지난 3월 19일 발사됐다. 이 중계 위성은 달 뒷면에 있는 창어 6호와 지구의 지상국 사이의 통신을 위해 달 궤도에 머무른다. 중국은 아직 창어 6호의 발사 시기를 공개하지 않았지만 현재까지의 정보를 종합하면 발사는 5월 3일 금요일로 예상된다. 창어 6호는 달 뒷면의 서쪽 150~158도, 남쪽 41~45도에 위치한 아폴로 분화구의 남쪽을 착륙 목표로 삼고 있다. 아폴로는 수많은 달의 미스터리를 풀어줄 일부 실마리를 갖고 있을 것으로 기대되는 거대한 남극-에이컨(SPA) 분지 내에 있다. 중국 국가우주국(CNSA) 산하 달탐사우주공학센터(LESEC)는 "창어 6호는 달 역행 궤도 설계 및 제어 기술, 지능형 샘플링, 이륙 및 상승 기술, 달 뒷면의 자동 샘플 채취 등의 목표를 성공적으로 달성할 것“이라고 밝혔다. 또한 창정 5호 로켓과 창어 6호 탐사선의 상태는 양호하며 발사를 위한 모든 준비는 정상적으로 진행되고 있다고 부연했다. 창정 5호는 액체수소와 산소를 동력으로 하는 직경 5m, 높이 57m의 로켓이다. 또한 4개의 등유-액체산소 사이드 부스터를 사용한다. 이 로켓은 중국에서 가장 크고 가장 강력한 발사체로 알려져 있다. 창어 6호는 목표를 달성하기 위해 총 8200kg에 달하는 4개의 우주선 복합체를 사용할 예정이다. 서비스 모듈은 달 궤도에 진입하는 데 필요한 추진력을 제공한다. 착륙선은 달 뒷면에 착륙해 샘플을 수집할 예정이다. 이들은 상승체에 의해 달 궤도로 다시 발사될 것이며, 서비스 모듈과 랑데부해 도킹하게 된다. 서비스 모듈은 지구를 향해 되돌아가고 지구에 재진입해 샘플을 안전하게 전달할 재진입 캡슐을 방출하게 된다. 미션에 성공하면 달의 역사와 태양계에 대한 지식을 깊이 해 줄 샘플이 수집될 것이다. 이 샘플은 왜 가까운 쪽과 먼 쪽 달 암석의 구성에 차이가 있는지를 설명헤 즐 것으로 기대된다. 이 임무에는 프랑스, 스웨덴, 이탈리아, 파키스탄 큐브위성의 국제 과학 탑재체도 포함될 예정이다. 이 협력은 우주 탐사 분야에서 국제 협력을 강화하려는 중국의 노력을 반영한다는 설명이다. 프랑스는 달 지각에서 나오는 라돈 가스 방출을 감지하는 가스 탐지(DORN: Detection of Outgassing RadoN) 장비를 제공한다. 스웨덴은 ESA의 지원을 받아 NILS(달 표면의 음이온) 탑재체를 제공한다. 이탈리아로부터는 패시브 레이저 역반사경을 지원받아 탑재한다. 큐브위성은 파키스탄 국립우주국 SUPARCO와 중국 상하이 자오퉁 대학교가 공동으로 제작했다. 창어 6호는 2030년까지 유인 달 탐사를 포함하는 중국의 우주 미션의 일부다. 중국은 2030년대에 국제 달 연구기지(ILRS) 프로그램을 통해 영구 달 기지를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 많은 국가와 기관들이 이 프로젝트에 동참했다.
