폐기물 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-10 (일)

검색

희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져

특수 용도로 사용되는 희토류 원소인 방사성 물질 프로메튬(promethium)이 발견된 지 80년 만에, 과학자들이 처음으로 프로메튬의 신비하고도 중요한 특성을 밝혀내 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 프로메튬은 주기율표의 맨 아래 15개의 란타넘족에 속해 있는 원자번호 61번의 원소다. 희토류로 알려진 프로메튬은 강한 자성과 특이한 광학 특성을 포함해 여러 가지 유용한 특성을 나타내 현대 전자 장치 소재로 중요하게 사용된다. 프로메튬은 안정된 동위원소는 없고 방사성 동위원소들만 존재한다. 프로메튬은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 지난 1945년 처음으로 발견했다. ORNL 연구원들이 발견한 프로메튬 자체는 원자 배터리 및 암 진단 분야에서 적용됐다. 그러나 이 원소의 화학적 성질은 지극히 일부만 알려졌고, 이 때문에 더 널리 사용되는 것은 지금까지 불가능했다. 방사성 원소를 연구하는 것 자체가 적합한 샘플 확보의 어려움으로 인해 수십 년 동안 높은 장벽으로 작용했던 것. 연구팀인 ORNL의 알렉산더 이바노프는 "프로메튬에는 안정된 동위원소가 없고 모두가 방사성이기 때문에 시간이 지남에 따라 다른 원소로 붕괴된다. 프로메튬은 핵분열 과정을 통해 얻어지기 때문에 특히 희소하고 연구하기 어렵다"고 말했다. 그런데 작년에 개발된 프로메튬 생산 방법을 사용, ORNL 연구팀은 이 동위원소를 원자로 폐기물로부터 분리, 연구를 위한 가장 순수한 샘플을 만들어내는 데 성공했다. 그 후 연구팀은 이 샘플을 금속 원자를 가두기 위해 특별히 고안된 분자인 리간드(수용체에 결합하는 항체·호르몬·약제 등의 분자)와 결합해 물속에서 안정적인 복합체를 형성했다. PyDGA로 알려진 배위 분자(리간드 배위 결합을 통해 형성된 분자)는 9개의 프로메튬-산소 결합을 형성했다. 이 결합은 연구팀에 프로메튬 복합체의 결합 특성을 분석할 수 있는 기회를 처음으로 제공했다. 그러나 분석하는 일도 쉽지는 않았다. 프로메튬이 방사성이었기 때문에 일단 붕괴되면, 주기율표상 인접 원소인 사마륨으로 변환된다. 사마륨 형태로 소량의 오염이 발생하게 됐던 것이다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘싱크로트론 기반 X선 흡수 분광법’이라는 극도로 전문화된 기술을 사용했다. 입자 가속기에 의해 생성된 고에너지 광자는 프로메튬 복합체에 충격을 가해 원자의 위치와 결합 길이의 그림을 만들었다. 금속-산소 결합 길이의 미묘한 차이를 통해 팀은 오염된 사마륨과 관계없이 주요 프로메튬-산소 결합 분석에 집중할 수 있었다. 결국 이런 방식을 통해 연구팀은 처음으로 프로메튬의 특성을 다른 희토류 복합체와 비교할 수 있었다. 리간드는 모든 란타넘족 원소에 안정적인 복합체를 형성할 수 있는 방법을 제공했다. 동일한 원소 비율과 동일한 종류의 기하학적 구조를 가질 수 있게 된 것이다. 이로써 복합체의 기본적인 물리적 화학적 특성을 연구할 수 있었다. 란타넘족은 자연적인 원소들의 혼합물로 발견되므로, 결합 길이 및 복합체 형성과 같은 주기적인 경향을 이해하는 것은 과학자들이 금속을 분리하는 새롭고 보다 효율적인 방법을 개발하는 데 도움이 된다. ORNL의 연구원이자 '네이처' 지에 발표된 새로운 연구를 이끈 일자 포포브스는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "프로메튬은 레이저에 사용되며 스마트폰 화면에도 일부 들어간다. 또한 풍력 발전을 위한 풍력터빈과 전기자동차의 자석에도 쓰인다"고 말하고, 프로메튬에 대한 추가 연구가 이루어지면 응용을 대폭 확대할 수 있다고 설명했다. 현재 ORNL 연구팀은 프로메튬 원소의 화학적 움직임과 배위 환경에 대한 보다 명확한 그림을 만들기 위해 물속의 프로메튬 연구를 확대하고 있다. 포포브스는 "우리의 연구가 다른 과학자들에게 더 나은 분리 기술을 설계하는 방법을 알려주고, 다른 응용 분야 연구에 더 많은 관심을 불러일으킬 수 있기를 바란다"고 말했다.
- 경제
2024-06-03
[신소재 신기술(49)] 비건 가죽, 박테리아로 만든다?

유전자 변형 박테리아를 이용해 동물 가죽이 없이도 비건 가죽 소재를 배양하는 새로운 기술이 개발됐다. 영국 임페리얼 칼리지 런던 과학자들은 유전자 조작 박테리아를 이용해 비건 가죽을 배양해 신발 시제품을 제작했다고 더쿨다운이 지난 21일(현지시간) 보도했다. 미생물을 이용해 친환경적인 원단을 만드는 것은 새로운 것이 아니지만 연구팀은 패션 업계에서 가장 환경에 해로운 공정중 하나인 합성 화학 염료가 필요없는 자가 염색 가죽을 생산할 수 있도록 한 것은 이번이 처음이라고 인터레스팅엔지니어링은 전했다. 가죽은 지속가능한 패션 산업 내에서 많은 논쟁의 진원지였다. 가죽을 생산하려면 동물 가죽을 적절하게 가공하고, 염색하기 위해서 유해한 화학 물질을 사용해야 한다. 그로 인해 동물 학대나 환경 오염 등의 논란이 꾸준히 제기됐다. 가장 일반적인 비건 가죽 대체품은 원단이나 코팅에 석유 기반 폴리머(플라스틱)이 포함된다. 이는 동물 사육이나 화학적 처리의 필요성은 없지만 생분해가 되지 않아 플라스틱 페기물 문제에 대한 우려를 불러일으키기도 했다. 임페리얼 칼리지 연구원들은 미생물에서 기능성 직물을 얻는 소재 디자이너인 젠 케인(Jen Keane)과 협력해 박테리아 셀룰로스 시트를 활용해 가죽 시제품을 만들었다. 박테리아로 자가 염색 가죽 제작 임페리얼 칼리지에 따르면 연구팀은 내구성과 유연성이 뛰어나 섬유에 완벽하게 작용하는 미생물 셀룰로오스 시트를 생산하는 박테리아의 일종으로 자가 염색 가죽을 만들었다. 그런 다움 연구팀은 유전자를 변형해 가죽을 성장사키는 미생물이 검은 색소를 생산하도록 지시해 염색 과정을 대체했다. 연구팀은 박테리아를 '신발 모양 용기'에서 2주 동안 배양해 신발의 갑피 부분을 성장 시켰다. 셀룰로오스가 신발과 비슷해지면 연구팀은 86도에서 부드럽게 흔들어 박테리아의 검은색을 활성화해서 가죽 안쪽부터 염색했다. 연구팀은 또 신발 이외에도 정사각형 모양의 셀롤로오스 시트 2장을 함께 꿰매 검은색 지갑을 제작했다. 임페리얼은 연구팀이 "이 박테리아가 다른 미생물의 유전자를 사용해 다양한 패턴, 색상 및 캐시미어와 면과 같은 기타 직물을 생산하도록 조작할 수 있었다"고 밝혔다. 이번 연구의 공동 저자인 케네스 워커 박사는 "우리의 기술은 시제품에서 볼 수 있듯이 실제 제품을 만들 수 있을 만큼 큰 규모로 작동한다"고 말했다. 워커 박사는 "이 연구는 또한 과학자와 디자이너가 함께 작업할 때 발생할 수 있는 시너지 효과를 보여준다"고 덧붙였다. 지속가능한 패션 산업 기대 패션 산업의 친환경 미래를 위한 연구팀의 시도는 여기서 멈추지 않았다. 현재 연구팀은 가죽을 성장시키는 박테리아가 어떤 색소를 만들수 있는 지를 연구하고 있다. 연구팀과 협력자들은 영국의 생명 공학 및 생물과학 연구위원회로부터 250만달러의 자금을 지원받아 합성 생물학을 사용해 패션 산업의 폐기물 절감 연구를 계획하고 있다. 그동안 몇몇 스타트업이 버섯을 활용한 비건 가죽이나 파인애플 잎, 선인장을 사용해 플라스틱이 없는 식물성(비건) 가죽을 만들었지만 대량 생산으로 이어진 사례는 거의 없다. 이번 연구의 제1저자인 톰 엘리스 교수는 "지속가능한 자가 염색 가죽 대체품을 생산할 수 있는 새롭고 빠른 방법을 개발한 것은 중요한 성과"라고 평가했다. 엘리스 교수는 "박테리아의 셀룰로오스는 본질적으로 비건이다. 박테리아 셀룰로오스의 성장에는 가죽을 생산하기 위해 소를 사육하는 데 필요한 탄소 배출량, 물, 토지 사용량 중의 극히 일부분만 필요하다. 박테리아 셀룰로오스는 플라스틱 기반의 가죽 대체제와 달리 석유화학 물질 없이도 가죽을 생산할 수 있으며, 안전하고 무독성으로 생분해된다"고 말했다.
- 포커스온
2024-05-23
4월 생산자물가 5개월 연속 상승…농산물 가격은 꺾여

