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[국제 경제 흐름 읽기] 중국, 핵심 광물 무기화 선언…'반도체 전쟁' 맞불
- 중국이 첨단 반도체와 전기차 배터리의 핵심 원료인 갈륨, 게르마늄, 흑연 등의 수출을 제한했다. 이는 미국의 대중 반도체 수출 규제에 맞선 강력한 반격 카드로 분석된다. 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 신뢰할 수 없다"고 경고하며 자국산 제품 사용을 독려했다. 중국은 이번 조치를 통해 미국 반도체 제조업체들에 대한 압박을 강화하며 기술 패권 경쟁의 주도권을 쥐겠다는 의지를 분명히 했다. 백악관은 이를 "강압적 행동"으로 규정하고, 글로벌 공급망 다변화를 위한 대책 마련에 나설 것이라고 밝혔다. 미국은 최근 140개 중국 기업에 대해 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 강화하며, 양국 간 갈등은 더욱 심화되고 있다. 이에 중국 업계는 "미국 반도체는 신뢰할 수 없다"고 비판하면서 기술 패권을 둘러싼 무역 전쟁이 새로운 국면으로 접어들었다는 평가가 나온다. [미니해설] '광물 카드' 꺼내든 중국…미·중 기술 전쟁, 전면전 양상 미국과 중국 간 기술 패권 경쟁이 핵심 광물과 반도체 분야에서 전면적인 대립 양상으로 확대되고 있다. 중국은 갈륨, 게르마늄 등 전략 자원의 수출 제한을 통해 미국의 대중 반도체 규제에 강력히 맞서며 양국의 긴장이 한층 고조되고 있다. 백악관 "강압적 행동" 규탄…공급망 다변화 추진 미국은 140개 중국 기업을 대상으로 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 대폭 강화했다. 미국 상무부는 이를 "국가 안보를 위한 불가피한 조치"라고 주장했지만, 중국은 이를 "무역의 무기화"로 규정하며 핵심 광물 수출 제한으로 대응했다. 이러한 조치는 전기차, 태양광 패널, 광섬유 케이블 등 다양한 첨단산업에 직접적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 백악관 국가안보회의(NSC) 대변인은 "중국의 강압적 행동에 필요한 대응 조치를 취할 것"이라며, 공급망 다변화를 통해 위험을 분산하겠다는 의지를 드러냈다. "미국산 반도체 안전하지 않다"…자국산 사용 촉구 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 안전하지 않다"고 주장하며 자국산 반도체 사용을 촉구했다. 중국인터넷협회는 "미국 반도체 수출 통제가 중국 인터넷 산업에 심각한 피해를 주고 있다"며 자국산 칩 사용 확대와 해외 파트너십 강화를 권고했다. 이에 대해 미국 반도체 산업협회(SIA)는 "미국산 칩이 안전하지 않다는 주장은 사실과 다르다"고 반박했다. 또한 "수출 통제는 국가 안보 목표에 부합하도록 제한적이고 목표 지향적으로 운영되어야 한다"며 양국 간 긴장 완화를 촉구했다. 첨단산업 핵심 자원 무기화…글로벌 공급망 위기 미·중 갈등이 심화하며 글로벌 공급망의 불확실성이 더욱 커지고 있다. 미국은 EU와 일본 등 동맹국과의 협력을 통해 공급망 다변화를 추진하고 있으나, 중국이 핵심 광물 생산과 정제 분야에서 차지하는 압도적 우위를 감안하면 단기적 대안 마련은 어려운 상황이다. 중국의 광물 수출 제한은 군사 및 첨단 기술 산업뿐 아니라 전 세계 전기차 및 재생에너지 산업에도 막대한 영향을 미칠 가능성이 크다. 일본은 폐기물 재활용 등으로 갈륨 확보를 모색하고 있지만, 중국산 의존도를 완전히 대체하기는 어렵다는 우려가 제기된다. "중국, 글러브 벗었다"…전략적 대립 심화 트리비움 차이나의 톰 넌리스트 부소장은 "중국의 이번 조치는 단순한 경고 수준이 아니다. 희토류 수출 제한으로 이어질 경우 파급력은 훨씬 클 것"이라며 "중국이 이제 '글러브를 벗고' 본격적으로 나섰다"고 평가했다. 이번 사태는 단순한 무역 전쟁을 넘어 기술 패권을 둘러싼 '총성 없는 전쟁'으로 확전되고 있다. 미·중 기술 전쟁이 장기화될 경우 글로벌 기술 산업은 커다란 지각변동을 겪게 될 것이며, 이는 각국 경제와 안보에 중대한 파급효과를 미칠 전망이다.
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[국제 경제 흐름 읽기] 중국, 핵심 광물 무기화 선언…'반도체 전쟁' 맞불
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
- 10억 년 전 지구를 지배했던 단세포 생물의 고대 유전자가 오늘날 생쥐 탄생을 가능하게 했다. 과학계를 놀라게 한 이번 연구는 줄기세포와 진화의 관계를 새롭게 조명하며 재생의학의 미래를 열 획기적인 발견으로 평가받고 있다. 홍콩 대학교와 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 공동 연구진은 단세포 생물에서 유래한 유전자를 생쥐 세포에 도입해 줄기세포를 생성했으며, 이를 통해 살아있는 생쥐를 탄생시키는 데 성공했다고 사이언스 얼럿(Science Alert)과 IFL사이언스 등 다수 외신이 전했다. 연구팀은 편모조류에서 발견되는 유전자를 쥐의 유전자와 교환함으로써 두 편모조류가 기능적으로 얼마나 유사한지 확인할 수 있었다. 홍콩 대학의 야 가오 박사와 데이지린 세나 탄, 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 마티아스 기르빅 박사가 이끄는 연구팀은 복제된 쥐의 줄기세포를 배양하고 게놈을 재프로그래밍하여 포유류의 Sox2 유전자를 동물과 가까운 단세포 생물인 동정편모충류[choanoflagellate, 후생동물의 가장 가까운 친척으로 여겨지는 생물로, 긴 편모(flagellum)를 가지고 있으며, 이 편모 주변을 둘러싼 깃(collar) 모양의 구조를 가지고 있는 게 특징] Sox 유전자로 대체해, 연구를 진행했다. 이 세포를 배아 쥐(마우스) 배반포에 주입한 다음, 임신한 쥐 대리모에 이식하는 임신, 출산, 양육 환경에서 배양했다. 영국 퀸 메리 대학의 유전학자 알렉스 드 멘도사는 사이언스얼럿에 "단세포 친척인 쥐에서 얻은 분자 도구를 사용해 성공적으로 쥐를 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년 전의 진화 과정에서 놀라운 기능의 연속성을 목격하고 있다"고 말했다. 멘도사는 "이 연구는 줄기세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기세포 자체보다 훨씬 일찍 생겨났을 수 있음을 시사하는데, 아마도 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것"이라고 설명했다. 고대 유전자가 오늘날 동물 발달에 핵심적인 역할을 한다는 점을 실증한 이번 연구는 줄기세포의 기원과 재활용 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 고대 유전자, 다세포 생물 진화의 토대가 되다 약 10억 년 전, 지구에는 동물이나 식물 같은 다세포 생물이 존재하지 않았다. 당시 지구를 지배하던 단세포 생물 가운데 동정편모충류(choanoflagellates)는 오늘날 동물의 가장 가까운 친척으로 여겨진다. 