- IT/바이오
2024-05-02
[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수

미국 에너지부 산하 태평양 북서부 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory) 연구원들은 폐전자제품에서 망간, 마그네슘, 디스프로슘, 네오디뮴 등 주요 희토류를 선택적으로 회수하는 방법을 개발했다고 마이닝닷컴이 전했다. 연구팀은 간단한 혼합염 수용액과 금속 특성에 대한 지식을 활용하여 연속 흐름 반응로(챔버)에서 이러한 미네랄을 분리할 수 있었다. 두 개의 보완 연구 기사에 자세히 설명되어 있고 시애틀에서 열린 2024 재료 연구 학회(MRS) 춘계 회의에서 발표된 이 방법은 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 흐르는 화학 반응 챔버에 배치되었을 때 서로 다른 금속의 거동을 기반으로 합니다. 연구팀은 금속이 시간이 지남에 따라 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 금속을 분리하고 정제했습니다. 이 방법은 2024년 시애틀에서 열린 재료 연구 학회(MRS) 봄 회의 발표와 함께 두 편의 연구 논문에 상세히 설명되어 있으며, 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 연속 흐름 반응로(챔버)에서 다른 금속들의 행동을 기반으로 한다. 연구팀은 금속들이 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 광물을 분리 및 정제했다. 이 그룹은 2024년 2월에 처음으로 두 가지 필수 희토류 원소인 네오디뮴과 디스프로슘을 혼합 액체에서 성공적으로 분리했다고 보고했다. 기존 분리 방법에 일반적으로 필요한 30시간에 비해 4시간 만에 반응 챔버에서 두 개의 분리되고 정제된 고체가 형성되었다. 두 가지 중요한 광물은 무엇보다도 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈에서 발견되는 영구 자석을 제조하는 데 사용된다. 지금까지 매우 유사한 특성을 가진 이러한 요소를 분리하는 것은 어려운 일이었다. 전자 폐기물에서 이를 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 주요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 이 두 가지 중요 광물은 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈 등에 사용되는 영구 자석 제조에 사용된다. 지금까지는 성질이 매우 유사한 이러한 원소들을 분리하는 것은 어려운 과제였다. 전자 폐기물에서 이들을 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 중요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 마그네슘 공급원인 광산 폐기물과 염수 전자 폐기물에서 광물을 회수하는 것이 이 분리 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 연구팀은 바닷물은 물론 광산 폐기물과 염호 염수로부터 마그네슘을 회수하는 방법을 연구하고 있다. 수석 연구원 친푸 왕(Qingpu Wang)은 보도자료에서 “다음으로 더 많은 양의 제품을 효율적으로 회수하기 위해 원자로 설계를 수정하고 있다”고 말했다. 왕과 그의 동료 엘리아스 나쿠지(Elias Nakouzi)는 보완 기술을 사용해 용해된 리튬 이온 배터리 폐기물을 모방한 용액에서 거의 순수한 망간(>96%)을 회수할 수 있음을 보여주었다. 배터리용 망간은 전 세계적으로 소수의 회사에서 생산되며 주로 음극 또는 배터리의 음극 또는 음극에 사용된다. 본 연구에서 연구팀은 젤 기반 시스템을 사용하여 샘플 내 금속의 다양한 이동 및 반응 속도를 기반으로 물질을 분리했다. 나쿠지는 "이 프로세스의 장점은 간단하다는 것이다"라고 말했다. 그는 "고비용 또는 특수 재료에 의존하는 대신 우리는 이온 거동의 기본 원리를 다시 생각했다. 그리고 거기에서 영감을 얻었다"라고 설명했다. 연구팀은 연구 범위를 확대하고 중요 미네랄과 희토류 원소의 안정적인 국내 공급망을 제공하기 위해 환경 친화적인 새로운 분리 기술을 개발하는 PNNL의 새로운 이니셔티브인 '비평형 수송 구동 분리(NETS, Non-Equilibrium Transport Driven Separations)'를 통해 프로세스를 확장시킬 예정이다. 나쿠지는 "이 접근 방식은 복합적인 공급 흐름과 다양한 화학 성질로부터의 화학 분리와 관련하여 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 이는 더욱 지속 가능한 재료 추출 및 처리를 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-29
