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2024-11-22 (금)

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우주에서 쏟아지는 다이아몬드 비⋯자기장 형성 열쇠?

다이아몬드는 지구에서 가장 귀중한 보석 중 하나이지만, 천왕성과 해왕성과 같은 거대 얼음 행성에서는 대기 중에서 비처럼 쏟아져 내릴 것으로 예상된다는 가설이 제기됐다. 과학기술 전문 매체 ifl사이언스와 엔디티비(NDTV)에 따르면 전통적으로 다이아몬드 형성에는 매우 높은 온도와 압력이 필요하다고 여겨져 왔지만, 최근의 연구는 다이아몬드가 지구보다 낮은 온도와 압력 조건에서도 형성될 수 있음을 시사한다. 최근 미국 SLAC 국립가속기연구소와 독일의 DESY 연구소, 헬름홀츠 센터 드레스덴-로젠도르프와 같은 국제 연구팀이 천왕성과 해왕성의 대기권과 유사한 조건을 실험실에서 재현하여 다이아몬드 생성 실험을 진행했다. 연구팀은 폴리스티렌 필름에 다이아몬드 모루를 사용하여 2200℃(화씨 3992도) 이상의 온도와 지구의 해수면 대기압의 약 100만 배에 해당하는 압력을 가했다. 이 실험 조건은 천왕성과 해왕성의 대기권 깊은 곳에서 발견될 수 있는 조건과 유사한 것으로, 과학자들은 이를 통해 다이아몬드가 형성되는 과정을 연구했다. 이후, 고에너지 X선을 사용하여 폴리스티렌 필름을 가열했다. 이 X선은 필름 내의 탄소 원자를 활성화시켜 다이아몬드로 변환하는 데 중요한 역할을 했다. 이 과정을 통해 연구팀은 폴리스티렌 필름에서 다이아몬드를 형성하는 데 성공했다. 이 다이아몬드는 천왕성과 해왕성의 대기권에서 형성되는 다이아몬드와 같은 구조와 특성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 이 연구 결과는 전통적인 다이아몬드 형성에 대한 이해를 바꾸는 중요한 발견이다. 기존에는 다이아몬드 형성에는 매우 높은 온도와 압력이 필요하다고 여겨졌었다. 그러나 이번 연구는 다이아몬드가 더 낮은 온도와 압력에서도 형성될 수 있음을 보여줬다. 이는 천왕성이나 해왕성과 같은 거대한 얼음 행성의 대기권에서 다이아몬드가 어떻게 형성되는지에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 천문학과 우주 과학 분야에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다. 다이아몬드 비가 형성되는 이유 천왕성과 해왕성의 대기권은 지구의 대기권보다 훨씬 깊고 뜨겁다. 이러한 조건에서는 수소, 헬륨, 메탄, 아르곤 등의 기체가 높은 압력과 온도에 의해 액체 상태로 변환된다. 이 액체 상태의 기체들은 천왕성과 해왕성의 내부에서 바깥쪽으로 이동하면서 점차 식게 된다. 이 과정에서 액체 상태의 기체들은 다시 고체 상태로 변하게 되는데, 이때 탄소 원자들이 모여 다이아몬드 결정을 형성한다. 이렇게 형성된 다이아몬드는 대기 중에서 무거운 물체처럼 가라앉게 되며, 이를 '다이아몬드 비'라고 부른다. 다이아몬드 비는 지구에서는 발생하지 않는다. 지구의 대기권은 천왕성이나 해왕성 대기권보다 훨씬 얇고 차가워 이러한 과정이 일어나지 않기 때문이다. 다이아몬드 비와 자기장 형성 연구팀의 수석 저자인 멍고 프로스트 박사는 "다이아몬드 비는 천왕성과 해왕성의 복잡한 자기장의 형성에 영향을 미쳤을 가능성이 있다"고 말했다. 프로스트 박사의 연구에 따르면, 천왕성과 해왕성의 대기권에는 다이아몬드가 풍부하게 존재할 것으로 추정된다. 다이아몬드는 전기를 잘 전달하는 성질을 가지고 있기 때문에, 이 물질이 대기권을 통해 이동하며 자기장 생성에 기여했을 가능성이 제기됐다. 프로스트 박사는 "이번 연구는 거대 얼음 행성에 대한 우리의 이해를 크게 확장시킬 것"이라고 말했다. 더 나아가, 다이아몬드 비와 자기장 형성에 대한 추가 연구는 이러한 거대 얼음 행성들의 신비를 더욱 깊게 탐구하는 데 도움이 될 것이다. 다이아몬드 비는 우주의 또 다른 매혹적인 현상으로, 향후 추가 연구를 통해 이 현상에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2024-01-18
달걀보다 단백질이 더 많은 식물성 식품 9가지

단백질이 풍부한 식품 하면 대개 달걀을 떠올리지만, 식물성 단백질을 섭취하고자 하는 사람들에게는 달걀보다 더 많은 단백질을 함유한 대체 식품들이 많이 있다. 미국 농무부(USDA)의 데이터에 따르면, 한 개의 달걀에는 대략 6g의 단백질이 들어있다. 이는 닭가슴살 두 조각에 해당하는 양이다. 미국의 건강 및 식생활 전문 매체 이팅웰(EatingWell)은 달걀보다 단백질 함량이 더 높은 식물성 식품 9가지를 소개했다. - 세이탄 세이탄은 밀가루 반죽을 수차례 씻어 전분을 제거한 후 남은 식물성 단백질 덩어리로, 주로 밀의 글루텐이 주성분이다. 이는 포만감을 주고 쫄깃한 식감을 지녀, 다양한 요리에 사용되며 특히 채식주의자나 비건들에게 인기가 높다. 세이탄은 직접 만들 때 글루텐 가루, 허브, 향신료, 조미료, 육수 등을 활용해 취향에 맞게 조절할 수 있다. 미 농무부에 따르면 세이탄은 2온스(약 57g)당 17g의 단백질을 함유하고 있다. 이는 달걀 1개(약 6g)에 함유된 단백질 양보다 약 3배 더 많은 수치이다. 세이탄을 활용한 대표적인 요리로는 크리스피 세이탄 볶음, 타코, 카레, 샐러드, 스테이크, 너겟 등이 있다. 이처럼 세이탄은 채식주의자나 비건 식단을 따르는 사람들에게 우수한 단백질 공급원으로 자리잡고 있다. - 템페 템페는 두부와 마찬가지로 콩을 기반으로 하는 식물성 단백질이지만, 발효 과정을 거쳐 만들어져 두부와 다른 특성을 지닌다. 이 발효 과정을 통해 템페는 두부보다 더 단단한 질감과 견과류를 연상시키는 독특한 풍미를 갖는다. 또한, 단백질 함량도 두부보다 높다. 미 농무부에 따르면, 두부 100g당 약 8g의 단백질이 함유되어 있는 반면, 템페 100g에는 약 17g의 단백질이 들어 있다. 템페는 두부와 같이 다양한 요리에 활용할 수 있다. 샐러드, 볶음요리, 타코 등에 넣어 단백질 섭취를 높일 수 있으며, 템페 조각을 꼬치에 꿰어 꼬치구이로 만들 수도 있다. 이러한 다양한 요리 방법은 템페를 풍미가 풍부하고 영양적으로도 우수한 식품으로 만들어준다. 템페는 특히 채식주의자나 비건 식단을 따르는 사람들에게 인기 있는 단백질 공급원이다. - 렌틸콩 렌틸콩은 작고 둥근 형태의 콩과 식물로, 다양한 색상으로 알려져 있다. 이는 빨간색, 노란색, 검은색, 갈색, 녹색 등으로 다양하며, 그 작은 크기에 비해 영양가가 매우 풍부한 건강 식품이다. 미 농무부의 데이터에 따르면, 조리된 렌틸콩 1컵에는 약 18g의 단백질이 함유되어 있다. 이는 계란 2개나 닭 가슴살 100g과 비슷한 단백질 함량을 지닌다. 더욱이, 렌틸콩은 완전한 단백질 원으로, 신체가 스스로 생성할 수 없는 필수 아미노산을 모두 포함하고 있다. 렌틸콩은 또한 섬유질이 풍부하여 건강에 매우 유익하다. 렌틸콩 1컵에는 대략 15g의 섬유질이 들어 있는데, 이는 하루 권장 섬유질 섭취량의 약 60%를 차지한다. 섬유질은 포만감을 주고, 혈당 조절에 도움을 주며, 소화기 건강을 개선하는 데 기여한다. 렌틸콩은 수프, 스튜, 샐러드, 볶음 요리 등 다양한 요리에 활용할 수 있으며, 조리 시간이 짧아 간편한 요리 재료로도 잘 알려져 있다. 렌틸콩은 건강에 좋은 영양소를 제공함과 동시에 맛과 다양성을 더해주는 식재료로 인식되고 있다. -대마 하트 대마 하트, 즉 껍질을 벗긴 대마 씨앗은 비약용 대마 식물의 씨앗이다. 이 대마 식물은 향정신성 화합물인 THC를 0.3% 미만 함유하고 있어, 마약으로 분류되지 않는다. 미국 농무부 데이터에 따르면, 대마 하트는 3테이블스푼당 약 9g의 단백질을 함유하고 있는데, 이는 대략 달걀 1개에 해당하는 양이다. 또한, 대마 하트는 마그네슘과 아연이 풍부해 이 두 영양소의 중요한 공급원으로 꼽힌다. 마그네슘은 면역 체계, 근육, 신경 건강에 필수적이며, 아연은 상처 치유와 혈액 응고에 중요하다. 대마 하트는 그 고소한 맛과 질감 덕분에 다양한 요리에 활용될 수 있다. 샐러드, 스무디, 요거트, 오트밀 등에 추가하여 고소한 맛을 더할 수 있으며, 땅콩 버터와 함께 샌드위치나 토스트에 넣어 먹어도 매우 좋다. -완두콩 완두콩은 식료품점의 얼어붙은 통로에서 볼 수 있는 녹색 아기 콩이다. 꼬투리 또는 껍질을 벗긴 상태로 판매되는 완두콩은 USDA에 따르면 반 컵 제공량당 약 10g의 단백질을 제공하는 훌륭한 식물성 단백질 옵션이다. 완두콩은 마트의 냉동 식품 코너에서 쉽게 찾아볼 수 있는 녹색 작은 콩이다. 대부분 꼬투리나 껍질을 벗겨 판매된다. 미국 농무부에 따르면 반 컵 분량의 완두콩에는 약 10g의 단백질이 들어 있어 우수한 식물성 단백질 공급원으로 알려져 있다. 2019년 영양학 저널(The Journal of Nutrition)에 발표된 콩 단백질에 대한 46건의 대조 시험에 대한 메타 분석에 따르면, 여러 식물성 단백질 옵션 중 완두콩이 LDL 콜레스테롤, 즉 '나쁜' 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 도움을 줄 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 완두콩은 다양한 요리에 활용될 수 있는 매우 다재다능한 식재료다. 예를 들어, 이집트식 완두콩 스튜, 국수 요리, 볶음 요리, 체리와 피칸이 들어간 슬로우 쿠커 완두콩 밥 그릇 등 다양한 레시피에 추가할 수 있다. 또한, 완두콩으로 만든 후무스나 쪄서 소금을 약간 뿌려 간식으로 먹는 것도 좋다. 완두콩은 단백질 함량이 높을 뿐만 아니라, 콜레스테롤 관리와 다이어트에도 도움이 되는 건강에 좋은 식재료다. -녹두 녹두는 식물성 단백질과 섬유질이 풍부한 건강식으로 잘 알려져 있다. USDA의 자료에 따르면, 녹두 1컵에는 단백질 8g과 섬유질 9g이 포함되어 있다. 단백질이 풍부한 녹두는 근육 성장과 유지, 포만감 유지, 면역력 강화에 도움을 주는 식품이다. 더불어 섬유질이 많이 함유되어 있어 소화기 건강을 개선하고, 콜레스테롤 수치를 낮추는 데에도 유익하다. 녹두는 다양한 요리에 활용하기 좋은 다재다능한 식재료다. 수프, 캐서롤, 파스타, 샐러드, 튀김 요리 등에 넣어 사용할 수 있어, 맛과 영양 모두를 충족시키는 식재료로 많은 사람들에게 사랑받고 있다. -해바라기 씨 해바라기 씨는 단백질, 건강한 단일 불포화 지방, 섬유질이 풍부한 영양 간식으로 알려져 있다. USDA에 따르면 껍질을 벗긴 해바라기씨 알맹이 1/4컵에는 단백질 7g, 불포화 지방 12g, 섬유질 3g이 함유되어 있다. 해바라기 씨에는 단백질이 풍부해 근육 성장과 유지, 포만감 유지, 면역력 강화에 도움이 된다. 또한, 건강에 좋은 단일 불포화 지방은 심장 건강을 증진시키고, 섬유질은 포만감을 유지하며 소화기 건강을 개선하는 데 기여한다. 해바라기씨 알맹이는 간식으로 먹어도 좋고, 샐러드, 요거트, 오트밀 등에 뿌려 먹어도 좋다. 또한, 빵, 쿠키, 스무디 등 다양한 요리에 활용할 수 있다. 껍질을 벗긴 해바라기 씨는 간식으로 먹거나, 샐러드, 요거트, 오트밀 등에 뿌려 먹어도 좋다. 또한 빵, 쿠키, 스무디 등 다양한 요리에 활용할 수 있어, 요리의 풍미와 영양 가치를 높이는 데 효과적이다. -리마 콩 리마 콩은 단백질이 풍부한 식품으로, 익힌 콩 반 컵당 7g의 단백질이 들어 있으며, 이는 달걀 1개와 비슷한 양이다. 또한, 섬유질이 풍부해 포만감을 충족시키고 혈당 수치 조절에도 도움이 된다. 하지만 주의할 점은 리마 콩은 생으로 섭취하면 건강에 해로울 수 있어 반드시 익혀서 먹어야 한다. 리마 생콩에는 리파아제라는 효소가 들어 있는데, 이 효소는 콩을 10분 이상 가열하면 파괴된다. 리마 콩은 다양한 요리에 활용할 수 있다. 삶은 리마 콩을 반찬으로 먹거나, 토스트 위에 양배추와 함께 찜한 리마 콩을 얹은 토스트, 오렌지 민트 프리케와 함께 먹는 샐러드 등에 추가할 수 있다. 또한, 파스타, 스튜, 카레, 딥, 스프레드 등 다양한 요리에 넣어 풍미와 질감을 더하는 데 활용할 수 있다. -치아씨드 치아씨드는 단백질, 섬유질, 칼슘, 철분, 식물성 오메가-3 지방산인 알파-리놀렌산(ALA)이 풍부한 식품으로 잘 알려져 있다. USDA에 따르면 2테이블스푼의 치아씨드에는 단백질 5g, 섬유질 5g, 칼슘 100mg, 철분 2mg, ALA 1.7g이 들어있다. 특히, 알파-리놀렌산은 심장 건강에 유익할 수 있다고 알려져 있다. 2021년 영양 및 건강(Nutrition and Health)에 발표된 연구에 따르면, 당뇨병 환자가 12주 동안 매일 약 1.5온스(3테이블스푼)의 치아씨드를 섭취한 경우 대조군에 비해 수축기 혈압이 감소하는 효과가 나타났다. 치아씨드는 요리에 활용도가 높아 샐러드, 요거트, 오트밀, 스무디 등에 뿌려 먹거나, 빵이나 쿠키와 같은 제과류에 첨가할 수 있다. 식물성 식품을 통해 완전한 단백질을 섭취하는 것은 건강 증진에 기여할 뿐만 아니라 환경 보호에도 도움을 줄 수 있다. 다양한 식물성 단백질 식품을 함께 섭취함으로써 필요한 모든 아미노산을 얻고, 완전한 단백질 섭취를 도모할 수 있다.
- 생활경제
2024-01-17
포스코, 포항제철소도 '신재생에너지용 후판공장' 인증 획득