동정편모충은 현미경으로 관찰할 정도로 작은 단세포 생물이지만, 이들의 유전체에는 포유류 줄기세포 형성을 돕는 것으로 알려진 Sox와 POU라는 유전자의 초기 버전이 포함되어 있다. 기존에는 줄기세포가 다세포 생물에서만 진화했을 것이라 여겨졌지만, 이번 연구는 단세포 생물에도 줄기세포 형성에 중요한 유전자가 존재했음을 보여준다. 연구진은 이 유전자들이 다세포 생물로 진화하는 과정에서 재활용되고 확장되었을 가능성을 제시하며, 고대 유전자의 가치를 새롭게 조명하고 있다. 생쥐 탄생의 비밀, 동정편모충류 유전자 연구진은 동정편모충류의 Sox 유전자를 생쥐 세포에 도입해 생쥐의 Sox2 유전자를 대체했다. Sox2는 포유류 줄기세포의 다능성(모든 세포로 분화할 수 있는 능력)을 유지하는 데 중요한 유전자다. 놀랍게도 동정편모충의 Sox 유전자 역시 생쥐 세포에서 동일한 기능을 수행할 수 있었다. 동물은 '다능성'이라고 알려진 특징을 가지고 있다. 다능성은 배아 줄기세포가 분화하여 완전히 발달된 유기체를 구성하는 다양한 조직으로 발달할 수 있는 능력을 말한다. 동물에 인접한 미생물에 대한 이전 연구에 따르면 다능성의 기원은 다세포성보다 앞선 것으로 나타났다. 이것이 사실이라면, 이는 동물의 진화 결과가 아니라 동물 진화의 원동력 중 하나일 수 있다. 생쥐 세포는 동정편모충 유전자의 도움으로 유도만능줄기세포(iPSC) 상태로 전환되었으며, 이를 발달 중인 생쥐 배아에 주입한 결과 키메라 생쥐(마우스)가 탄생했다. 키메라 생쥐는 서로 다른 유전자를 가진 두 세포 집단이 공존하는 동물로, 이번 실험에서는 줄기세포의 영향을 받아 맨 위의 사진에서 보이는 것처럼 검은 털 반점과 어두운 눈 등의 특징을 가진 생쥐가 만들어졌다. 이 발견은 단세포 생물의 간단한 유전자가 다세포 생물의 복잡한 발달에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는지 명확히 보여준다. 고대 유전자, 재생의학의 미래를 열다 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 이번 연구는 야마나카 박사의 연구를 기반으로 더 나아가, 고대 단세포 생물의 유전자를 활용해 줄기세포를 생성했다. 이는 줄기세포 형성 메커니즘이 생명 진화 초기 단계부터 존재했음을 강력히 뒷받침한다. 진화에서 재활용된 유전자, 재생의학의 열쇠 연구진은 동정편모충 유전자들이 초기 생명체의 기본적인 세포 기능을 조절하는 역할을 했으며, 이후 다세포 생물이 출현하면서 더 복잡한 기능으로 진화했을 가능성을 제시한다. 이를 "10억 년에 걸친 기능적 연속성"이라 설명하며, 진화생물학과 재생의학이 맞닿은 접점임을 강조한다. 홍콩대 랄프 야우흐(Ralf Jauch) 박사는 "고대 유전자 연구는 다능성 메커니즘을 더욱 정밀하게 조정하고 최적화할 방법을 제시할 것"이라며, 동정편모충 유전자의 합성 버전을 개발해 기존 유전자보다 효율적으로 작동할 가능성도 시사했다. 이번 연구는 고대 단세포 생물이 현대 생명공학에 얼마나 큰 영감을 줄 수 있는지 보여준다. 단세포 생물의 유전자가 다세포 생물의 기원과 발전에 중요한 역할을 했다는 사실은 줄기세포 연구와 재생의학의 새로운 가능성을 열고 있다. 줄기세포와 진화라는 두 축이 만들어갈 생명과학의 미래가 더욱 기대된다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
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산유국 반발로 세계 플라스틱 협약 결렬
- 2년 이상 끌어온 플라스틱 협약 체결이 결국 결렬됐다. 산유국을 중심으로 한 반발의 벽을 넘지 못했다고 BBC가 전했다. 200개국 이상이 부산에서 마지막 회담을 위해 모였지만 합의를 도출하는 데 실패함으로써, 협약의 향방은 매우 불투명해졌다. 부산에서는 플라스틱의 단계적 폐지를 요구하는 100여 개국과, 플라스틱의 폐지는 세계 발전에 악영향을 미칠 것이라고 경고하는 산유국 사이에 치열한 갈등과 논쟁이 벌어졌다. 쿠웨이트 협상단은 마지막 몇 시간 동안 "이 협약의 목적은 플라스틱 자체가 아니라 플라스틱 오염을 종식시키는 것이다. 플라스틱은 전 세계 사회에 엄청난 이익을 가져다주었다"고 주장했다. 지난 2022년 세계 각국은 플라스틱 오염 문제, 특히 해양 환경에 미치는 영향을 해결하기 위한 글로벌 조약이 필요하다는 데 동의했으며, 문제의 시급성을 감안해 2년 안에 완료되어야 한다고 합의했다. 유엔은 1950년 이후 전 세계적으로 80억 톤 이상의 플라스틱이 생산되었지만 재활용된 플라스틱은 10%도 되지 않는다고 추산한다. 이로 인해 수백만 톤의 플라스틱이 전 세계 바다로 유입돼 야생 동물과 환경에 심각한 위험을 초래했다. 새, 물고기, 고래는 플라스틱 파편에 얽히거나 섭취하면 죽을 수 있다. 플라스틱은 화석 연료에서 생산되며, 현재 전 세계 배출량의 5%를 차지한다. 따라서 플라스틱을 제한하려는 노력은 기후 변화에 대처하려는 노력에도 보탬이 된다. 부산에서 열린 마지막 5차 협상 이후 참가한 국가 대표단은 의견 차이를 좁히지 못했으며, 결국 2년이라는 시한을 놓치고 말았다. 많은 문제가 논의됐지만, 주요 의견 차이는 제6조에 관한 것이었다. 즉, 플라스틱 생산량을 줄이겠다는 약속을 해야 하는지, 아니면 재활용 노력을 늘려 플라스틱 폐기물을 줄여야 하는지에 대한 것이었다. 영국, 유럽연합, 아프리카 그룹, 그리고 많은 남미 국가를 포함한 95개국은 제6조를 플라스틱 생산을 줄이기 위한 법적 구속력이 있는 서약으로 규정할 것을 요구했다. 그러나 사우디아라비아, 이란, 쿠웨이트, 러시아를 포함한 석유 생산국 그룹은 강력하게 반발했다. 각국이 전기자동차와 같은 청정 기술로 전환함에 따라 대부분의 부문에서 석유 수요는 2026년부터 감소할 것으로 예상되지만, 플라스틱은 남은 성장 시장 중 하나로 여겨진다. 이것이 플라스틱 생산을 줄이자는 글로벌 목표에 대해 우려하는 이유다. 플라스틱을 단계적으로 폐지하려는 시도는 세계적 경제 발전을 저해하고 불평등을 심화시킬 위험이 높다는 것이다. 인도 역시 자국의 개발권에 영향을 미칠 수 있다는 이유로 플라스틱 생산 감축에 대한 우려를 표명하고 반대했다. 환경 단체와 과학자들은 회담이 결렬된 데 대해 깊은 실망감을 표명했으며 화석 연료 산업의 영향에 대한 우려를 제기했다. 싱크탱크인 인플루언스맵(InfluenceMap)은 석유화학 산업이 회사 성명, 소셜 미디어 및 협의 응답을 통해 조약에 수십 번 개입했으며, 그중 93%가 생산 감축 노력을 지지하지 않았다는 것을 발견했다. 보고서는 그러나 유니레버, 마스, 네슬레 등 주요 플라스틱 제품 제조업체가 플라스틱 감축에 대한 일관된 규제를 원하는 긍정적인 지지가 더 중요하다고 강조했다. 네슬레는 이번 회담의 결렬에 대해 "실망스럽게도 모든 국가 간의 합의는 여전히 애매하며, 이로 인해 플라스틱 오염을 종식시키기 위한 중요한 조치를 더욱 지연시키고 있다“고 말했다. 이들 국가는 내년에 다시 모여 합의를 시도할 것으로 예상되지만, 자연 보존 단체인 세계자연기금(WWF)은 협약에 찬성했던 95개국만이라도 조약을 실행해야 한다고 강조했다.