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25
보스턴 다이내믹스의 유압식 휴머노이드 로봇 '아틀라스' 은퇴한다

휴머노이드 로봇(인간 신체를 닮은 로봇)이 로보틱스 산업에서 대세를 이루고 있는 가운데, 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)는 자사의 유압식 휴머노이드 로봇 아틀라스(Atlas)가 은퇴할 것이라고 공식 발표했다. 이 소식은 테크크런치 등 정보기술 매체에 주요 뉴스로 실렸다. 현대차 그룹이 소유한 것으로도 잘 알려진 보스턴 다이내믹스가 이 같은 결정을 내린 것에 대해 의문도 쏟아지고 있다. 경영과 개발 부문에서 독자적인 전략과 방향을 유지해 온 회사가 현재 뜨겁게 부상하면서 수억 달러씩 투자가 집중되는 휴머노이드 로봇을 은퇴시키기 때문에 이상한 결정이라는 것이다. 이와 관련, 테크크런치는 아틀라스의 은퇴는 마지막이 아니라 새로운 차세대 로봇 시대를 위한 시작을 알리는 것일 수도 있다고 보도했다. 보스턴 다이내믹스는 수년 동안 휴머노이드 로봇 기술 상용화에 주력해 왔다. 현대차가 지난 2021년 회사를 인수하고 롭 플레이터가 회사의 두 번째 CEO로 임명되면서, 개발은 더욱 가속화됐다. 애질리티, 피규어, 1X, 앱트로닉 등과 같은 유사한 회사들에 대한 큰 관심을 고려할 때, 보스턴 다이내믹스가 상업용 휴머노이드 로봇에 매진한 것은 당연한 것이었다. 회사는 매사추세츠주 월섬에 본사를 두고 있다. 물론 보스턴 다이내믹스는 현재 휴머노이드 로봇 공학 기술 면에서는 시장을 크게 앞서 있는 것이 사실이다. 아틀라스가 데뷔한 지도 지난해 7월로 10주년을 넘겼다. 회사는 DARPA(미국 고등방위연구계획국)의 자금을 지원받아 아틀라스를 개발했으며, 이를 통해 휴머노이드 로봇 시대를 이끌었다. 백덤블링, 춤추기 등 사람과 유사하게 움직이는 모습으로 대중의 큰 관심과 인기를 끌었다. DARPA는 "아틀라스는 데뷔 당시 그때까지 제작됐던 것 중 가장 진보된 휴머노이드 로봇이었다. 특히 아틀라스에 탑재된 소프트웨어 두뇌와 신경 기술은 독보적이었다. 아틀라스 로봇은 이런 소프트웨어를 담는 물리적인 껍질이었다"고 말했다. 당시 DARPA 프로그램 관리자였던 길 프래트는 로봇을 실제 1살 짜리 인간 어린이에 비유하기도 했다. 두 다리로 움직이는 2족 보행 로봇 아틀라스는 보스턴 다이내믹스의 연구 및 홍보 자료에 지속적으로 등장하면서 지난 10년 동안 많은 발전을 이루었다. 아틀라스가 은퇴를 결정하게 된 결정적인 이유는 유압 장치에 있다는 지적이 많다. 로봇의 이동에 대한 시스템은 인상적으로 큰 발전을 이루었지만, 유압 장치와 같은 특정 부분은 현대 로봇 공학 표준을 감안하면 '이제는 구식'이라는 것이다. 유압식 휴머노이드 로봇은 유압 시스템을 사용하여 움직이는 인간형 로봇이다. 유압 시스템은 압력을 가한 액체(보통 오일)를 사용하여 동력을 전달한다. 유압 시스템은 전기 모터보다 강력한 토크를 제공해 무거운 물건을 들어 올리거나 힘든 작업을 수행하는 데 적합하다. 또한 비교적 간단한 구조로 되어 있어 제작 및 유지 관리가 용이하다. 방수성이 있어 습한 환경에서도 작동할 수 있는 등의 장점이 있다. 반면, 유압 시스템은 많은 양의 액체를 필요로 하기 때문에 로봇 자체가 무겁고, 작동시 소음이 발생하며, 정밀 제어가 어렵다는 등의 단점이 있다. 최근에는 전기 구동 방식의 휴머노이드 로봇이 개발되면서 유압식 로봇의 사용이 감소하고 있는 추세다. 회사 측은 최근까지도 아틀라스의 상용화를 꾀했던 것으로 보인다. 지난 2월에도 보스턴 다이내믹스는 아틀라스를 대대적으로 홍보하는 영상을 내보내고 있었다. 이 영상의 공식 캡션은 "아틀라스는 넘어뜨릴 수 없다!"였다. 휴머노이드 로봇 아틀라스가 힘, 지각력, 이동성을 결합해 실제 작업을 수행할 준비가 되어 있다는 것이었다. 이 영상에서는 또 증강 현실 기술과 공장 현장 작업을 위해 특별히 설계된 새로운 그래퍼도 선보였다. 현대차가 회사를 소유하고 있다는 점을 감안할 때, 궁극적으로 아틀라스 또는 그 후속 모델이 현대차의 미래 자동차를 제작하는 데 도움을 줄 것이라는 기대도 있었다. 그러나 이 홍보물은 아틀라스의 은퇴와 함께, 불투명한 아틀라스의 미래의 길로 들어갈 것으로 보인다.