국제유가와 금·은 등 원자재 가격 상승 여파에 생산자물가가 5개월 연속 올랐다. 22일 한국은행이 발표한 지난달 생산자물가지수는 119.12(2020=100)로 전월대비 0.3% 증가했다. 생산자물가는 최근 추세를 살피기 위해 지표를 전월대비 수치를 사용한다. 생산자물가의 전월 대비 상승률은 지난해 10월부터 11월까지 2개월 연속 하락했다가 12월(0.1%)부터 지난 4월(0.3%)까지 오름세를 보였다. 농림수산품, 전력·가스·수도 및 폐기물이 내렸지만 국제유가 및 금·은 등 귀금속을 비롯해 반도체 등 공산품이 올랐고, 음식점과 숙박 등 서비스가 상승한 이유가 크다. 전월 대비 등락률을 품목별로 보면 농림수산품이 3.0% 하락했다. 축산물이 1.6% 올랐으나, 농산물이 4.9%, 수산물이 4.2% 각각 내렸다. 공산품은 0.7% 상승했다. 컴퓨터와 전자 및 광학기기(1.8%), 1차 금속제품(1.5%), 석탄 및 석유제품(1.7%) 등이 오른 영향이다. 전력·가스·수도 및 폐기물은 0.6% 하락한 반면 서비스는 0.2% 상승했다. 세부 품목 중에서는 풋고추(-47.4%), 오이(-44.2%), 고등어(-41.5%), 산업용 도시가스(-7.3%) 등의 하락률이 두드러졌다. 반대로 돼지고기(5.3%), 맛김(6.6%), D램(16.4%), 플래시 메모리(11.4%), 전세버스(5.2%) 등은 상대적으로 많이 올랐다. 생산자물가는 생산자가 시장에 공급하는 상품과 서비스 등의 가격 변동을 나타내는 것으로 품목마다 통상 1~3개월 시차를 두고 소비자물가에 반영된다.
- 경제
2024-05-22
미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려

미세 플라스틱이 인간 태반과 생쥐의 뇌뿐만 아니라 인간과 개의 생식기에서도 발견됐다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키에 있는 뉴멕시코대학(UNM) 연구팀은 인간과 개의 고환 조직에서 미세 플라스틱을 다량 검출했다고 밝혀 미세 플라스틱이 인간의 생식 건강에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 앞서 수행된 연구에서 미세 플라스틱은 인간의 태반과 장기, 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 4~8주 동안 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 폴리스티렌 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등의 조직에서 미세 플라스틱 조각이 검출된 것을 확인했다. 또한 미세 플라스틱을 먹은 쥐에게서 담석증 형성이 가속화됐다는 연구 결과도 나왔다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 그보다 더 작은 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 나노 플라스틱으로 불린다. UNM 간호대학 교수인 샤오중 '존' 유(Xiaozhong 'John' Yu) 박사가 이끄는 연구팀은 '독성 과학(Toxicological Sciences)' 저널에 발표한 새로운 논문에서 사람 23명과 개 47마리의 고환에서 12종의 미세 플라스틱을 발견했다고 보고했다. 유 박사는 "우리 연구에서는 모든 인간과 개의 고환에 미세플라스틱이 존재한다는 사실이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 새로운 분석 방법을 사용해 조직 검체에서 미세 플라스틱의 양을 정량화할 수 있었으며, 특정 플라스틱 종류와 개의 정자 수 감소 간의 상관관계를 밝혀냈다. 인체 생식계에 미치는 다양한 환경 요인을 연구하는 유 박사는 최근 들어 중금속, 농약, 내분비계 교란 물질 등이 전 세계적으로 사람들의 정자 수 및 질적 저하에 관련이 있다고 말했다. 유 박사는 인간 태반에서 미세 플라스틱 존재를 입증한 매튜 캠펜 박사(뉴멕시코 대학교 약대 교수)와의 대화를 통해 미세 플라스틱의 인체 검출에 다른 원인이 있을지도 모른다는 의문을 갖게 됐다고 한다. 이를 계기로 유 박사는 캠펜 박사의 연구실에서 태반 연구에 사용했던 것과 동일한 실험 방법을 사용해 연구를 설계했다. 연구팀은 뉴멕시코 검시관 사무소로부터 익명 처리된 인체 조직(7년 보관 후 폐기)을 입수했으며, 개 조직은 앨버커키시 동물 보호소와 중성화 수술을 시행하는 사설 동물 병원에서 제공했다. 연구팀은 시료를 화학적으로 처리해 지방과 단백질을 분해하고 각 시료를 초원심 분리기로 회전시켜 플라스틱 덩어리를 얻었다. 그런 다음 금속 컵에 담긴 플라스틱 펠릿을 섭씨 600도까지 가열했다. 연구팀은 질량 분석기를 사용해 특정 온도에서 다양한 종류의 플라스틱이 연소할 때 배출되는 가스를 분석했다. 개의 경우 고환 조직에서 미세 플라스틱의 평균 농도는 1g당 122.63μg(마이크로그램, 1g의 백만분의 1)였다. 인체 조직에서는 329.44μg/g으로 개보다 거의 3배 높았다. 이는 캠펜 박사가 태반 조직에서 발견한 미세 플라스틱 평균 농도보다도 훨씬 높았다. 유 박사는 "처음에는 미세 플라스틱이 생식 기관에 침투할 수 있을지 의문이 들었다"라면서도 "개에 대한 결과를 처음 받았을 때 저도 놀랐다. 인간에 대한 결과를 받았을 때는 더욱 놀랐다"고 말했다. 폴리에틸렌(PE) 최다 검출 연구팀에 따르면 인간과 개의 조직에서 가장 흔하게 발견되는 폴리머는 폴리에틸렌(PE)이었다. 이는 플라스틱 가방과 병 제조에 사용된다. 개에게는 산업, 도시 및 가정용 배관과 여러 다른 용도로 사용되는 PVC가 그 뒤를 이어 검출됐다. 유 박사는 연구팀은 화학적으로 보존된 인간 시료에서는 정자 수를 세어볼 수 없었지만, 개의 경우 시료의 정자 수를 셀 수 있었으며, 조직 내 PVC 농도가 높을수록 정자 수가 적다는 상관관계를 발견했다고 말했다. 하지만 PE 조직 농도와는 관련성이 없었다. 그는 "플라스틱 종류에 따라 잠재적인 기능과 상관관계가 있을 수 있다"며 "PVC는 정자 생성을 방해하는 많은 화학물질을 방출할 수 있으며, 내분비계 교란을 일으키는 화학물질을 포함하고 있다"고 말했다. 이 연구는 몇 가지 이유로 인간과 개의 조직을 비교했는데, 그 중 하나는 개가 사람과 함께 살고 환경을 공유하기 때문이다. 또한 개와 사람은 생물학적 특징도 일부 공유하고 있다. 유 박사는 "쥐나 다른 동물에 비해 개는 인간에 더 가깝다"고 말했다. 이어 "생리적으로 그들의 정자 생성은 인간에 더 가깝고 농도도 인간과 더 유사하다"면서 개의 정자 수도 감소하는 것으로 보인다고 전했다. 그는 "개와 인간이 정자 수 감소에 기여하는 공통적인 환경 요인을 공유하고 있는 것 같다"고 부연했다. 미세플라스틱은 플라스틱이 햇빛의 자외선에 노출되어 매립지에서 분해될 때 발생한다. 바람에 날리거나 인근 수로로 운반될 수 있으며, 일부 조각은 나노미터(10억 분의 1미터) 단위로 측정될 정도로 매우 작다. 매년 강과 바다호 흟러드는 플라스틱 폐기물은 800만톤에 달하는 것으로 알려졌다. 전 세계적으로 플라스틱 사용이 계속 증가함에 따라 플라스틱은 이제 환경에 어디에나 존재한다. 심지어 남극 대륙의 크릴 새우에도 미세 플라스틱이 발견됐다. 유 박사는 OMI 부검 시료에 포함된 남성의 평균 연령이 35세로, 플라스틱 유통량이 적었던 수십 년 전부터 플라스틱에 노출되기 시작했다는 점에 주목했다. 그는 "그 어느 때보다 많은 플라스틱이 환경에 존재하는 지금이 젊은 세대에게 더 큰 악 영향을 미칠까 우려스럽다"고 말했다. 그는 이번 연구 결과가 미세 플라스틱이 고환의 정자 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위한 추가 연구의 길을 제시한다고 말했다. 유 박사는 "아직 밝혀지지 않은 것이 많다. 우리는 잠재적인 장기적인 영향이 무엇인지 살펴볼 필요가 있다"면서 "미세 플라스틱이 정자 감소에 기여하는 요인 중 하나인 걸까요?"라고 반문했다. 유 박사는 "우리는 사람들을 겁주고 싶지 않다"며 이번 연구 결과에 대해 사람들이 당황하지 않기를 바란다고 밝혔다. 그는 "우리는 과학적으로 데이터를 제공하고 사람들에게 미세 플라스틱이 많다는 사실을 알리고 싶다. 우리는 플라스틱 노출을 피하고, 생활 방식을 바꾸고, 행동을 바꾸기 위해 스스로 선택할 수 있다"며 플라스틱의 폐해를 줄이자고 강조했다.
- 생활경제
2024-05-21
마이크로소프트, 나무 태워 탄소 포집⋯스웨덴 파트너와 330만 톤 탄소 제거 계약 체결

