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2024-11-13 (수)

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대기 오염, 어린이 뇌 백질 발달에 영향 미쳐

대기 오염이 어린이 뇌 백질 발달에도 커다란 영향을 미치는 것으로 나타났다. 바르셀로나 세계 보건 연구소(ISGlobal)가 주도한 연구에 따르면, 대기오염이 어린이의 뇌 백질 발달에 장기적인 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌다고 뉴로사이언스가 25일(현지시간) 보도했다. 뇌 백질은 뇌의 주요한 구성 요소 중 하나로, 주로 신경 세포의 축삭 다발로 이루어져 있다. 축삭은 신경 세포에서 정보를 전달하는 긴 섬유이며, 백질은 이 축삭들이 모여 있는 부분이다. 백질은 축삭을 둘러싸고 있는 미엘린(myelin)이라는 물질 때문에 흰색을 띤다. 백질은 뇌 전체에 걸쳐 넓게 분포하며, 뇌의 각 영역을 연결하는 복잡한 네트워크를 형성한다. 임산부와 어린이를 위한 대기 오염 문제 해결의 중요성을 강조하고 있는 이 연구 결과는 환경 연구 저널(Environment Resrarch)에 게재됐다. 최근 연구들은 대기오염이 어린이의 신경 발달에 영향을 미친다는 증거를 제시하고 있다. 특히 뇌 영역 간 연결에 중요한 역할을 하는 백질에 대한 대기오염의 영향을 뇌 영상 기술을 통해 확인했다. 그러나 이러한 연구들은 특정 시점만을 관찰하고, 아동기 전체에 걸친 추적 관찰이 부족하다는 한계가 있었다. ISGlobal 연구팀은 네덜란드 로테르담에서 진행된 '제너레이션 R 스터디(Generation R Study)에 참요한 4000명 이상의 출생 코호트를 대상으로 연구를 진행했다. 연구팀은 가족들의 주거지를 기반으로 임신 및 아동기 동안 14가지 대기오염 물질에 대한 노출량을 추정했다. 또한 1314명의 어린이를 대상으로 약 10세와 14세에 촬영한 두 번의 뇌 스캔 데이터를 활용하여 백질 미세 구조의 변화를 조사했다. 분석 결과, 미세먼지(PM2.5)및 질소산화물(NOx)과 같은 특정 오염 물질에 대한 노출은 뇌백질 발달의 차이와 관련이 있는 것으로 나타났다. 특히 임신 중 PM2.5 노출 증가, 아동기 동안 PM2.5, PM10, PM2.5-10, NOx 노출 증가는 뇌 내 물 분자 확산 방식을 측정하는 '분별 이방성' 수치 감소와 연관됐다. 이러한 연관성은 청소년기까지 지속되어 대기오염이 뇌 발달에 장기적인 영향을 미친다는 것을 시사한다. 대기오염 노출 수준이 증가할 때마다 분별 이방성 발달은 5개월 이상 지연되는 것으로 나타났다. 연구팀은 또한 일부 오염 물질이 백질의 무결성을 반영하는 '평균 확산도' 변화와 관련이 있음을 발견했다. 평균 확산도는 뇌가 성숙함에 따라 감소하는 경향이 있다. 임신 중 미세먼지(PM2.5) 내 실리콘과 같은 오염 물질에 대한 노출 증가는 초기에는 평균 확산도를 높였지만, 아이들이 성장하면서 더 빠르게 감소했다. 이는 대기오염의 일부 영향이 시간이 지남에 따라 감소할 수 있음을 나타낸다. 전반적으로 이 연구는 임신 및 초기 아동기의 대기오염 노출이 뇌 백질에 지속적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 특히 이러한 결과는 세계보건기구(WHO)가 권장하는 최대 허용치를 초과하지 않지만 유럽연합(EU) 권장치보다는 낮은 PM2.5 및 PM10 농도에 노출된 어린이에게서도 나타났다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 연구 결과가 곧 유럽 의회에서 승인될 것으로 예상되는 더 엄격한 유럽 대기오염 지침의 필요성을 뒷받침한다면서, 대기오염 문제 해결을 위한 정책적 노력의 중요성을 거듭 강조했다.
- 생활경제
2024-09-26
빛 공해 인공조명, 물고기 행동과 후손에게까지 악영향

야간 인공조명이 물고기 행동에 큰 영향을 미치고 자손에게도 대물림되는 것으로 밝혀졌다. 최근 연구에 따르면 특히 청색 스펙트럼의 빛 공해는 물고기의 행동을 단 며칠 만에 변화시키고 그 영향이 후손에게까지 미칠수 있다고 PHYS가 보도했다. 독일의 세계적인 연구소인 막스 플랑크 동물행동연구소 연구팀은 세계적인 빛 공해의 주요 원인으로 여겨지는 야간 인공조명에 노출된 암컷 제브라피쉬의 반응을 연구했다. 연구 결과 9일 동안 다양한 파장의 야간 인공 조명에 노출된 물고기들은 헤엄치는 횟수가 줄었다. 물고기들은 또한 서로 더 가깝게 붙어 다니며 수족관 근처 벽에서 더 많은 시간을 보내는 '불안 유사 행동(anxiety-like behavior)'을 보였다. 이러한 불안 유사 행동은 모든 파장의 빛에 노출된 물고기에서 관찰되었지만, 청색 스펙트럼의 단파장은 가장 빠르고 강력한 변화를 일으켰다. 또한 빛 공해는 장기적인 영향을 미칠 수도 있다는 사실도 드러났다. 빛에 노출된 어미에게서 태어난 새끼들은 빛에 노출된 적이 없음에도 불구하고 헤엄치는 횟수가 적었다. 이 연구는 종합환경과학(Science of The Total Environment) 저널에 게재됐다. 빛 공해, 대부분의 생물에 악영향 야간 인공조명은 밤에 어두워야 할 곳에 빛을 더함으로써 환경을 오염시킨다. 이는 거리의 가로등, 건물이나 산업 지역을 밝히는 옥외 조명과 밤에도 우리 주의를 끄는 실내 기기들을 통해 존재한다. 이들 야간 인공 조명은 빛과 어둠의 주기에 의해 조절되는 생물학적 과정의 자연스러운 리듬을 방해해 대부분의 생물에게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 야간 인공조명의 부정적인 영향이 청색 스펙트럼 빛에 노출된 인간에게서 발생한다는 사실을 바탕으로, 다양한 파장의 빛이 물고기의 행동에 어떤 영향을 미치는 지 알아보고자 했다. 막스 플랑크 동물행동연구소의 박사 과정 학생으로 연구를 수행한 제1저자인 웨이웨이 리(Wei WEi Li)는 "수면은 밤에 인공 조명으로 인해 방해 받는 동물의 주요 과정 중에 하나로 그것이 동물의 생활 능력에 어떤 의미가 있는 지 궁금했다"고 말했다. 팀은 암컷 제브라피쉬를 가시광선 스펙트럼의 9개 개별 파장과 백색광을 포함한 10가지 야간 조명 조건에 노출시켰다. 빛은 20럭스로 설정되었는데, 이는 멀리서 보는 가로등의 밝기와 동물들이 외부 환경에 노출될 수 있는 밝기와 유사하다. 연구 결과, 물고기는 모든 파장의 빛에서 8일 동안 노출된 후 헤엄치는 횟수가 줄었고, 서로 가깝게 붙어 다녔으며, 수족관 벽 근처에서 더 많은 시간을 보냈다. 이는 동물의 불안을 나타내는 '접촉주성(thigmotaxis)' 또는 '벽 껴안기 행동'으로 알려져 있다. 그러나 청색광의 영향은 훨씬 더 빨리 나타났다. 노출 5일만에 물고기는 불안 유사 행동을 나타냈으며, 470nm의 빛이 가장 강력한 영향을 미쳤다. 이 연구는 메커니즘을 밝히는 것을 목표로 하지는 않았지만 연구팀은 수면 부족이 데이터 패턴의 근본 원인일 수 있다고 추정했다. 행동 변화가 즉시 나타나지 않고 5일 또는 8일 밤의 노출 후에 나타났다는 사실은 수면 부족으로 설명될 수 있다는 것이다. 빛공해 영향, 자손에게 대물림 이번 연구는 또한 빛 공해의 영향이 개체에만 그치지 않고 자손에게까지 전달된다는 것을 보여주었다. 연구팀은 야간 인공조명에 노출 연구에 사용된 암컷 제브라피쉬를 번식시킨 뒤 태어난 새끼들을 자연광 조건에서 키웠다. 15일 후 연구팀은 작은 물고기의 활동 수준을 정량화하기 위해 설계된 특수 자동 추적 소프트웨어를 사용해 새끼들의 수영 행동을 테스트했다. 빛 공해에 노출된 어미의 새끼들은 밤에 빛에 노출되지 않았음에도 불구하고 낮에 움직임이 감소했다. 연구의 주저자인 중국 수생물학연구소의 밍 두안(Ming Duan)은 "우리는 빛 공해가 물고기의 자연스러운 행동을 방해한다는 사실을 발견했으며, 이러한 방해는 체력에 영향을 미칠 수 있다"고 말했다. 연구팀은 야생 동물에 대한 야간 인공조명의 영향을 완화하기 위해서는 인공 광원에서 방출되는 빛의 종류에 특별한 주의를 기울여야 한다고 말했다. 특히 동물들이 잠을 자려고 하는 곳에서 청색 파장 광원의 사용을 최소화하는 것이 중요하다고 강조했다.
- IT/바이오
2024-09-24
인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기