- IT/바이오
2024-04-18
[신소재 신기술(31)] 나트륨 전고체 배터리 혁신으로 전기자동차 주행거리 2배 향상 가능

일본 과학자들이 현재 전기자동차(EV)의 주행 거리를 두 배 이상 늘릴 수 있는 차세대 충전 배터리로의 전환을 가속화할 수 있는 새로운 프로세스를 발견했다. 인디펜던스는 오사카 메트로폴리탄 대학 연구팀이 수행한 이 연구는 스마트폰부터 전기 자동차까지 모든 것에 사용되는 기존 리튬 이온 배터리에서 더 저렴하고 안전한 고체 나트륨 배터리로의 전환을 촉진하는 데 도움이 될 수 있다고 지난 12일(현지시간) 보도했다. 연구원들은 현재 사용되고 있는 리튬 이온 배터리보다 여러 가지 장점이 있는 고체 상태 나트륨 배터리에 주목했다. 고체 상태 나트륨 배터리 개발의 핵심적인 과제는 양산 제조였다. 이번에 개발된 새로운 공정은 배터리 성능에 중요한 역할을 하는 고체 전해질의 대량 합성에 초점을 맞추고 있다. 전고체 나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리보다 훨씬 더 풍부한 재료로 만들어졌지만 지금까지 대량 생산이 어려웠다. 일본 오사카 메트로폴리탄 대학 연구팀은 전도성이 높은 전해질의 대량 합성을 통해 이러한 장애물을 극복할 수 있다고 주장했다. 연구팀은 학교 공식 홈페이지를 통해 "대량 합성으로 이어질 수 있는 공정을 통해 세계에서 가장 높은 나트륨 이온 전도성을 지닌 고체 황화물 전해질과 높은 성형성을 지닌 유리 전해질을 생산한다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 오사카 메트로폴리탄 대학의 아츠시 사쿠다 교수는 "새로 개발된 공정은 고체 전해질과 전극 활성 물질을 포함한 거의 모든 나트륨 함유 황화물 물질 생산에 유용하다"고 말했다. 사쿠다 교수는 "이 공정은 또한 기존 방식에 비해 더 높은 성능을 발휘하는 소재를 쉽게 얻을 수 있어 향후 전고체 나트륨 배터리용 소재 개발의 주류 공정이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 고체 황화물 전해질은 상업적 사용에 필요한 것보다 약 10배 높은 세계 최고 수준의 나트륨 이온 전도성을 제공한다. 리튬 이온 배터리에 사용되는 액체 전해질과 달리, 고체 전해질은 배터리를 떨어뜨리거나 잘못된 방식으로 충전할 때도 화재의 위험이 없다. 이러한 획기적인 기술은 전기차 산업에서 뛰어난 성능, 비용 절감, 지속 가능성 개선을 통해 가장 유망한 기술로 입증될 잠재력을 가지고 있다. 또한 이 기술은 전기차 배터리의 충전 용량을 대폭 개선해 주행거리 불안감을 해소할 수 있다. 일본 자동차 제조업체인 도요타는 전고체 배터리를 사용하면 현재 시판 중인 전기 자동차의 2배가 넘는 거리인 1200km의 주행거리를 제공할 수 있다고 주장했다. 이 새로운 배터리의 충전 시간은 10분 정도로 짧을 수 있다. 이번 연구는 '전고체 나트륨 배터리용 황화물 고체 전해질 합성을 위한 반응성 폴리설파이드 플럭스 Na2Sx 활용'이라는 제목의 논문으로 과학 저널 '에너지 저장 재료(Energy Storage Materials)'와 '무기 화학(Inorganic Chemistry)'에 게재됐다. 전문가들은 "그러나 전고체 상태 나트륨 배터리가 상용화되기 전에 추가적인 연구 개발이 필요하다"고 지적했다. 한편, PR뉴스와이어는 15일(현지시간) 보고서 "배터리 종류(나트륨-황, 나트륨-염), 기술 유형(수용액 및 비수용액), 최종 사용 분야(에너지 저장, 자동차, 산업), 지역(아시아 태평양, 유럽, 북아메리카)별 나트륨 이온 전지 시장 - 2028년까지 전망"을 인용해 전 세계 나트륨 이온 전지 시장은 2023년 5억 달러에서 2028년 12억 달러까지 연평균 성장률(CAGR)이 21.5%에 달할 것으로 예상된다고 전했다. 이 매체는 리튬 이온 배터리 대비 경제성으로 인해 나트륨 이온 배터리 시장 성장이 확대될 것으로 예상된다고 덧붙였다. 이는 풍력 및 태양열과 같은 재생 에너지의 변동성을 해결하기 위한 대규모 에너지 저장 장치에 적합하다는 것. 