마이크로소프트(MS)가 나무를 연료로 하는 발전소에서 이산화탄소를 포집하는 방식의 기후 변화 대응 전략을 두 배 이상 크게 강화하고 있다. 마이크로소프트가 스웨덴의 에너지 회사인 스톡홀름 엑서지(Stockholm Exergi)와 스톡홀름에 위치한 바이오매스 발전소에서 333만 톤의 탄소를 포집한다는 계약을 체결했다고 ICT 전문 매체 더버지가 전했다. 이는 현재까지 발표된 이 부문 최대 규모의 거래다. 포집하는 양은 휘발유 자동차 79만 대가 1년 동안 운행해 방출하는 탄소의 양과 맞먹는다. 이는 마이크로소프트가 2030년까지 회사가 생산할 것으로 예상되는 것보다 더 많은 탄소를 포집한다는 의미다. 마이크로소프트는 2050년까지 창립 이래 지금까지 배출한 만큼의 탄소를 대기에서 없애겠다는 기후 경영 목표를 수립한 바 있다. 이번 계약은 회사의 장기 목표 달성에도 크게 기여할 것이라는 기대다. 그러나 이에 대한 비판 여론도 만만치 않다. 나무 연료 발전소가 실제로 기후 변화 대응에 적절한 것인지, 아니면 상황을 오히려 악화시킬 것인지에 대해서는 아직 판단을 내리기 어렵다는 것이다. 생물다양성센터(Centre for Biological Diversity)와 세계 3대 환경보호단체 중 하나인 ‘지구의 벗(Friends of the Earth International)’ 등 저명한 환경 단체들은 이에 대해 ‘잘못된 해결책’이라고 비판했다. 지난 2018년에는 약 800명의 과학자들이 유럽의회에 바이오에너지를 위한 목재 사용 지원을 중단하라는 서한에 서명하기도 했다. 엑서지는 스톡홀름에서 산림 바이오매스라고도 알려진 산림 폐기물의 목재 펠릿과 잔여물을 사용해 발전소를 운영하고 있다. 지지자들은 이론적으로 발전소가 나무를 태워 방출하는 탄소를 포집하고, 나무는 탄소를 흡수하며 다시 자라나므로 탄소 중립 에너지원이라고 주장한다. 유럽연합 집행위원회도 바이오매스 연소가 유럽과 미국 전역의 산림 벌채와 관련되어 있음에도 불구하고 가장 큰 재생에너지원이라고 간주하고 있다. 마이크로소프트와 엑서지는 발전소에 장비를 추가, 탄소가 대기 중으로 배출되기 전에 대부분을 포집한다는 계획이다. 그렇게 하면 오히려 탄소의 마이너스 배출까지도 가능하다는 주장이다. 즉, 방출하는 총량보다 더 많은 탄소를 대기에서 제거한다는 것이다. 탄소 마이너스 배출 기술은 최근 여러 기업들이 연구와 채택을 진행하고 있다. 그러나 많은 연구 결과에 따르면 ‘탄소 포집 바이오에너지(BECCS)’에 대한 수학적인 계산은 정확하게 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 굴뚝에서 탄소를 제거하는 장치는 탄소를 100% 포집할 수 없다. 또 숲을 개간하고 연료로 사용하기 위해 목재를 운반하는 과정에서 추가 배출이 발생한다. BECCS는 결국 탄소 중립이 아니며 실제로는 대기에 온실가스의 주범인 탄소 오염을 더한다는 사실이 밝혀졌다. 마이크로스프트는 이에 대해 공식적인 반응은 보이지 않고 있다. 회사는 작년 덴마크 에너지 회사인 오스테드(Ørsted)와 덴마크의 나무 연료 발전소에서 276만 톤의 탄소를 포집하는 또 다른 계약을 체결했다. 스톡홀름에서 이 발전소의 탄소 포집 장치의 건설은 엑서지가 다른 계약과 함께 정부 지원으로 충분한 추가 자금을 확보한다면, 내년에 시작될 예정이다. 그러면 계약에서 합의된 333만 톤의 탄소를 모두 제거하는 데 10년이 걸릴 것이다. 엑서지는 마이크로소프트와의 계약을 자사의 탄소 포집 기술에 대한 인증이라고 의미 부여했다. 회사는 “이번 계약은 우리 프로젝트의 중요성은 물론 품질 및 지속 가능성을 강하게 시사하고 있다”라고 말했다.
- 경제
2024-05-10
[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(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술