인간 뇌조직에서 미세 플라스틱이 처음으로 검출되어 잠재적인 건강 위험에 대한 우려가 높아지고 있다. 국제 연구팀이 15명의 사망자 뇌 조직 중 8명의 후각 신경구(코에서 냄새 정보를 받아 들이는 뇌조직 덩어리)에서 미세 플라스틱을 발견했다고 사이언스얼라트와 CNN 등 다수 외신이 보도했다. 이는 뇌 혈전에서 미세 플라스틱이 발견된 이후 뇌조직 자체에서 미세 플라스틱을 보고한 첫 번째 연구다. 베르린 자유 대학의 박사후 미세 플라스틱 연구원이자 이번 연구의 주저자인 루이스 페르난도 아마토-로렌소는 CNN에 "이 구조에 존재하면 뇌의 다른 영역으로 전이될 수 있다"고 밝혔다. 아마토-로렌소는 입자의 크기와 모양이 섬유보다 작기 때문에 뇌와 척수를 여러 유해 물질로부터 보호하는 막인 혈액뇌장벽의 미세아교세포를 우회할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. 이전 연구에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 우리 몸의 폐 조직과 모유와 태반, 고환 등 생식기에서도 발견됐다. 아울러 플라스틱 페트 병에 든 생수 등 마시는 물에서도 미세 플라스틱이 검출돼 경종을 울렸다. 연구팀은 출판된 논문에서 나일론의 현미경 사진을 게재했으며 "미세 플라스틱은 다양한 인체 조직에서 발견됐지만 인간의 뇌에서 존재한다는 사실은 기록되지 않았으며, 이는 잠재적인 신경 독성 효과와 미세 플라스틱이 뇌 조직에 도달하는 메커니즘에 대한 중요한 의문을 제기한다"고 기술했다. 이번 연구는 지난 16일 미국의학협회 저널 '자마 네트워크 오픈(JAMA Network Open)'에 발표됐다. 검출된 미세 플라스틱은 주로 입자 및 섬유 형태였으며, 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. 입자 크기는 5.5마이크로미터(㎛)에서 26.4마이크로미터 사이로, 평균적인 인간 머리카락 너비(약 8만 나노미터)의 1/4도 되지 않았다. 이보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 폴리프로필렌은 포장재부터 자동차 부품, 의료 기기에 이르기까지 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나이다. 이전 연구에서는 대기 오염 입자가 후각 경로를 따라 올라가는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 미세 플라스틱이 후각구 바로 아래 쪽의 작은 구멍을 통해 뇌까지 동일한 경로를 이용할 수 있음을 시사한다. 연구팀은 "코와 후각구에서 미세 플라스틱이 확인된 것은 취약한 해부학적 구조와 함께 후각 경로가 외인성 입자가 뇌로 들어가는 중요한 진입 지점이라는 개념을 강화한다"고 설명했다. 미세 플라스틱의 건강 영향은 아직 명확하지 않지만. 뇌 내 합성 물질 농도 증가는 긍정적인 신호가 아니다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 신경 손상 및 신경 질환 위험 증가와 연관 있을 수도 있다. 또한 대기 오염과 인지 문제 사이의 연관성은 이미 잘 알려져 있다. 만약 미세 플라스틱이 비강으로 유입된다면 문제를 악화시킬 가능성이 있다. 연구팀은 "파킨슨병과 같은 일부 신경 퇴행성 질환은 초기 증상으로 비강 이상과 관련이 있는 것으로 보인다"고 말했다. 생분해성이 더 높은 플라스틱을 생산하려는 지속적인 노력에도 불구하고, 플라스틱 생산량은 지난 20년 동안 두 배로 늘었다. 지난 9월 4일 '네이처' 저널에 게재된 또다른 연구에 따르면 전 세계는 매년 5700만톤의 플라스틱 오염을 발생시키고 있다. 영국 리즈대학교 연구팀은 매년 발생하는 오염 물질은 약 5200만톤으로, 뉴욕시 센트럴 파크를 엠파이어스테이트 빌딩 높이만큼 플라스틱 쓰레기로 채울 수 있는 수준이라고 밝혔다. 5200만톤의 플라스틱 쓰레기를 서울의 여의도에 쌓으면 높이는 약 1만5600km에 이른다. 이는 지구 반지름(약 6371km)의 두 배가 넘는 엄청난 높이다. 참고로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 해발 고도는 약 8846미터이다. 이번 연구는 플라스틱 오염의 심각성을 다시 한 번 강조하며, 미세 플라스틱의 건강 영향에 대한 추가 연구의 필요성을 제기한다.
- IT/바이오
2024-09-20
[기후의 역습(59)] 폭염, 임신 합병증 위험 높인다…유산 등 주의해야