포스코 포항제철소가 신재생에너지용 후판공장으로서 인증을 획득했다. 포스코는 17일, 자사의 포항제철소 후판 공장이 세계적으로 권위 있는 전문 인증 기관 노르웨이선급협회(DNV)로부터 신재생 에너지용 공장 인증을 받았다고 발표했다. 노르웨이선급협회는 에너지와 조선·해양 산업에 대한 소재부터 설계까지 안전성 및 기술적 평가를 통해 인증을 부여하는 세계 최대 규모의 에너지 분야 전문 기술 기관이다. 후판 공장은 철강 산업에서 사용되는 용어로, 두꺼운 강판을 제조하는 공장을 의미한다. '후판(Thick Plate)'이란 일반적으로 두께가 6mm 이상인 강판을 지칭하며, 이러한 강판은 주로 큰 구조물이나 중장비, 선박, 대형 파이프라인, 풍력 터빈과 같은 다양한 산업 분야에서 사용된다. 즉, 후판 공장에서는 원자재인 강철을 녹여, 롤링 및 가열 과정을 통해 일정한 두께와 크기의 강판으로 만든다. 이 과정은 고도의 기술과 엄격한 품질 관리를 요구한다. 후판의 품질은 사용되는 재료의 성질, 제조 공정, 최종 용도에 따라 크게 달라질 수 있다. 후판 공장의 주요 공정에는 제강(철광석에서 순수한 강을 만드는 과정), 연주(강을 연속적으로 주조하는 과정), 그리고 열간압연(고온에서 강을 압연하여 원하는 두께와 크기로 만드는 과정) 등이 포함된다. 이러한 후판은 특히 강도와 내구성이 중요한 산업 분야에서 필수적인 재료로 사용된다. 이번 포항제철소 후판 공장의 인증 획득은 지난 2022년 7월 광양제철소 후판 공장에 이은 것으로, 포스코의 모든 후판 공장이 신재생 에너지용 강재 생산 공장으로 인정받은 것이다. 글로벌 해상 풍력 프로젝트에 철강 제품을 공급하기 위해서는 노르웨이선급협회와 같은 신뢰할 수 있는 기관의 인증이 필수적이다. 포스코는 이번 인증을 통해 후판 제품의 신뢰성과 마케팅 경쟁력을 높일 수 있게 되었다고 평가했다. 포스코는 이번에 인증받은 자사 후판 제품을 이용해 8메가와트(㎿)급 이상의 풍력 구조물에 사용할 경우, 기존 유럽 표준 규격재 대비 강재 중량을 약 5% 절감할 수 있다고 밝혔다. 서영기 포스코 에너지조선마케팅실장은 인증패 수여식에서 "포스코가 세계 최초로 후판 제품 및 공장에 대해 신재생에너지용으로 인증받은 철강사라는 것은 매우 의미 있는 성과"라며, "이를 기반으로 해상풍력 시장에서의 철강 수요를 선점해 나가겠다"고 포부를 밝혔다. 이번 포스코의 성과는 국내 철강 산업에 있어 중요한 이정표로 평가되며, 특히 신재생 에너지 분야의 강재 수요에 대응하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 참고로, '강재(Steel)'는 철과 탄소를 주요 성분으로 하는 합금을 일컫는 넓은 범위의 용어이며, '강판'은 이 강재 중에서 특정 형태, 즉 두꺼운 평판 형태를 지칭한다. 따라서 모든 강판은 강재에 포함되지만, 모든 강재가 강판인 것은 아니다.
- 산업
2024-01-17
나사 주노 탐사선, 목성 위성 '이오' 초근접 비행…화산 활동 원인·패턴 규명 기대

미국 항공우주국(NASA·나사)의 주노 우주선이 목성의 위성 이오(Io)에 대한 대담한 초근접 비행을 통해 화산 활동의 원인과 패턴을 탐구할 수 있는 새로운 기회의 문을 열었다고 과학 기술 전문 매체 퓨처리즘이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 나사에 따르면 주노 우주선은 지난주 태양계에서 가장 활발한 화산 활동을 보이는 이오에 20년 만에 가장 근접한 비행을 실시했다. 이 과정에서 주노는 이오의 변화무쌍한 표면과 화산 활동의 새로운 이미지를 포착했다. 주노 우주선은 지구 저궤도를 벗어나 이오의 표면에서 약 930마일(약 1497미터) 이내까지 접근했을 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 나사는 이번의 드문 초근접 비행을 통해 주노 우주선의 장비가 아주 풍부한 데이터를 축적했을 것으로 기대하고 있다. 주노, 이오 위성 20년 만에 초근접 촬영 이미 주노가 포착한 사진들은 이오의 화산 활동의 실체를 드러내는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이 사진들에는 유황으로 덮인 평원과 드문드문 솟아 있는 이오의 산들이 선명하게 포착됐다. 이는 갈릴레이 위성의 노란색과 갈색 색조에 대한 이해를 높이는 데 기여할 것이다. 또한, 목성에서 반사된 햇빛 덕분에 달의 어두운 면도 관찰될 수 있었다. 이번 근접 비행은 태양계 탐사에서 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다. 사우스웨스트 연구소의 물리학자이자 주노 탐사선의 수석 연구원인 스콧 볼튼은 최근 뉴욕 타임스와의 인터뷰에서 이오 표면의 다양한 지형을 페퍼로니 피자에 비유하며 "경외감을 느꼈다"고 말했다. 이오, 뜨거운 용암 분출 위성 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 목성의 위성중 하나인 이오는 뜨거운 온도로 유명하다. 천문학자들은 이오의 지각 아래에 마그마의 바다가 존재한다고 믿고 있으며, 주노의 데이터를 통해 이를 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이오의 열은 거대한 조석력에 의해 더욱 증폭되는 것으로 알려져 있다. 이오가 목성과 다른 위성들 사이의 중력적 힘겨루기의 중심에 위치해 마그마를 뒤흔들고, '조석 가열'이라는 현상을 통해 엄청난 마찰열을 생성한다고 한다. 이오는 갈릴레이 위성들과 달리 물이 존재하지 않지만, 그 대신 전혀 다른 형태의 액체인 용암이 흘러내린다. 이 용암의 흐름은 이오의 중요한 특징 중 하나이고, 때때로 수백 개의 화산이 장관을 이루며 분출하는 광경을 연출한다. 이 용암은 이오의 내부(마그마로 추정되는 바다)에서 끊임없이 표면으로 흘러나와 정기적으로 이전에 없던 완전히 새로운 표면을 만들고, 용암 호수로 메운다. 과학자들은 주노를 통해 이러한 화산 현상의 원인과 어떤 패턴이 있는 지를 탐구하고 있다. 볼튼은 비행 완료에 앞서 성명을 통해 "이번 비행에서 얻은 데이터와 이전 관측 자료를 결합하여 주도 과학팀은 이오의 화산이 어떻게 변화하는지 연구하고 있다"고 설명했다. 그는 "우리는 화산이 얼마나 자주 분출하는지, 얼마나 밝고 뜨거운지, 용암 흐름의 모양이 어떻게 변하는 지, 그리고 이오의 활동이 목성 자기권의 하전 입자의 흐름과 어떻게 연결되어 있는지 찾고 있다"고 말했다. 주노 우주선은 오는 2월 3일 목성을 다시 한번 '초근접' 촬영할 예정이다. 이는 7년 넘게 궤도를 돌면서 57번째로 목성을 근접 비행하는 임무가 될 것이다. 한편, 목성은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성으로 종종 행성의 왕으로 불린다. 목성은 4개의 갈릴레이 위성을 포함해 최소 500개의 위성이 있는 것으로 알려져 있다. 일부 과학자들은 목성이 최대 600개의 위성을 가지고 있다고 추산하기도 한다. '갈릴레이 위성' 또는 '갈릴레오 위성'은 1610년 과학자 갈릴레이 갈릴레오가 목성 주변에서 발견한 4개의 위성을 말한다. 이들 위성은 이오, 에우로페, 가니메데, 칼리스토 등 제우스(목성의 이름)의 연인의 이름을 따서 지었다. 주노(Juno) 우주선은 나사의 목성 탐사선으로 2011년 8월 5일 뉴 프런티어의 일환으로 케이프커내버럴 공군 기지에서 발사됐다. 극 궤도에 존재하는 성분과 중력장, 자기장 등을 조사하는 임무를 맡았다. 그밖에 목성의 대기에 존재하는 물의 양과 바위 응어리 존재 여부, 행성의 질량 분포, 시속 600km에 도달할 수 있는 목성의 대기 조사 등의 임무를 수행하고 있다. 오는 2024년 2월 3일 58번째로 이오 위성을 근접 통과할 예정이며 2025년 9월 2차 탐사 확장 계획이 종료된다.
- IT/바이오
2024-01-09
미국 민간 우주 기업, 2024년 나사 대신 달 탐사 주도