또한 나트륨 이온 배터리는 일반적인 원소인 나트륨을 사용하기 때문에 지속 가능성이 높은 옵션으로 자리 잡고 있으며, 전 세계적인 환경 영향 저감 노력과 맞물려 시장이 성장할 것으로 전망했다. 그러면서 이 시장의 주요 업체로는 중국의 리튬 배터리 제조기업인 닝보 산산(Ningbo Shanshan Co.)과 장시 정투 신에너지 기술(Jiangxi Zhengtuo New Energy Technology), 일본의 레소낙 홀딩스(Resonac Holdings Co.)와 미쓰비시 화학, 한국의 포스코 퓨처엠(POSCO FUTURE M), 독일의 SGL 카본 등이 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-04-15
[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록

역사상 최초로 움직이는 물 엔진(Water engine·수력 엔진)이 오스트리아에서 개발됐다. 오스트리아의 레이싱 기업 AVL 레이스텍(AVL Racetech)은 물을 주입하는 분사 시스템을 통해 강력한 수소 연소 엔진을 개발했다고 에코뉴스가 전했다. 최근 수소는 경제의 탈탄소화 과정에서 주목받는 대안 에너지원으로 부상하고 있다. 수소 생산에 대한 투자는 전 세계적으로 증가하고 있으며, 스페인의 경우 2022년 1분기에 세계 신규 수소 프로젝트의 20%를 차지했다. 하지만 기존 수소 연소 엔진은 출력 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AVL 레이스텍은 헝가리의 훔브다(HUMDA) 연구소와 협력해 혁신적인 수소 연소 엔진을 개발했다. 이 엔진은 물 분사 시스템을 통해 기존 수소 연소 엔진의 문제점을 개선했다. 이 수소 연소 엔진은 더 나아가 레이싱카에 사용될 가능성도 있다. 물 분사 시스템 통한 성능 향상 AVL 레이스텍은 기존의 물 주입 방식인 PFI(포트 액체 분사)를 사용해 엔진의 공기 흡입 시스템에 물을 주입했다. 이를 통해 부품 손상을 유발할 수 있는 조기 점화를 방지하고 안정적인 연소를 촉진한다. 회사 측은 이는 '린번 엔진(lean-burn engine)'의 잠재적인 단점을 보완할 수 있다고 설명했다. 린번 엔진은 공연비(공기와 연료의 비율)가 일반적인 엔진보다 훨씬 높다. 이는 엔진이 연료 대비 더 많은 양의 공기를 사용해 연소시키는 것을 의미하며, 결과적으로 연료 효율이 개선되고 배출가스 중 일부 오염 물질의 양이 줄어든다. 린번 방식은 특히 질소산화물(NOx) 같은 오염물질의 배출을 줄이는 데 효과적일 수 있으며, 이는 환경에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 데 도움이 된다. 하지만 이 기술은 연소 과정에서 고온이 발생할 수 있어, 질소산화물의 생성을 억제하기 위한 추가적인 기술이나 장치가 필요할 수 있다. 린번 엔진은 주로 가솔린 엔진에 적용되지만, 디젤 엔진에서도 유사한 원리의 연소 방식이 사용된다. 수소 연소 엔진의 미래 물 주입 방식인 PFI분사와 같은 개선을 통해 분당 3000~4000회 회전에서 410hp(마력)과 500Nm(뉴터 미터)의 토크를 내는 2리터 수소 엔진이 탄생했다. 이 엔진 리터당 약 205마력(리터당 150kW)의 특정 출력 밀도를 달성했다. 실제 테스트 결과 이 엔진은 하이 레벨 모터 레이싱 대회에서도 경쟁력을 갖출 것으로 예상된다. 모터스포츠 AVL 디렉터이자 전 프로 레이싱 드라이버인 엘렌 로어(Ellen Lohr)는 "H2 레이싱 엔진으로 얻은 결과는 이 기술로 매우 경쟁력 있는 패키지를 제공할 수 있다는 것을 확인시켜 주었다"고 설명했다. AVL 레이스텍은 이번 개발을 통해 모터스포츠의 지속 가능성 확보에도 기여하고자 한다. 이 수소 연소 엔진은 레이싱뿐만 아니라 일반 자동차의 탈탄소화 전환에도 활용될 수 있으며, 수소 에너지의 자동차 산업 활용 가능성을 한층 더 높였다. 이처럼 수소의 잠재력은 지금까지 우리가 가지고 있었던 자동차의 수소 개념을 바꾸고 있다.