과학자들은 우리 시대 가장 심각한 환경 문제 중 하나인 플라스틱 오염을 해결하기 위한 독창적인 방법을 제시했다. 미국 캘리포니아 대학교 연구팀이 플라스틱을 먹는 매우 강한 포자가 함유된 플라스틱이 매립지에서 스스로 분해되는 기술을 개발했다고 네이처닷컴과 BBC, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 집중 조명했다. 이 연구에서는 고온 용융 압출을 사용해 폴리머 분해 박테리아의 포자를 열가소성 폴리우레탄에 통합하는 바이오 복합재 제작을 시연했다. 플라스틱의 한 종류인 폴리우레탄은 강도와 탄성이 뛰어나 휴대폰 케이스부터 운동화까지 모든 제품에 사용되지만 재활용이 까다로워 주로 매립된다. 플라스틱에 첨가되는 박테리아의 종류는 식품 첨가물 및 프로바이오틱스로 널리 사용되는 고초균(枯草菌)으로 영문으로는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 불린다. 고초균은 토양과 발효식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균이다. 또한 바실러스 서브틸리스 포자로 채워진 열가소성 폴리우레탄의 전반적인 인장 특성이 크게 개선되어 인성이 매우 향상됐다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 라호야 캠퍼스의 김한솔 연구원은 "자연에서 플라스틱 오염을 완화할 수 있다는 희망이 있다"고 말했다. 공동 연구원 존 포코르스키는 "우리의 공정은 소재를 더욱 견고하게 만들어 플라스틱의 수명을 연장한다"고 말했다. 그는 "그리고 이 공정이 완료되면 폐기 방법에 관계없이 환경으로부터 플라스틱을 제거할 수 있다"고 설명했다. 포코르스키 연구원은 "이 플라스틱은 현재 실험실에서 연구 중이지만 제조업체의 도움을 받으면 몇 년 안에 실제 환경에 적용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 플라스틱은 강하고 다양한 용도로 사용되는 소재지만, 이러한 장점은 폐기 처리를 어렵게 만드는 요인이기도 하다. 플라스틱은 분해되는 데 수십 년 또는 수백 년이 걸리기 때문에 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 매립지와 바다를 오염시키고 있는 실정이다. 연구팀은 플라스틱에 플라스틱 분해 박테리아 포자를 넣어 매립지에 폐기될 때 활성화되도록 만들었다. 이를 통해 5개월 만에 플라스틱 물질의 90%가 생분해되는 것이 확인됐다. 게다가 '플라스틱 분해 박테리아 포자'를 넣은 플라스틱은 실제로 사용하는 동안 일반 플라스틱보다 더욱 견고하고 강했다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 플라스틱을 분해하는 능력을 갖춘 박테리아를 발견하고, 이 과정을 담당하는 효소를 분리하여 효율성을 높였다. 이를 통해 효소와 박테리아로 플라스틱을 처리하는 더 효율적인 재활용 시설이 구축될 수 있다. 하지만 재활용 시설로 옮겨지지 않는 플라스틱은 어떻게 될까. 앞서 지적했듯이 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 신발, 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 자동차 부품 등을 만드는데 일반적으로 사용되는 견고한 플라스틱 유형이지만 현재 재활용이 불가능하다. 연구팀은 TPU 폐기 처리를 위해 플라스틱 분해 박테리아 바실러스 서브틸리스의 포자를 플라스틱 자체에 직접 넣는 새로운 방법을 연구했다. 또한 연구팀은 포자를 넣은 플라스틱 제품이 너무 일찍 분해되지 않고, 정상적인 기간 동안 사용한 뒤 매립지나 자연 환경에서 폐기될 때만 생분해가 시작되도록 설계했다. 내열성 미생물로 온도 한계 극복 먼저 극복해야 할 문제는 플라스틱 제조에 사용되는 높은 온도였다. 플라스틱 가공시 사용되는 고온으로 인해 대부분의 박테리아 포자가 죽는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 내열성 미생물을 유전공학적으로 제작했으며, 플라스틱 가공 온도인 135°C(275°F)에서 변형된 박테리아의 96~100%가 생존하는 것을 확인했다. 변형되지 않은 박테리아의 경우 생존율은 겨우 20%에 불과했다. 다음으로 연구팀은 박테리아가 플라스틱을 얼마나 잘 분해하는지 테스트했다. 이 과정은 토양의 영양분과 수분에 의해 시작된다. 플라스틱 무게의 최대 1% 농도에서 박테리아는 퇴비에 묻힌 후 5개월 이내에 플라스틱 물질의 90% 이상을 분해했다. 이 새로운 플라스틱은 사용 중 강도가 약화될 것으로 추정했지만, 실제로는 그 반대 효과가 나타났다. 포자를 넣어 만든 플라스틱은 일반 폴리우레탄(TPU)보다 최대 37% 더 강하고 인장 강도가 최대 30% 더 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 포자가 강화 충전재 역할을 하는 것으로 추정했다. 연구팀은 이 기술은 확장 가능성이 높으며, 사용 중 더욱 견고하고 강하면서 재활용이 불가능한 TPU를 폐기 처리하는 새로운 방법을 열 수 있다고 말했다. 이를 다른 몇 가지 방법과 함께 사용한다면 플라스틱 오염 문제 해결에 진전을 이룰 수 있을 것으로 보인다. 플라스틱의 약 80%가 재활용되지 않고 매립지나 자연 환경에 축적되고 있는 실정다. 또한 폴리우레탄(PU)은 세계에서 6번째로 많이 생산되는 플라스틱이지만 재활용을 위한 거버넌스는 없다. PU 폐기물은 수지 식별 코드의 카테고리 7(PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS 이외의 기타 플라스틱)에 따라 잠재적으로 수거될 수 있지만, 미국에서는 일반적으로 이 카테고리의 플라스틱 중 0.3%만이 재활용되고 있다. 플라스틱 분해 과정에 박테리아 포자를 결합시킨 것은 산업 공정에서 재생 가능한 폴리머 충전재로서 살아있는 세포를 도입할 수 있는 흥미로운 기회를 제공했다는 평가를 받고 있다. 연구진은 잠재적으로 확장 가능한 이 기술이 재활용할 수 없는 TPU를 폐기하는 새로운 방법을 제시하는 동시에 사용 중에 더 튼튼하고 강하게 만들 수 있다고 말했다. 이 기술을 다른 몇 가지 방법과 결합하면 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 어느 정도 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표됐다.
- 포커스온
2024-05-03
왜 쓰레기를 화산에 던져서 태워버릴 수 없을까

쓰레기를 용암이 끓고 있는 화산에 던져서 태우지 않는 이유는 무엇일까. 화산의 용암이 일부 쓰레기를 태울 정도로 뜨거운 것은 사실이다. 지난 2018년 하와이 빅아일랜드에서 킬라우에아 화산이 폭발했을 때, 용암류는 섭씨 1100도 이상이었다. 이는 금성 표면보다 더 뜨거운 온도다. 암석을 충분히 녹일 정도로 높은 온도였다. 쓰레기를 태우는 폐기물 소각로의 온도가 섭씨 1000~1200도임을 감안하면, 화산의 용암류로도 쓰레기를 태울 수 있을 것이라는 짐작을 하게 된다. 그러나 야후 테크에 실린 정보에 따르면 실제는 그렇지 않다. 모든 화산 용암이 그렇게 높은 온도인 것은 아니다. 하와이에서의 킬라우에아 화산 폭발은 현무암이라고 불리는 일종의 용암을 생성한다. 현무암은 다른 화산에서 분출되는 용암보다 훨씬 뜨겁고 더 유동적이다. 워싱턴주의 세인트 헬렌스 산에서 분출한 화산 등 일반적인 화산의 경우 현무암보다 더 두꺼운 데이사이트 용암(석영안산암 화산암)이다. 세인트 헬렌스 산에서 2004~2008년까지 분출된 화산은 표면 온도가 섭씨 704도 미만의 용암 돔을 생성했다. 다시 말해 쓰레기를 완전히 태울 충분한 고온이 형성되지 않는다는 의미다. 온도 외에도, 화산에서 쓰레기를 태울 수 없는 이유가 몇 가지 더 있다. 첫 번째로, 섭씨 1100도 온도의 용암은 음식물 찌꺼기, 종이, 플라스틱, 유리 및 일부 금속 등을 녹일 수는 있지만, 강철, 니켈 등 특수한 일부 물질들은 녹이지 못한다. 둘째, 지구에는 쓰레기를 버릴 수 있는 용암 호수나 용암으로 가득 찬 그릇 모양의 분화구가 있는 화산이 많지 않다. 지구상에 있는 수천 개의 화산 중, 과학자들이 발견한 활화산 용암 호수는 남극의 킬라우에아, 에레부스 산, 콩고민주공화국의 니라공고 등을 포함해 8개에 불과하다. 대부분의 활화산은 세인트 헬렌스 산과 같이 바위와 냉각된 용암으로 채워진 분화구이거나 오레곤주의 크레이터 호수처럼 물로 채워진 분화구들이다. 세 번째는 활성 용암 호수라 해도 이곳에 쓰레기를 버리는 것은 매우 위험하다는 사실이다. 용암 호수는 냉각된 용암의 지각으로 덮여 있지만, 그 지각 바로 아래는 용암이 녹아 있어 온도가 매우 높다. 암석이나 다른 물질들이 용암 호수의 표면으로 떨어지면 지각이 깨지고, 밑에 있는 용암의 흐름을 방해해 폭발을 일으키게 된다. 2015년 킬라우에아에서 이런 사태가 일어났다. 분화구 가장자리의 암석 덩어리가 용암 호수로 떨어져 큰 폭발을 일으켰고, 암석과 용암이 분화구 위로 분출됐다. 사람이 용암 호수에 쓰레기를 버린다면 불타 오르는 쓰레기와 폭발하는 용암을 피해 도망치는 방법을 고안해야 할 것이다. 화산에 쓰레기 버리면 유독가스 방출 용암 호수에 쓰레기를 안전하게 버릴 수 있다고 가정한다면 어떻게 될까. 플라스틱, 쓰레기, 그리고 금속이 연소되면 많은 유독 가스가 방출된다. 화산은 이미 황, 염소, 그리고 이산화탄소 등 수많은 유독 가스를 배출하고 있다. 유황 가스는 ‘보그(vog)’라고 부르는 산성 안개를 생성한다. 이는 식물을 죽이고 근처에 거주하는 사람들에게 호흡기 질환을 일으킬 수 있다. 이처럼 위험한 화산 가스에 쓰레기를 태울 때 발생하는 다른 가스가 섞이면 화산 근처의 사람과 식물에 더욱 해로울 것이다. 마지막으로, 많은 원주민 공동체는 화산을 신성한 장소로 여긴다. 예를 들어, 킬라우에아에 있는 할레마우마우 분화구는 하와이 원주민이 섬기는 불의 여신 펠레의 고향으로 여겨지고 있으며, 분화구 주변은 하와이 원주민에게는 신성한 지역이다. 화산에 쓰레기를 버리는 것은 그들에게는 큰 모욕이 될 것이다.
- IT/바이오
2024-04-30
[신소재 신기술(40) 초소형 로봇 '필봇', 내시경 검사 대체할까?