인도와 중국을 비롯해 글로벌 달 탐사 경쟁이 치열해지는 가운데 미국 민간 우주기업들이 올해 미국 항공우주국(NASA·나사) 대신 탐사를 주도한다. 미국 우주 기업들은 올해 5차례 나사와 다른 고객들을 위해 달 착륙을 시도할 예정이라고 월스트리트저널(WSJ)과 CNN 등 다수 외신이 7일(이하 현지시간) 보도했다. WSJ에 따르면 올해는 미국 민간 우주기업들이 제작한 우주선 5대가 나사 장비를 탑재하고 달 착륙에 나설 예정이다. 가장 먼저 8일 오전 중 우주기업 아스트로보틱(Astrobotic)의 무인 우주선이, 2월에는 또 다른 기업 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)의 우주선이 각각 발사될 예정이다. 이들 팀사선 중 어느 것 하나라도 성공한다면 미국으로서는 1972년 이후 50년 만에 처음으로 달 표면에 재착륙하게 된다. CNN은 "나사는 2023년부터 가열되기 시작한 새로운 국제 우주 경쟁에서 미국이 달에 존재감을 드러낼 수 있도록 이러한 민간 개발 달 착륙선의 소량 개발을 후원하고 있다"고 전했다. 아스트로보틱의 로봇 달 팀시 우주선 ‘페레그린((Peregrine))’은 8일 오전 2시 18분(동부 표준시)에 플로리다의 케이프 커내버럴 우주 기지에서 ULA 벌컨 센타우로켓에 실려 발사될 예정이다. 아스트로보틱의 CEO 존 손튼을 비롯한 우주 산업 전문가들은 우주선을 달에 성공적으로 착륙시킬 수 있는 확률이 반반이라며 동전 던지기에 비유했다. 손튼은 지난 1월 2일 CNN과의 전화 인터뷰에서 "이것은 50 대 50의 확률로 목표에 도달하는 것과 같은 접근 방식이며, 특정 임무가 아니라 업계 전체의 성공이 더 중요하다"라고 말했다. 그러면서 손튼은 "우리는 이 임무에 우리가 할 수 있는 모든 것을 쏟아 부었다"고 덧붙였다. 페레그린은 세계에서 가장 빨리 나는 새인 매의 이름을 딴 것으로, 2월 23일에 착륙을 시도하기 전에 달 궤도에서 일정 시간을 보내게 된다. 현재 우주탐사선의 달 착륙은 전 세계적인 경쟁을 부르고 있다. 인도는 지난해 8월, 달 탐사선 '찬드라얀-3호'를 달 남극에 성공적으로 착륙시켜 전 세계의 주목을 받았다. 이로써 인도는 중국, 구소련, 미국에 이어 달에 우주선을 착륙시킨 네 번째 국가가 됐다. 일본은 지난해 9월 우주 공간으로 발사한 자국 최초의 달 탐사선 '슬림'(SLIM)을 이달 하순에 착륙시킬 예정이다. 러시아는 지난해 달 탐사선을 쏘아 올렸으나 착륙에 실패했다. 러시아는 1976년 달 탐사선인 루나 24(Luna-24) 이후 47년 동안 어떤 러시아 우주선도 달 궤도에 재진입하지 못했다. 미국과 중국은 우주인들을 달 표면에 보내 궁극적으로는 영구 정착지를 개발하기 위해 노력하고 있다. 21세기 들어 지금까지 인도와 중국 만이 달에 연착륙했다. 특히 나사는 올해의 경우 민간업계가 미국 착륙선의 설계와 운영을 주도하도록 하고 있다. 이는 전통적으로 나사가 달 탐사 업무를 관리해오던 방식에서 벗어난 것이라는 게 WSJ의 설명이다. 나사는 1969년을 시작으로 우주비행사를 여러 차례 달에 보냈던 아폴로 프로그램 기간 수십만 명의 직원과 막대한 예산에 의존해 전체 과정을 주도했다. 하지만 이제 나사는 공급자보다는 고객으로서, 더 적은 자금을 투입하기를 희망하고 있다. 나사는 상업적으로 개발된 로봇 착륙선을 사용하여 빠르게 따라잡을 수 있기를 기대하고 있다는 것. 나사는 페레그린 외에도 텍사스에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스 및 인튜이티브 머신즈와 계약을 맺고 있다. 인튜이티브는 빠르면 2월 중순에 달 착륙선을 발사할 수 있다. 이러한 계약은 모두 NASA의 상업용 달 탑재체 서비스 프로그램의 일환으로, 특히 아폴로 시대의 착륙선을 만드는 데 수십억 달러가 소요된 것과 비교하여 달 착륙선 제작 비용을 대폭 낮추는 것을 목표로 한다고 CNN은 전했다. 페레그린과 다른 CLPS 착륙선은 훨씬 더 저렴하게 설계됐으며, 나사는 파트너 회사에 단 한 번의 고정 가격 계약만 체결하기로 합의했다. 예를 들어, 이 임무에 대한 아스트로보틱(Astrobotic)의 계약은 총 1억 8000만 달러로, 이는 나사가 처음에 약속한 것보다 더 많은 금액이다. 기관 관계자는 팬데믹으로 인해 계약이 재협상되었다고 말했다. 손튼은 CNN에 "이것은 새로운 가격대에 도달하기 위해, 패러다임을 깨기 위해 달 표면으로 보내질 많은 비교적 저렴한 임무 중 하나다"라고 말했다. 우주인들이 국제우주정거장(ISS)을 오가도록 하는 데 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 스페이스X를 활용하는 등 나사는 일부 작업을 민간 기업들로 옮기고 있다. 나사로서는 민간기업 의존을 늘려나가면서 비용을 줄일 계획이지만, 이 같은 외부 의존이 이전의 '과학'에 따른 자체 접근법보다는 리스크는 더 있을 것으로 보고 있다. 또한 달 탐사 작업은 거리나 달 지형을 포함해 많은 어려움이 있다. 대표적인 예로는 지난해 일본 기업 아이스페이스(ispace)와 러시아의 달 착륙 시도가 모두 실패했다. 미국도 달 탐사선 발사 지연과 함께 기술적 문제에 직면해 있다. 8일 발사 예정인 페레그린은 록히드 마틴과 보잉의 합작사인 유나이티드 론치 얼라이언스(ULA)가 개발한 차세대 로켓 '벌컨'에 탑재돼 달을 향한 여정을 시작한다. 페레그린은 '끈적끈적한 만(Bay of Stickiness)'이라고도 불리는 달의 부비동(Sinus Viscositatis) 지역으로 향하고 있다. 페레그린호에는 독일, 멕시코, 영국 등 다른 국가의 과학 실험과 상업용 화물도 실릴 예정이다. 특히, 페레그린은 미국 최대 아메리카 원주민 집단인 나바호족의 반발을 불러일으킨 두 개의 상업용 우주 매장 업체인 엘리시움 스페이스와 셀레스티스를 대신해 인간의 유해를 운반할 예정이다. 이 단체는 유골이 달 표면에 착륙하는 것을 허용하는 것은 달을 신성하게 여기는 많은 원주민 문화에 대한 모독이라고 주장한다. 셀레스티스는 웹사이트를 통해 약 1만 3000달러부터 시작하는 가격으로 유골을 달로 운반하겠다고 제안했다. 이 우주선은 미래 우주 비행사를 위한 방사선 위험 측정 장치를 포함해 여러 나사 장비를 탑재하고 다음 달 23일 달 착륙을 시도할 예정이다. 아스트로보틱 측은 올해 말에 착륙선 그리핀(Griffin)을 추가로 발사할 예정이다. 여기에는 달의 얼음 퇴적물을 연구하는 나사의 로버(rover)가 실리게 된다. 이 탐사선은 달의 남극에서 21세기 우주 경쟁의 핵심인 '물 얼음(Water ice·수빙)'을 찾기 위해 탐사할 계획이다. 물 얼음은 미래 우주비행사의 식민지를 유지하는 데 사용되거나 더 깊은 우주로 향하는 임무를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있다고 CNN은 설명했다. 이어 2월에는 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신의 노바-C 우주선이 스페이스X의 팰컨9 로켓에 탑재돼 발사될 계획이다. 이 우주선에는 달 착륙 중에 솟아오르는 잔해 기둥을 연구하는 장치와 같은 나사 장비들이 실려있다. 인튜이티브 머신 측은 올해 말에 두 번째 노바-C 우주선을 보낼 예정이다. 이들 외에 텍사스주 오스틴 부근에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스(Firefly Aerospace)가 스페이스X 로켓을 이용해 블루 고스트(Blue Ghost) 우주선을 발사해 올해 달에 착륙하도록 할 계획이다. CNN은 나사의 달 탐사 노력의 초석은 아르테미스 프로그램을 통해 인간이 달 표면으로 돌아갈 수 있는 길을 닦는 것이라면서 나사는 빠르면 2024년 말부터 우주비행사를 달에 보내 달을 비행하는 임무를 수행한 후 10년 후 인간을 지표면으로 귀환시키는 것을 목표로 하고 있다고 덧붙였다. 한편, 일본의 첫 달 탐사선 '슬림'(SLIM)이 오는 20일 첫 달 착륙을 시도한다. 슬림은 지난 9월 발사돼 지난 달 25일 달 궤도에 진입했으며, 일본 현지시각으로 오는 20일 오전 0시 20분께 달 착륙을 시도한다. 만약 이때를 놓치면, 다음 달 16일 다시 착륙을 시도할 계획이라고 한다. 현재 나사 관계자들은 중국의 적극적인 달 탐사에 긴장하고 있다. 중국은 우주 탐사가 모든 국가와 인류에 이익이 돼야 한다고 주장하면서 최근 수년간 달 표면에 연구 장비들을 보내고 있다. 중국의 경우, 자국의 달 탐사 프로젝트의 일환인 '창어 6호'를 통한 달 착륙을 계획하고 있다. 창어 6호는 오는 5월, 달 뒷면으로 가서 암석과 먼지 샘플 등을 수집해 지구로 가져올 것으로 예상된다. 달 표면 채취는 세계적으로 모두 10차례 이뤄졌지만, 모두 달 앞면에서 진행됐다. 나사는 특히 중국이 달 남극 근처에 있는 수백만톤의 얼음과 수자원, 광물 등을 선점해 지속적으로 주둔할 수 있는 기반을 마련할 가능성에 대해 우려하고 있다. 렌슬리어 폴리테크닉 대학(RPI)의 샌딥 싱 조교수는 나사가 달 착륙 임무를 민간이 기업에 맡기면 민간 기업의 기술 개발을 촉진할 수 있을 것이라며 "더 일찍 했더라면 더 이른 시기에 달에 되돌아갈 수 있었을 것"이라고 WSJ에 말했다. 아스트로보틱의 CEO인 손튼은 CNN과의 인터뷰에서 이번 착륙 시도는 회사 직원들이 16년간의 노력의 정점을 찍는 초현실적인 순간이 될 것이라고 말했다.
- 산업
2024-01-08
마늘, 맛과 건강을 모두 챙기는 음식

마늘을 매일 일정량 섭취하게 되면 면역력을 강화하고 콜레스테롤 수치가 감소하는 등 건강에 좋은 효과를 볼 수 있다고 건강 영양 전문지 이팅웰(Eating Well)이 최근 보도했다. 마늘은 요리에 없어서는 안 될 필수 식재료다. 톡 쏘는 맛과 향으로 음식의 풍미를 더해주는 것은 물론, 다양한 건강상의 이점까지 제공하는 것으로 알려져 있다. 이팅웰이 전한 마늘의 영양 성분과 건강상의 이점, 식단에 마늘을 추가하는 방법에 대해 소개한다. 마늘의 영양 성분 마늘은 비타민 C, 아연, 철분, 칼륨, 마그네슘 및 비타민 K와 같은 건강 증진 영양소가 포함되어 있다. 또한, 마늘은 황 함유 화합물인 알리신(allicin)이 풍부하다. 알리신은 항산화, 항염증, 항균, 항암 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 마늘은 다양한 건강상의 이점을 제공하는데 그중에서도 대표적인 이점은 다음과 같다. 첫째 항산화, 항염증, 항균, 항암 효과가 있는 마늘의 알리신은 면역 체계를 강화하고 감염을 예방하는 데 도움이 된다. 둘째 콜레스테롤 합성을 억제하고 콜레스테롤 배출을 촉진하는 마늘은 콜레스테롤 수치를 낮추고 심장 건강을 개선하는 데 도움이 된다. 셋째 혈관을 확장하고 혈액 순환을 개선하는 효과가 있다. 마늘은 혈압을 낮추고 고혈압 위험을 줄이는 데 도움이 된다. 넷째 인슐린 분비를 촉진하고 인슐린 저항성을 개선하는 마늘은 혈당 수치를 조절하고 당뇨병 위험을 줄이는 데 도움이 된다. 다섯째 장내 유익한 박테리아의 성장을 촉진하고 유해한 박테리아의 성장을 억제하는 마늘은 장 건강을 개선하는 데 도움이 된다. 다양한 요리에 활용 마늘은 다양한 요리에 사용할 수 있는 다재다능한 식재료로 마늘을 식단에 추가하는 몇 가지 방법은 다음과 같다. 먼저 마늘 기름으로 채소를 볶는다. 기름을 두른 팬에 다진 마늘을 놓고 옅은 갈색이 될 때까지 볶아서 기름에 마늘 향을 입힌다. 볶음밥과 같은 쌀 요리에 마늘을 추가하면 풍미가 더해진다. 또한 대부분의 단백질 및 채소와 잘 어울린다. 그밖에 스튜나 카레에 사용할 수 있다. 마늘은 아시아 일부 지역의 카레와 라틴 아메리카 일부 지역의 스튜에 자주 사용할 수 있다. 또한 수제 살사를 만들 때 마을을 사용한다. 살사는 더 많은 채소를 섭취할 수 있는 방법 중 하나이다. 또한 구운 마늘 또는 익힌 마늘을 섭취하는 것도 좋은 방법이다. 구운 마늘 또는 익힌 마늘은 생마늘에 비해 알리신 함량이 다소 감소할 수 있으나, 여전히 다양한 건강상의 이점을 제공한다는 점에서 유익하다. 마늘을 가장 건강하게 먹는 방법 마늘을 가장 건강하게 먹는 방법은 생마늘을 깨끗이 씻어서 씹어 먹는 것이다. 생마늘을 씹을 때 알리신이라는 성분이 생성되며, 알리신은 마늘의 대표적인 건강 성분으로 항산화, 항염증, 항균, 항암 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 다만, 위장이 약한 사람은 생마늘을 섭취하면 속쓰림이나 복통을 유발할 수 있다. 이 경우, 마늘을 가열하거나 꿀에 절여서 먹는 것이 좋다. 하지만, 위장이 예민한 사람들의 경우 생마늘 섭취 시 속쓰림이나 복통을 겪을 수 있다. 이러한 경우에는 마늘을 가열하거나 꿀에 절여서 섭취하는 것이 더 좋은 대안이 될 수 있다. 1일 마늘 적정 섭취량 마늘의 섭취량은 하루에 2~3쪽 정도가 적당하다. 과다 섭취 시 속쓰림, 복통, 설사 등의 부작용이 나타날 수 있으므로 주의해야 한다. 또한 임산부나 수유부는 마늘을 섭취하기 전에 의사와 상담하는 것이 좋다. 마늘은 혈액 응고를 방해할 수 있으므로, 수술을 앞둔 사람은 마늘 섭취를 피하는 것이 좋다. 전 세계 다양한 문화에서 마늘은 매일 즐겨 먹는 식품 중 하나이며, 일반적으로 건강에 불리한 영향을 미치는 경우는 드물다. 마늘은 대체로 소량으로 섭취하며, 자주 먹을수록 건강상의 이점을 얻을 가능성이 높아질 수 있다. 그러나 과민성 대장 증후군(IBS)과 같은 장 문제가 있는 사람들의 경우 마늘 섭취로 인해 가스와 복부 팽만감이 발생할 수 있다. 마늘을 섭취해 뱃살을 태울 수 있다는 주장은 사실이 아니다. 마늘의 항염증 성분이 뱃살 감소에 직접적인 영향을 미친다는 증거는 없으며, 마늘 섭취만으로 장기적인 체중 감소가 이루어진다고 볼 수 없다. 마늘의 건강상 이점을 누리기 위해서는 꾸준한 섭취가 필요하다. 따라서 일정량의 마늘을 매일 섭취하는 것이 바람직하다.
- 생활경제
2024-01-06
탄소 질화물, 다이아몬드를 뛰어넘는 초강력 물질 탄생