임신 중이거나 출산 직후의 임산부는 지구 온난화로 인해 더 큰 위험에 처해 있다. 그 위험은 고열로 인한 질병의 위험을 훨씬 넘어선다고 CBS뉴스가 보도했다. 연구에 따르면 극심한 더위는 임산부는 물론 태아의 생명까지 위협한다. 임산부는 바이러스를 비롯한 환경 조건에 더욱 취약하다. 위협 중 하나는 모기에서 비롯된다. 모기는 여러 가지 질병을 옮기는 매개체다. 고열을 일으키는 바이러스성 감염병인 서나일열이나 신경계에 괴사를 일으키는 동부 말뇌염(EEE) 등 일부 질병은 드물게 발병하지만 증세는 심각하며 일반 대중, 특히 임산부에게 치명적이다. 주로 열대 기후에서 발견되는 오로푸치열(일명 나무늘보열)과 지카 바이러스 등도 임신 중인 여성에게 특히 위험할 수 있다. 위험은 앞으로 더 확대될 가능성이 크다. 지구 온난화 때문이다. 기온 상승으로 인해 모기가 활동하는 기간이 더 오래 지속되고 있으며, 이로 인해 특히 취약 계층에 대한 위험이 확대되고 있다. 미 의과대학협회는 웹사이트에서 "기후 변화는 여성에게 더 큰 피해를 준다"며 "극심한 날씨는 임신 합병증, 폭력 증가, 피할 수 없는 오염 및 더위 노출 등의 피해를 일으킨다"고 지적했다. 모기 물림에 의한 임신부 감염은 태아에게 더 심각한 위협이 될 수 있다. 미 질병통제예방센터(CDC)는 서나일, 지카, 오로푸치 바이러스가 모두 임신한 여성에게 위험을 초래하며, 후자 두 가지가 더욱 위험하다고 경고했다. 다만 미국에서 주로 감염되는 서나일열은 태아에게 전염될 수 있지만, 위험은 낮은 것으로 알려져 있다. 반면 오로푸치열은 태아의 사산 또는 선천적 결함을 일으킬 위험이 상대적으로 높다. 올해 브라질, 볼리비아, 페루, 콜롬비아, 쿠바에서 오로푸치열 감염 사례가 8000건 이상 보고되었고, 플로리다에서 최소 30건, 뉴욕에서 1건이 확인됐다. 이들 모두 여행으로 인한 감염이었다. CDC에 따르면 태아 사망이나 선천적 이상과 관련된 수직 전염(자궁에서 아기로 바이러스가 직접 전파되는 것) 사례가 올해 5건 보고되었다. 지카 바이러스는 특정 선천적 결함을 유발하는 것으로도 알려져 있는데, 2015년과 2016년 라틴 아메리카 전역에서 대규모 발병이 있었다. 모기 발생일이 많을수록 질병 확산 위험은 비례해 커진다. 전 세계는 이미 기후 변화의 영향권에 들어가 있다. 세계보건기구(WHO)는 유아 사망의 주요 원인인 조산이 더운 기간에 급증한다고 밝혔다. 또 일 최저 기온이 섭씨 23.9도를 넘으면 유아 사망률이 최대 22.4% 증가하는 것으로 나타났다고 지적했다. 연구 결과 전문가들은 고온이 조산과 사산을 일으키는 주 요인임을 밝혀냈다. 또한 고온과 산불로 인한 대기 오염이 고혈압, 저체중 출산 및 조산의 가능성을 높인다는 사실도 규명했다. WHO는 특히 태아의 뇌와 폐 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 말했다. 지난 2020년 약 3300만 건의 출산을 분석한 다수의 연구에서도 같은 결과가 나왔다. 관련된 58개의 연구 중 84%가 대기 오염 노출과 부정적인 출산 결과 사이에 유의미한 연관성이 있는 것으로 나타났다. 고열 상태를 살펴본 10개 연구 중 9개는 임신 중 고열에 노출되는 것이 부정적인 출산 결과와 깊은 관계가 있었다. 또 임신성 당뇨병 및 기타 임신 합병증 사이에도 연관성이 높았다. 극심한 더위는 의학적 질환뿐 아니라 임산부 사망의 주요 원인 중 하나인 살인의 피해를 증가시킬 수 있다. 더위는 폭력 범죄와 살인 증가율을 높인다. 이는 미국에서 임산부 사망의 주요 원인 중 하나다. 제4차 국가기후평가에 따르면 고온은 살인을 포함한 공격적인 행동의 증가로 이어질 수 있다. 폭력 범죄는 더울 때 발생할 가능성이 높아진다. 특히 임신 중인 여성이 위험할 수 있다. 2022년 하버드 대학교 연구팀은 미국에서 임산부의 주요 사망 원인이 살인이라는 연구 결과를 발표하기도 했다. 연구팀은 "임산부의 살인 사망은 고혈압, 출혈 또는 패혈증으로 인한 것보다 더 많다"고 말했다. 2009~2019년까지 임산부 살인의 68%가 총기로 인한 것이었다. 또 다른 연구에 따르면 2020년 코로나19 대유행이 시작되면서 임산부 살인이 크게 늘었다. 연구에 따르면 2022년 10만 명의 산아당 살인이 약 5.23건 발생했으며, 사건의 80%가 총기였다. 임산부 살인 위험은 비임산부보다 35% 더 높았다. 최근 몇 년 동안 이미 역대 기록을 경신한 토네이도, 허리케인, 홍수는 의료 서비스 이용을 차단하고 있다. 불안전한 운전 환경과 손상된 인프라로 인해 도로가 차단되고 이동이 위험하거나 불가능해질 수 있다. 누군가 진통을 겪고 있거나 응급 상황을 겪고 있다면 이러한 접근성 부족은 치명적일 수 있다. 미국 산부인과 전문대학은 성명을 통해 "기후 변화는 여성의 긴급한 건강 문제이자 공중 보건이 해결해야 할 핵심 과제"라고 발표했다. 의료 전문가 단체는 "기후 변화는 여성의 건강에 불균형적인 영향을 미치고 건강 불평등을 더욱 악화시킨다"며 "이는 모두에게 영향을 미치는 긴급한 의료 우선순위"라고 강조했다. 전문가들은 지구 온난화 억제와 함께 온실가스가 여성 건강에 미치는 영향에 대한 깊은 연구를 통해 포괄적인 기후, 의료 및 인프라 정책 변경이 필요하다고 지적했다.
- 생활경제
2024-09-19
[퓨처 Eyes(51)] 오존층, 서서히 아물고 있다⋯40년 만에 희망의 빛