인체 내부를 탐색할 수 있는 알약 크기의 초소형 로봇이 개발돼 내시경 검사에 새로운 장을 열고 있다. 의료 검진에 사용하기 위해 삼킬 수 있도록 설계된 새로운 소형 로봇 카메라가 최근 캐나다에서 열린 학술회의에서 시연됐다. 캡슐형 로봇으로 필봇(PillBot)이라고 불리는 이 전동 내시경 카메라는 신체 외부에서 전자기적으로 원격 조종하여 체내로 이동시킬 수 있다고 러닝 잉글리시 voa뉴스가 보도했다. 개발자들은 이 기기가 기존 내시경 검사를 대체할 수 있기를 기대하고 있다. 이전의 내시경 검사는 전선에 연결된 카메라를 환자가 잠든 상태에서 목을 통해 위로 삽입하는 시술로 수면 내시경으로 불렸다. 필봇은 캘리포니아주 헤이워드에 본사를 둔 엔디텍스(Endiatx)가 개발했다. 미네소타 주 로체스터에 있는 연구 병원인 메이요 클리닉(Mayo Clinic)이 이 프로젝트의 파트너다. Endiatx는 2014년 설립됐으며, 소화기계 및 간 질환 진단을 위한 혁신적인 기술 개발에 중점을 두고 있다. 최초의 전동 내시경 카메라 필봇은 최초의 전동 내시경 카메라로 설계됐다. 개발자들의 설명에 따르면 작동 방식은 다음과 같다. △ 환자는 1일 동안 금식한 후 다량의 물과 함께 캡슐형 로봇을 삼킨다. △ 캡슐형 로봇은 무선 리모컨으로 조종되는 작은 잠수함처럼 작동한다. △ 검사가 끝나면 신체는 다른 고형 폐기물과 같은 방식으로 캡슐형 로봇을 배출한다. 비벡 컴바리(Vivek Kumbhari) 박사는 회사의 공동 설립자이며 메이요 클리닉의 의학 교수이자 위장 및 간 질환 부장이다. 그는 복잡한 의료 서비스를 더욱 접근하기 쉽게 만드는 더 큰 목표를 향한 최신 연구 결과라고 밝혔다. 컴바리 박사는 "만약 내시경 검사를 병원에서 환자 집으로 옮길 수 있다면 우리는 그 목표를 달성했다고 생각한다"며 "이 기기는 더 안전하고 편안한 접근 방식"이라고 말했다. 그는 이 기기는 의료 종사자 수를 줄이고 마취도 필요 없을 것이라고 덧붙였다. 컴바리 박사는 또한 이 기술은 기존 내시경에 비해 더 효율적이며 환자가 질병 진행 초기 단계에 치료를 받을 수 있게 할 것이라고 말했다. 의료 시설 부족한 지역 원격서비스 기대 인디텍스 공동설립자인 알렉스 루브케(Alex Luebke)는 캡슐형 로봇이 의료 센터와 치료 시설이 부족한 시골 지역 사람들을 도울 수 있다고 말했다. 그는 "특히 개발도상국에서는 질좋은 의료 서비스에 접근하기 힘들다"고 말했다. 이어 "이 장치는 모든 정보를 수집하여 원격지에서도 솔루션을 제공할 수 있다"고 말했다. 마이크로 로봇 알약 필은 테스트 중이다. 이는 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인되면 필봇은 2026년까지 출시될 수 있다. 이 미세 로봇 캡슐은 현재 테스트 중이며, 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약품국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인이 되면 2026년까지 캡슐형 로봇을 사용할 수 있게 된다. 컴바리 박사는 이 미세 로봇 캡슐 기술이 장, 혈관계, 심장, 간, 뇌 및 신체의 다른 부위로 확대될 수 있기를 기대하고 있다.
- 포커스온
2024-04-30
[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(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화

군사 장비나 컴퓨터를 골라서 파괴하지만 사람은 죽이지 않고 인명 피해를 최소화하는 혁신적인 미사일 '챔프(CHAMP)'가 개발됐다. 챔프(CHAMP)는 대전자 고출력 마이크로웨이브 첨단 미사일 프로젝트(Counter-Electronics High Power Microwave Advanced Missile Project)의 약자로 미 공군 연구소에서 개발한 공동 개념 기술 실증 프로그램이다. 다시 말하면 CHAMP는 일종의 고출력 전자레인지인 '고출력 마이크로파 에너지 펄스' 이용해 컴퓨터를 파괴하기 위해 제작된 미사일이다. 미국 국방 전문 매체 포스 넷(Forces net)에 따르면 CHAMP 미사일의 목적은 사망자를 발생시키지 않고 적의 군사 능력을 사실상 쓸모없게 만드는 것이다. 즉, 이 프로젝트는 적의 전자 시스템을 무력화시키는 것이 목표다. CHAMP는 미 공군 연구소(Air Force Research Laboratory)에서 처음 개발한 후 보잉의 국방 및 보안 부문 첨단 프로토타입 제작 부문인 보잉의 팬텀 웍스(Phantom Works)가 제작한 것으로 알려졌다. 이 무기에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 공중 발사 순항 미사일에 장착되어 B-52 폭격기에 의해 전달되는 것으로 전해져 있다. CHAMP 미사일은 적 영공에 진입하면 낮게 유지되며 특정 목표를 겨냥하여 고출력 마이크로파 에너지 펄스를 방출해 중요한 전자 장비를 비활성화한다. 이러한 고출력 마이크로파 폭발로 손상을 입히지 않고 전자 장치를 튀겨버려 순식간에 컴퓨터를 마비시킬 수 있다. 미국이 이 무기를 어디에 배치하고 있는지, 누구와 기술을 공유했는지는 확실하지 않다. 간단히 설명하자면, CHAMP는 고출력 마이크로파 방출기를 장착한 미사일을 개발하는 프로젝트다. 이 미사일은 기존의 폭발물을 사용하지 않고도 적의 전자 시스템을 교란하거나 손상시키기 위해 발사할 수 있다. 또한 무인 시스템으로 설계되어 조종사가 탑승하지 않고도 발사 및 작동할 수 있다. 이란 당국자 두 명은 이 공격이 이스파한주 인근의 군사기지 내 S-300 대공 시스템을 타격했다고 밝혔다. 뉴욕타임스가 분석한 위성 이미지에 따르면, 이스라엘의 무기는 이스파한의 제8 셰카리 공군 기지에 위치한 S-300 대공 시스템의 레이더를 타격했다. 그에 앞서 이스라엘은 지난 13일 이란의 공격에 대응하여 그보다 적은 무기를 사용해 이란의 방어망을 우회하고 무력화시킬 수 있음을 보여줬다. NYT는 이스라엘의 이번 공격에 사용된 정확한 무기 유형이 어떤 것인지 불확실하다고 밝혔다. 다만 서방 당국자 세 명과 이란 당국자 두 명은 이스라엘이 여러 드론과 적어도 하나의 공대지 미사일을 사용했다고 전했다. 이에 반해, 이란 당국자들은 이번 공격이 소형 드론에 의한 것이었다고 주장했다.
- 포커스온
2024-04-22
미세 플라스틱, 뇌에서도 발견