과학자들이 수십 년의 연구 끝에 다이아몬드에 필적하는 새로운 초경도 물질을 개발했다는 연구 결과가 공개됐다. 과학 전문매체 '사이테크데일리(scitechdaily)'에 따르면, 영국 에든버러 대학교(University of Edinburgh)를 포함한 국제 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 극한의 압력과 열에 노출시킴으로써, 다이아몬드보다 더 단단한 새로운 물질을 창출했다. 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 지구 내부와 유사한 약 100만 배의 대기압 압력에 노출시켰다. 더불어, 섭씨 150만 도 이상의 고온에서 가열하는 실험을 진행했는데, 이는 태양 표면의 온도에 가까운 극한의 조건이다. 이러한 극한 조건에서 탄소와 질소 원자는 강력하게 결합하여 '탄소 질화물(carbon nitride)'을 형성한다. 연구팀은 이 새로운 물질의 경도를 측정하기 위해 여러 강도 시험을 수행했다. 그 결과 이 탄소 질화물이 현재 알려진 물질 중 두 번째로 단단한 '입방정 질화붕소(cubic boron nitride)'보다 더 단단한 것으로 밝혀졌다. 이번 연구는 재료 과학 분야에 있어 중대한 발견으로, 특히 항공우주, 군사, 산업 분야 등에서의 응용 가능성이 높은 새로운 초경도 물질의 개발을 의미한다. 연구팀은 프랑스의 유럽 싱크로트론 연구 시설(European Synchrotron Radiation Facility, ESRF), 독일의 독일 전자 싱크로트론(Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY), 미국에 기반을 둔 고에너지 물리학 연구소(Advanced Photon Source, APS)에 있는 세 개의 입자 가속기를 이용하여 강렬한 X선 빔을 이용해 샘플을 조사했다. 이 X선 빔은 샘플 내의 원자 구조와 전자 분포를 산란시켜, 물질의 내부 구조를 세밀하게 분석할 수 있게 해준다. 연구 결과는 세 가지 다른 질화탄소 화합물이 초경도를 달성하기 위한 필수 구성 요소들을 보유하고 있다는 것을 보여준다. 특히 놀라운 점은, 이 세 화합물이 모두 일반적인 압력 및 온도 조건으로 돌아갔을 때도 다이아몬드와 유사한 특성을 유지한다는 것이다. 이러한 발견은 물질의 안정성과 내구성에 대한 새로운 이해를 제공하며, 과학 및 산업 분야에서의 응용 가능성을 확대한다. 추가적인 계산과 실험에 따르면 이 새롭게 개발된 물질이 광발광과 높은 에너지 밀도와 같은 여러 특별한 특성을 가지고 있음이 밝혀졌다. 이는 물질이 매우 적은 질량으로 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 이러한 초비압축성 탄소 질화물이 다양한 응용 분야에 적용될 잠재력이 크다고 지적했다. 그들은 이 물질이 다이아몬드와 비견될 수 있는 궁극적인 공학 재료로 자리 잡을 수 있다고 전망했다. 연구를 주도한 에든버러 대학교의 도미니크 라니엘(Dominique Laniel) 박사는 "이 새로운 질화탄소 물질 중 첫 번째 질화탄소 물질이 발견되었을 때, 우리는 지난 30년 동안 과학자들이 꿈꿔온 물질을 만들어낸 것이 믿기 어려웠다. 이러한 재료는 고압 재료 합성과 산업적 응용 사이의 간극을 메우는 데 강력한 동기를 제공한다."라고 말했다. 린셰핑 대학 플로리안 트리벨(Florian Trybel) 박사는 "이 물질은 다기능성이 탁월할 뿐만 아니라 지구 내부 깊숙한 곳에서 발견되는 조건과 유사한 극한의 합성 압력에서도 안정한 상태를 유지할 수 있다는 점을 보여준다. 우리는 이 공동 연구를 통해 이 분야에서 새로운 가능성을 열 것이라고 확신한다"라고 말했다. 이번 연구는 깨지지 않는 초단단 재료 개발 분야에서 중요한 진전을 이루었다. 이 새로운 재료는 자동차와 우주선의 보호 코팅, 내구성이 뛰어난 절삭 공구, 태양 전지판, 광검출기 등과 같은 다양한 산업 분야에 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이는 기술적인 혁신 뿐만 아니라 산업 전반에 걸친 여러 응용 분야에도 중대한 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2024-01-04
[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'

기후 변화로 인한 폭주 온실 효과로 지구가 금성화 위기에 처했다는 연구 결과가 나왔다. 제네바대학교(UNIGE)의 천문학자 연구팀은 파리와 보르도의 프랑스 국립과학연구소(CNRS)의 지원을 받아 온실효과 폭주의 모든 단계를 시뮬레이션 한 최초의 연구 결과를 발표했다고 과학 매체 '사이언스얼랏'이 최근 보도했다. 연구원들은 처음으로 온실 효과의 모든 단계를 시뮬레이션하여 앞으로 몇 세기 안에 우리의 녹색 행성을 사람이 살 수 없는 '지옥'으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 미국 우주항공국(NASA)에 따르면 지구는 폭주 온난화를 촉진하기 위해 수십도만 가열하면 평균 표면 온도가 섭씨 464도(화씨 867도)인 금성만큼 살기 어려운 행성이 될 것이라고 한다. 온실 효과는 지구 대기의 특정 가스가 태양의 열을 가두는 과정을 말한다. 폭주 온실 효과란? 일부 온실 가스는 수증기처럼 자연적으로 발생한다. 이산화탄소와 같은 다른 온실가스는 인간이 석탄, 석유, 가스 등 오염 물질인 화석 연료를 태울 때 생성될 수도 있다. UNIGE-CNRS 연구에서 조사된 폭주 온실 효과는 태양 조사가 증가하여 지구의 온도가 눈덩이처럼 급격하게 상승할 때 발생한다. 천문학자들은 성명에서 "이 과정의 초기 단계부터 대기 구조와 구름의 범위가 크게 변화하여 거의 멈출 수 없고 되돌리기 매우 복잡한 폭주 온실 효과를 초래한다"라고 말했다. 돌이킬 수 없는 기후 변화 이 연구는 부분적으로 다른 행성, 특히 소위 외계 행성의 기후를 연구하는 도구를 제공하기 위해 설계됐다. 또한 앞으로 수 세기 동안 지구 기후에 미칠 위험에 대한 통찰력도 제공한다. 연구진은 바다와 생명체로 뒤덮인 멋진 파란색과 녹색 점인 지구와 태양계에서 가장 뜨거운 무균 상태의 유황 행성인 금성의 차이점을 강조했다. 그러나 천문학 및 천체물리학 리뷰에 게재된 이 연구에 따르면 "지구 온도를 수십도만 상승시키는 아주 작은 태양 복사량 증가만으로도 지구에서 돌이킬 수 없는 폭주 과정을 촉발하고 지구를 금성처럼 살기 힘든 곳으로 만들 수 있다"는 사실이 밝혀졌다. 온실 효과의 폭주라는 개념은 새로운 것이 아니다. 이 개념은 지구와 같은 온대 상태에서 표면 온도가 섭씨 1000℃(화씨 1832℃)가 넘는 행성으로 진화하는 것을 상상한다. 연구진은 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 영하로 떨어지고 지구는 생명체에 적대적인 얼음으로 덮인 공이 될 것이라고 지적하면서 어느 정도의 온실 효과는 유용하다고 말했다. 그러나 이 효과가 너무 크면 해양의 증발이 증가하여 대기 중 천연 온실가스인 수증기의 양이 증가하여 구조 담요처럼 열에 갇히게 된다. 임계값 전 UNIGE 박사후 연구원이며 이 연구의 수석 저자인 기욤 샤베로(Guillaume Chaverot)는 "이 정도의 수증기에는 지구가 더 이상 식을 수 없는 임계점이 있다"라고 말했다. 샤베로는 "거기서부터 바다가 완전히 증발하고 온도가 수백도에 도달할 때까지 모든 것이 사라진다"라고 설명했다. 이전의 시뮬레이션은 폭주 효과가 시작되기 전의 온화한 상태나 폭주 후의 사람이 살 수 없는 상태에만 초점을 맞췄지만, 연구진은 전체 과정을 시뮬레이션 한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전체 과정을 보여줌으로써 처음부터 높은 대기에서 폭주 효과를 증가시키고 그 과정을 되돌릴 수 없게 만드는 매우 특이하고 밀도가 높은 구름 패턴이 어떻게 나타나는지 설명할 수 있었다. 차베로는 "대기의 구조가 크게 바뀌었다"고 했다. 그는 현재 인간이 배출하는 온실 가스가 태양 광도의 약간의 증가와 동일한 폭주 과정을 유발할 수 있는지 여부를 조사하고 있다고 성명을 통해 밝혔다. 기후 과학자들은 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상 상승하면 통제할 수 없는 기후 변화를 촉발할 위험이 있다고 경고했다. 이는 온실 폭주 과정과는 다르지만, 연구자들은 지구가 '종말 시나리오'에서 멀지 않았다고 경고했다. 한편, 3일 기상청 기상자료개방포털 자료에 따르면 지난해 한국의 전국 평균기온은 13.7℃를 기록, 전국에 기상관측망이 대폭 확충돼 각종 기상기록의 기준으로 삼는 시점인 1973년 이후 가장 높았다. 지난해 제주도의 평균기온은 역대 두 번째로 높았던 것으로 나타났다. 제주도의 연평균 최고기온은 20.4℃로, 2021년(20.6℃)에 이어 두 번째로 높았다. 게다가 지난 12월 공개된 해양기후예측센터의 자료에 따르면 지난 8월 동아시아 해역의 해면 수온은 평년보다 0.9℃높아 역대 2위를 기록했으며, 전 지구 해역의 해면 수온은 평년보다 0.6℃높아 역대 최고치였다. 올해 전 지구 표면온도가 사상 최고치를 기록할 것이라는 전망은 이젠 '기정사실'로 받아들여지고 있다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 지구의 평균 온도를 높이며 폭풍우, 가뭄 등의 기상 이변을 유발한다. 엘리뇨는 2월께 최고조에 이르며 6개월은 더 갈 것이라는 예측이다.
- 포커스온
2024-01-04
美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
- 산업
2023-12-28
뉴질랜드 스타트업, 우드칩으로 전기차 배터리용 흑연 생산