1980년대, 인간이 만들어낸 오염물질로 인해 지구 오존층에 구멍이 뚫렸다는 충격적인 소식이 전 세계를 강타했다. 하지만 40년이 지난 지금, 마침내 오존층이 회복되고 있다는 희망적인 신호가 포착됐다고 데일리메일과 IFL이 전했다. 오존층은 자연적으로 발생하는 오존 가스의 얇은 층이다. 오존 가스는 세 개의 산소 원자로 이루어진 분자로, 태양의 유해한 자외선을 거의 모두 흡수한다. 오존가스는 지상에서 천식 등 폐질환을 앓고 있는 건강상의 문제를 일으킨다. 반면, 상층 대기에 모이면 오존은 지구에 영향을 미칠 수 있는 UV-B 복사선을 흡수한다. 1985년 영국 남극 조사단에 따르면 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 뚫렸다는 사실이 밝혀졌다. 매년 남반구에 봄이 다가오면 이 구멍이 다시 열리고 자외선이 남극으로 쏟아진다. 남극 오존 구멍은 일반적으로 8월 중순에서 하순에 잘 형성되고, 1년 주기의 일부로 11월 말에 닫힌다. 올해 남극 오존 구멍, 예상보다 작고 늦게 형성 코페르니쿠스 대기 모니터링 서비스(CAMS)의 최근 관측 결과, 올해 남극 상공의 오존 구멍은 예년보다 늦게 형성되었고, 그 크기도 눈에 띄게 작아졌다. 지난 9월 13일 기준, 오존 구멍의 크기는 최근 몇 년 같은 시기보다 무려 1848만 제곱킬로미터나 줄어들었다. CAMS의 올해 새로운 데이터에 따르면 남극 오존층 구멍 형성은 예년에 비해 훨씬 느렸다. 9월에 다 되어서야 오존 구멍이 형성되기 시작했으며, 그 이후에도 오존 구멍의 크기는 상당히 작은 상태를 유지하고 있다. 올해 남은 기간 동안 CAMS는 오존 구멍이 더 빠르게 줄어들기 시작해 12월 초에는 완전히 닫힐 것으로 예측하고 있다. 전문가들은 이러한 변화가 전 지구적인 기상 패턴의 영향일 수 있다고 조심스럽게 분석하면서도, 몬트리올 의정서를 통한 CFC (클로로플루오로카본, Chlorofluorocarbons) 사용 규제 등 인류의 노력이 마침내 결실을 맺고 있다는 긍정적인 전망을 내놓았다. CAMS 책임자인 로렌스 루일은 "남극 오존 구멍 형성에는 화산 활동부터 기후 변화까지 다양한 요인들이 영향을 미치지만, 몬트리올 의정서를 통해 인류가 오존층 회복의 발판을 마련했다"고 강조했다. 오존층은 지상에서 우주로 확장되는 공기 기둥의 오존 양을 나타내는 돕슨(Dobson) 단위라는 측정법을 사용해서 측정된다. 1 돕슨 단위는 해수면 0℃(32°F)에서 0.01mm 두께의 오존층을 만드는 데 필요한 오존 분자의 수를 말한다. 오존층 파괴, 인류와 지구에 치명적 영향 오존층은 태양에서 방출되는 유해한 자외선을 흡수하여 지구상의 생명체를 보호하는 중요한 역할을 한다. 오존층 파괴는 피부암, 백내장 등 인간 건강을 위협할 뿐만 아니라, 농작물 생산량 감소, 해양 생태계 교란 등 지구 전체에 심각한 영향을 미친다. 특히 남극 생태계는 오존 구멍으로 인해 더욱 심각한 자외선 피해에 노출되어 왔다. 남극의 야생 동물인 물개와 펭귄에게 자회선 피해를 입히고 있는 것. 올해 CAMS 데이터에 따르면 남극 지역에서 대부분이 오존층 파괴의 기준인 220돕슨 단위 이상을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 2023년 9월 10일까지 오존층 파괴 면적이 2600제곱킬로미터에 달했던 것에 비해 현저히 줄어든 것이다. 40년 내 오존층 완전 회복 기대, 국제 협력의 힘 1987년, 전 세계는 '몬트리올 의정서'를 체결해 오존층 파괴 물질인 CFC 사용을 금지했다. 하지만 이미 발생한 오존층 파괴는 쉽게 회복되지 않았고, 최근까지도 남극 오존 구멍은 심각한 수준을 유지해 왔다. CFC는 에어로졸 스프레이와 냉장고 냉매, 소화기 등에 사용되는 인공화합물이다. 일부 전문가들은 올해 오존층 파괴 속도가 느려진 것이 회복의 신호로 여기지 않는다. 오히려 기온과 바람 패턴의 자연스러운 변화로 극지방 소용돌이가 교한되었기 때문일 가능성이 높다는 지적이다. CAMS 또한 블로그 게시물에서 "평소보다 추운 날씨가 계속된다고 해서 장기적인 기후 추세를 알 수 없는 것처럼 오존층 파괴가 느리게 시작되었다고 해서 반드시 오존층 회복으로 단정할 수 없다"라고 적었다. 그럼에도 이번 연구 결과는 오랜 기다림 끝에 마침내 오존층이 회복되고 있음을 보여준다. 전문가들은 향후 40년 안에 오존층이 완전히 회복될 수 있다는 희망적인 전망을 내놓았다. 로렌스 루일은 "앞으로 40년 안에 오존층이 더욱 회복될 것으로 기대하며, 이는 국제 협력과 과학적 근거를 바탕으로 한 노력이 지구 대기에 긍정적인 변화를 가져올 수 있음을 보여주는 중요한 사례"라고 말했다. 이는 국제적인 협력과 과학적 노력이 지구 환경 문제 해결에 얼마나 중요한 역할을 하는지 보여주는 좋은 사례다. 오존층 회복은 인류와 지구 생태계를 위한 값진 노력의 결실이 될 것이다.
- 포커스온
2024-09-19
[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과

화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다. 이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다. 이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다. 연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다. 이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다. 연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다. 실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다. 실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다. 연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다. 연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다. 한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
- IT/바이오
2024-09-12
[기후의 역습(56)] 극한 기상 급증, 20년 내 15억 명 피해 불가피

온실가스 배출량을 극적으로 줄이지 않으면 전 세계 인구의 4분의 3이 향후 20년 동안 극심한 기온과 강우량의 강력하고 빠른 변화로 큰 위험에 처할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 이 연구 결과는 네이처 지구과학지에 실렸다. 국제기후연구센터(CICERO: Center for International Climate Research) 학자들이 주도하고 영국 레딩 대학교의 지원을 받아 수행한 연구에 따르면, 2050년까지 탄소 중립을 실현한다는 파리 협정 목표를 달성할 만큼 배출량을 줄일 경우에도 인류의 20%가 극심한 기상 위험에 직면할 수 있다. 그러나 조치가 부족할 경우에는 전체 인구의 70%가 극단적인 기상의 위기에 처할 것으로 예상된다. 이 연구는 지구 온난화가 기상 변화와 결합됨에 따라 극심한 기온과 강우량이 10년 동안 매우 빠르게 변할 것임을 암시한다. 현재까지 극심한 기상 변화가 개별 국가에 미치는 영향을 조사한 연구는 거의 없다. 연구팀을 이끈 칼리 아일리스 박사는 "우리는 전 세계 평균 수준에 비해 기후 또는 기상 변화 관련성이 높은 지역에 초점을 맞추고 있다. 향후 수십 년 동안 극심한 변화를 겪을 것으로 예상되는 지역에 집중하고 있다"고 말했다. ◆ 전례 없는 상황 연구팀이 대규모 기후 모델 시뮬레이션을 사용해 도출한 '위험한 70%의 인구'는 대부분 열대 및 아열대 지역에 집중되어 있었다. 이들 대부분이 탄소 고배출 상황에서 향후 20년 동안 극심한 온도와 극한의 강수량 변화를 경험할 것으로 예상됐다. 강력한 배출 완화가 이루어져야만 숫자가 20%(약 15억 명)로 줄어들 것으로 보인다. 이 같은 급격한 변화는 상상하기 어려운 악조건과 극한 사건의 위험을 증가시킨다. 예를 들어, 열파는 사람과 가축 모두에 고온 스트레스와 높은 사망률, 생태계 위기, 농업 수확량 감소, 발전소 등 열원의 냉각 어려움, 운송 중단 등을 광범위하게 일으킬 수 있다. 또 극한의 강수량 집중은 홍수를 일으키고 정착지를 파괴하며 인프라, 작물 및 생태계의 피해, 침수 등으로 이어진다. 사회는 특히 여러 위험이 동시에 현실화될 때 취약해지는 것이다. ◆ 정화의 위험 연구팀원인 레딩 대학교의 로라 윌콕스 박사는 "아시아 전역에서 대기 오염을 빠르게 정화하면 따뜻한 극한 기온이 동시에 가속하고 이 지역의 여름철 몬순(우리의 장마에 해당)에 영향을 미친다는 사실도 발견했다"고 밝혔다. 건강상의 이유로 공기 정화가 중요하지만, 이는 거꾸로 지구 온난화에 영향을 미친다는 의미다. 윌콕스는 공기 정화 작업이 지구 온난화와 결합돼 향후 수십 년 동안 큰 변화를 일으킬 수 있다고 우려했다. 연구는 급격한 기후 변화의 가능성에 초점을 맞추지만, 그 결과가 기후 적응에 중요한 의미를 갖고 있다고 강조한다. 최선의 경우에만 15억 명에게 영향을 미치는 것으로 축소될 것이며, 이를 위해 향후 10~20년 사이에 매우 공격적으로 대응해야 한다는 지적이다.
- 포커스온
2024-09-11
[기후의 역습(55)] 기후 변화로 태평양 섬 관광 미래 '빨간불'