미세 플라스틱이 인간의 장기와 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 최근 실시된 두 개의 새로운 연구에서 미세 플라스틱이 인간의 장기와 심지어 생쥐의 뇌에까지 도달할 수 있다는 사실이 밝혀졌다고 폭스뉴스가 17일(현지시간) 보도했다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 4~8주 동안 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 쥐의 다양한 장기가 미세플라스틱에 오염된 것을 발견했다. 연구 결과 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등 멀리 떨어진 조직에서 폴리스티렌 마이크로스피어가 검출됐다. 논문에는 아울러 "또한 대장, 간, 뇌에서 발생한 대사적 차이에 대해 보고했는데, 이는 마이크로스피어 노출의 농도와 유형에 따라 다른 반응을 보였다"고 적었다. 미세 플라스틱 먹은 쥐, 담석 형성 가속화 지난 4월 5일 '위험 물질(Hazardous Materials)' 저널에 발표된 또 다른 연구에서는 인간과 쥐를 대상으로 실험했다. 연구팀은 50세 미만 환자의 담석(담낭에 있는 담즙이 굳어져 생긴 돌)에서 독성 물질이 훨씬 더 많이 검출된다는 사실을 발견했다. 미세 플라스틱을 먹인 후 실험에 참여한 쥐는 담석이 더 빠른 속도로 형성됐다. 논문은 "우리 연구는 인간 담석에 미세 플라스틱이 존재한다는 사실을 밝혀냈으며, 미세 플라스틱이 큰 콜레스테롤-미세 플라스틱 이종 응집체를 형성하고 장내 미생물을 변화시켜 담석증을 악화시킬 수 있다는 가능성을 보여주었다"라고 설명했다. 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 현재 조사 중이며, 특히 대부분의 미국인이 평생 동안 미세 플라스틱에 노출되어 왔기 때문에 광범위한 우려를 불러일으키고 있다는 것. 자넷 네셰이왓 박사는 폭스 뉴스 디지털과의 인터뷰에서 미세 플라스틱은 "어디에나 존재한다"고 말했다. 네셰이왓 박사는 "우리는 무의식적으로 전례 없는 수준으로 미세 플라스틱을 섭취하고 흡입하고 있다"며 "특히 높은 수준의 미세 플라스틱은 신체에 염증을 일으킨다"라고 설명했다. 그녀는 "미세 플라스틱과 같은 이물질은 체내에 축적되어 정상적인 세포 기능을 방해하고 장기 손상을 증가시킬 수 있는 자극과 염증을 유발할 수 있다"고 덧붙였다. 네셰이왓은 미세 플라스틱이 어느 장기에 도달하느냐에 따라 유해한 영향이 뚜렷하게 나타난다고 말했다. 그러면서 미세 플라스틱 섭취를 줄이려면 플라스틱 제품 대신 유리 제품을 사용하고 미세 플라스틱 오염이 적은 식품을 선택할 것을 권장했다. 그녀는 "미세 플라스틱은 스트레스와 염증을 유발하고 간 기능을 손상시켜 간에 영향을 미칠 수 있다"면서 "뇌에서는 신경 염증을 일으키고 뇌 신호를 방해한다"라고 말했다. "비만·운동 부족이 건강에 더 해로워" 반면, 의학 기고가인 마크 시겔 박사는 폭스 뉴스에 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 아직 알려지지 않았다고 말했다. 시겔 박사는 "이를 추적할 필요가 있지만, 세포 내 미세 플라스틱이 건강에 좋지 않은 결과를 초래한다는 직접적인 증거는 아직 없다"라면서 "더 많이 축적되면 잘못된 것으로 판명될 수 있으며, 화학물질 유출이나 오염된 물 또는 폐기물이 제대로 보관되지 않은 지역에서 발생하는 암 위험은 분명히 우려하고 있다"고 덧붙였다. 그는 "동시에 가장 큰 건강 위험은 좌식 생활, 비만, 치료되지 않은 고혈압, 수면 부족, 운동 부족에서 비롯된다"고 강조했다. 워싱턴 포스트는 다른 연구 결과를 인용해 미세 플라스틱이 암과 알츠하이머병 위험을 증가시키고 출산 문제를 유발할 수 있다고 보도했다. 또한 이러한 영향은 나이가 들면서 더욱 악화될 수도 있다는 전언이다. 또 다른 연구에 따르면 미세 플라스틱은 심장마비와 뇌졸중 발병에도 연관되어 있다고 한다. 미세 플라스틱과 더 작은 나노 플라스틱은 플라스틱으로 만든 물병이나 식품 용기 등이 시간이 지남에 따라 분해될 때 생성된다. 일반적인 미세 플라스틱 크기는 평균 177 x 117 ㎛(마이크로미터)이다. 1마이크로미터는 0.001밀리미터이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 '나노 플라스틱'으로 불린다. 매년 강과 바다로 800만톤의 플라스틱 폐기물이 유입되고 있다고 폭스 뉴스는 전했다. 미세 플라스틱의 양을 줄이는 가장 좋은 방법은 플라스틱 소비를 줄이는 것이다. 예를 들어 영국과 프랑스에서는 대부분의 패스트푸드와 테이크아웃 음식점에서 플라스틱 식기류의 사용을 금지했다. 인도는 2022년에 일회용 플라스틱 사용을 금지했다. 또한 일회용 수저나 플라스틱 빨대 등을 거절하면 쓰레기를 줄일 수 있다. 재활용품은 제대로 분류해서 버리고 업사이클링 제품을 사용하는 것도 플라스틱 오염을 줄일 수 있는 방법이다.
- IT/바이오
2024-04-20
미 플로리다 주 주택에 우주 쓰레기 추정 물질 추락

미국 플로리다 주에 거주하는 알레한드로 오테로(Alejandro Otero)의 집에 의문의 물체가 떨어졌다. 이 물체는 지난달 플로리다 주 네이플스에 있는 알레한드로 오테로의 집 지붕과 이층 바닥을 뚫고 떨어져 그의 아들을 놀라게 했다고 과학 뉴스 전문 매체 라이브사이언스가 전했다. 이 정체불명의 물체는 국제우주정거장(ISS: the International Space Station)에서 나온 잔해일 가능성이 높은 것으로 점쳐지고 있다. 미 우주사령부도 우주 정거장에서 잔해 조각이 대기권에 진입했음을 기록했는데, 당시 이 물체는 멕시코만을 지나 플로리다 남서쪽을 향하고 있었다. 떨어진 물체는 원통형 튜브 형태로, 길이가 수 인치에 달하고 무게는 거의 2파운드(0.9kg)에 달했다. 이 물체의 출처는 아직 밝혀지지 않았지만, 오테로는 이 물체가 ISS에서 폐기한 방전된 배터리 9개 중 하나일 가능성이 있다고 생각하고 있다. 우주사령부가 포착한 것과 같은 시각, 배터리를 실은 일본 우주국 JAXA 소속의 대형 화물 팔레트가 멕시코 만 상공에서 플로리다 대기권으로 다시 진입했던 것이다. 지난 2021년 우주정거장에서 버려진 잔해는 대기권에서 소각될 것으로 예상됐지만, 그 잔해 중 하나가 재진입하여 떨어졌을 수도 있다. 오테로는 집을 파괴한 잔해를 나사(NASA) 관계자에게 인도했다. 나사 대변인 조슈아 핀치(Joshua Finch)는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "나사는 주택 소유자 오테로와 협력해 물체를 수거했으며, 가능한 한 빨리 플로리다에 있는 나사의 케네디 우주 센터에서 물체를 분석하여 그 출처를 확인할 것"이라고 말했다. 엔지니어가 물체의 출처를 확인하면 오테로는 미 정부를 상대로 집 수리 비용을 청구할 계획이다. 하지만 해당 물체가 JAXA에서 나온 것으로 간주되는 경우 이 프로세스는 복잡할 수 있다. 이 우주 쓰레기는 지구로 돌아올 예정이었던 화물 팔레트에 부착된 ISS의 고갈된 배터리로 구성됐다. 그러나 일련의 사정으로 인해 이 화물 팔레트가 지구로 돌아갈 수 없게 되자 나사는 무유도 재진입을 위해 2021년에 우주정거장에서 배터리를 버렸다. 미시시피 대학 항공우주법 센터의 전무이사인 마이클 핸런에 따르면 물체가 나사 소유인 경우 오테로 또는 그가 가입한 보험 회사는 연방 불법 행위 청구법에 따라 연방 정부를 상대로 청구를 제기할 수 있다. 그러나 문제 발생 소지는 있다. 배터리는 나사 소유였지만 일본 우주국이 발사한 팔레트 구조에 부착됐다. 오테로의 집에 피해를 입힌 폐기물이 다른 나라에서 발사된 것이라면 미국은 면책되고, 발사한 나라가 피해에 대해 전적으로 책임을 져야 하는 상황이 된다는 것이다. 떨어지는 우주 쓰레기로 피해를 입은 곳은 플로리다만은 아니다. 지난 2020년에서 2022년 사이에 중국의 창정 5B 부스터중 4대가 지구에 떨어져 코트디부아르, 보르네오, 인도양으로 잔해가 쏟아졌다. 2021년과 2022년에는 스페이스X 로켓에서 떨어져 나온 잔해가 워싱턴 주의 한 농장을 덮쳤고 호주의 양 농장에도 떨어졌다. 전 세계 우주국에서는 3만 개가 넘는 쓰레기 조각들을 감시하고 있지만, 모니터링할 수 없을 정도의 수많은 작은 파편 조각이 훨씬 더 많아 골치를 앓고 있다. 과학자들은 그물에 쓰레기를 모으는 것과 같이 지구의 하늘을 정리하는 여러 가지 방법을 제안했다. 발톱 로봇으로 수집하거나, 또는 다른 우주선에서 0.8km 길이의 밧줄을 발사하여 수거하는 방법 등이 있다.
- IT/바이오
2024-04-04
"파리 올림픽, 역대 최고의 지속 가능한 행사 될 것"