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산유국 반발로 세계 플라스틱 협약 결렬
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일론 머스크 "오픈AI 영리 전환 막아달라" 가처분 신청
- 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 법원에 챗GPT 개발사 오픈AI의 영리 법인 전환을 중단시켜달라고 요청하는 가처분 신청을 냈다. 지난달 30일(현지시간) 미국 CNBC 방송 등 외신들에 따르면 머스크와 그가 창립한 인공지능(AI) 스타트업인 xAI 측 대리인단은 지난달 29일 이러한 내용의 가처분 신청을 연방 법원에 제출했다. 머스크 측은 또 오픈AI가 자신의 투자자들에게 머스크의 xAI를 비롯한 경쟁사들에 투자하지 말라고 요구하고 있다면서 법원에 이를 막아줄 것도 요청했다. 머스크 측은 가처분 신청서에서 "오픈AI가 부당한 방식으로 취득한 경쟁적으로 민감한 정보 혹은 마이크로소프트(MS)-오픈AI 이사회 간 동조를 통한 협력으로 이익을 얻는 것이 금지돼야 한다"고 주장했다. 머스크 측은 오픈AI의 최대 투자자인 MS와 오픈AI가 사실상 합병을 추진하고 있으며 그 과정에서 AI 시장의 경쟁자들을 제거하려 하고 있다고 주장해왔다. 오픈AI 대변인은 이번 가처분 신청에 "(이전과) 같은 근거 없는 불평을 재활용한 머스크의 네 번째 시도는 여전히 전적으로 아무런 쓸모가 없다"는 입장을 밝혔다. 머스크가 오픈AI를 상대로 벌인 법적 분쟁은 올해 들어서만 이번이 네 번째다. 이에 앞서 머스크는 지난 2월 말 오픈AI와 샘 올트먼 오픈AI 최고 경영자를 상대로 처음 소송을 낸 뒤 6월 재판 시작을 하루 앞두고 소송을 돌연 취하했다. 머스크는 당시 제기한 소송에서 올트먼이 오픈AI를 비영리 단체로 운영하겠다는 약속을 위반하고 영리를 추구해 투자자 등과 한 계약을 위반했다고 주장했다. 이어 머스크는 지난 8월 다시 제기한 소송에서도 오픈AI의 영리 행위를 문제 삼으며 손해 배상을 청구했으며, 지난 달 중순에는 소송 대상에 MS를 포함한 소장을 다시 법원에 제출했다. 머스크 측은 당시 소장에서 "MS와 오픈AI는 이제 경쟁자들이 투자 자본에 접근하는 것을 차단해 자신들의 지배력을 굳히려 하고 있다"고 주장했다. 과거 머스크는 2015년 오픈AI 설립 당시 투자자로 참여했으나 2018년 이 회사의 이사직을 사임하고 투자 지분도 모두 처분했다. 이후 지난해 오픈AI가 출시한 챗GPT로 전 세계적인 열풍을 일으키자 오픈AI가 AI 기술로 부당하게 영리를 추구하고 있다고 비판하면서 갈등을 촉발했다. 그러면서 오픈AI 등 영리를 추구하는 AI 기업들에 대항하겠다면서 지난해 7월 AI 스타트업 xAI를 설립, 같은 해 12월 첫 AI 챗봇인 '그록(Grok)'을 공개했다.
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일론 머스크 "오픈AI 영리 전환 막아달라" 가처분 신청
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[신소재 신기술(133)] 물에 녹는 바이오플라스틱 'MECHS' 개발
- 플라스틱 오염 문제가 점점 더 심각해지는 가운데, 물에 녹는 새로운 바이오플라스틱이 개발되어 주목받고 있다. 미국 노스이스턴 대학교의 아비나쉬 만줄라-바사반나(Avinash Manjula-Basavanna) 연구원과 닐 조쉬(Neel S. Joshi) 교수 연구팀은 물과 퇴비에서 빠르게 분해되는 바이오플라스틱 'MECHS'를 개발했다고 어스닷컴이 보도했다. 이번 연구 결과는 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 저널에 발표됐다. 새로운 바이오플라스틱 'MECHS'의 특징 MECHS는 '퇴비화, 치유, 확장가능성을 갖춘 기계적으로 조작된 살아있는 물질(Mechanical Engineered Living Materials with Compostability, Healability, and Scalability)'의 약자이다. 이 소재는 유전자 조작된 대장균 박테리아와 섬유 매트릭스를 결합하여 종이 또는 필름 형태로 제작된다. 기존 바이오플라스틱과 달리 MECHS는 빛과 같은 외부 자극에 반응하고 자가 재생 및 조절 능력을 갖추고 있다. 또한 물과 퇴비에 빠르게 분해되어 환경 오염을 줄이는데 기여할 수 있다. 연구팀은 "MECHS는 변기에 버려도 생분해될 정도로 친환경적"이라고 설명했다. 대량 생산 가능-플라스틱 포장재 대체 기대 MECHS는 종이와 유사한 방식으로 대량 생산이 가능하며, 플라스틱 포장재를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 앞서 설명했듯이 기본적으로 이 제품은 유전자 조작된 대장균 박테리아가 섬유 매트릭스와 얽힌 종이 또는 필름과 같은 형태로 만들어진다. 섬유질 구조로 인해 이 바이오플라스틱은 비밀 랩처럼 늘어날 수 있고, 다양한 강성을 위해 유전적으로 조작할 수 있으며 자가 치유 능력까지 갖추었다. 만줄라-바사반나 연구원은 "플라스틱 포장재는 수명이 며칠에서 2년 정도로 짧지만, 현재 사용되는 석유화학 플라스틱은 생분해되는 데 수백 년이 걸린다"며 "MECHS는 생분해성, 수세성(침투액의 물에 의한 세척의 정도를 비교하기 위해 사용되는 척도), 기계적 조정 가능성을 갖춘 지속 가능한 대안"이라고 강조했다. 플라스틱 포장재는 현재 플라스틱 시장의 3분의 1을 차지한다. 상용화 위해 유전자 안정성 확보해야 MECHS는 혁신적인 소재지만 상용화를 위해서는 몇 가지 과제를 해결해야 한다. 먼저, 유전자 조작된 대장균 박테리아(E.coli 박테리아)의 유전적 안정성을 확보해야 한다. 또한 기존 플라스틱 산업의 전환에 따른 경제적, 물류적 문제와 대중의 인식, 규제 문제 등을 해결해야 한다. 연구팀은 MECHS를 시작으로 다양한 생분해성 소재를 개발하고 환경 보존, 의료 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 전망했다. 이들의 연구는 생물학, 화학, 공학 분야의 협력을 통해 지속 가능한 해결책을 제시하는 모범 사례로 평가받고 있다.
