금속 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-25 (월)

검색

[신소재 신기술(59)] 질화갈륨-마그네슘 초격자, 새로운 합성법으로 탄생

과학자들이 질화갈륨(GaN)과 금속 마그네슘(Mg)을 가열해서 초격자가 형성되는 것을 발견했다. 일본 나고야 대학 연구팀은 질화갈륨과 마그네숨 간의 열 반응을 통해 톡특한 조격자 구조가 형성되는 것을 실험 과정 중에 우연히 발견했다고 PHYS가 보도했다. 이는 벌크 반도체에 2차원 금속층이 삽입되는 현상이 최초로 확인된 사례이다. 초격자는 인공적으로 만들어진 주기적인 구조를 가진 물질로, 고성능 트랜지스터, 레이저 다이오드, 광검출기 등 다양한 분야에 활용된다. 연구팀은 최첨단 분석 기술을 통해 물질을 정밀하게 관찰해 반도체 도핑 및 탄성 변형 공학에 대한 새로운 통찰력을 얻었으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 질화갈륨(GaN)은 높은 전력 밀도와 빠른 작동 주파수를 요구하는 분야에서 기존 실리콘 반도체를 대체할 것으로 기대되는 광대역 갭 반도체 물질이다. GaN의 이러한 특징은 LED레이저 다이오드, 전력 전자 장치(전기 자동차 및 고속 충전기의 핵심 부품 포함) 등 다양한 분야에서 활용 가치가 높다. GaN 기반 장치의 성능 향상은 에너지 절약 사회 실현과 탄소 중립 미래를 실현하는 데 기여할 수 있다. 반도체에는 p형 및 n형이라는 두 가지 필수적이고 상호 보완적인 전기 전도 유형이 존재한다. p형 반도체는 주로 양전하를 운반하는 자유 캐리어인 정공을 특징으로 하며, n형 반도체는 자유 전자를 통해 전기를 전도한다. 반도체는 도핑이라는 과정을 통해 p형 또는 n형 전도성을 획득한다. 도핑은 순수 반도체 물질에 특정 불순물(도펀트)을 의도적으로 도입하여 전기적 및 광학적 특성을 크게 변화시키는 것을 의미한다. GaN 반도체 분야에서 p형 전도성을 생성하는 것으로 알려진 유일한 원소는 Mg이다. 그러나 Mg 도핑의 성공 이후 35년이나 지났음에도 불구하고, GaN에서 Mg 도핑의 전체 메커니즘, 특히 Mg의 용해도 한계 및 분리 거동은 여전히 명확하지 않다. 이러한 불확실성은 광전자 및 전자 분야에서의 최적화를 제한한다. 이 연구의 제1 저자인 지아 왕과 그의 동료들은 p형 GaN의 전도도를 개선하기 위해 GaN 웨이퍼에 증착된 금속 Mg 박막을 패턴화하고 고온에서 가열하는 어닐링이라는 기존 공정을 수행하는 실험을 진행했다. '어닐링(Annealing)'은 금속이나 유리 등의 재료를 가열한 후 천천히 식혀 내부 응집력을 제거하고 재료의 성질을 변화시키는 열처리 과정을 말한다. 금속을 가열하고 천천히 식히면 재료의 결정 구조를 변화시켜 강도, 경도, 내식성 등의 특징을 개선할 수 있다. 왕 연구원은 "GaN은 이온 결합과 공유 결합이 혼합된 광대역 갭 반도체이고 Mg는 금속 결합을 특징으로 하는 금속이지만, 이 두 이질적인 물질은 동일한 결정 구조를 가지고 있으며 육각형 GaN과 육각형 Mg의 격자 차이가 무시할 정도로 적다는 것은 놀랍도록 자연스러운 우연"이라고 말했다. 이어 "우리는 GaN과 Mg사이의 완벽한 격자 일치가 구조를 만드는 데 필요한 에너지를 크게 줄여 이러한 초격자의 자발적인 형성에 중요한 역할을 한다고 생각한다"라고 설명했다. 연구팀은 최첨단 전자 현미경 이미징을 사용해 GaN 및 Mg 층이 번갈아 나타나는 초격자의 자발적인 형성을 관찰했다. GaN과 Mg는 물리적 특성이 크게 다른 물질이므로 이처럼 초격자가 자발적으로 형성된 것은 매우 특이한 현상이다. 연구팀은 이 독특한 삽입 거동을 '틈새 삽입(interstitial intercalation)'이라고 명명하고, 이것이 모재에 압축 변형을 유발한다는 것을 밝혀냈다. 특히 Mg 층이 삽입된 GaN은 20GPa 이상의 높은 응력을 견뎌냈다. 이는 대기압의 20만배에 해당하며, 박막 물질에서 기록된 가장 높은 압축 변형이다. 이는 실리콘 필름에서 일반적으로 발견되는 압축 응력(0.1~2GPa)보다 훨씬 크다. 전자 박막은 이러한 변형으로 인해 전자 및 자기 특성에 상당한 변화를 겪을 수 있다. 연구팀은 변형된 방향을 따라 정공 수송을 통한 GaN의 전기 전도도가 크게 향상되었음을 발견했다. 한편, 이 연구는 'GaN 기술의 요람'으로 알려진 나고야 대학에서 이루어졌다는 데 의미가 있다. 이번 연구의 교신 저자인 아마노 히로시와 나고야 대학의 아카사키 이사무는 1980년대 후반에 Mg가 도핑된 GaN을 사용해 최초의 청색 LED를 개발했다. 이들의 공헌은 2014년 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다. 이번 연구에서는 2차원 Mg 도핑의 새로운 메커니즘을 밝혀냄으로써 III-질화물 반도체 연구 분야의 잠재적으로 새로운 길을 열 것으로 기대된다. 왕 연구원은 "마그네슘이 삽입된 GaN 초격자 구조의 발견과 2D-Mg 도핑의 새로운 메커니즘 규명은 질화 3족 반도체 연구 분야의 선구적인 업적을 기릴 수 있는 어렵게 얻은 기회"라고 말했다. 노벨상 수상 후 10년 만에 Mg 도핑의 기술을 발전시킨 왕 연구원은 "이 시기적절한 발견이 이 분야의 새로운 길을 열고 더 많은 기초 연구에 영감을 줄 수 있는 '자연의 진정한 선물'"이라고 밝혔다. 이 연구에는 나고야 대학에서 지아 왕, 카이 웬타오, 순 루, 에미 카노, 비랩 사르카, 와타나베 히로타카, 이카라시 노부유키, 혼다 요시오, 아마노 히로시 등이 참여했다. 외에도 메이지 대학교의 연구진과 오사카 대학교의 나카지마 마코토 교수가 이끄는 광학 그룹이 이 연구의 다른 공저자로 참여했다.
- 포커스온
2024-06-14
4족 로봇개, 달 탐사 임무용 고강도 훈련 진행