- 포커스온
2024-04-09
[신소재 신기술(27)] 전고체배터리 스타트업 타이란신에너지, 초고에너지밀도 셀 공개

중국의 신재생 에너지 기업 타이란신에너지(太藍新能源·Talent New Energy)가 초고에너지 밀도를 갖춘 새로운 전고체 배터리 셀을 공개했다. 중국 전기차 전문매체 CNEV포스트는 전고체 리튬배터리 스타트업 타이란신에너지(이하 타이란)는 단일 셀 용량이 120Ah이고 실제 에너지 밀도가 720Wh/kg인 자동차 등급 전고체 리튬 금속 배터리 시제품을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 지난 3일(현지시간) 보도했다. 타이란은 지난 2일 성명에서 이 수치가 리튬 배터리의 단일 셀 용량과 에너지 밀도 부분에서 새로운 업계 기록이라고 밝혔다. 참고로 전기차 제조사 니오(Nio)의 150kWh 반고체 배터리 팩은 베이징 위리온 뉴 에너지 테크놀로지(위리온)의 셀을 사용하며, 용량은 360Wh/kg이다. 니오는 지난달 이 반고체 배터리 팩이 2분기에 출시될 예정이며, 니오 차량에 탑재돼 1회 충전으로 최대 주행 거리(단일 충전 기준)를 1000km 이상으로 늘릴 것이라고 밝혔다. 타이란의 전고체 배터리는 위리온의 반고체 배터리보다 에너지 밀도가 두 배 높기 때문에 대량 생산이 가능하다면 전기차의 주행 가능 거리가 약 2000km에 달할 것으로 예상된다. 전고체 배터리와 반고체 배터리는 모두 차세대 에너지 저장 기술로 주목받고 있다. 두 배터리 기술의 주된 차이점은 전해질의 상태에 있다. 전고체 배터리는 액체나 젤 형태의 전해질 대신 고체 전해질을 사용한다. 고체 전해질은 일반적으로 폴리머, 세라믹 또는 복합체로 만들어진다. 고체 전해질은 불연성이기 때문에 전통적인 리튬 이온 배터리보다 화재나 폭발 위험으로부터 더 안전하다. 또한 고체 전해질을 사용함으로써 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 더 적은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 반고체 배터리는 고체와 액체 성분을 혼합한 전해질을 사용한다. 즉, 부분적으로는 고체 물질을 포함하지만 액체 성분이 일부 존재한다. 반고체 배터리는 전고체 배터리로의 전환을 위한 중간 단계로 볼 수 있다. 타이란은 성명에서 초박막 고밀도 복합 산화물 전고체 전해질, 고용량 양극 및 음극 소재, 전고체 배터리 성형 공정 등 전고체 리튬 배터리의 여러 핵심 기술에서 혁신을 이뤄냈다고 밝혔다. 새로 발표된 배터리의 양극은 고용량, 수명이 긴 리튬이 풍부한 망간 기반 소재를 사용하고 음극은 초광대폭, 초박막이며 높은 사이클 안정성과 다양한 이점을 갖춘 리튬 금속 기반 복합 소재를 사용한다고 회사 측은 설명했다. 타이란은 또 양극 내 이온 및 전자 수송 네트워크를 효율적으로 구축해 양극 내부의 하전 입자 이동을 개선했다고 밝혔다. 아울러 자체 개발한 유연한 층 소재를 통해 배터리의 종합적인 성능 향상을 실현했으며, 이는 기존 리튬 이온 배터리의 주행거리와 안전성 문제 등을 근본적으로 해결할 수 있을 것으로 기대된다고 전했다. 2018년에 설립된 타이란은 전고체 리튬 배터리 및 소재 기술 개발에 주력하고 있다. 2022년 3월 중국 부동산 개발업체 비구이위안(碧桂園·컨트리 가든)으로부터 투자를 유치한 바 있다. 타이란은 산화물 시스템을 기반으로 고체 전해질과 고체 리튬 배터리를 개발했으며 다양한 소재와 반고체 및 전고체 배터리에 대한 기술 파이프라인을 완성했다. 지난해 보도자료에 따르면 1세대 반고체 배터리의 에너지 밀도는 최대 400Wh/kg, 2세대 준고체 배터리는 400Wh/kg에서 500Wh/kg의 에너지 밀도를 달성했다. 타이란은 이러한 1세대 및 2세대 배터리는 여전히 액체 전해질을 포함하고 있으며, 2023년 7월에 3세대 전고체 배터리는 더 이상 액체 전해질을 포함하지 않을 것이라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-05