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[신소재 신기술(133)] 물에 녹는 바이오플라스틱 'MECHS' 개발
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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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[신소재 신기술(127)] 일본 연구진, AI 활용해 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도 향상
- 인공지능(AI)을 활용해 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도를 향상시키는 기술이 일본에서 개발됐다. 5일(현지시간) 마이닝닷컴에 따르면 일본 도쿄이과대학(TUS) 연구진이 머신러닝을 활용해 고효율 나트륨 이온 배터리를 개발하는 데 성공했다. 머신러닝은 인공지능의 한 분야로 컴퓨터가 명시적으로 프로그래밍되지 않고도, 데이터를 통해 학습하고 경험을 통해 스스로 개선할 수 있도록 하는 기술이다. 코마바 신이치 교수가 이끄는 연구팀은 저렴하고 지속가능한 에너지 저장 솔루션 개발의 핵심 목표인 나트륨 이온 배터리 밀도를 향상시키는 데 집중했다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 풍부하고 저렴한 재료를 사용한다는 장점이 있지만, 에너지 밀도가 낮아 상용화에 어려움을 겪어왔다. 연구팀은 다양한 금속 조합을 탐색하여 최적의 배터리 성능을 달성하는 나트륨 기반 층산 산화물 설계에 머신러닝 모델을 적용했다. 실험 데이터를 기반으로 학습시킨 결과, 망간, 니켈, 티타늄, 철을 포함한 효과적인 금속 비율을 찾아냈다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기존의 시행착오 방식에 비해 배터리 재료 개발 시간과 비용을 단축할 수 있다. 연구 결과는 재료과학 저널 A(Journal of Materials Chemistry A) 온라인 판에 게재됐다. 차세대 배터리로 주목 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 먼저 나트륨은 지구상에서 여섯 번째로 풍부한 원소로, 리튬에 비해 훨씬 저렴하고 쉽게 구할 수 있다. 리튬은 특정 지역에 매장량이 집중되어 가격 변동성이 크지만, 나트륨은 전세계적으로 고르게 분포되어 있어 안정적인 공급이 가능하다. 이는 배터리 생산 비용을 절감하여 전기자동차(EV), 에너지 저장 시스템 등의 가격 경쟁력을 높이는데 기여할 수 있다. 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 열적으로도 안정적이며, 과충전이나 과방전 시에도 화재나 폭발 위험이 낮다. 특히 저온 환경에서도 성능 저하가 적어 극한 환경이나 추운 지역에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 나트륨 이온은 리튬 이온보다 이온 반경이 크기 때문에 전해질 내에서 이동 속도가 빠르다. 이는 배터리 이동 속도를 향상시켜 전기차 충전 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있다. 게다가 나트륨은 리튬보다 독성이 낮고 재활용이 용이해 친환경적인 에너지 저장 솔루션을 제공할 수 있다. 또한 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 생산 공정을 사용할 수 있어 기존 리튬 이온 배터리 생산 시설을 활용할 수 있다. 이는 나트륨 이온 배터리 생산을 위한 초기 투자 비용을 절감하고 빠른 상용화를 가능하게 할 수 있다. 하지만 아직 에너지 밀도와 수명 측면에서 개선의 여지가 남아 있으며, 이러한 과제를 해결하기 위한 연구 개발이 활발히 진행중이다. 코마바 교수는 "배터리 연구에서 머신러닝의 성공적인 적용은 다른 분야의 재료 개발을 위한 탬플릿 역할을 하여 광범위한 재료 과학 분야의 혁신을 가속화할 수 있다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 차세대 배터리 개발을 가속화하여 재생 에너지 발전, 전기 또는 하이브리드 자동차, 노트북, 스마트폰과 같은 소비자 전자 제품을 포함한 에너지 저장 기술 전반에 혁명을 일으킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(127)] 일본 연구진, AI 활용해 나트륨 이온 배터리 에너지 밀도 향상
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생성형 AI, 폭발적인 성장 이면에 '전자 폐기물 문제' 심각
- 생성형 인공지능(AI)이 폭발적인 성장세를 기록하고 있지만 엄청난 전자 폐기물을 배출하는 것으로 밝혀졌다. 생성형 AI는 인공지능의 한 종류로, 주어진 데이터를 학습해 새로운 콘텐츠를 만들어내는 능력을 가졌다. 마치 사람처럼 창의적인 결과물을 만들어 낼 수 있다는 점에서 기존 AI와 차별화된다. IEEE 스펙트럼은 4일(현지시간) 지난주 네이처 컴퓨테이셔널 사이언스(Nature Computational Science) 저널에 발표된 연구를 인용해 대규모 언어 모델(LLM)의 공격적인 채택만으로도 2030년까지 연간 250만톤(t)의 전자 폐기물이 발생할 것으로 추산된다고 전했다. 딜로이트에 따르면 생성형 AI에 대한 민간 투자는 2022년 약 30억 달러(약 4조1307억원)에서 2023년 250억달러(약 34조4225억원)로 급증했으며, 민간 기업의 약 80%가 향후 3년 안에 AI 비즈니스를 주도할 것으로 예상하고 있다. 이러한 급속한 성장은 최신 GPU, CPU 및 기타 전자 장비를 데이터 센터에 끊임없이 업그레이드해야 함을 의미하며, 이는 전자 폐기물의 폭발적인 증가로 이어질 수 있다. 이번 연구의 공동 저자인 이스라엘 라이히만 대학의 지속 가능성 및 기후 연구원 아사프 차초르(Asaf Tzachor)는 "AI는 진공 상태에서 존재하지 않는다. AI는 유형의 환경 발자국을 가진 상당한 하드웨어 리소스에 의존한다"며 "AI 발전의 이점을 누리면서 부정적인 환경 영향을 완화하는 전략을 개발하기 위해 전자 폐기물 문제에 대한 인식이 중요하다"고 말했다. 지금까지 AI 지속 가능성에 대한 대부분의 연구는 AI 모델의 에너지 및 물 사용량과 그에 따르는 탄소 배출량에 중점을 두었다. 차초르는 중국 과학 아카데미의 평 왕(Peng Wang) 교수, 웨이창 천(Wei-Qiang Chen) 교수와 함께 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물의 잠재적 중량을 계산했다. 이 연구는 문제의 잠재적 규모를 추정하고 기업이 보다 지속 가능한 관행을 채택하도록 촉구하기 위한 것이다. 전자 폐기물 문제의 심각성 전자 폐기물에는 독성 금속 및 기타 화학 물질이 포함되어 있어 환경으로 유출되어 건강 문제를 일으킬 수 있다. 유엔 글로벌 전자 폐기물 모니터에 따르면 2022년 전 세계적으로 총 6200만톤의 전자 폐기물이 발생했으며, 이는 재활용 프로그램보다 5배 빠르게 증가하고 있다. 승용차 1대의 무게를 1.5톤으로 가정하면 전자 폐기물 6200만톤은 약 4133만대의 승용차 무게와 맞먹는다. 또다른 예시로 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤이다. 6200개의 에펠탑이 프랑스 파리에 빽빽히 들어찼다고 가정한다면 2022년 한 해 동안 배출된 전자 폐기물의 양이 얼마나 엄청난지 짐작할 수 있을 것이다. AI 성장세에 힘입어 향후 몇 년 동안 AI는 폐기물 문제에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 차초르는 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물에는 폐기된 GPU, CPU, 데이터 센터의 백업 전원용 배터리, 메모리 모듈 및 인쇄 회로 기판이 포함된다고 말했다. 이 연구는 제한적인 확장부터 공격적인 확장형까지 생성형 AI 채택에 대한 네 가지 잠재적인 시나리오를 자세히 설명하고 2023년을 기준으로 연간 2600톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예측한다. 만약 AI 사용이 제한적으로 확장될 경우, 2023년부터 2030년까지 총 120만톤의 전자 폐기물이 발생하는 반면, 공격적으로 확될 경우 같은 기간 동안 총 500만톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예상된다. 차초르는 현재 추세를 고려할 때 공격적인 시나리오가 가장 가능성이 높다고 말했다. 이 연구는 다른 형태의 생성형 AI가 아닌 대규모 언어 모델만 고려한다는 한계가 있다. 차초르는 LLM이 계산 집약도가 가장 높은 모델 중 하나이기 때문에 연구팀이 LLM에 중점을 두었다고 밝혔다. 그는 "다른 형태의 AI를 포함하면 예상되는 전자 폐기물의 수치가 더 늘어날 것"이라고 덧붙였다. AI 전자 폐기물 감소를 위한 해결 방안 이론적으로 더 발전된 칩을 채택하면 서버 팜에서 더 적은 자원으로 더 많은 작업을 수행하고 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 각 업그레이드는 폐기물 발생량의 순 증가로 이어진다. 또한 현재 반도체에 대한 무역 제한으로 인해 업그레이드가 항상 가능한 것은 아니다. 최첨단 칩에 접근할 수 없는 국가에서는 그 결과 더 많은 폐기물이 발생할 수 있다. 이 연구에 따르면 최신 칩으로 업그레이드하는 데 1년 지연되면 전자 폐기물이 14% 증가한다. 이러한 AI 폐기물 발생량을 줄이는 가장 좋은 방법 중 하나는 전자 장비를 재사용하는 것이다. 차초르를 이를 "다운사이클링"이라고 했다. 최첨단 기술이 더 이상 적용되지 않는 서버는 웹사이트 호스팅이나 더 기본적인 데이터 처리 작업에 재활용하거나 교육 기관에 기증하는 방법 등이 있다. 아마존, 구글, 메타를 포함한 대부분의 기술 기업은 탄소 발자국 및 친환경 에너지 사용에 중점을 둔 지속 가능성 목표를 발표했다. 마이크로소프트(MS)는 테이터 센터의 전자 폐기물 발생량을 제한하기로 약속했다. 2023년 기준 전 세계의 데이터 센터 시장 규모는 2192억3000만 달러(약 301조 9016억원)으로 추정된다. 한국의 경우 2022년 기준 민간 데이터 센터 매출 규모는 약 3조9000억원이다. 차초르는 AI 전자 폐기물과 관련된 모범 사례를 준수하도록 하려면 규제가 필요할 수도 있다고 말했다. 그는 "기업이 이런 전략을 채택할 수 있도록 인센티브를 제공해야 한다"고 강조했다.