광대한 바다에 흩어져 있는 태평양 섬들은 세계에서 가장 맑은 바닷물과 깨끗한 해변, 열대 우림 등으로 최고의 관광지로 각광받는다. 이 지역 섬나라 경제의 대들보에 해당한다고 볼 수 있다. 그러나 이 지역의 관광 산업과 관광에 생계를 의존하는 사람들은 지속적인 기후 변화의 영향으로 두려움에 떨고 있다. 영국 BBC가 태평양 섬들의 현주소를 기획으로 전했다. 태평양 관광기구(Pacific Tourism Organisation)의 CEO 크리스토퍼 코커는 "태평양 섬 지도자들이 기후 변화를 태평양 지역 사회의 생계, 안보, 복지에 대한 가장 큰 위협으로 선언했다"면서 "즉각적이고 혁신적인 조치가 없다면 이 지역 관광의 미래는 매우 불확실하다. 태평양의 모든 섬은 기후 변화의 영향을 받기 쉽다. 특히 투발루, 키리바시, 마셜 제도, 미크로네시아 연방과 같은 저지대 환초 국가는 더 취약하다"고 우려했다. 그는 "이 섬들은 특히 해수면 상승으로 인해 침수되기 쉬울 뿐만 아니라, 장기간의 가뭄과 예측할 수 없는 강우 패턴으로 깨끗하고 안전한 식수에 대한 접근이 어렵다"고 덧붙였다. 호주기상청은 태평양의 기후 모델이 "향후 사이클론의 발생 수는 적지만 각각이 더욱 강해질 가능성이 농후하다"고 시사했다. 그러나 통가 주민들은 더 강한 폭풍이 더 자주 닥치고 있다면서 현실은 모델 예측보다 심각하다고 인식한다. 노무카는 통가 하파이 군도에 있는 작은 삼각형 모양의 섬으로 호주 시드니에서 북서쪽으로 약 3500km 떨어져 있으며 섬의 인구는 약 400명이다. 이곳 주민들은 거의 일상을 사이클론과 함께 살고 있다고 한다. 이 섬 출신인 오클랜드 대학교 시오네 타우파 교수 "과거에는 직접 타격을 입히는 사이클론이 한두 개 들어왔지만 요즘은 4~5등급의 사이클론이 훨씬 더 규칙적으로 들어오고 있다“고 밝혔다. 태평양 섬 국가들이 직면한 위험은 유엔 사무총장 안토니우 구테흐스도 강조한다. 그는 지난달 통가에서 열린 태평양 섬 포럼에 참석해 오염의 주범인 G20 국가들이 온실가스 배출량을 줄여야 한다고 촉구했다. 그는 "태평양 섬들은 기후 변화와 큰 관련이 없는데도 그로 인한 피해는 집중적으로 받고 있다”고 말했다. 통가에서 북서쪽으로 2시간 비행하면 과거 영국의 식민지였던 피지 섬에 도착한다. 피지섬에는 지난해 호주, 뉴질랜드, 북미, 중국 등지에서 92만 9740명의 관광객이 방문했다. 이곳도 기후 변화에 대한 불안감이 크다. 피지의 지역 조직인 마마누카 환경협회는 지속 가능한 관광과 환경 보호를 주창하면서 맹그로브 숲을 복원하고 나무를 식재하고 있다. 협회는 피지가 이미 기온 상승의 피해를 받고 있다고 지적했다. 지하수는 침식하는 바다의 염분으로 오염되고 있으며, 우기에는 빗물을 수확해야 하는 경우가 점점 더 늘고 있어 물 안보가 위협받고 있다는 것이다. 담수원 대부분이 이제 염수로 인해 침범받고 있다. 해수면 상승으로 해변이 침식되고 있으며, 해수 온도 변화로 인해 산호 백화 현상이 발생했다. 태평양 섬 전체에서 물 부족으로 인한 갈등이 일어날 가능성마저 제기된다. 최근 피지와 쿡 제도에서의 연구 조사에서는 주민들이 무력감을 느끼고 있으며, 운명론적인 부정적 시각이 두드러진 것으로 나타났다. 태평양 섬 주민은 세계 인구의 극소수이며, 탄소 발생은 거의 없지만, 기후 변화의 최전선에 서 있다. 기후 변화로 인한 지역 관광 산업의 몰락은 단순히 이 지역의 경제와 사회의 붕괴만을 의미하지는 않는다. 태평양 섬의 생태계가 무너진다는 것은 전 세계 자연과 환경 시스템의 대혼란으로 연결될 수 있다는 의미다. 그런 점에서 신뢰에 기반한 세계적인 노력과 대응이 요구된다는 지적이다.
- 생활경제
2024-09-10
도시의 공해와 소음, 불임 유발 가능성 '심각'