올여름 개최되는 파리 올림픽 및 패럴림픽 대회는 지속 가능성이라는 명제의 새로운 기준을 세울 것이라고 파리 올림픽 조직위원회가 호언했다고 세계경제포럼(WEF)이 홈페이지를 통해 전했다. 800회의 스포츠 경기, 1만 5000명의 선수, 4만 5000명의 자원봉사자, 1300만 끼에 달하는 식사 등 올림픽의 세부 내용에서 최고의 지속 가능성을 성취한다는 것은 만만치 않은 일이다. 실제로 주최 측은 이를 인류의 '가장 큰 도전'이라고 묘사했다. 그렇다면 파리 올림픽이 최고의 지속 가능한 행사가 되도록 주최측은 어떻게 준비할까. WEF는 주최 측이 밝힌 다양한 구상을 소개하고 있다. 지속 가능한 올림픽 구상 파리 올림픽은 지금까지의 준비상황만 놓고 보아도 올림픽 역사상 가장 친환경적인 대회로 평가받고 있다. 주최 측은 이번 대회에서 탄소 배출량을 과거 올림픽 평균의 절반으로 줄이겠다고 약속했다. 파리 2024 조직위원회는 "가장 지속 가능한 올림픽을 개최한다는 의미에서 탄소 배출량을 약 175만 톤으로 제한할 것“이라고 말했다. 2020 도쿄 올림픽, 2016 리우 올림픽, 2012 런던 올림픽을 포함한 이전 하계 올림픽에서는 평균 350만 톤의 탄소가 배출되었다고 한다. 특히 탄소 배출을 줄이는 것 외에도 전 세계의 환경 및 사회 프로젝트에 투자해 탄소 상쇄까지 도모한다. 재생에너지부터 어망 재활용까지 과거에는 올림픽 개최로 인해 일반적으로 새로운 경기장에 막대한 비용이 지출되었다. 그러나 파리에서는 95%의 경기를 기존 경기장이나 임시 인프라에서 개최한다. 신규 경기장 건설을 극소화한다는 의미다. 지난 1998년 월드컵 축구를 진행하기 위해 지어진 스타드 드 프랑스(Stade de France)에서 대부분의 행사가 개최될 예정이다. 올해 올림픽을 위해 건설하는 새로운 경기장은 생드니의 아쿠아틱스 센터뿐이다. 건설되는 센터도 자연 친화적인 태양열로 구동되며, 천연 바이오 기반 건자재와 재활용 자재를 사용하고 있다. 선수촌에서 소모하는 전기도 지열이나 태양광 발전 등 신재생에너지 생산을 통해 충당한다는 방침이다. 선수들은 재활용 어망으로 만든 매트리스와 강화 판지로 만든 침대에서 수면한다. 생물 다양성을 위해 선수촌 옥상에는 곤충과 새를 수용할 수 있는 울타리와 개구부가 설치돼 있다. 다양한 종을 유치하기 위해 선수촌 주변에 9000여 그루의 나무도 심었다. 2800동의 선수촌 아파트는 올림픽 경기가 모두 끝난 후 주택으로 개조될 예정이다. 지속 가능한 여행과 음식 지속 가능한 올림픽을 위한 또 다른 특징은 1000km의 자전거 도로와 거리에 새로 심은 20만 그루에 달하는 나무다. 선수 및 관계자들은 물론 관람객들까지 배려한다는 것이다. 파리 관광청은 자전거 도로의 증설로 3000대의 자전거가 추가로 이용할 수 있게 되었으며, 대부분의 올림픽 경기장은 대중교통으로 접근 가능하다고 밝혔다. 올림픽 기간 동안 약 1500만 명의 방문객이 파리를 방문할 것으로 예상된다. 또한 탄소 배출을 줄이고 폐기물을 줄이기 위해 제공되는 식물성 식품의 양을 두 배로 늘리고 일회용 플라스틱의 양을 절반으로 줄이겠다고 약속했다. WEF는 최신 '글로벌 위험 보고서 2024'에서 "대규모 집단이 채식과 지속 가능한 여행 등 다양한 저탄소 생활을 영위할 때 큰 변화를 가져올 수 있다"고 지적했다. WEF는 파리 올림픽이 이 같은 노력을 실천한다면 시장을 변화시키고 ‘기후 변화 완화에 대한 다이얼을 더 빨리 돌릴 수 있다’고 기대했다.
- 생활경제
2024-04-03
매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인

매립지에 쌓이는 쓰레기는 단지 눈에 거슬리는 존재를 넘어선다. 지구를 온난화시키는 엄청난 양의 메탄가스를 배출하는 기후의 악몽이기도 하다. 미국 전역 수백 곳의 매립지에서 메탄 오염을 측정한 새로운 연구에 따르면, 문제가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 심각하다고 사이언스 온라인판이 전했다. 이 소식은 CNN 등 주요 매체에도 비중 있게 보도됐다. 과학자들은 2018~2022년까지 18개 주에 걸쳐 200개 이상의 매립지를 항공 조사했다. 이는 미국 매립지에 대한 측정 조사 중 최대 규모이다. 사이언스 저널에 발표된 연구에 따르면, 조사 결과 평균 메탄 배출량이 공식적으로 보고된 것보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 눈에 보이지 않고 냄새가 없는 가스인 메탄은 이산화탄소에 비해 대기중에 머무는 시간이 짧지만 80배 이상의 온난화 효과를 지니며, 다양한 부문에서 생산된다. 그 중 가장 큰 부문은 석유, 가스, 농업이다. 매립지는 잘 알려지지 않은 메탄 발생원인이지만, 전 세계 메탄 배출량의 약 20%를 차지해 큰 영향을 미친다. 매립지는 음식물 쓰레기, 종이, 목재 등의 유기 폐기물을 산소 없이 분해하면서 메탄을 생성하는 박테리아가 살기에 완벽한 환경을 조성한다. 미국의 대부분의 매립지는 연방 정부에서 휴대용 센서를 사용한 보행 조사를 통해 1년에 4회 메탄 배출량을 측정하도록 규정하고 있다. 연구에 따르면 보행자들은 가파른 경사면이나 쓰레기가 자주 버려지는 곳 등 안전하지 않은 지역을 피하는 경향이 있기 때문에 조사의 정확성을 기하기 어렵고 결과도 다르다. 연구를 담당한 비영리 기관 카본매퍼(Carbon Mapper)의 과학자인 다니엘 커스워스(Daniel Cusworth)는 "보행에 의한 측정은 정확하지 않고 단지 메탄 발생의 핫스팟을 감지하는 것일 뿐”이라고 지적한다. 따라서 매립지 메탄 배출량 추정은 직접 측정보다는 모델을 기반으로 하는 경향이 있으며 이는 데이터에 격차가 있음을 의미한다. 보고서는 항공기, 드론, 위성 등의 원격 감지를 사용하는 고급 모니터링 시스템이 보다 정확하고 포괄적인 상황을 제공할 수 있다고 주장한다. 과학자들은 공중 영상 분광계를 사용하여 측정한 매립지의 52%에서 대량의 메탄 방생을 발견했다. 보고서는 이는 석유 및 가스 부문에 대해 수행된 항공 연구의 메탄 검출 비율을 훨씬 초과한다고 지적한다. 분석 결과는 환경보호국의 온실가스 보고 프로그램(GHGRP)과 같은 현재의 보고 시스템에 메탄 발생원이 대거 누락되어 있음을 보여준다고 연구팀은 지적했다. 보고서는 매립지의 평균 메탄 배출량은 GHGRP에 보고된 것보다 1.4배 더 높았다고 밝혔다. 또한 매립지 메탄 배출이 일반적으로 석유 및 가스 생산으로 인한 배출보다 훨씬 지속적이며 60%가 수개월, 심지어 수년 동안 지속된다는 사실도 발견했다. 스탠포드대학의 환경과학 교수 롭 잭슨(Rob Jackson)은 CNN과의 인터뷰에서 매립지가 ‘슈퍼 메탄 방출자’라며 "항공 데이터는 우리가 수십 년 동안 지적해 왔던 사실을 입증한다"고 말했다. 매립 문제가 조만간 사라질 것 같지는 않다. 커스워스는 “화석연료에 의존하지 않는 미래에도 인간이 버리는 폐기물은 계속 발생할 가능성이 높다. 더 깨끗한 연료로 전환하더라도 우리는 여전히 폐기물 관리 문제를 다룰 것”이라고 말했다. 과학자들은 메탄의 급격한 감소가 기후 변화를 늦추는 가장 효과적인 방법 중 하나라고 말한다. 그러나 미국의 대부분의 메탄 정책은 석유 및 가스 산업을 대상으로 한다. 커스워스는 "기후 목표를 달성하려면 석유와 가스만으로는 메탄 배출량을 줄일 수 없으며, 매립지는 석유나 가스와 마찬가지로 주목을 받아야 한다"라고 주장했다.
- IT/바이오
2024-04-01
[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발