나사(NASA)의 존슨우주센터와 대학 컨소시엄의 연구팀이 미국 오레곤주의 주도 포틀랜드 인근의 마운트 후드에서 획기적인 프로젝트를 시작했다. 예측할 수 없는 달 표면의 지형을 탐색하고 이동하는 복잡하고 어려운 작업을 수행할 달 탐사 로봇개 ‘스피릿(Spirit)의 고강도 훈련이 진행됐다고 폭스뉴스가 전했다. 5일 동안 지속된 테스트 기간 동안, 스피릿은 수많은 난관에 봉착했고 이를 해결했다고 한다. 가늘고 긴 금속 다리를 장착한 4족 보행 로봇개는 울퉁불퉁한 땅, 탁한 눈, 바위가 많은 장애물을 횡단했다. USC(서던 캘리포니아 대학교) 비터비 공학대학의 프로젝트 책임자 페이페이 첸은 "다리 달린 로봇은 고르지 않은 지면과 접촉할 때 일어나는 일을 감지하고, 그에 따라 이동 전략을 신속하게 조정할 수 있어야 한다"라고 설명했다. 노면 상태에 따라 적절하게 반응함으로써 균형을 유지하고 전진해야 한다는 의미다. 스피릿 실험은 엔지니어, 인지 과학자, 지구 및 행성 과학자가 포함된 대규모 프로젝트인 LASSIE의 일환으로 실행됐다. LASSIE(Legged Autonomous Surface Science in Analog Environments)는 실제 환경에서 자율 주행으로 걸을 수 있는 다리를 연구하는 프로그램이다. 프로젝트의 목표는 이동하고자 하는 지표면의 다양한 특성을 이해하고, 까다로운 표면을 걷는 로봇의 성능을 향상시키는 것이다. 마운트 후드에서 촬영한 영상을 보면, 이곳은 달과 매우 유사한 초현실적인 환경을 일부 갖추고 있는 것으로 보인다. 이곳에서의 고강도 실험을 통해 스피릿은 귀중한 학습 경험을 쌓음은 물론 미래의 우주 탐험을 준비할 수 있다. 연구진은 다양한 우주 임무를 수행하기 위해 더 많은 4족 로봇을 개발할 계획이다. 이를 위해 시작된 TRUSSES(Temporarily, Robots Unite to Surmount Sandy Entrapments, Then Separate) 프로젝트는 나사로부터 200만 달러의 보조금을 받기도 했다. TRUSSES는 발 달린 로봇이 일시적으로 모래 함정과 같은 장애를 극복하는 기술을 연구한다. 이 로봇은 경험치로 얻은 지식을 공유하고 달을 비롯한 행성 탐사에 도움이 되는 이동 위험 추정 지도를 만든다. 한편 마운트 후드에 있는 팔머 빙하는 달과 유사한 환경을 연습하기에 좋은 장소다. 스피릿을 비롯한 미래의 행성 탐사 로봇들은 이곳에서 극한 지형을 이동하는 방법을 배우고 장애물을 극복하기 위해 피라미드와 같은 구조물로 변신한다. 이 실험은 기술의 경계를 넓히고 장애에 맞서는 방법을 개발하는 해결책을 제시한다는 평가다.
- IT/바이오
2024-06-12
[먹을까? 말까?(23)] 다크 초콜릿, 필수 미네랄 함유…중금속 오염 경로는?