대도시에서 거주하는 사람들이 더러운 공기와 소음에 시달리는 것만으로도 불임이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 덴마크 암 연구소에서 공개한 새로운 데이터에 따르면 공기 오염은 남성의 생식 능력을 낮추고, 시끄러운 교통 소음은 여성의 생식 능력에 영향을 미칠 수 있다고 영국 일간지 메일이 온라인판에서 5일(이하 현지시간) 보도했다. 코펜하겐에 있는 덴마크 암 연구소의 메터 쇠렌센과 그의 연구팀은 지난 4일 영국 의학 저널 BMJ에 이러한 내용을 발표했다. 연구팀에 따르면 전 세계적으로 무려 7쌍 중 1쌍이 임신에 어려움을 겪는다고 한다. 팀은 덴마크의 국가 데이터베이스에서 30~45세의 덴마크 성인 남녀 약 90만 명을 대상으로 각 거주자의 건강, 직업, 교육, 가족에 대한 데이터를 활용했다. 대상자들은 모두 2명 미만의 자녀를 두었고, 2000년부터 2017년 사이에 덴마크에서 결혼하거나 동거했다. 불임 병력이 있거나 불임 수술을 받은 사람은 연구 대상에서 제외됐다. 연구팀은 최근 수십 년간의 지역 대기 오염 수준을 연구 참가자들과 교차 참조했다. 특히 그들은 폐 깊숙이 침투할 수 있는 매우 미세한 오염 입자인 PM2.5의 농도를 살펴보았다. 연구팀은 또한 각 참가자의 주소에서의 도로 교통 소음 수준을 추적했다. 18년간의 연구 기간 동안 1만6172명의 남성과 2만2672명의 여성에게 불임이 발견됐다. 연구에 따르면 30~45세 남성이 5년 동안 PM2.5 농도의 대기 오염에 평균적으로 더 많이 노출되면 불임 진단을 받을 위험이 24% 더 높은 것으로 나타났다. 그들은 직업, 급여, 교육 등의 다른 요소를 고려하여 연구 결과를 조정했다. 그러나 여성의 경우 대기 오염은 불임에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그 대신 여성의 생식 능력은 또 다른 요인, 즉 소음의 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. 연구자들은 5년 동안 평균 도로 교통 소음 수준이 10.2데시벨 더 높은 35세 이상의 여성은 불임 위험이 14% 더 높은 것으로 밝혔다. 하지만 30~35세 여성의 경우에는 그렇지 않았다. 반면, 남자들은 아파트 밖에서 들리는 구급차 사이렌 소리에 별로 영향을 받지 않는 듯했다. 도로 교통 소음 노출은 37~45세 남성의 불임 증가와 약간만 관련이 있다고 연구에서 밝혔다. 30~37세의 경우 효과가 없었다. 오염된 공기를 흡입하면 생식능력에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 흡입된 화학물질은 혈류로 유입되어 호르몬을 교란시키거나 난자와 정자에 직접적인 손상을 일으킬 수 있다. 하지만 교통 소음과 건강 사이의 연관성은 잘 알려지지 않았다. 일부 연구에 따르면 소음이 스트레스를 유발하여 임신에 영향을 미칠 수 있다고 한다. 연구자들은 불임의 전반적인 원인을 파악하지 못했다고 강조했으며 단지 연관성을 발견했을 뿐이라고 말했다. 이번 조사 결과는 미국의 대도시에서 어린아이 수가 '충격적으로' 감소했다는 증거가 늘어나는 상황에서 나온 것이다. 새로운 연구에 따르면 가장 큰 피해를 입은 뉴욕시에서 2020년 4월 이후 5세 이하 아동의 수가 18%나 감소한 것으로 나타났다. 시카고와 로스앤젤레스는 같은 기간 동안 각각 15%와 14% 감소했다.
- 생활경제
2024-09-06
[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어

코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
- IT/바이오
2024-08-30
美 육군, 화생방 위험 대응 '청소 로봇' 개발

화학 및 생물학 무기는 군인들에게 심각한 위협이다. 위험한 생화학 물질에 노출된 차량 등 군용 장비의 오염을 제거하는 것은 위험한 작업이며, 시간도 많이 걸린다. 이 작업에는 완전한 보호 장비를 갖춘 대규모의 군인 팀이 투입된다. 미 육군의 전투역량 개발사령부 화학생물학 센터가 군 장비의 생화학 오염 물질을 제거할 수 있는 자율 청소 로봇 시스템을 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 현재 미 육군은 4명의 군인을 투입, 유해 화학 물질에 노출된 군용 차량을 안전하게 청소하도록 설계된 로봇 시스템을 테스트하고 있다. 투입된 군인들은 4일 동안 로봇을 테스트하고 개발팀에 피드백을 제공했다고 한다. 테스트에 참여한 군인들은 로봇 시스템을 작동시키는 버튼이나 콘트롤 방식이 조작하기 쉽도록 되어 있다고 평가하고 로봇이 군인들을 화생방 위협으로부터 완전히 벗어나게 해 줄 것이라고 기대했다. 카메라가 장착된 로봇은 차량 등 군 장비 표면 전체를 스캔해 생화학 물질에 오염된 지점을 정확하게 식별한다. 그리고 안전한 거리에서 로봇을 작동하는 운영자에게 오염 정보를 무선으로 전달한다. 그 후 로봇 팔이 생화학 물질로 오염된 지점에 오염 제거 슬러리를 정확하게 분사해 청소한다. 현재 오염된 차량 한 대를 청소하려면 방독 장비를 착용한 20~30명의 군인이 최대 1시간 동안 작업해야 한다. 이 과정에서 차량당 500갤런(약 1890리터) 이상의 물과 50갤런의 오염 제거 화학 물질이 소모된다. 게다가 군인들은 위험 지역 근처에서 오염 제거 작전을 수행하기 때문에 적의 공격 위험에 노출된다. 뿐만 아니라, 핵, 화학 및 생물학 작용제는 인체에 매우 위험하며 미량만으로도 치명적인 피해를 입힐 수 있다. 군인들은 일반적으로 수동 오염 제거 과정에서 전신 보호 장비를 착용해야 한다. 개발팀은 테스트한 군인들로부터 받은 피드백을 검토, 로봇의 탐색 및 사용자 인터페이스를 개선할 계획이다. 테스트한 군인들은 로봇 플랫폼이 다양한 장비를 원활히 점검하고 청소할 수 있도록 상호 작용할 수 있는 기능을 개선할 것을 제안했다. 또한 컴퓨터 인터페이스의 마우스 오른쪽 버튼 클릭 옵션과 같은 사용자 친화적인 기능을 추가할 것도 권장했다. 또 자율 시스템이 놓칠 수 있는 영역을 청소할 수 있도록 로봇 팔에 대한 수동 제어 옵션도 권고했다. 군인들은 "화학 및 생물학 작용제는 작전을 심각하게 방해할 수 있는 무기이므로 이를 신속하게 처리할 수 있는 것이 임무를 완수하는 데 필수적"이라고 강조했다. 보고서에 따르면 핵무기, 화학무기, 생물학무기는 파괴적인 결과로 인해 1차 세계대전 이후 거의 사용되지 않았다. 그러나 생화학 무기의 지속적인 위협, 특히 악성 국가나 주요 갈등 지역의 경우 지속적인 대비가 필요한 실정이다.
- IT/바이오
2024-08-23
[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발

영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
- 포커스온
2024-08-22
[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다

국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
- 산업
2024-08-08
심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다