일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-27
[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다

미국에서 공기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수, 저장하는 건축 자재가 개발됐다. 에코뉴스는 지난 23일(현지시간) 미국의 기술 거물 빌 게이츠가 투자한 스타트업 그래파이트(Graphyte)가 대기 중 이산화탄소를 포집해서 지하에 저장하는 혁신적인 기술을 개발했다고 보도했다. 이 기술은 건설 활동으로 인한 미세먼지 발생, 수질 오염, 소음 문제 등 심각한 환경 오염 문제에 대한 해결책으로, 탄소 배출 감소를 위한 중요한 해결 방안으로 평가된다. 그래파이트는 빌 게이츠가 공동 설립한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)가 투자한 스타트업으로 2020년 설립됐다. 이 회사는 2023년 5월 약 1억5000만달러(약 2000억원)의 투자금을 유치했다. 주요 투자자로는 빌 게이츠와 브레이크스루 에너지 벤처스 외에 테마섹(Temasek) 등이 있다. 건설업계는 탄소 중립을 목표로 노력하고 있지만 지속 가능성 달성을 위한 실천 속도는 여전히 느린 편이다. 높은 비용과 업계의 보수적 태도, 환경 규제 부족 등이 지속 가능한 건설의 활성화를 저해하는 주요 요인으로 꼽히고 있다. 그래파이트의 사업 분야는 탄소 제거와 친환경 건축 자재 생산이다. 나무 찌꺼기나 쌀겨(쌀 껍질)와 같은 폐 바이오매스를 활용하는 그래파이트의 '탄소 주조(카본 캐스팅·Carbon Casting)' 공정은 이산화탄소를 흡수해 대기로 다시 배출되지 않도록 하는 탄소 농축 블록을 생산한다. 그래피아트는 "카본 캐스팅은 바이오매스에 포집된 거의 모든 탄소를 보존하고, 그 과정에서 에너지를 거의 소비하지 않으며, 수십억톤의 탄소를 제거할 수 있도록 확장할 수 있다"고 설명했다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기후 변화에 맞서는 국제적인 시도에 부합하는 탄소 제거에 대한 미래 지향적인 해결책을 제시한다. 카본 캐스트는 건설 산업 혁신에도 기여하고 있다. 그래파이트의 이러한 카본 캐스팅 기술은 2023년 'MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review)'의 50대 혁신 기술에 선정됐다. 건설 프로젝트에 탄소 저장 물질을 사용하면, 건물 자체가 탄소 중립 또는 탄소 네거티브가 되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 탄소 제거는 세계 경제의 탈탄소화를 실현하고, 배출량을 감축하는 데 필수적인 요소다. 그래파이트의 카본 캐스팅 기술은 직접 공기 포집이나 탄소 포집을 통한 바이오매스 에너지 사용과 같은 기존 방법보다 비용을 절감하며, 경제적으로 대규모 탄소 저장을 가능하게 목표를 달성할 수 있다. 이 기술은 쌀겨 등 폐식물 물질을 사용하기 때문에, 탄소 제거를 위한 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션으로 평가 받고 있다. 그래파이트의 탄소 저장 기술은 단순한 탄소 격리 외에도 추가적인 이점을 제공한다. 이 기술로 제작된 탄소 고밀도 블록은 구조적 강도와 우수한 단열을 제공해 건물의 내구성과 에너지 효율성이 향상된다. 또한 폐기물 바이오매스를 원료로 사용하면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고, 유기 물질과 관련된 기존의 폐기물 관리 문제를 해결할 수 있다. 탄소 흡수 건축 자재는 주거용 주택, 상업용 건물, 심지어 인프라 프로젝트에도 사용할 수 있어 프로젝트의 전반적인 환경 영향을 크게 줄일 수 있다. 그래파이트의 탄소를 포집하고 저장하는 건물은 자체적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라 미래의 도시가 어떻게 자급자족할 수 있는지를 보여주는 완전히 새로운 개념이라고 할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-26
농산물 가격 급등에 2월 생산자물가지수 3개월 연속 상승세

귤, 배추 등 농산물 가격이 급등하면서 2월 생산자물가지수가 3개월 연속 상승세를 이어갔다. 상승폭은 전달보다 꺾였지만 신선식품 등 농산물 물가가 여전히 높은 수준을 보여 물가 불안은 당분간 지속될 전망이다. 22일 한국은행이 발표한 2월 생산자물가지수는 122.21(2015년= 100기준)으로 전달(121.83) 대비 0.3% 상승했다. 전달 대비 기준으로는 지난해 11월(-0.4%) 물가가 내린 이후 12월(0.1%), 1월(0.5%)에 이어 석달 연속 오른 것이다. 1년 전보다는 1.5% 올랐다. 생산자물가지수는 국내에 공급되는 상품 및 서비스의 가격변동을 측정한 지수로 소비자물가지수의 선행지표로 여겨진다. 품목별로 보면, 농림수산품이 전달보다 0.8%(152.48) 올라 역대 최고치를 기록했다. 축산물(-2.4%)은 내렸지만, 농산물(2.6%)과 수산물(2.1%)이 오르면서 전체 지수를 끌어올렸다. 감귤(31.9%)과 배추(26.3%), 우럭(57.9%) 등의 가격이 전달 대비 급등했다. 사과와 감귤은 1년 새 두 배 이상 올랐다. 전년 동월 대비 사과는 121.9%, 감귤은 154.9% 상승했다. 휘발유(6.4%), 냉동오징어(6.1%), 경유(5%), 소시지(4.6%)등도 크게 올랐다. 반대로 돼지고기(-9.4%), 달걀(-5.4%), 국제항공여객(-4.3%) 등은 크게 하락했다. 과실류를 포함한 농산물은 1월(8.3%)에 비해선 상승폭이 둔화됐다. 유성욱 한국은행 물가통계팀장은 "농산물의 경우 1월 명절 수요 증가 영향이 있어 가격이 크게 올랐지만 전년 동월 대비해선 여전히 높은 상황"이라며 "사과는 지난해 추수한 물량이 크지 않아 저장물량이 적게 풀리며 가격이 오른 부분이 있다"고 말했다. 이어 "대체 과일 등 수요를 지켜봐야 할 것"이라고 밝혔다. 공산품은 전월대비 0.5% 오른 가운데 국제유가 상승으로 원유정제 처리 제품 중심으로 석탄·석유제품 물가가 오른 여파가 컸다. 화학제품도 원재료 가격 상승 및 공급물량 축소의 영향을 받아 0.9% 올랐다. 음식료품은 0.1% 상승에 그쳤다. 전력·가스·수도·폐기물은 액화천연가스(LNG)와 연동된 산업용도시가스(-9.2%) 등이 내리면서 하락했다. 석유제품과 농산물을 중심으로 물가 오름세가 이어졌지만 상승폭이 꺾이면서 한국은행의 기준금리 인하 시점도 지연되지 않을 것이라는 전망이 제기된다. 다만 고공행진하는 신선식품 물가 오름세는 당분간 계속될 전망이다. 한 전문가는 "사과 같은 경우 비축물량이 다 소진돼 햇사과가 나올 때까진 마땅한 대책이 없다"며 "빨리 수입을 하거나 다른 수입 과일로 수요을 대체시키면서 가을까지 버티는 수밖에 없다"고 내다봤다.
- 경제
2024-03-22
[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기

건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
- 포커스온
2024-03-20
'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?

생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
- 생활경제
2024-03-13