뉴질랜드에 본사를 둔 한 스타트업이 우드칩을 사용하여 전기자동차(EV) 배터리에 사용할 수 있는 인조 흑연을 만들었다. 미국 매체 비즈니스인사이더(businessinsider)는 스타크업 카본스케이프(CarbonScape)가 목재 제조 폐기물을 가열해 대체 흑연을 생산한다고 보도했다. 이 업체는 탄소가 풍부한 재료인 바이오 숯을 만들기 위해 열분해로 알려진 공정을 통해 목재 제조 폐기물을 가열하여 대체 흑연을 생산하고, 그 다음 원료를 밀링해 흑연 형태로 변형시킨다. 회사는 이것을 "지속 가능한 옵션"이라고 말했다. 카본스케이프 이반 윌리엄스(Ivan Williams) CEO는 "우리의 임무는 배터리 산업의 탄소 배출을 줄이는 것"이라며 "이는 공급망 현지화를 포함한 다른 문제도 해결라는 데 도움이 된다"고 말했다. 흑연에 대한 대체 가능한 솔루션을 개발하는 것은 중국산 전기차(EV) 배터리에 대한 의존도를 줄이려는 서방 국가들에게 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 모건스탠리 애널리스트들은 7월 보고서에서 "현재 중국은 많은 전기차가 사용하는 리튬, 철, 인산염 등 LFP 배터리의 최대 생산국 중 하나"라며 "전기차 배터리 공급망의 최대 90%가 중국에 의존하고 있다"고 밝혔다. 중국은 이러한 공급망 지배력을 활용하여 경쟁사보다 배터리를 더 저렴하게 생산하고 결과적으로 더 낮은 가격으로 제공할 수 있다. 그러나, 최근 몇 년간 긴장된 미·중 관계로 인해 서방 국가들은 향후 공급망 중단을 피하기 위한 대안을 모색하고 있다. 미국에 진출한 한국 배터리 업체들은 더욱 타격을 받을 것으로 전망되고 있다. 한국무역협회의 ‘중국 흑연 수출 통제의 영향 및 대응 방안’ 보고서에 따르면, 중국은 첨단 반도체 제조 때 쓰는 갈륨·게르마늄 관련 품목의 수출을 지난 8월부터 통제한 데 이어 12월부터는 흑연 수출도 통제할 계획이다. 흑연은 전기차 배터리에 들어가는 음극재의 핵심 소재로 한국은 올해 1~9월 천연 흑연 제품의 중국 수입 의존도가 97.7%, 인조 흑연은 94.3%에 달하는 등, 사실상 전량을 중국에서 수입하고 있다고 봐도 과언이 아니다. 도원빈 무역협회 연구원은 "중국의 흑연 수출 통제 조치는 미국에 대한 보복성 조치로 해석되는데, 미·중 관계가 더욱 나빠지면 미국에 공장을 둔 우리 배터리 기업이 중국산 흑연을 들여오는 과정이 지연되거나 허가가 반려될 수 있다"고 우려했다. 카본스케이프의 아이디어가 수입을 대처할 수 있다는 주장에 설득력이 있어 보인다. 하지만, 일부 비평가들은 카본스케이프의 아이디어에 대해 의문을 제기했으며, 너무 많은 우드칩이 필요하고 흑연만큼 비용면에서 효율적이지 않다고 지적했다. 그럼에도 불구하고 뉴질랜드 스타트업은 글로벌 EV 생산이 확대됨에 따라 국제적인 주목을 받고 있다. 카본스케이프는 올해 초 유럽의 임산물 회사인 스토라 엔소(Stora Enso)로부터 1800만 달러(약 234억4500만원)의 자금을 확보해 유럽에 새로운 공급망을 열었기 때문이다. 로이터에 따르면 윌리엄스 장관은 "이번 투자는 글로벌 탈탄소화를 위한 배터리 소재의 지속 가능한 조달에 대한 강력한 지지를 표명한 것"이라고 말했다. 홍콩에 본사를 둔 배터리 제조업체인 암페렉스 테크놀로지(Amperex Technology )도 이 회사에 투자했다. 흑연은 미국과 유럽연합(EU)의 핵심 광물이며, 관계자들은 더 많은 현지 광산 생산을 장려하기를 희망하고 있다. 한편, 한국의 경우 중·장기적으로 모잠비크, 브라질, 일본 등으로 흑연 수입처를 다변화해야 하며, 배터리산업에서 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 음극재 기술을 개발해 공급망 리스크를 낮추는 것이 필요하다.
- 산업
2023-12-22
[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고

미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2023-12-14
美 노스웨스턴대 "바다 쓰레기 주범 나일론, 촉매로 순식간에 '분해'"

바닷속 쓰레기로 전 세계가 몸살을 앓고 있다. 특히, 어망 등이 고래나 바다거북, 물개 등 해양생물을 칭칭 감싸고 있는 모습은 충격을 던져줬다. 나일론 어망 등은 뛰어난 내구성 때문에 자연 분해가 불가능해 해양동물과 산호초, 새, 바다 등을 위험에 빠뜨리고 있다. 해양 환경에 유입된 이들 물질은 분해되지 않고 수천 년 동안 머무를 수 있어 더욱 큰 폐해가 예상되고 있다. 그러나 최근 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 나일론을 분해하는 새로운 촉매를 개발해 이 같은 해양오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이 촉매는 몇 분 만에 내구성 높은 플라스틱 오염을 완전히 분해하는 것으로 알려졌다. 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'는 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 개발한 새로운 나일론 분해 촉매에 대해 최근 보도했다. 연구팀은 유해한 부산물을 생성하지 않고 몇 분 만에 나일론-6을 빠르고 깨끗하며 완전히 분해하는 새로운 촉매를 개발했다. 더 좋은 점은 이 공정에는 독성 용매, 고가의 재료 또는 극한 조건이 필요하지 않아 일상적인 응용 분야에 실용적이라는 점이다. 연구팀은 이 촉매를 활용해 해양 플라스틱 오염을 줄이는 것은 물론, 폐기물 재활용과 순환경제 활성화에도 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '켐(chem)'에 게재됐다. 이번 연구의 수석 저자인 노스웨스턴 대학의 토빈 마크스(Tobin Marks) 교수는 "전 세계가 플라스틱 문제의 심각성을 인식하고 있다"며 "우리는 플라스틱을 재활용하기 위해 폴리머를 분해하여 원래 형태로 되돌려 재사용할 수 있는 촉매를 개발하고 있다"고 말했다. 어망, 태평양 쓰레기 46% 차지 나일론-6은 의류, 카펫, 안전벨트 등 매일 사용되는 다양한 제품에 사용되는 소재다. 하지만 사용 후에는 매립되거나 해양을 포함한 환경에 방치되는 경우가 많다. 세계야생생물연맹(World Wildlife Federation) 보고에 따르면 매년 약 45만3592kg(약 100만 파운드)의 낚시 장비가 해양에 버려지며, 이 중 나일론-6로 만들어진 어망이 태평양의 거대한 쓰레기 더미에서 차지하는 비율이 최소 46%에 이른다. 현재 나일론-6 처리 방법은 주로 매립에 의존하고 있다. 나일론-6가 연소될 때는 질소산화물 같은 독성 오염물질을 배출해 조기 사망과 온실가스인 이산화탄소 배출 등의 문제를 야기한다. 마크스 교수는 플라스틱을 분해하는 과정에서 발생하는 오염물질 문제를 지적하며, 친환경 용매의 사용이 중요하다고 강조했다. 그는 "플라스틱을 분해하면 오염된 물이 남게 되며, 친환경 용매의 사용은 필수적"이라며 "어떤 종류의 용매가 환경에 더 적합한지 연구해야 한다"고 말했다. 업사이클링을 위한 나일론 복구 마크스 교수와 연구팀은 실험실에서 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 이트륨(지구상에 풍부한 경제적인 금속)과 란탄족 이온을 활용한다. 나일론-6를 녹는 온도까지 가열한 뒤 촉매를 추가하자, 용매 없이도 플라스틱이 분해되어 부산물 없이 원래의 빌딩 블록으로 복구됐다. 마크스 교수는 이 과정을 목걸이와 진주에 비유하며 설명했다. 그는 "폴리머는 목걸이와 같으며, 각 진주는 하나의 단위체, 즉 단량체다. 우리는 이 목걸이를 해체하여 진주, 즉 빌딩 블록을 회수하는 방법을 찾은 것"이라고 말했다. 실험을 통해 연구팀은 플라스틱의 원래 모노머를 99% 회수할 수 있었다. 원칙적으로 이러한 모노머는 현재 강도와 내구성에 대한 수요가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 이 실험을 통해 연구팀은 나일론의 원래 모노머를 99% 회수하는 데 성공했다. 이러한 모노머는 내구성과 강도가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 마크스 교수는 재활용된 나일론이 일반 나일론보다 경제적 가치가 더 높다고 강조했다. 나일론-6를 효율적으로 타깃팅 새롭게 개발된 촉매는 높은 수율의 단량체 회수뿐만 아니라, 선택성도 뛰어나 나일론-6 중합체에만 작용한다. 이는 폐기물 중에서도 나일론-6를 효과적으로 분리해낼 수 있다는 것을 의미하며, 업계에 대량의 분류되지 않은 폐기물에도 적용 가능함을 보여준다. 마크스 교수는 이 과정의 경제성과 효율성을 강조했다. 그는 "나일론 폐기물을 사람이 일일이 분류하는 것은 비용이 많이 들고 비효율적이다. 하지만 이 촉매가 나일론만을 대상으로 하고 다른 물질은 그대로 두기 때문에 효율적이다"라고 설명했다. 이 기술을 통해 회수된 모노머를 재활용하면 신규 플라스틱 생산의 필요성도 줄어들 수 있다. 마크스 교수와 연구팀은 이 새로운 공정에 대한 특허를 출원했으며, 이미 여러 산업 파트너로부터 관심을 받고 있다. 이들은 자신들의 촉매가 대규모로 활용되어 글로벌 플라스틱 문제 해결에 기여하기를 기대한다. 현재 이 연구는 폴리머 재활용 및 지속 가능한 재료 관리 분야에서 중요한 진전을 보이고 있다. 이러한 접근 방식은 현재 재활용 기술의 중요한 격차를 해결하고 나일론 폐기물 문제에 대한 실용적이고 효율적인 솔루션을 제공한다. 이는 플라스틱의 환경 발자국을 줄이고 순환경제에 기여하는 데 영향을 미칠 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-11
커피 찌꺼기로 알츠하이머·파킨슨병 예방할 수 있을까?

미국 텍사스 대학교 엘패소 캠퍼스의 연구팀이 커피 찌꺼기에서 추출한 물질이 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환의 예방과 치료 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 과학 전문지 사이테크데일리(SciTechDaily)는 이 연구팀이 커피 찌꺼기에서 추출한 카페산을 기반으로 한 탄소 양자점(CQDs)이 신경퇴행성 질환을 예방하거나 치료할 수 있는 가능성을 발견했다고 보도했다. 연구팀은 커피 찌꺼기에서 추출한 카페산을 기반으로 한 '탄소 양자점(Carbon Quantum Dots, CQDs)'의 효능을 연구했다. CQDs는 활성산소를 제거하고, 아밀로이드 단백질 조각의 응집을 억제하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 활성산소는 세포 손상과 노화를 촉진하는 원인으로 알려져 있으며, 아밀로이드 단백질 조각은 알츠하이머병의 주요 원인 중 하나로 지목되고 있다. 이번 연구는 화학 및 생화학과의 박사 과정 학생인 조티시 쿠마르(Jyotish Kumar)가 주도했고, 같은 학과의 마헤시 나라얀(Mahesh Narayan) 박사가 지도했다. 연구팀은 CQDs가 시험관 실험, 세포주 및 파킨슨병 동물 모델에서 신경 보호 효과를 갖는다는 것을 발견했다. 쿠마르는 "CQDs는 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있는 능력을 가지고 있어, 뇌 내 세포에도 효과가 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다. 이러한 특성은 CQDs가 신경퇴행성 질환의 치료제로서 큰 잠재력을 가질 수 있음을 시사한다. 연구팀은 아직 동물 실험 단계에 있지만, 향후 임상 시험을 통해 CQDs가 신경퇴행성 질환 치료제로 개발될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 녹색 화학으로 평가받는 CQDs 추출 공정 연구팀이 CQDs를 추출하는 공정은 녹색 화학으로 평가받고 있다. 커피 찌꺼기는 풍부하고 저렴한 재료로, 기존의 화학 공정에서 사용되는 원료에 비해 환경적 영향이 적다. 또한, 공정 과정이 간단하고, 유해한 화학 물질을 사용하지 않는다. 에너지 소비가 적어 환경에 미치는 부정적인 영향도 적다. 연구팀은 커피 찌꺼기를 200도에서 4시간 동안 가열하는 방법으로 카페산의 탄소 구조를 재조정하여 CQDs를 형성했다. 이 방법은 기존의 복잡한 화학 공정을 대체할 수 있는 간단하고 효율적인 방법으로, 원료의 안정적인 공급과 환경 친화적인 공정의 이점을 제공한다. 현재 연구팀은 CQDs의 효능과 안전성을 더욱 면밀히 평가하기 위해 추가 연구를 진행 중이다. 향후 임상 시험을 통해 CQDs가 신경퇴행성 질환 치료제로서의 가능성을 탐색할 예정이며, 이러한 연구는 의학 분야에서의 새로운 치료 옵션을 제시할 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-08
체코 스타트업, 반려동물용 배양육 유럽 최초 승인