오염원인 플라스틱이 생태계와 먹이사슬을 위협하고 있다. 버려진 플라스틱은 수백 년 동안 바다에 머물러 바다를 오염시키고 있으며, 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근하지 못했던 심해의 일부에서도 커지고 있다. 사람들은 대부분 자신이 생명 유지를 위해 무엇을 먹고 있는지에 대해서는 심각하게 생각하지 않는다. 전문가들이 사람이 섭취하는 해산물들 상당수가 사람들에게 새로운 위험으로 다가오고 있다고 우려하고 있다고 PHYS가 전했다. 엑서터 대학교의 연구팀은 해저에서 수집된 동물 종에 대한 플라스틱의 영향을 연구한 결과 플라스틱이 해양 환경에 큰 위험을 미치며, 인간 건강까지 위태롭게 하고 있다고 밝혔다. 모든 플라스틱은 결국 지구상에서 최고의 생물적 다양성을 갖고 있는 해저로 가라앉아 바다를 오염시키게 된다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Communications) 저널에 발표됐다. 보고서는 해양 생물이 폐 플라스틱에 노출되는 위험 수준이 지역적인 오염을 그대로 반영할 뿐만 아니라, 생물 종이 주변 환경과 작용하는 먹이사슬 관계도 변화시킨다고 지적하고 있다. 엑서터 대학의 애덤 포터 박사는 "우리는 지구 해저와 그곳에 사는 종에 대해 거의 알지 못한다. 하지만 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근한 적이 없는 심해의 일부 지역에서도 커지고 있다"고 경고했다. 연구팀은 황해나 지중해와 같이 플라스틱 오염 수준이 높은 지역에 사는 동물이 가장 많은 플라스틱을 몸에 포함하고 있다는 것을 발견했다. 미세플라스틱은 93%가 해저 동물에서 발견되었으며, 포식자, 잡식 동물, 청소부로 불리는 퇴적물 섭식자(게, 성게, 오징어 등) 등이 플라스틱을 섭취할 가능성이 가장 높았다. 연구팀원 재스민 가드볼드 교수는 조개, 벌레, 새우와 같은 해저에 사는 유기체는 환경적으로 특별히 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 바다를 넘어 지구의 전체 자원을 조절하고 재활용하는 데 필수적이며 해양 생태계 먹이 사슬의 기반을 형성한다고 밝혔다. 해산물이 미세플라스틱을 섭취한다면, 해산물을 섭식하는 사람들도 결국은 미세플라스틱을 먹는 것과 다름 없다. 미세플라스틱은 인체 건강에 큰 영향을 미치며 그 중에서도 특정 유형의 암, 심장병, 신장병, 알츠하이머병, 생식 문제 등과 관련이 있다고 보고 있다. 연구 결과는 과학계와 정책입안자가 첫 번째 글로벌 플라스틱 조약을 체결하기에 앞서 행동하고 지식 격차를 메우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 사람이 몇 초 사용하고 버리는 플라스틱이 수백 년 동안 바다에 남아 먹이 사슬을 타고 결국 인간의 생명을 위협하는 것임을 인지해야 한다는 경고다. 엑서터 대학 타마라 갤러웨이 교수는 "유일한 진정한 보존 전략은 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 생산과 사용을 중단하는 것"이라고 지적했다. 일회용 물병과 플라스틱 비닐 봉지를 버리고, 일회용 건강 및 미용 제품을 교체하고, 플라스틱이 없는 포장으로 브랜드를 지원하는 등의 조치를 취함으로써 바다로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 노력을 기울여야 한다는 지적이다.
- 생활경제
2024-08-08
[신소재 신기술(90)] 사람 대신 로봇이 간다!⋯위험 지역 누빌 AI 로봇, 영국서 개발

영국 스타트업 옥스포드 다이내믹스(Oxford Dynamics)가 인간이 접근하기 위험한 지역이나 재난 현장에 투입될 수 있는 인공지능(AI) 로봇 '스트라이더(Strider)' 개발에 나섰다. 이 회사는 영국 국방부와 100만 파운드(약 17억4900만원) 규모의 계약을 체결하고 화학, 생물학, 핵, 치명적인 방사능 사고 현장에서 활용 가능한 스트라이더 로봇을 개발 중이라고 BBC가 전했다. 2020년 설립된 옥스포드 다이내믹스는 영국 옥스포드 하웰에 위치한 스타트업으로 인공지능 기반 로봇을 개발하고 있다. 이 회사는 지난해 11월부터 스트라이더 로봇 개발을 시작했으며, 오는 9월까지 영국 국방과학기술연구소(DSTL)에 납품할 예정이다. 이 로봇은 2018년 발생한 솔즈베리 노비촉 독극물 공격과 같은 사건 현장에서 오염된 물체를 밀봉된 용기에 담거나, 사람이 방호복을 입고 수행하기 어려운 작업을 수행할 수 있도록 설계됐다. '솔즈베리 노비촉 독극물' 사건은 2018년 3월 4일 영국 솔즈베리에서 발생한 것으로, 러시아 이중 스파이였던 세르게이 스크리팔과 그의 딸 율리아 스크리팔이 러시아에서 개발된 군사용 신경작용제인 노비촉에 중독되어 의식 불명인 상태로 발견된 것을 말한다. 당시 영국 정부는 이 사건을 러시아 소행으로 규정하고, 러시아 외교관 23명을 추방하는 등 강력한 제재 조치를 취했다. 당시 이 사건은 국제 사회에 큰 충격을 안겨 주었으며, 영국과 러시아 간의 외교 관계를 악화시키는 발단이 됐다. 또한 화학무기 사용에 대한 국제사회의 경각심을 높이고, 화학무기금지기구(OPCW)의 역할이 부각되는 계기가 됐다. 옥스포드 다이내믹스의 마이크 로튼 이사는 로봇 현장 투입에 대해 "잠재적으로 치명적인 물질을 처리하기 위해 사람 대신 기계를 보낼 수 있다"고 말했다. 스트라이더 로봇은 적외선, 레이더, 라이다(LiDAR, 빛 감지 및 거리 측정) 시스템을 활용해 험난하고 알려지지 않은 지형에서도 작동 가능하다. 또한 향후에는 영화 '아이언맨'에 등장하는 자비스에서 영감 받은 '매우 지능적인 시스템'이라는 뜻의 AVIS AI 소프트웨어를 탑재해 더욱 지능적인 임무 수행을 가능하게 할 계획이다. 옥스포드 다이내믹스는 이 기술을 잠수함이나 전투기에도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 궁극적으로 수천 대의 스트라이더 로봇을 생산해 전 세계에 공급하는 것을 목표로 하고 있다. 영국 환경식품농무부(Defra)의 이완 데이비스는 "오랫동안 내부적으로 논의해온 개념이 매우 유능하고 유연한 플랫폼 형태로 빠르게 구체화되는 것을 보는 것은 매우 흥미롭다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-08-06
[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발

영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
- 생활경제
2024-08-02
[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공

나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
- 포커스온
2024-07-22
'영원한 화학물질' 과불화화합물(PFAS) 분해하는 박테리아 발견