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생성형 AI, 폭발적인 성장 이면에 '전자 폐기물 문제' 심각
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9가지 일상 생활 소재, 매년 790억 달러 기후 피해 입혀
- 미국의 일상적인 9가지 용품의 생산으로 인한 온실가스 배출로 인해 연간 790억 달러의 기후 비용이 발생하고 있다는 지적이 나왔다. 이 연구 보고서는 최근 IOP퍼블리싱의 환경연구저널(Environmental Research Letters)에 게재됐다고 사이테크데일리가 전했다. 온실가스 배출로 인한 이 같은 막대한 비용은 현재 시장 가치에는 반영되지 않고 있으며, 사실상 탄소 집약적 산업에 대한 막대한 보조금 역할을 하고 있다는 지적이다. 연구를 주도한 UC 데이비스 캠퍼스의 엘리자베스 반 로이젠 박사는 "이런 숨겨진 비용은 탄소 저배출 대체 소재가 산업체에서 자발적으로 채택되지 않는 이유가 된다. 정확한 비용을 계산하고 반영하면 대체 소재 생산 방법을 구현하고 혁신을 주도할 수 있는 경제적 기반을 제공할 수 있다"라고 말했다. 팀의 연구는 아스팔트, 플라스틱, 벽돌, 유리, 시멘트, 석회, 석고, 강철, 알루미늄 등 널리 사용되는 9가지 소재를 조사한 것이다. 연구진은 생산 데이터, 에너지 소비, 배출 요인을 분석하여 각 재료에 대한 에너지 및 공정 관련 이산화탄소 배출량을 통합해 계산했다. 분석 결과 이들 9가지 재료는 2018년 한해 동안 4억 2700만 톤의 이산화탄소를 배출했다. 이러한 배출로 인한 기후 비용을 가격에 반영하면 일부 재료의 비용은 큰 폭으로 증가하게 된다. 비용 증가 폭은 ▲시멘트: 62% ▲석회: 61% ▲석고: 47% ▲철강: 22% ▲플라스틱: 19% 등이다. 철강과 플라스틱의 경우 기후 관련 비용이 시장 가치에서 차지하는 비중이 낮음에도 불구하고 생산량이 워낙 많기 때문에 연간 기후 비용이 각각 200억 달러가 넘는다. 연구진은 기후 관련 비용 계산을 위해 미국 환경보호국(EPA)의 사회적 탄소 비용(SCC) 추정치인 이산화탄소 1톤당 184달러 산정액을 기준으로 했다. 이 수치는 인간의 건강, 농업, 해안 인프라에 미치는 영향을 포함하여 탄소 배출량 증가와 관련해 정량화된 경제적 피해를 모두 합한 것이다. 보고서는 이러한 기후 비용을 재료 가격에 반영하면 저탄소 생산 혁신을 촉진하고 재활용 및 대체 재료의 경쟁력을 높일 수 있다고 주장한다. 예를 들어, 알루미늄과 강철 생산이 전적으로 재생 에너지원으로 전환되면 기후 관련 비용이 각각 95%와 79% 감소하게 된다. 그 만큼 가격을 낮출 수 있다는 의미다. 보고서는 연구 결과의 정책적 의미와 조율된 국제적 행동의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 재료 가격의 책정은 미국에서만 발생한 조사이므로 다른 국가로부터의 저비용 탄소 배출 소재의 수입을 증가시킬 수 있다. 탄소 배출을 저렴한 외국 수입품으로 전가할 수 있다는 얘기다. 연구진은 청정 에너지원으로 전환해도 제거할 수 없는 공정 관련 배출(예: 시멘트 및 석회의 화학 반응)을 해결하기 위한 정책이 필요하다고 역설한다. 재활용률 개선, 생산자 책임 확대법, 대체 소재는 모두 탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 수행할 수 있다. 연구진은 특히 개발도상국에서 글로벌 소재 수요가 계속 증가함에 따라, 소재 생산 및 사용이 기후에 미치는 영향을 전 세계적이면서 조율된 방식으로 해결하기 위한 정책 솔루션의 연구가 이어져야 할 것이라고 촉구했다.
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9가지 일상 생활 소재, 매년 790억 달러 기후 피해 입혀
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
- 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 지속가능한 건설 방법인 '임팩트 프린팅'이 스위스에서 개발됐다. 건설 회사 아이콘(ICON)은 최근 텍사스주 조지타운에 세계 최대 규모의 3D 프린팅 주택을 완공할 예정이라고 발표했다. 물론 이것이 첫 3D 프린팅 주택 프로젝트는 아니다. 미국과 유럽에서는 이미 수백 개의 3D 프린팅 주택이 건설 중이며, 더 많은 주택 프로젝트가 예정돼 있다. 건설 산업에서 3D 프린팅의 성장을 촉진하는 요인은 여러 가지가 있다. 무엇보다 건설 시간을 단축한다. 몇 달이 걸릴 수 있는 주택 건축을 3D 프린터로 며칠 또는 몇 주 안에 건설할 수 있다. 또 기존 방식에 비해 3D 프린팅은 건설 중에 폐기물로 발생하는 재료의 양도 줄인다. 이러한 장점으로 인해 인건비와 자재비가 절감돼 3D 프린팅이 건설 회사의 매력적인 선택지가 되었다. 그런데 스위스 취리히 연방공과대학(ETH) 연구팀은 3D 프린팅보다 훨씬 더 나은 로봇 건설 방법을 개발했다고 밝혔다. ARS테크니카 홈페이지 게시글에 따르면 연구진은 이를 '임팩트 프린팅'이라고 부르는데, 일반 건축 자재 대신 모래, 미사, 점토, 자갈과 같은 자연 재료를 사용해 주택을 만든다. 연구진에 따르면 임팩트 프린팅은 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 훨씬 더 지속 가능하며 저렴하다. 이는 자연 기반 재료가 풍부하고 재활용이 가능하며 저렴한 비용으로 구할 수 있고 건설 현장에서 발굴할 수도 있기 때문이다. 연구진의 일원인 로렌 베이시 박사는 "건설 현장에서 발굴한 일반적인 재료를 이용해 3D 프린팅을 포함한 기존의 건축 방법보다 훨씬 적은 탄소 배출로 저렴하고 효율적으로 사용 가능한 건축 제품으로 활용할 수 있는 로봇 도구와 방법을 개발했다"고 말했다. ◇ 임팩트 프린팅의 작동 원리 발굴된 자재는 건설에 직접 사용할 수 없다. 따라서 임팩트 프린팅 공정을 시작하기 전에 미세하고 거친 입자가 균형을 이루고 사용 편의성과 구조적 강도를 모두 보장하는 자연 재료 혼합물을 준비한다. 점토와 같은 미세한 재료는 바인더(결합제) 역할을 해 입자가 서로 달라붙도록 하고, 모래나 자갈과 같은 거친 재료는 혼합물을 더 안정적이고 강하게 만든다. 이렇게 해서 최적화된 혼합물은 특수하게 설계된 로봇 시스템이 쉽게 운반한다. 다음 단계에서는 디지털 청사진을 준비한다. 3D 프린터와 마찬가지로 로봇 임팩트 프린팅 시스템도 구조물 생산을 위한 디지털 모델이 필요하다. 디지털 청사진이 준비돼 시스템에 업로드되면 로봇 도구가 건설 현장에서 사용할 수 있도록 모바일 플랫폼에 장착된다. 그런 다음 자연 재료의 혼합물을 로봇 도구에 부착된 대형 용기에 넣는다. 용기가 채워지면 시스템이 작동을 시작하고 디지털 모델이 지정한 대로 구조물을 만드는 데 필요한 작업(재료 압출, 절단, 분무)을 수행한다. 이 작업은 구조물이 완성될 때까지 계속된다. 임팩트 프린팅의 건설 과정은 일반적인 건물의 3D 프린팅과는 매우 다르다. 재료 자체는 구조물을 지탱하기에 너무 약하다. 시멘트와 같은 첨가제는 최종 구조가 견딜 수 있는 응력을 두 배로 늘리기 위해 필요하다. 그러나 임팩트 프린팅에 사용되는 로봇 도구는 고속(초당 10m)으로 건축 자재를 증착한다. 그 결과 발생하는 고속 충격은 시멘트같은 결합 재료가 추가되기 전 자연 재료 층 간의 강력한 결합을 촉진한다. 베이시는 "개발된 방법에 따라 만들어진 소재는 이미 더 높은 강도를 가진다. 따라서 첨가제에 덜 의존한다"고 말했다. 연구진은 이 방식을 사용해 2m 높이의 벽을 성공적으로 만들었다. 시멘트와 같은 첨가제에 의존하지 않고도 비슷한 무게의 다른 구조를 지탱할 만큼 충분히 강한 것이 입증됐다. 그러나 더 높은 건물을 지을 경우에는 문제가 다르다. 그래서 현재로서는 최대 2층 정도 높이가 한계라고 한다. ◇ 지구 환경을 살리는 임팩트 프린팅 3D 프린팅은 기업의 인건비를 낮추고 저렴한 주택 건설을 가능하게 한다. 그러나 반드시 지속 가능하거나 환경 친화적인 것은 아니다. 시멘트를 첨가제로 사용하기 때문이다. 시멘트는 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다. 게다가 시멘트와 모르타르 등을 사용하기 때문에 3D 프린팅 구조물은 일반적으로 재활용할 수 없다. 임팩트 프린팅 방법으로 건설된 구조물의 경우는 시멘트와 같은 첨가제가 필요하지 않고 탄소 집약도가 낮은 자연 재료를 사용하기 때문에 친환경적이다. 연구진은 시멘트보다 덜 해롭고 재활용하기 쉬운 미네랄 안정제를 1~2% 사용한다. 연구진은 향후 첨가제나 안정제를 전혀 사용하지 않는 방법을 연구할 계획이다. 연구진은 이 기술을 조속히 상용화한다는 계획이다. 조립식 자재 제조 방식은 기술적으로 준비가 거의 되었기 때문에 충분히 가능하다는 입장이다. 내년에는 스타트업으로 출범한다는 로드맵도 마련했다. 3년 안에는 제품을 시장에 출시할 것으로 기대하고 있다.