체코의 스타트업 베네 미트 테크놀로지스(Bene Meat Technologies)가 반려동물용 배양육에 대한 유럽연합(EU)의 승인을 획득했다. 이는 유럽에서 반려동물 사료용 배양육에 대한 최초의 승인 사례이다. 일본 매체 와이어드(WIRED)는 최근 베네 미트는 살아 있는 동물로부터 세포를 채취하여 깨끗한 환경에서 배양함으로써 고기를 생산하는 기술을 개발했다고 전했다. 이 과정에서 세포는 공기와 영양분을 공급받으며 성장한다. 반려동물 사료부터 인간용 배양육 생산 베네 미트는 현재 개와 고양이용 반려동물 사료 생산에 주력하며 상업 생산을 위한 준비를 진행 중이다. 미국의 바이오크래프트 펫 뉴트리션(BioCraft Pet Nutrition)도 이와 유사한 단계에 있으며, 미국 식품의약국(FDA)과 협의를 진행 중이다. 로만 크리츠 베네 미트의 CEO는 "현재 5개의 해외 사료 제조업체와의 협상을 진행하고 있으며, 이들과의 합의에 도달하는 것이 다음 목표다"라고 밝혔다. 베네 미트는 기본 배양육을 제조업체에 공급할 계획이며, 이들은 이를 더 개선하고 다른 재료와 혼합하여 최종 제품을 상용화할 계획이다. 크리츠 CEO는 "현재 시중의 많은 반려동물 사료는 도축 과정에서 나오는 부산물로 만들어지며, 실제 고기 함량이 매우 낮다. 우리의 제품은 고급 애완동물 사료 브랜드의 가격과 비슷할 것으로 예상한다"라고 덧붙였다. 이어서 베네 미트는 인간용 배양육 생산을 목표로 하고 있으며, 이를 위해서는 제품의 질감과 모양을 최종 다진 고기와 유사하게 조정하는 것이 중요하다. 크리츠 CEO는 "언젠가는 3D 프린터를 사용하여 배양육을 실제 스테이크처럼 보이게 할 수 있겠지만, 비용과 사업 확장 방법을 고려할 때 아직 갈 길이 멀다"라고 말했다. 배양육의 윤리·환경적 장점 베네 미트의 배양육 생산은 동물 사육과 도축이 필요하지 않다는 윤리적 이점이 있다. 또한, 생산에 필요한 에너지 소모가 적어 환경적 장점도 있다. 크리츠 CEO는 "배양육 생산이 소 사육보다 환경에 더 큰 영향을 미친다고 생각하지 않는다. 세포는 증식을 통해 스스로 열을 생산한다. 공기와 영양만 있으면 된다. 오늘날 거의 사용되지 않는 유기 원료는 배양액의 영양 공급원으로 사용할 수 있다. 그렇지 않으면 버려질 물건들이 재사용된다"라고 말했다. 체코, 배양육 개발 경쟁 가열 베네 미트가 반려동물 사료용 배양육을 생산하기 시작한 데 이어, 또 다른 체코 기업인 뮤어이(Mewery)도 돼지고기 버거 등 세 가지 배양육 프로토타입을 개발했다고 밝혔다. 뮤어이는 미세조류(Microalgiers)를 이용한 배양법을 사용하고 있다. 이 회사는 2026년에 첫 식용 배양육의 시범 판매를 시작할 계획이며, 이는 고급 육류 및 고급 야채 제품과 동일한 가격대로 제공될 것으로 예상된다. 뮤어이의 설립자인 로우먼 라오스(Roman Rouse)는 "우리는 일정량의 배양육을 생산할 수 있다는 것을 입증했으며, 앞으로 제품을 다양화하는 방법뿐만 아니라 더 많은 양을 생산하기 위한 핵심 조건도 알고 있다"라고 말했다. 이 회사는 제품 개발을 돕기 위해 미슐랭 스타 세프 등을 접촉한 것 외에도 다양한 식품 전문가를 초대하는 것을 고려하고 있다. 라오스는 배양육 산업의 성공 열쇠는 배지의 저렴한 비용이라고 말했다. 그는 "미세조수류는 일반적으로 사용 가능한 배양 방법보다 저렴한 비용으로 제품을 제공하는 데 사용할 수 있다"라고 말했다. 미국, 식용 배양육 판매 허가 첫발 미국 농무부(USDA)는 식당과 상점에 배양육을 제공하는 두 개의 스타트업을 승인했다. 캘리포니아에 본사를 둔 업사이드 푸드(Upside Foods)와 굿 미트(Good Meat)는 살아있는 닭 세포에서 배양한 닭고기를 판매할 예정이다. 이 배양육은 양조장의 발효 탱크와 유사한 대형 스테인리스 탱크에서 성장되며, 세포는 살아 있는 닭, 깃털, 수정란, 심지어 특수 유전자 은행에서도 채취할 수 있어 동물 도살이 필요 없다. 업사이드 푸드는 '롤러 병'이라 불리는 방법으로 얇은 조직을 배양하는 기술을 사용한다. 이 방법은 비용이 많이 들고, 소량의 고기를 생산하는 데 몇 시간의 노동이 필요하다. 반면, 굿 미트는 '유체 흐름 배양' 기술을 사용하여, 롤러 병 방법보다 효율적이고 대량 생산에 더 적합한 방법을 개발했다. 두 회사는 아직 구체적인 출시 일정을 발표하지 않았지만, 2023년 말까지 제품을 출시할 계획이다. 한국 배양육 시장 우리나라는 CJ제일제당, 신세계푸드, 풀무원 등이 배양육 개발에 뛰어들었다. CJ제일제당은 2024년까지 배양육 상용화를 목표로 하고 있다. CJ제일제당은 2023년 5월에 미국의 배양육 스타트업인 '비욘드 미트'와 합작법인을 설립했으며, 이를 통해 배양육 기술을 확보하고 있다. 신세계푸드는 2025년까지 배양육 햄버거를 출시할 계획으로 2022년 12월에 미국의 배양육 스타트업인 'JUST'와 파트너십을 체결했으며, 이를 통해 배양육 기술을 도입하고 있다. 풀무원은 배양육을 활용한 라면, 냉동식품 등을 개발하고 있다. 풀무원은 2022년 10월 미국의 배양육 스타트업인 '멤피스 미트(Memphis Meats)'와 업무협약을 체결했으며, 이를 통해 배양육 기술을 연구하고 있다. 배양육은 동물 사육과 도축을 필요로 하지 않기 때문에 윤리적, 환경적 이점이 있다. 또 육류 생산에 필요한 물과 에너지를 줄일 수 있다. 전 세계적으로 배양육 개발이 활발히 진행되고 있어 향후 몇 년 안에 배양육이 대중에게 보급될 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2023-12-06
자작나무 잎에서 나노입자 추출…지속가능한 반도체 소재 개발

스웨덴 과학자들이 자연 재료로 만든 나노입자를 이용하여 유기 반도체 물질을 개발하는데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 테크놀러지 네트웍스는 지난 11월 29일(현지시간) 압력으로 조리된 잎으로 만든 나노입자는 유기 반도체에 사용되는 희귀 원소를 대체할 수 있다며 자작나무 잎에서 나노입자를 추출했다고 보도했다. 이 연구는 덴마크와 중국의 연구자들과의 협업을 통해 진행됐다. 연구진은 고압 가열 방식을 통해 식물 생체질을 나노 크기의 탄소 입자, 즉 탄소 양자점으로 전환하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 '그린 케미스트리(Green Chemistry)' 저널에 게재됐다. 이번 연구 결과는 유기 전자 제품 분야에서 획기적인 발전으로 기대된다. 이 매체에 따르면 스웨덴 우메아(Umeå) 대학의 물리학자들이 중국과 덴마크의 연구원들과 협력하여 식물 생물질을 나노 크기의 탄소 입자, 이른바 '탄소 양자점'으로 분해하는 새로운 압력 조리 방법을 개발했다. 이 탄소 양자점은 유기 전자 제품에 사용되는 유기 반도체 물질의 일부 희귀 원소를 대체할 수 있을 만큼 좋은 광학 특성을 가지고 있다. 연구원들은 또한 자작 나무잎에서 유래한 탄소 양자점을 사용하여 생물 기반 반도체 물질을 생산하는 데 성공했다고 보고했다. 유기 반도체의 지속가능성 유기 반도체는 전자 장치에 있어 가장 중요한 기능성 재료 중 하나로, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)에서 주목받고 있다. 광전자 분야에서 이러한 반도체는 초박형 밝은 텔레비전과 휴대 전화 화면에 사용되는 유기 발광 다이오드(OLED)를 전원 공급하는 데 가장 유명하다. 그러나 유기 반도체 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 큰 문제가 발생한다. 대부분의 유기 반도체는 대부분 지속 가능하지 않은 원료인 석유 화학 물질과 플래티넘, 인듐, 인과 같은 희귀 원소를 사용하여 제조된다. 이러한 소위 '핵심 원료'는 환경에 특히 좋지 않다는 점에서 문제가 있다. 반도체 산업의 지속가능성을 높이기 위해 연구원들은 이러한 핵심 원료를 대체할 수 있는 대체 원료를 조사하기 시작했다. 우메아 대학 물리학과 연구원 지아 왕(Jia Wang) 박사는 "우리 연구의 핵심은 인근 재생 가능 자원을 활용하여 유기 반도체 물질을 생산하는 것이다"라고 말했다. 새로운 연구에서 왕 박사와 그녀의 동료들은 생물 기반 탄소 양자점을 유일한 원료로 사용하는 반도체의 성공적인 생성을 보고했다. 자작나무 잎에서 양자 물질까지 이 새로운 반도체의 합성은 매우 간단하다. 우메아 대학 캠퍼스에서 자라는 자작나무에서 잎을 딴 후, 연구원들은 에탄올 용액을 사용하여 용매열 반응 과정을 통해 잎을 효과적으로 압력 조리했다. 이 용액을 건조하고 추출하면 크기가 약 2나노미터인 탄소 나노 물질로 구성된 양자점인 '탄소 양자점'이 생성된다. 신선한 에탄올 용액에 용해되면 탄소 양자점은 좁은 밴드의 깊은 붉은 빛을 방출한다. 연구원들은 탄소 양자점을 사용하여 새로운 발광 전기 화학 장치를 제조할 수 있었으며, 최대 100 坎델라/제곱미터(cd/m2)의 밝기를 생성할 수 있다. 이것은 일반 컴퓨터 화면에서 발산되는 광량과 동일하다. 왕 박사는 "우리의 방법은 자작 나무잎에 국한되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다"라고 덧붙였다. 그는 "우리는 동일한 압력 조리 방법으로 다른 식물 잎을 테스트했으며 모두 유사한 빨간색 방출 탄소 양자점을 생성했다. 이러한 다양성은 이 변환 과정이 다른 위치에서 사용될 수 있음을 시사한다"고 말했다. 상업용 양자점과는 달리, 새롭게 개발된 바이오 기반 탄소점은 석유화학 화합물, 중금속, 또는 중요한 원재료를 포함하지 않는다. 왕 박사는 이러한 바이오매스 기반 탄소점이 고갈되는 석유 화합물 대신 유기 반도체의 원료로 사용될 수 있음을 시사한다고 말했다. 연구팀은 이 바이오 기반 탄소점이 발광 소자를 넘어 다양한 분야에서 응용될 수 있다고 기대했다. 왕 박사는 "이 카본닷은 바이오 이미징, 센싱, 위조 방지 등 여러 응용 분야에서 유망한 소재다. 우리는 이러한 지속 가능하고 발광성 있는 탄소점의 새롭고 흥미로운 용도를 탐구하기 위해 협력을 기대하고 있다'라고 말했다.
- IT/바이오
2023-12-01
런던-뉴욕 80분, 초음속 비행 미래 이끄는 하이퍼 스팅

런던에서 뉴욕까지 단 80분 만에 비행할 수 있는 미래형 초음속 제트기 하이퍼 스팅(Hyper Sting)이 주목받고 있다고 자동차·비행 전문 매체 슈퍼카블론디(SupercarBlondie)가 보도했다. 최근 디자인이 공개된 하이퍼 스팅은 항공기 디자이너 오스카 비냘스(Oscar Viñals)가 설계한 것으로, 당초 2020년대 중반에 첫 비행을 목표로 했다. 하이퍼 스팅은 마하 5.5의 속도를 낼 수 있다. 이는 현재 운용 중인 초음속 여객기인 보잉 콩코드의 속도인 마하 2.0의 약 2.75배에 달하는 수치로, 대서양 횡단 비행 시간을 5배 단축시킬 수 있는 수준이다. 하이퍼 스팅은 내부 디자인도 혁신적이다. 170명의 승객을 태울 수 있는 하이퍼 스팅의 내부는 100m(328피트)로 콩코드보다 30m(100피트) 더 길어 승객들에게 더 많은 공간과 편안함을 제공할 것으로 기대된다. 또한 콩코드의 약 25.9m(85피트)에 비해 날개가 약 51.5m(169피트) 더 넓다. 하이퍼 스팅의 핵심 기술은 핵 추진이다. 하이퍼 스팅은 저온 핵융합로를 통해 동력을 얻을 것으로 예상된다. 핵융합은 두 개의 원자핵이 합쳐져 더 큰 원자핵이 되는 핵반응이다. 이 반응은 태양에서 일어나는 에너지의 원천으로, 화석 연료를 사용하는 방식에 비해 효율적이고 친환경적이라는 장점이 있다. 하이퍼 스팅에 탑재될 핵융합로는 두 개의 램제트 엔진을 구동하기에 충분한 출력을 제공할 것으로 예상된다. 램제트 엔진은 고속으로 비행하는 항공기에 사용되는 엔진으로, 공기의 압축과 가열을 통해 추진력을 얻는다. 하이퍼 스팅의 상용화는 새로운 항공 산업 생태계를 조성할 것으로 기대된다. 하이퍼 스팅은 기존의 초음속 여객기보다 훨씬 더 복잡한 기술이 필요하며, 이를 개발하고 유지하기 위해서는 새로운 기술과 인력이 필요할 것이다. 미래형 초음속 제트기 하이퍼 스팅은 아직 개발 초기 단계에 있지만, 초음속 비행의 잠재력을 최대한 활용하고자 하는 혁신적인 프로젝트로, 성공적으로 개발된다면 항공 여행의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
- 산업
2023-11-26
호주 기업, 수소 없이도 700°C 열과 전기 생산 기술 특허