[신소재 신기술(23)] 조약돌 활용해 초효율 에너지 저장 시스템 설계

스웨덴 과학자들이 조약돌을 활용해 에너지 저장 효율을 향상시킨 새로운 시스템을 설계했다. 과학 전문매체 더쿨다운은 27일(현지시간) 스웨덴의 KTH 왕립 공과대학교의 연구원들은 기존의 열에너지 저장 기술에 조약돌을 추가해 개선된 시스템을 개발했다고 보도했다. 현재 최첨단 태양열 에너지 시스템에서는 장기간 에너지를 저장하기 위해 용융염을 사용한다. 용융염은 녹는점이 800.7°C 이상일 때 액체 상태가 되는 녹은 소금으로, 일반적인 조건에서는 이온성 고체다. 그러나 용융염은 사용에 있어 작동 온도의 한계와 부식성, 비료로의 사용 가능성으로 인한 추가 비용 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 반면, 조약돌은 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 재료다. KTH 연구팀은 조약돌을 사용한 시스템이 솔라스페이스(SolarPACE)에서 90% 이상의 높은 열효율을 달성하면서도 최대 800℃(화씨 1472도)까지의 열을 저장할 수 있음을 발견했다. 이는 용융염 시스템의 한계 온도인 600℃(화씨 111도)를 훨씬 초과하는 수치다. 이러한 혁신적인 발전은 태양 전지로부터 얻은 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 저장하는 과정을 더욱 간단하고, 경제적이며, 효율적으로 만들 수 있음을 의미한다. 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에서 태양이나 바람과 같은 깨끗하고 재생 가능한 에너지원으로의 전환이 진행되면서, 미래에 사용할 에너지를 효과적으로 저장하는 방법이 중대한 도전 과제 중 하나로 부상했다. 가스는 간편하게 저장하고 사용할 수 있는 것과 달리, 태양 에너지는 그렇게 단순하게 다룰 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 열에너지를 저장하는 데 액체 주석, 수소, 황과 같은 다양한 재료를 사용한 여러 시스템을 개발했다. 한편, 조약돌을 활용한 에너지 저장 시스템을 연구하는 과학자들은 이 시스템을 효율적으로 작동시키는 데 필요한 추가적인 전력 소비와 같은 도전 과제에 직면해 있다. KTH 왕립 공과대학교 에너지부의 열과 전력 부문 책임자인 라파엘 게데즈 박사는 "공기와 암석을 이용한 축방향 포장재는 본질적으로 비용이 저렴하다고 할 수 있지만, 공기를 효율적으로 순환시키고 특히 전기가 비싼 시간에 대량의 전력을 소비할 수 있다는 점이 채택에 있어 주요한 장애물 중 하나"라고 말했다. 그럼에도 게데즈 박사와 그의 연구팀은 이 시스템을 상업적으로 실행 가능한 옵션으로 만들 수 있다고 낙관하고 있다. 게데즈 박사는 "우리의 연구는 실제로 적용되고 있으며, 최종 사용자와 기술 개발자 모두 산업 이해 관계자들과 긴밀히 협력하고 있다. 궁극적으로 넷제로를 지원하고 연구와 교육 프로그램을 통해 사회에 가시적인 영향을 창출하려는 동기에 의해 주도되고 있다"고 전했다.
- 포커스온
2024-03-29