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
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글로벌 기업, 플라스틱 규제 위한 국제 협약 체결 촉구
- 세계 유수 기업의 최고경영자(CEO) 20여 명이 플라스틱 오염 문제 해결을 위한 구속력 있는 국제 규칙 마련을 촉구하고 나섰다. 미국 다국적 식품 및 음료 회사 펩시코, 10년 넘게 지속가능성 최우수 기업으로 꼽힌 다국적 기업 유니레버, 마스 등 글로벌 기업의 CEO들은 '글로벌 플라스틱 협약을 위한 기업 연합'이 주도하는 공개 서한에 서명하며, 다음 달 부산에서 열리는 유엔 플라스틱 협약 협상에서 의미 있는 결론이 도출되기를 기대한다는 뜻을 밝혔다고 포브스가 27일(현지시간) 보도했다. 플라스틱 오염 종식 국제협약 성안을 위한 제5차 정부간 협상위원회(INC-5)는 오는 11월 25일부터 부산 벡스코에서 개최된다. 27일 환경부에 따르면 170여개국 정부 대표단을 비롯해 무려 4000여명이 협상하거나, 영향을 미치기 위해해 부산을 찾을 예정이다. 플라스틱 오염의 가장 심각한 폐해는 자연 분해에 수백 년이 소요된다는 점이다. 또한 플라스틱을 제조하는데 쓰이거나 플라스틱에서 검출되는 화학물질은 1만6000여종에 달한다. 플라스틱은 완전히 사라지지 않고 미세 플라스틱이라는 미세한 입자로 쪼개지는데, 이는 더욱 작은 나노 플라스틱으로 변형된다. 최대 5mm 크기의 이러한 미세 플라스틱은 토양과 해양을 오염시키고, 먹이사슬을 거쳐 동물의 체내에 쌓인다. 결국, 이는 우리 식탁까지 위협하여 인체 건강에 악영향을 초래할 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 음료수, 생수 등을 담는 용기로 가장 널리 사용된다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 포함된다. "자발적 조치 만으로는 플라스틱 문제 해결에 수십년 걸릴 것" 기업 연합은 서한을 통해 자발적인 조치에만 의존하는 협약은 실질적인 해결책 마련을 수십년 지연시킬 수 있다고 경고했다. 이들은 구속력있는 국제 규칙을 포함하는 야심찬 협약이야말로 정책 조화, 국가별 법률 강화, 기업의 효과적인 솔루션 확대를 위한 기회라고 강조했다. 서한은 또한 협상 과정에서 유해 화학물질의 제한 및 단계적 폐지를 위한 국제적인 기준과 목록 설정, 순환 제품 디자인에 대한 명호가안 기준 마련, 확장된 생산자 책임(EPR) 체게에 대한 공통된 정의 및 핵심 원칙 수립 등 구체적인 논의가 이루어져야 한다고 촉구했다. 협약의 효력을 강화하기 위한 강력한 거버넌스 체계 구축 또한 중요한 과제로 제시됐다. "국제규칙, 기업과 정부 모두에게 이익" 기업 연합의 공동 의장인 존 던컴은 "국제적인 규칙을 포함하는 협약은 지구 환경뿐만 아니라 기업과 정부 모두에게 도움이 된다"고 강조했다. 던컴은 국제 규칙이 기업의 운영을 단순화하고 규모의 경제를 실현하여 장기적으로 비용 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라, 재사용을 통한 새로운 사업 기회 창출, 폐기물 관리 산업 성장에도 기여할 것이라고 설명했다. 던컴은 또한 기업들이 플라스틱 문제 해결에 대한 재정적 책임을 인지하고 있으며. 정부는 공정한 경쟁 환경을 조성하고 모든 기업이 EPR 체계를 이행하도록 노력해야 한다고 덧붙였다. 펩시코의 라몬 라구아르타 회장은 효과적이고 잘 설계된 EPR 체계의 중요성을 강조하며, 명확한 국제 원칙 마련을 통해 전세계적으로 EPR이 확대될 수 있다는 기대감을 표명했다. "글로벌 규칙 마련으로 공정한 경쟁 환경 조성해야" 폐기물 관리 시스템 공급 업체인 TOMRA의 토베 안데르센 CEO는 이번 협상이 플라스틱 오염에 대한 국제적 합의를 도출할 수 있는 "일생일대의 기회"라며, 글로벌 기업들이 이 문제 해결에 적극적으로 기요하고자 하며, 글로벌 규칙 마련을 통해 공정한 경쟁 환경이 조성되기를 바란다고 강조했다. 한편, 국제 플라스틱 협약은 전 세계 국가의 정책 결정자들이 모여 플라스틱 오염에서 벗어나기 위해 플라스틱의 생산부터 폐기까지 전 생애주기에 걸친 규칙을 만드는 회의다. 2022년 11월 우루과이에서 첫 회의를 시작했고, 마지막 5차 회의는 2024년 11월 부산에서 개최된다. 한국 플라스틱 생산량, 세계 4위 한국석유화학협회 석유화학편람을 보면 한국 합성수지(플라스틱) 생산량은 지난해 1451만3000톤(t)으로 중국(9794만t), 미국(3857만t), 사우디아라비아(1463만5천t)에 이어 주요 10개국 중 4번째로 많았다. 1인당 합성수지 소비량은 116.2㎏으로 10개국 중 압도적인 1위다. OECD 최근 보고서에 의하면, 2020년 4억3500만 톤에 달했던 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년에는 7억3600만 톤으로 급증해 무려 69%나 증가할 것으로 예측된다. 약 15년 후에는 해상 운송에 사용되는 40피트 표준 컨테이너 277만 7000여 개를 동원해야 한 해 생산되는 플라스틱을 모두 실을 수 있을 것으로 예측된다. 플라스틱 재활용율 6% 불과해 플라스틱 폐기물량 또한 2040년에는 6억1700만 톤에 이르러 2020년 3억 6000만 톤에서 크게 늘어날 것으로 전망된다. 하지만, 재활용률은 6% 수준에 머무르고, 부적절하게 처리되는 플라스틱 폐기물은 2040년 1억1900만 톤으로 2020년 8100만 톤보다 오히려 증가할 것으로 예상된다. 자연으로 유출되는 플라스틱의 양도 2040년에는 3000만톤으로 2020년 2000만톤에 비해 1000만톤이나 늘어날 것으로 추정된다. 플라스틱 생산부터 폐기까지 전 과정에서 발생하는 온실가스 배출량 역시 2040년 2.8기가 톤으로 2020년 1.8기가 톤보다 1기가 톤 증가할 전망이다. 이처럼 플라스틱 생산량과 폐기물량은 증가하는 반면, 재활용률은 저조하고 환경오염 문제는 심화될 것으로 예상되어 플라스틱 문제 해결을 위한 적극적인 노력이 시급하다.