기업 활동 중 발생하는 이산화탄소를 최소화하고, 불가피하게 발생하는 이산화탄소에 대해서는 탄소 배출권을 구매하여 실질적인 탄소 배출량을 '0'으로 만드는 '탄소제로' 전략이 주목받고 있다. 이제는 석유 자원이 풍부한 국가들도 이러한 탄소제로 움직임에 동참하며 청정에너지 개발에 적극적으로 나서고 있다. 미국의 경제 전문 매체 포브스는 텍사스주가 세계에서 두 번째로 석유 자원이 풍부함에도 불구하고 호주로부터 수소열 에너지를 도입하려는 배경을 최근 분석했다. 포브스에 따르면, 텍사스주는 기존의 석유나 천연가스 대신 탄소 배출이 적은 청정 에너지 소스에 주목하고 있다. 특히 수소는 청정 에너지로 분류되며, 자동차 엔진에서 연소되거나 전기로 변환될 때 탄소를 배출하지 않는다. 하지만, 높은 온도에서는 산화질소나 질소산화물을 방출할 수 있다. 수소의 생산 방식에 따라 그 환경적 영향이 달라질 수 있다. 메탄을 사용해 제조되는 청색 수소는 비용이 저렴하지만 환경적으로 깨끗하다고 볼 수 없다. 반면, 물을 전기분해하여 만드는 녹색 수소는 비용이 더 들지만 환경에 더 친화적이다. 호주 기업, 뉴멕시코주에 신규 공장 건설 뉴멕시코주는 연소 과정 없이 수소를 열 에너지로 전환하는 새로운 기술을 보유하고 있어, 호주로부터의 수소 도입을 통해 이를 열 에너지로 변환하고자 한다. 이 기술은 중공업에서 바로 사용하거나 거의 모든 전기 응용 분야에서 전기로 변환할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 특히, 연소 과정이 없다는 점은 석탄을 태워 열을 생성하고 전기를 생산하는 전통적인 발전소의 복잡한 기계적 단계를 건너뛸 수 있음을 의미한다. 이러한 접근은 나쁜 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 방법으로, 환경 보호와 지속 가능한 에너지 사용을 위한 중요한 전략 중 하나이다. 호주에 본사를 둔 스타 사이언티픽(Star Scientific)은 2024년 뉴멕시코주 앨버커키에서 새로운 공장 건설을 시작할 계획이라고 발표했다. 이 프로젝트에는 약 1억 달러(약 1297억원)가 투자될 예정이며, 공장은 최대 50에이커 규모의 부지에 10개의 건물로 구성될 예정이다. 이 공장은 연구부터 관리까지 다양한 부서를 아우르며 약 200명의 직원을 고용할 것으로 기대된다. 이번 투자는 뉴멕시코주의 미셸 루잔-그리샴(Michelle Lujan-Grisham) 주지사와 스타 사이언티픽의 글로벌 그룹 회장인 앤드류 호바스(Andrew Horvath)가 지난달 시드니에서 만난 자리에서 발표됐다. 실험 시연서 713°C까지 치솟아 이 회사는 핵융합 연구 중에 흥미로운 발견을 했다. 수소 가스와 산소 가스가 결합하여 물을 형성하도록 촉진하는 동시에 반응에서 상당한 양의 열을 방출하는 새로운 촉매를 발견했다. 이 과정은 물리학이 아닌 화학 반응에 속하며, 두 개의 수소 원자가 헬륨으로 융합되어 핵 에너지를 방출하는 과정과 유사하다. 이러한 원리는 수소 폭탄의 작동 원리를 연상시킨다. 실험실에서 수행된 시연에서는 수소와 산소 유입 파이프를 사용했다. 이 실험에서 온도는 단 몇 분 만에 713°C까지 급상승했으며, 촉매가 뜨거워지며 주황색으로 변하는 현상이 관찰됐다. 이러한 높은 온도는 연소 과정 없이도 일부 산업 공정에 필요한 열을 제공할 수 있어 공정을 단순화하는 데 기여할 수 있다. 이 촉매는 회사의 비밀로 유지되고 있으며, 이미 특허를 받았다. 이 과정은 '헤로(HERO, Hydrogen Energy Release Optimiser)'라고 명명되었으며, 이는 '수소 에너지 방출 최적화'라는 의미를 담고 있다. 이 새로운 기술을 사용하면 집과 사무실의 난방에 최대 700°C까지 필요한 온도를 조절할 수 있다. 또한, 이 과정을 통해 물을 가열하여 증기를 만들고, 그 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산할 수도 있다. 이러한 과정은 석탄 화력 발전소에서 일어나는 과정과 유사하지만, 석탄 연소로 인한 무거운 탄소 배출이 없다는 점에서 차이가 있다. 스타 사이언티픽에 따르면, 기존 발전소에서 석탄 연소 보일러를 이들의 HERO 공정으로 교체하면 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다. 만약 유입되는 수소가 그린수소라면, 전 과정에서 탄소 배출이 전혀 발생하지 않는다. 하지만, 물을 수소와 산소로 전기분해하는 과정은 상당한 에너지를 소모하는 비효율적인 방법일 수 있다. 청색 수소를 사용하는 경우, HERO의 전체 수명에 대한 이점은 명확하지 않다. 이는 청색 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소가 탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 시스템에서 제거되어야 하기 때문이다. 이러한 점들을 고려할 때, HERO 기술의 환경적 이점은 사용되는 수소의 종류에 크게 의존한다고 볼 수 있다. HERO, 수소 연료전지와 장점 공유돼야 수소 연료 전지는 양극과 음극을 갖추고 있으며, 배터리의 작동 원리와 유사한 방식으로 전기를 생산한다. 이 시스템은 고가의 백금 촉매를 사용하는 것이 일반적이다. 연료 전지는 전기와 열을 동시에 생산하지만, 대부분의 경우 열은 크게 활용되지 않는다. HERO는 특히 전력 공급이 작은 것으로 알려진 부문(약 9%)에서 이점을 가져야 한다. 리스타드 에너지(Rystad Energy)의 분석에 따르면, 산업 연소라 불리는 분야(15%)는 전기화를 통해 해결할 수 있으며, 이는 배터리를 사용하는 것이 가능하다. 연료 전지와 HERO는 이러한 분야에서 기회를 포착해야 한다. 연료 전지의 에너지 변환 효율은 약 65%로, 석탄 화력 발전소의 34%와 비교했을 때 상대적으로 높은 편이다. HERO의 효율성은 특정 애플리케이션에서 매우 중요하며, 성능, 비용과 내구성이 입증되면, 운송, 상업 및 주거용 건물의 난방, 가역 그리드 시스템 등 다양한 분야에서 전력이나 열을 공급하는 데 유용하게 사용될 수 있다. 스타 사이언티픽은 HERO에 대해 매우 낙관적이며, 이 기술이 시멘트 공장과 같은 산업 공정에서 필요한 열을 충분히 발생시킬 수 있으며, 장거리 운송이나 화석 연료를 사용하는 중공업 공정과 같이 탈탄소화하기 어려운 부문에서도 유용하게 적용될 수 있다고 강조하고 있다. 이는 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있는 혁신으로 평가받고 있다. 뉴멕시코주 주지사 사무실에 따르면 호주의 스타 사이언티픽은 올해 뉴멕시코주에 성공적으로 유치된 싱가포르, 대만, 독일 기업들에 이어 가장 최근에 합류한 국제 기업이다. 제임스 케네이(James Kenney) 뉴멕시코 환경부 장관은 “회사는 수소에 대한 주지사의 낙관적인 접근 방식과 기후 변화 대응에 대한 우리 주의 낙관적인 접근 방식에 매료됐다“고 말했다. 바이오테크, 혁신적인 수소 생산 스타 사이언티픽은 뉴멕시코주에 기반을 둔 수소를 생산하고 판매하는 바이오테크(BayoTech)의 혁신적인 방식에 깊은 인상을 받은 것으로 전해졌다. 바이오테크는 화학 공장 및 정유소에 수소를 공급하는 기존의 대규모 중앙 집중식 공장들보다 더 저렴하고 탄소 배출량이 적은 수소를 생산한다. 이 회사는 깨끗한 천연가스 또는 바이오메탄 소스를 원료로 사용하여 수소를 제조하고 있다. 바이오테크는 지난 11월 2일 미주리주 웬츠빌에 새 수소 허브를 완공했다고 밝혔다. 이 허브는 연간 350톤의 수소를 생산할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 이 수소는 연료전지와 산업 공정에 사용될 예정이다. 또 바이오테크는 니콜라(Nikola) 수소 연료 전지로 구동되는 전기 세미 트럭과 뉴 플라이어(New Flyer) 연료전지 버스를 시연했다. 아울러 니콜라와의 파트너십을 통해 니콜라 연료전지 트럭 50대를 구매할 계획을 발표했다. 이러한 발전은 수소 에너지와 관련된 기술의 발전뿐만 아니라, 수소 기반 교통 수단의 상업적 활용 가능성을 더욱 확장시키는 중요한 진전을 나타낸다. 바이오테크의 이번 발표와 계획은 미래의 친환경 교통 수단에 대한 투자와 연구의 중요성을 강조하며, 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 지역 사회와 산업계의 관심을 끌고 있다.
- 산업
2023-11-21
고에너지 레이저로 3D 프린팅 금속 미세 조정 기술 개발

고에너지 레이저로 3D 프린팅 금속을 미세조정하는 기술이 개발됐다. 금속 3D 프린터는 기본적으로 재료를 층층이 쌓아 올리는 일반적인 3D 프린터의 원리를 따른다. 이 과정에서 금속 분말(파우더)을 프린터 바닥에 얇게 펴 바르고, 제품의 형상에 맞게 해당 금속 분말 부위에 고출력, 고정밀 레이저를 적용한다. 레이저의 고열에 의해 금속 파우더가 미세 용융되면서 입자들이 결합한다. 이러한 과정에서 레이저로 금속을 미세 조정하는 기술이 최근 개발되어 주목 받고 있다. 미국 과학 전문 매체 뉴아틀라스(newatlas)는 영국 케임브리지 대학교가 주도하는 연구팀이 고에너지 레이저를 사용해 금속의 복잡한 형태를 손상시키지 않으면서 3D 프린팅 금속의 특성을 미세 조정하는 새로운 기술을 개발했다고 보도했다. 적층 인쇄나 3D 프린팅은 엔지니어링과 제조 분야에서 점점 더 중요한 도구로 자리 잡고 있지만, 여전히 해결해야 할 중요한 단점들이 있다. 이를 극복하기 위한 새로운 접근 방식이 필요하다. 3D 프린팅 금속은 일반적으로 금속 합금의 미세한 분말을 얇은 층으로 놓는 기계를 사용한다. 이 과정에서 디지털 모델에 따라 레이저 또는 전자빔으로 각 층을 녹이거나 소결(분말 입자들이 가열 등의 활성화 과정을 거쳐 하나의 덩어리로 되는 과정)하고, 새로운 층을 추가한다. 프린팅이 완료된 후에는 여분의 파우더를 제거하고 최종 제품을 완성한다. 이 방식을 통해 복잡한 형태를 빠르게 제작할 수 있지만, 금속 제품 제작에는 형태 외에도 고려해야 할 요소가 많다. 금속의 물리적, 화학적, 기계적 특성 간의 복잡한 상호작용이 중요한데, 이를 적절히 제어하지 못하면 최종 제품의 품질이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 3D 프린팅으로 제작한 칼은 전통적인 방식으로는 어려운 복잡한 곡선과 정교한 디자인을 구현할 수 있지만, 금속 자체의 특성을 고려하지 않으면 칼날이 쉽게 부러지거나 너무 부드러워질 수 있다. 이는 3D 프린팅의 복잡한 형태 제작에서 해결해야 할 주요 과제다. 금속 작업자들은 수천 년의 경험과 최근 과학의 발전을 바탕으로 금속의 특성을 효과적으로 제어할 수 있는 검증된 기술을 개발해왔다. 금속 가공의 과정에는 금속을 가열하고 두드려 그 결정 구조를 변화시키는 작업이 포함된다. 가열, 냉각, 단조(고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 압력을 가하는 기계적인 방법으로 일정한 모양으로 만드는 조작) 과정을 통해 조절함으로써, 금속 조각은 메스에서 I빔(I-Beams)에 이르기까지 다양한 용도에 적합한 구조로 미세 조정될 수 있다. 그러나 이러한 방식은 단순한 모양의 금속 물체에는 적용될 수 있지만, 복잡한 3D 프린팅된 형태에는 적용하기 어렵다. 용광로에 넣거나 망치로 두드리는 방법은 3D 프린팅의 목적에 부합하지 않기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해 싱가포르, 스위스, 핀란드, 호주의 연구원들로 구성된 케임브리지 대학 팀은 현장에서 금속의 특성을 변경하기 위해 레이저를 사용하는 방법을 적용하기로 했다. 이 아이디어의 핵심은 레이저를 사용해 스테인리스 스틸로 만들어진 완성된 물체의 특정 부분을 선택적으로 녹여 결정 구조를 변경하는 것이다. 이 방식을 통해 연구팀은 3D 인쇄된 금속의 취성(매우 적은 변경에도 파괴되는 경우, 이를 '깨지기 쉽다'고 하고 그 정도를 '취성'이라고 함) 문제를 해결하고 금속을 강화하는 데 성공했다. 레이저를 사용한 이러한 미세한 재가열 과정은 전통 금속 가공에서 망치로 쇠를 단련하는 것과 유사하다. 연구팀은 금속을 연마하는 전통적인 기술에 착안하여 3D 프린팅에서 유사한 결과를 얻기로 했다. 예를 들어, 고품질의 칼날을 만드는 전통적인 방법 중 하나는 강철과 철을 사용해 여러 번 용접하고 두드리는 것이다. 이 과정에서 두 금속이 정밀하게 층을 이루며 칼날이 형성된다. 이러한 방법을 통해 칼 대장장이는 칼날 전체의 특성뿐만 아니라 특정 부분의 특성도 제어할 수 있으며, 결과적으로 칼날의 중앙은 유연하고, 가장자리는 날카롭게 유지된다. 케임브리지 대학 연구팀은 레이저로 처리한 부위와 처리하지 않은 부위를 번갈아 가며 대장장이가 구사한 것과 흡사한 기술을 개발했다. 이 기법을 통해 그들은 제품의 최종 속성을 효과적으로 제어할 수 있었다. 케임브리지 공학부의 마테오 세이타(Matteo Seita) 박사는 "이 방법이 금속 3D 프린팅 비용을 줄이고, 결과적으로 금속 제조 산업의 지속 가능성을 향상시킬 수 있다고 생각한다"며 "가까운 미래에 용광로의 저온 처리 과정을 우회하여, 3D 프린팅 부품을 엔지니어링 분야에 사용하기 전에 필요한 단계를 더욱 줄일 수 있기를 바란다"고 말했다. 한편, 최근 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍, Caltech) 연구팀은 독감 바이러스만큼 작은 금속재료로 3D 프린팅에 성공했다. 칼텍의 제조 방법에 따르면 150나노미터(독감 바이러스와 비슷한 크기)의 작은 금속재료를 비슷한 크기의 기존 재료보다 3~5배 더 견고하게 만들 수 있다. 또한 한국의 한국재료연구원은 용접기법을 사용하는 3D 프린팅 과정에서 용융금속의 부피를 제어하는 원천기술을 개발했다. 이를 통해 3차원 공간에서 금속을 자유롭고 연속적으로 프린팅할 수 있는 금속 3D 프린팅 펜 기술을 개발했다. 금속 3D 프린팅 펜 기술의 장점은 3차원 공간에서 용접토치가 움직이는 방향대로 금속을 연속적으로 적층 제조할 수 있다는 것이다. 기존 레이저 기반 금속 3D 프린팅과 비교할 때, 장비 구축 비용이 낮고 상용 용접재료를 사용해 빠르게 적층제조 할 수 있다. 또한 제조시간이 단축되고, 층간 경계가 없으며, 치밀한 미세조직을 형성해 우수한 기계적 성질을 갖는 제품을 만들 수 있다.
- 산업
2023-11-16
일본, 세계 최대 핵융합로 'JT-60SA' 첫 플라즈마 발생 성공