자연적으로는 분해되지 않는다고 해 '영원한 화학물질(forever chemicals)'이라고 불리는 과불화화합물(PFAS)은 발암성 오염물질이다. 식품 포장재, 조리기구 등 생활용품에 널리 사용되는 플라스틱 재료로 인간의 건강에 치명적인 영향을 미치며 최근의 연구에서는 인간의 피부를 뚫고 혈관에까지 침투할 수 있는 것으로 밝혀져 충격을 안겨주기도 했다. 커피나 물 한 잔 속에도 영원한 화학물질의 위협이 숨겨져 있는 것이다. 그런 가운데 영원한 화학물질인 PFAS를 파괴하는 박테리아가 한 연구진에 의해 발견돼 큰 관심을 모은다고 환경 전문 어스닷컴이 전했다. 캘리포니아 주립대 리버사이드 캠퍼스(UC Riverside)의 유지 멘 교수 연구팀은 아세토박테리움(Acetobacterium) 속의 박테리아가 PFAS를 파괴한다는 사실을 규명했다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. PFAS는 매우 강력한 탄소-불소 결합으로 인해 '영원한 화학물질'로 불린다. 자연환경(특히 수자원)에서 오랜 기간 분해되지 않고 머물러 있으면서 자연을 파괴하고 인간 건강애 치명적인 영향을 미친다. 장기 지속성으로 인해, 지하수를 비롯한 오염된 수자원 처리는 큰 고민거리였다. 그런데 연구팀은 아세토박테리움 박테리아가 탄소-불소의 강한 결합을 끊는 능력이 탁월하며, 이 박테리아는 전 세계적으로 폐수에서 흔히 발견된다고 밝혔다. 멘 교수는 "이는 PFAS 구조를 해체하고 탈 불소를 달성할 수 있는 첫 번째 발견된 박테리아“라고 말했다. 다만 이 박테리아에게는 한 가지 한계도 있다고 한다. PFAS 중에서도 탄소-탄소 이중 결합을 포함한 불포화 PFAS 화합물에만 효과를 나타냈다는 것이다. 멘 교수팀은 이번 탄소-불소 분리 박테리아 발견에 앞서 지난해에는 PFAS 화합물의 탄소-염소 결합을 끊는 미생물도 찾아냈다. 연구팀은 또 이번 박테리아 조사 과정에서 탄소-불소 결합을 절단하는 특정 효소도 규명해 냈다. 연구팀의 가장 큰 성과가 여기에 있다는 지적도 나온다. 효소는 생화학 반응의 촉매 역할을 하는 단백질로, 발견된 효소는 PFAS 분해의 게임 체인저가 될 수도 있다는 기대다. PFAS 분해 효소를 생산할 수 있는 길을 열 수 있기 때문이다. 오염된 지하수를 정화하는 데 박테리아를 사용하는 것은 충분히 비용 효율적이다. 박테리아는 영양분 주입을 통해 개체수를 늘리는 것도 가능하다. 미생물의 힘을 빌리기 때문에 ‘자연자원 솔루션’이기도 하다. 최근 미 환경보호국(EPA)이 마련한 새로운 PFAS 강화 규정으로 인해 박테리아를 이용한 분해 솔루션의 필요성은 더욱 높아졌다. EPA의 새 규정은 수돗물에 존재하는 특정 PFAS 화합물을 1조 분의 4까지로 제한한다. 새로운 규정에 부응하기 위해 물 공급업체는 PFAS 분해 솔루션을 찾는데 온 힘을 기울이고 있다. 그러나 저비용 고효율 솔루션을 찾기가 어려운 상황이었다. 이런 고민을 이번 연구 결과가 해결해 줄 수 있을 것으로 보인다. 박테리아 및 미생물학적 솔루션에 의한 PFAS 분해 성공은 다른 잔류성 화학물질에 대한 해법 연구로도 확대될 것으로 예상된다. 악명 높은 두 가지 환경 오염 물질인 폴리염화비페닐(PCB)과 다이옥신 등의 분해에 활용할 수 있다는 것이다. 다양한 산업 분야에 사용된 PCB는 자연 분해가 어렵고 토지 및 해수에 오래 잔류하면서 인간 건강과 생태계 모두에 심각한 위험을 초래한다. 산업 공정의 부산물인 다이옥신은 독성이 매우 높으며 암 및 생식 등 질병을 일으킨다. 전 세계 연구팀이 PCB와 다이옥신에 대해 효과적일 수 있는 다른 미생물 균주를 조사하고 있다. 전문가들은 미생물을 이용한 화학물질 분해 솔루션이 혁신적이고 지속 가능한 해법이 될 것이라고 낙관하고 있다. 미생물학과 환경 과학의 융합이 자연을 복원하고 유지하는 중추적인 역할을 담당할 것이며, 희망적인 미래를 예고하고 있다는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-22
[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해

레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
- 포커스온
2024-07-17
[신소재 신기술(74)] 탄소 포집·저장 6배 높인 '하이드레이트'

대기에서 포집한 이산화탄소(CO₂)를 6배나 빠르게 저장하는 새로운 하이드레이트 기술이 개발됐다. 미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구진이 개발한 새로운 대기 중 탄소 포집 하이드레이트 기술은 기존 방식보다 약 6배 빠른 속도로, 유해 화학 촉진제 없이 탄소를 저장할 수 있다고 테크익스로어와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 미국화학회(ACS) 학술지 '지속 가능 화학 및 공학'에 발표된 이 연구에서 연구팀은 이산화탄소 하이드레이트를 초고속으로 형성하는 기술을 개발했다. 이 독특한 얼음 형태의 물질은 이산화탄소를 해저에 저장하여 대기 중 방출을 막는 역할을 한다. 탄소 포집에서 하이드레이트는 이산화탄소를 물 분자와 함께 얼음과 비슷한 고체 상태로 만드는 기술을 의미한다. 하이드레이트는 자체 부피의 최대 180배에 달하는 이산화탄소를 저장할 수 있다. 아울러 일정한 온도와 압력 조건에서 안정적으로 유지되므로 이산화 탄소 누출 위험을 줄일 수 있다. 연구를 이끈 바이바브 바라두르(Vaibhav Bahadur) 교수는 "우리는 대기 중 수십억 톤의 탄소를 안전하게 제거하는 방법을 찾는 엄청난 과제를 안고 있다"며 "하이드레이트는 탄소 저장을 위한 보편적인 해결책을 제공하며, 탄소 저장 분야에서 중요한 역할을 하려면 빠르고 대규모로 성장시키는 기술이 필요하다. 우리는 환경친화적인 방법으로 하이드레이트를 빠르게 성장시킬 수 있음을 입증했다"고 말했다. 이산화탄소는 가장 흔한 온실가스이며, 기후 변화의 주요 원인이다. 탄소 포집 및 저장 기술은 대기 중 탄소를 제거하고 영구적으로 저장하는 기술로, 지구 탄탄소화의 핵심 요소로 간주된다. 현재 가장 일반적인 탄소 저장 방법은 이산화탄소를 지하 저류층이 주입하는 것이다. 이 기술은 탄소를 포집하고 석유 생산을 증가시키는 이중 효과를 갖는다. 그러나 이 기술은 이산화탄소 누출 및 이동, 지하수 오염, 탄소 주입 관련 시 지진 위험 등 심각한 문제를 안고 있다. 또한 지하 저류층 주입에 적절한 지질학적 특징이 부족한 지역도 많다. 바하두르 교수는 하이드레이트가 대규모 탄소 저장을 위한 '차선책'이지만 주요 문제를 극복하면 '최선책'이 될 수 있다고 강조했다. 지금까지 탄소를 포집하는 하이드레이트 형성 과정은 느리고 에너지 집약적이어서 대규모 탄소 저장 수단으로 활용되기 어려웠다.. 이번 연구에서 팀은 기존 방법보다 하이드레이트 형성 기술을 6배 증가시켰다. 이러한 속도와 화학 물질을 사용하지 않는 공정은 대규모 탄소 저장에 하이드레이트를 더 쉽게 활용할 수 있게 한다. 이 연구의 핵심은 마그네슙으로, 화학촉진제 없이도 촉매 역할을 한다. 특정 반응기에서 이산화탄소를 고속 버블링으로 추가하면 빠르고 친환경적인 하이드레이트를 형성할 수 있다. 게다가 해수에서도 잘 작동하기 때문에 복잡한 담수화 공정이 필요하지 않다. 바라두르 교수는 "해저가 안정적인 열역학 조건을 제공하여 하이드레이트 분해를 방지하기 때문에 매력적인 탄소 저장 옵션이다"라며 "우리는 해안선을 가진 모든 국가에 탄소 저장을 가능하게 만들고 있으며, 이는 전세계적으로 탄소 저장 접근성과 실현 가능성을 높여 지속 가능한 미래에 더 가까워지게 한다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 탄소 포집뿐만 아니라 해수 담수화, 가스 분리와 저장 등 다양한 산업에도 적용될 수 있다. 연구팀과 텍사스 대학교는 관련 기술에 대한 특허를 출원했으며, 상용화를 위한 스타트업 설립도 고려하고 있다. 하이드레이트 기술은 탄소 포집 및 저장 분야에서 혁신적인 기술로 주목받고 있으며, 지속적인 ㅇ녀구 개발을 통해 미래 탄소 중립 목표 달성에 기여할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-07-10

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