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글로벌 기업, 플라스틱 규제 위한 국제 협약 체결 촉구
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삼성디스플레이, 업계 최초 '퀀텀닷 잉크' 재활용 기술 개발…원가 절감 및 친환경 효과 기대
- 삼성디스플레이가 초미세 반도체 입자인 퀀텀닷(QD)의 잉크 재활용 기술을 업계 최초로 개발해 '퀀텀닷-유기발광다이오드'(QD-OLED) 생산 비용 절감에 나선다. 삼성디스플레이는 28일, QD-OLED 디스플레이 생산에 사용되는 퀀텀닷(QD) 잉크를 재활용하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술을 통해 QD-OLED 패널 생산 원가를 절감하고 환경 보호에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다. QD-OLED는 잉크젯 프린팅 방식으로 미세한 노즐을 통해 적색과 녹색의 QD 잉크를 분사해 발광층을 형성한다. 기존 공정에서는 노즐에 남는 QD 잉크를 폐기해왔는데, 이는 전체 사용량의 20%에 달하는 양이었다. 삼성디스플레이는 이러한 손실을 줄이기 위해 지난해 12ㅜ얼부터 관련 부서들로 구성된 태스크포스(TF)를 운영하며 QD 잉크 재활용 기술 개발에 착수했다. 그 결과 버려지는 잉크의 80%를 회수하여 재가공하는 기술을 확보했으며, 재생된 잉크는 순도와 광특성을 높이는 고난도 합성 과정을 거쳐 기존 잉크와 동일한 성능을 갖추게 됐다. 회사 측은 이; 기술을 통해 연간 100억 원 이상의 원가 절감 효과를 기대하고 있으며, 이달부터 양산 라인에 적용해 QD-OLED 패널 생산에 활용할 계획이다. 김성봉 삼성디스플레이 대형제조기술센터 센터장(부사장)늠 "QD-OLED 시장의 성장과 함께 QD 잉크 사용량도 증가하고 있다"며, "이번 기술 개발을 통해 원가 절감과 자원순환에 기여할 수 있게 됐다"고 밝혔다.
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- 산업
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삼성디스플레이, 업계 최초 '퀀텀닷 잉크' 재활용 기술 개발…원가 절감 및 친환경 효과 기대
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택배, 1인당 연간 100건 시대…e커머스 성장에 '껑충'
- 최근 3년새 택배 물량이 53% 가까이 증가하며 한해 1인당 택배 이용 건수가 100건을 넘겼다. 16일 대한상공회의소가 최근 발표한 '택배산업 현황 및 성장 요인 보고서'에 따르면 국내 연간 택배 물량은 2020년 33억7000만건에서 2023년 51억5000만건으로 52.9% 증가했다. 1인당 택배 이용 건수는 2020년 65.1건에서 2023년 100.4건으로 늘어났다. 보고서는 택배가 증가한 배경으로 C-커머스(China-commerce), 경쟁(Competition), 소비자 편익(Consumer benefit), 비용 절감(Cost down) 등의 첫 단어를 딴 '4C'를 제시했다. 우선 알리·테무 등 중국 커머스의 초저가 공세로 인해 국내외 공급자 경쟁이 심화한 것이 택배시장 성장으로 이어졌다는 분석이다. 대한상의는 "중국 커머스 업체들이 초저가 상품과 강력한 마케팅으로 국내에서 영향력을 키워나가면서 국내 택배사들도 이들 업체의 물동량을 빠르게 처리해 새로운 동력 확보에 나섰다"고 진단했다. 업체 간 치열한 시장 경쟁도 택배시장을 키운 중요 요인으로 꼽힌다. 배송 속도가 경쟁 우위 및 차별화 요소로 부상하면서 이커머스사와 택배사는 풀필먼트(물류 일괄 대행) 구축을 통한 빠른 배송 서비스로 고객 유치 경쟁에 나섰다. 이로 인해 익일 배송, 새벽 배송을 넘어 당일 배송으로 확대됐다. 마종수 한국유통연수원 교수는 "풀필먼트 내재화 경쟁이 이커머스 시장으로 고객 유입을 촉진하고 택배 물동량 증가로 연결돼 이커머스와 택배시장이 동반 성장하는 중요한 원동력이 됐다"고 말했다. 이커머스 시장의 회원제 도입 확산도 영향을 미쳤다. 유료 회원으로 가입하면 무료 배송, 무료 반품 등 혜택을 제공하는 서비스 도입으로 이용 부담이 낮아지고 편의성이 높아지면서 택배 이용량이 증가했다는 분석이다. 여기에 무료 반품 서비스를 도입한 업체가 늘어나고, 중국 이커머스 업체들이 국내 시장 점유율을 높이기 위해 반품 절차를 간소화하면서 반품 규모도 함께 증가했다. 이커머스사와 택배사의 지속적인 투자 또한 빼놓을 수 없는 성장 요인이다. 이들 기업은 지역별로 흩어진 물류 인프라를 통합하고, 인공지능(AI)과 물류로봇 등 첨단 기술을 활용한 물류 시설 자동화 등으로 지속적인 물류 효율화를 추진했다. 그 결과 저렴한 택배 단가가 형성되면서 고속 성장의 기반이 마련됐다. 택배 평균 단가는 2012년 2506원에서 2021년 2366원으로 5.6% 감소했다. 장근무 대한상의 유통물류진흥원장은 "국내 소비자는 이커머스의 빠른 성장과 택배시장 내 치열한 경쟁으로 더 빠르고 더 편리한 서비스를 누릴 수 있게 됐다"면서도 "물동량 증가에 따른 일회용기, 과대포장 등의 부작용도 문제시되는 만큼 재활용·재사용 등 순환 비즈니스 모델 확산과 친환경 포장 등에 대한 국가와 기업의 관심도 함께 제고될 필요가 있다"고 제언했다.