일본이 최근 핵융합 연구의 새로운 이정표를 세웠다. 초전도 자석을 활용해 도넛 모양의 챔버 내에 고온의 플라즈마를 안정적으로 유지하는 새로운 핵융합로 'JT-60SA'가 성공적으로 가동 됐다. 일본의 새 핵융합로 'JT-60SA'는 세계 최대 규모의 융합로로, 프랑스에서 진행중인 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트의 연구를 지원하는 것을 목적으로 한다. 에너지 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 15년이 넘는 건설 기간과 테스트를 거친 JT-60SA가 지난 2023년 10월 26일, 첫 플라즈마 발생에 성공했다. 플라즈마는 기체가 초고온 상태로 가열되어 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태를 말한다. JT-60SA는 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)가 개발한 핵융합로로, 섭씨 2억도까지 가열된 플라즈마를 약 100초 동안 유지할 수 있었다. 이는 이전의 핵융합로에 비해 상당한 개선으로, 핵융합 반응을 일으키기 위한 충분한 온도와 지속 시간을 달성할 수 있는 가능성을 보여준다. 에너지 핵융합 프로젝트 매니저 샘 데이비스는 "이 기계가 기본적인 기능을 성공적으로 수행했다는 것을 전 세계에 증명한 것"이라고 평가했다. 이 프로젝트는 유럽연합(EU) 기관과 일본 국립 양자과학기술연구소(QST) 간의 협력을 바탕으로 진행되었으며, JT-60SA 및 관련 프로그램을 통해 양 기관은 지속적인 연구 협력을 이어갈 예정이다. 핵융합 작동 방식 핵융합은 태양이 에너지를 만드는 원리와 유사한 방식으로 에너지를 생성한다. 이 과정에서 두 개의 수소 원자핵이 융합해 헬륨 원자핵을 형성하며, 이때 질량의 일부가 에너지로 전환된다. 이 방법은 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에 비해 훨씬 더 청정하고 지속 가능한 대안으로 여겨진다. 핵융합 반응에서는 두 원자핵이 결합하여 더 큰 원자핵을 만들며, 이 과정에서 발생하는 질량 손실이 상당한 에너지를 방출한다. 태양의 중심에서는 핵융합을 통해 수소 원자핵이 헬륨 원자핵으로 변환되며, 이때 방출되는 에너지가 태양의 빛과 열의 원천이 된다. 지구에서도 핵융합을 통해 에너지를 생산할 수 있다. 핵융합로에서는 수소와 중수소를 주입해 융합 반응을 일으키고, 이 과정에서 방출되는 에너지를 전기로 변환해 사용한다. 이를 통해 얻어진 에너지는 청정하고 지속 가능한 에너지원으로, 환경에 미치는 영향이 적은 특징을 가지고 있다. 희귀 동위원소 중수소 사용 연기 JT-60SA는 토카막(Tokamak)이라는 형태의 핵융합로다. 토카막은 핵융합 연구에서 일반적으로 사용되는 디자인으로 도넛 모양의 초전도 자석을 사용하여 플라즈마를 가두는 방식이다. JT-60SA의 첫 번째 플라즈마 실험에서는 희귀 동위원소인 중수소 대신 수소를 사용했다. 중수소는 핵융합 반응을 일으키는 데 더 효율적이지만, 희귀하고 비용이 많이 들기 때문에 충분한 양을 확보하기가 어렵다. QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 중수소 사용의 기대 효과 중수소 사용 실험에서 예상되는 주요 효과는 다음과 같다. 첫째, 중수소는 일반 수소에 비해 핵융합 반응을 더 효율적으로 일으키기 때문에, 중수소를 사용할 경우 핵융합로에서 생성되는 에너지의 양이 증가할 수 있다. 이는 핵융합 반응의 전반적인 효율성을 향상시킬 것이다. 둘째, 중수소는 안정적인 핵 구조를 가지고 있어 핵융합로의 안정성 평가에 기여할 수 있다. 셋째, 중수소를 사용하면 일반 수소에 비해 적은 양으로도 핵융합 반응을 유도할 수 있으므로, 핵융합로의 크기와 운영 비용을 줄일 수 있다. /이러한 특성 덕분에 중수소 사용은 핵융합 기술 발전에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다./킬 일본 QST의 향후 계획 QST는 2024년 말부터 중수소를 사용한 플라즈마 실험을 시작할 계획으로 중수소 사용 실험을 통해 핵융합 반응의 효율성을 높이고, 핵융합로의 안정성을 평가할 예정이다. 일본의 국립 양자과학기술연구소(QST)는 2024년 말부터 중수소를 활용한 플라즈마 실험을 시작할 계획이다. 이 실험을 통해 QST는 핵융합 반응의 효율성을 향상시키고 핵융합로의 안정성을 평가하려고 한다. 더 나아가, QST는 중수소 사용 실험을 통해 2030년까지 핵융합로에서 전력 생산에 필요한 핵심 기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 연구와 개발 작업은 핵융합 에너지의 상용화를 향한 중요한 단계로, 장기적으로는 지속 가능하고 청정한 에너지원의 확보에 기여할 것으로 기대된다. 일본은 2050년까지 핵융합 에너지 상용화를 목표로 하고 있다. JT-60SA의 성공적인 가동은 이러한 목표 달성에 중요한 기여를 할 것으로 보인다. JT-60SA 성공의 의의 JT-60SA의 성공은 핵융합 에너지의 실현에 한 걸음 더 가까워졌다는 것을 의미한다. JT-60SA는 프랑스에서 건설중인 국제핵융합실험로(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트를 지원하기 위해 개발됐다. ITER는 핵융합 에너지의 상용화를 목표로 하는 국제 협력 프로젝트다. 주요 참여 국가로는 유럽연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 대한민국, 인도 등이 있으며, 이들 국가들이 자원, 기술, 재정을 공동으로 제공한다. JT-60SA의 데이터는 ITER의 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. ITER의 성공적인 가동은 지구에서 핵융합 에너지를 실용적인 에너지원으로 만드는 데 기여할 것으로 전망된다.
- 산업
2023-11-13
MIT, 태양광 발전으로 수소 효율성 향상

수소를 공해 없이 보다 효율적으로 생산할 새로운 방법이 연구되고 있다. 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들은 태양열을 이용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다고 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'가 보도했다. 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 수소 생산에 태양열을 최대 40%까지 활용할 수 있다. '솔라 에너지 저널(Solar Energy Journal)'에 게재된 이 신기술은 태양열을 활용해 물을 분해하고, 그 과정에서 나온 수소를 청정 연료로 사용할 수 있는 시스템이다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. 현재 대부분의 수소 생산 방법은 천연가스나 다른 화석 연료를 사용하는데, 이는 환경에 해를 끼치는 '회색' 에너지원에 가깝다. 그러나 태양열화학수소는 오로지 재생 가능한 태양 에너지만을 사용하여 수소를 생산하므로, 환경에 해롭지 않다. 기존의 태양열화학수소 시스템은 태양광의 약 7%만 수소 생산에 활용할 수 있었고, 이로 인해 효율이 낮고 비용이 높았다는 단점이 있었다. MIT 연구팀은 새로운 설계 방법을 도입하여 태양열의 최대 40%를 수소 생산에 활용할 수 있도록 개선시켰다. 이번 연구를 주도한 아흐메드 고니엠(Ahmed Ghoniem) 교수는 "미래의 주요 연료인 수소를 저렴하게 대량 생산할 방법을 찾아야 한다"고 말했다. 그는 "2030년까지 킬로그램당 1달러로 수소를 생산하는 것이 목표다. 경제성을 개선하려면 효율성을 높이고 수집한 태양 에너지의 대부분을 수소 생산에 활용해야 한다"고 덧붙였다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 여러 거울을 이용해 태양광을 한 곳에 모아 열을 생성한다. 이렇게 모아진 열은 수소를 생산하는데 사용된다. 이 시스템의 핵심은 2단계의 열화학 반응 과정이다. 첫번째 단계에서는 금속이 증기 형태의 물에 노출되며, 이 금속은 증기에서 산소를 제거하고 수소를 추출한다. 이 과정은 '산화'라고 하며, 물과 반응하여 금속이 산화되는 것과 유사하지만, 이 과정은 훨씬 빠르게 진행된다. 수소가 한 번 분리되고 나면, 산화된 금속은 진공 상태에서 재가열되어 원래 상태로 복원된다. 이 과정에서 금속은 산소를 잃게 되고, 다시 물 증기와 반응하여 추가적인 수소를 생산하게 된다. 이러한 과정을 수없이 반복해 수소를 생산하는 것이다. 이 시스템의 구조는 원형 트랙을 따라 달리는 상자 모양의 원자로 열차와 비슷하게 구성되어 있다. 이 원형 트랙은 태양열을 집중하는 CSP 타워 주변에 배치되어 있으며, 각 원자로는 높은 온도에서 산소를 제거하고, 증기와 반응하여 수소를 생산하는 산화환원 과정을 거친다. 원자로는 먼저 아주 뜨거운 스테이션을 통과하며, 금속은 최대 1500도의 태양열에 노출된다. 이 때 금속은 고온에서 산소를 빠르게 잃고, 이후 약 1000도 정도의 스테이션으로 이동해 증기와 반응하여 수소를 생산한다. 그러나, 이 시스템은 반응기가 냉각되는 과정에서 발생하는 열을 어떻게 효과적으로 관리하고 재활용할 것인지에 대한 과제를 안고 있다. 열 재활용 없이는 시스템의 전체 효율성이 떨어져 실제로 사용하기 어렵게 된다. 또 다른 과제는 금속을 녹을 제거할 수 있도록 에너지 효율적인 진공 상태를 유지하는 것이다. 초기 프로토타입에서는 기계식 펌프를 이용하여 진공을 생성했으나, 이 방법은 대량의 수소를 생산할 때 에너지 소비가 많고 비용이 높았다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 시스템 내에서 발생하는 열을 대부분 회수하는 방안을 마련했다. 원형 트랙의 원자로는 열을 상호 교환할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 뜨거운 반응기는 냉각되고, 차가운 반응기는 가열되어 시스템 내의 열을 보존한다. 또한, 연구팀은 에너지 소비를 줄이기 위해 첫번째 원자로 열차 주위를 돌면서 반대 방향으로 움직이는 두 번째 원자로 세트를 추가 설치했다. 이 새로운 궤도의 원자로는 보다 낮은 온도에서 작동하며, 기계식 펌프의 도움 없이도 내부 궤도의 높은 온도에서 발생하는 산소를 제거하는 데 사용된다. 외부 반응기는 에너지 집약적인 진공 펌프 없이도 내부 반응기에서 산소를 흡수하여 금속의 원래 상태로 복원하는 데 효과적이다. 두 세트의 반응기는 연속적으로 운영되어, 순수한 수소와 산소를 분리하여 생성한다. 연구팀은 이러한 개념 설계에 대해 상세한 시뮬레이션을 수행했고, 그 결과 태양열을 이용한 열화학 수소 생산 효율이 이전의 7%에서 40%로 크게 향상될 수 있었다. 고니엠 교수는 "시스템의 에너지 효율을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 우리는 모든 에너지 소스와 그 활용 방법을 고려해야 한다"며, "이 새로운 설계를 통해 태양에서 발생하는 열의 대부분을 활용할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 태양열의 40%를 수소 생산에 활용할 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 내년에 에너지부 연구소의 집중형 태양광 발전 시설에서 테스트할 프로토타입 시스템을 구축할 계획이다. 한편, 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 연구팀은 합성된 친환경 양자점을 광전기화학 소자에 적용하여 태양광 에너지의 전 영역을 효율적으로 이용, 수소를 생산할 수 있었다. 이 연구 결과는 '카본 에너지'라는 학술지에 게재됐다.
- 산업
2023-10-27