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택배, 1인당 연간 100건 시대…e커머스 성장에 '껑충'
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스페이스X, 스타십 5차 발사 성공…화성 탐사 새 역사 쓰나
- 일론 머스크가 이끄는 우주기업 스페이스X의 달·화성 탐사용 대형 우주선 '스타십(Starship)'이 13일(현지시간) 5번째 지구궤도 시험 비행에 성공했다. 특히 이번 시험비행에서는 '젓가락 팔' 기술을 이용해 로켓을 회수하는 데 성공, '스타십' 개발에 새로운 이정표를 세웠다. 해당 내용에 대해서는 스페이스닷컴. 아르스 테크니카 등 다수 외신이 자세하게 다루었다. 이날 오전 7시 25분(미 중부시간) 텍사스주 남부 보카치카 해변의 우주발사시설 '스타베이스'에서 발사된 '스타십'은 약 3분 만에 1단 로켓 추진체인 '슈퍼 헤비'와 분리됐다. 이후 약 7분 만에 '슈퍼 헤비'는 우주에서 지구로 돌아와 수직 착륙하는 데 성공했다. 이로써 스페이스X는 그동안 목표로 내걸었던 '슈퍼헤비 로켓 재활용'이 실현 가능해졌다. 스페이스X는 이 모든 과정을 온라인으로 생중계했다. '젓가락 팔' 기술 첫 시도⋯로켓 회수 성공 이번 시험비행에서 가장 주목할 만한 점은 발사탑의 '젓가락 팔'을 이용해 '슈퍼 헤비' 로켓을 회수하는 기술을 처음으로 시도했다는 것이다. '슈퍼 헤비'는 지상의 발사탑 쪽으로 근접하면서 엔진 역추진을 통해 속도를 줄였고, '젓가락 팔'은 마치 거대한 로봇팔처럼 '슈퍼 헤비'를 붙잡아 발사대에 안착시켰다. 스페이스X는 이 기술을 통해 로켓 재활용 및 비용 절감 효과를 기대하고 있다. 젓가락 팔로 로켓을 잡는 것만이 이번 비행의 유일한 목표는 아니었다. 스페이스X는 또한 높이 50m(165피트)의 우주선 2단부, 또는 간단히 우주선이라고 부라는 스타십의 상부 스테이지를 우주로 보내 인도양에 추락시켜 지구로 돌아오는 것을 목표로 삼았다. 2단부 우주선, 75분 비행후 지구 귀환 성공 슈퍼 헤비가 분리돼 젓가락 팔에 착지되는 동안 두 번째 목표였던 스타십의 2단부인 우주선도 약 75분동안 계획된 비행에 성공했다. 스타십 우주선은 시속 2만6225㎞ 안팎으로 고도 210㎞에 도달해 예정된 지구 궤도 항로를 비행한 뒤 발사 40여분간 지난 시점부터 고도를 낮추며 대기권에 재진입해 인도양 해역 목표 입수 지역에 착수(스플래시 다운), 폭발 없이 비행을 마쳤다. 앞서 스페이스X는 지난 6월 4차 시험 비행에서 스타십 상단 재진입에 이미 성공한 적이 있지만, 당시에는 기체가 많이 파괴됐었다. 이번 5번째 스타십 비행은 우주비행사가 탑승하거나 화물이 적재되지 않은 무인 비행이었다. 스페이스X는 지난해 4월과 11월, 올해 3월과 6월 등 네 차례에 걸쳐 스타십의 지구궤도 시험 비행을 시도했지만 모두 성공한 것은 아니었다. 지난해 두 차례 시험비행에서는 우주선이 발사 후 각각 4분, 10분 만에 폭발했다. 3번째 비행에서는 스타십이 약 48분 동안 비항하며 예정된 궤도에 도달했지만 목표 지점에 낙하하는 데 실패한 채 실종됐다. 지난 6월에 실시된 4차 비행에서는 스타십이 예정된 비행에는 성공했지만, 대기권에 재진입하는 과정에 기체가 심하게 손상됐다. 한편, 슈퍼헤비 로켓은 정상적으로 작동할 경우 추진력이 1700만 파운드에 달해 역대 가장 강력한 로켓으로 평가된다. 미국 항공우주국(나사·NASA)이 보유한 발사체 중 가장 힘이 센 '우주 발사 시스템(SLS·추진력 880만 파운드)'보다 2배 더 강력하다. 스페이스X는 앞으로 2단 우주선까지 완벽하게 회수해 재활용하는 것을 목표로 하고 있다. 머스크 CEO는 비행이 끝난 후 엑스(X·옛 트위터)에 "스타십이 목표 지점에 정확히 착륙했다"며 "두 가지 목표 중 하나가 달성됐다"고 밝혔다. 또한 "오늘 인류가 여러 행성에서 살수 있도록 하는데 중요한 진전을 이루었다"고 평가했다. 스페이스X는 인류가 달과 화성에 정착하게 하기 위해 스타십을 개발하고 있다. 나사는 이 우주선을 달에 인류를 보내려고 하는 '아르테미스' 프로젝트 3단계 임무에도 사용할 계획이다.
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- IT/바이오
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스페이스X, 스타십 5차 발사 성공…화성 탐사 새 역사 쓰나
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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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[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
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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.
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- 생활경제
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심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
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[신소재 신기술(78)] 유기 태양 전지 패널, 햇빛 20% 전기 변환 성공…실리콘 대체 가능성 높여
- 미국 과학자들이 새로운 유기 태양 전지 패널을 개발해 햇빛의 20%를 전기로 변환하는 데 성공했다. 유기 태양 전지판(Organic Solar Cell)은 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양 전지의 한 종류다. 기존의 실리콘 태양 전지판과 달리 탄소 기반의 유기 반도체 물질을 사용해 제작된다. 캔사스대학교 연구진이 유기 반도체에 햇빛의 20%를 전기로 변환해, 태양 에너지 분야에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 수년 동안 실리콘은 태양 에너지 환경을 지배해왔다. 실리콘의 효율성과 내구성 덕분에 태양광 패널에 가장 많이 사용하는 소재가 된 것. 하지만 실리콘 기반 태양전지는 딱딱하고 생산 비용이 비싸서 곡면에 적용하는 데 한계가 있었다. 유기 반도체는 실리콘 태양 전지 패널보다 저렴하고 유연하며, 다양한 색상과 투명도를 구현할 수 있어 차세대 태양 전지 소재로 주목받고 있다. 유기 태양 전지판은 얇고 가벼우며, 플라스틱 기판 등 다양한 소재에 적용할 수 있어 곡면이나 불규칙한 표면에도 설치가 가능하다. 게다가 유기 물질은 실리콘보다 독성이 적고 재활용이 용이해 환경 친화적이다. 유기 반도체는 이미 휴대전화, TV, 가상현실(VR)헤드셋과 같은 가전제품의 디스플레이 패널에 사용되지만 상업용 태양광 패널에는 아직 널리 사용되지 않는다. 유기 반도체인 탄소 기반 소재는 더 낮은 비용과 더 큰 유연성으로 실행가능한 대안을 제공한다. 하지만 지금까지는 빛을 전기로 변환하는 효율성이 낮아 실리콘 태양 전지 패널을 대체하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구를 주도한 캔자스 대학교의 물리학 및 천문학 부교수인 와이런 챈 박사는 "이러한 재료는 벽에 페인트를 칠하는 것처럼 용약 기반 방법을 사용해 임의의 표면에 코팅할 수 있기 때문에 태양광 패널의 생산 비용을 잠재적으로 출 수 있다"고 설명했다. 이러한 유기 반도체는 단순히 비용 절감에만 그치지 않는다. 특정 파장의 빛을 흡수하도록 조정할 수 있어 새로운 가능성을 열어준다. 챈은 "이러한 특성 덕분에 유기 태양 전지 패널은 차세대 친환경적이고 지속 가능한 건물에 사용하기에 특히 적합하다"고 덧붙였다. 이번 연구는 유기 반도체의 일종인 비풀러렌 악셉터(NFA)의 높은 효율성에 대한 의문에서 시작됐다. 연구진은 NFA가 기존 유기 반도체보다 뛰어난 성능을 보이는 이유를 규명하는 과정에서 예상치 못한 현상을 발견했다. 특정 조건에서 NFA의 전자가 에너지를 잃는 대신 주변 환경으로부터 에너지를 얻는 현상을 관찰한 것이다. 이는 뜨거운 커피가 주변으로 열을 잃는 것과는 반대되는 현상으로 양자역학과 열역학의 결합으로 설명될 수 있었다. 연구진은 첨단 기술인 시간 분해 이광자 광전자 분해법을 활용해 1조분의 1초보다 짧은 시간 동안 전자의 에너지 변화에 추적했다. 그 결과 NFA의 전자가 양자역학적 특성으로 인해 여러 분자에 동시에 존재하는 것처럼 보이며, 이러한 현상이 열역학 제2법칙과 결합해 열흐름의 방향을 역전시키는 것을 확인했다. 이러한 역전된 열 흐름은 NFA의 전자가 주변 환경으로부터 에너지를 흡수하고 전하 분리 과정을 촉진해 전류 생성 효율을 높이는 데 기여한다. 연구진은 이번 발견이 태양 전지 효율을 20%까지 끌어올려 실리콘 태양 전지와의 격차를 좁히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 또한 이러한 에너지 획득 메커니즘은 태양 전지 뿐만 아니라 이산화탄소를 유기 연료로 변환하는 광촉매 등 다른 재생 에너지 분야에도 적용될 수 있을 것으로 전망했다. 이는 유기 반도체 기반 기술의 잠재력을 극대화하고, 지속가능한 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있는 중요한 발견으로 평가된다. 이번 연구는 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(78)] 유기 태양 전지 패널, 햇빛 20% 전기 변환 성공…실리콘 대체 가능성 높여
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