미국에서 다크 초콜릿이 중금속 오염 우려를 씻어내고 건강에 유익하다는 판정을 받았다. 앞서 2023년 컨슈머리포트가 특정 다크 초콜릿 브랜드에 위험한 양의 납과 카드뮴이 함유되어 있을 수 있다고 밝혀 다크 초콜릿의 건강상 우려를 제기했다. 미국 루이지애나주 툴레인대학교의 새로운 연구에 따르면 다크 초콜릿을 매일 섭취하는 것이 성인에게 안전하며, 영양학적으로도 유익한 수준의 필수 미네랄을 함유하고 있다는 사실이 확인됐다고 사이테크데일리가 10일(현지시간) 보도했다. 툴레인대학교 연구팀은 최근 다크 초콜릿 섭취의 안전성을 평가하기 위해 미국 시장에서 판매되는 다양한 글로벌 브랜드의 다크 및 밀크 초콜릿 155종을 대상으로 연구를 실시했다. 연구 결과는 학술지 '푸드 리서치 인터내셔널(Food Research International)'에 게재됐다. 연구팀은 납, 카드뮴 등 유해 금속 16종과 구리, 철, 아연 등 필수 미네랄의 함유량을 분석했다. 또한 하루 1온스(약 28g)의 다크 초콜릿 섭취가 건강에 미치는 영향을 조사했다. 이는 일주일에 전체 초콜릿을 2개 이상 소비하는 것과 맞먹는 양이다. 연구 결과 카카오 함유량이 50% 이상인 다크 초콜릿 바의 카드뮴 국제 기준치(킬로그램당 800마이크로그램)를 초과한 제품은 단 1개 브랜드에 불과했다. 또한 미국 3세 어린이의 평균 체중인 33파운드(약 15kg) 이하의 어린이에게 위험을 초래할 수 있는 카드뮴 수치를 보인 다크 초콜릿 바는 4개에 불과했다. 툴레인대학교 공중보건의 및 열대의학대학원 환경보건과학 조교수인 테우드로스 고데보(Tewodros Godebo)는 "성인의 경우 다크 초콜릿으로 인한 위험은 없으며, 샘플로 채취한 155 종의 초콜릿 바 중 4종에서 어린이에게 약간의 위험이 있었지만 일반적으로 3세 아동이 일주일에 2개 이상의 초콜릿 바를 섭취하는 것은 드문 일"이라고 말했다. 납 검사에서 2종의 초콜릿 바에서 캘리포니아 주의 잠정 기준치를 초과하는 수치가 검출됐지만, 성인이나 어린이에게 건강상 유의미한 위험을 초래하지 않는 것으로 판단됐다. 필수 메네랄 함유량 이번 연구는 기존 연구 대비 더 많은 샘플은 사용했으며, 검사 항목을 16가지 중금속으로 확대했다. 또한 필수 미네랄의 영양 섭취 가이드를 고려해 유해 즁금속 노출 위험 평가를 실시했다. 연구 결과 다크 초콜릿은 구리, 철, 망간, 마그네슘, 아연 등 필수 영양소를 풍부하게 함유하고 있으며, 일부 제품은 성인과 어린이의 일일 필수 섭취량의 50% 이상을 충족시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 "다크 초콜릿은 필수 미네랄이 풍부할 뿐만 아니라, 이러한 미네랄 섭취가 장에서 유해 중금속 흡수를 감소시킬 수 있다"고 설명했다. 중금속 오염 경로 연구 결과 초콜릿의 납은 대부분 수확후 가공 과정에서, 카드뮴은 토양에서 카카오 식물을 거쳐 카카오 콩으로 이동하는 과정에서 오염되는 것으로 나타났다. 또한 연구팀은 카카오가 생산되는 지리적 분포에 따라 카드뮴과 납 함유량이 차이가 있음을 확인했다. 남미산 다크 초콜릿에서 이러한 중금속 함유량이 더 높았으며, 미국 다크 초콜릿의 주요 공급원인 서남아프리카산 초콜릿에서는 상대적으로 중금속 농도가 낮은 것으로 나타났다. 연구팀은 "남미산 초콜릿의 경우에도 하루 1온스 섭취시 건겅상 문제가 없는 것으로 나타났다"고 밝혔다. 참고로 우리나라 식품의약품안전처의 식품공전에 따르면 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품 첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분 함량 30% 이상(코코아버터 18% 이상, 무지방 코코아고형분 12% 이상인 것)을 말한다. 밀크 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분을 20% 이상(무지방 코코아 고형분 2.5% 이상) 함유하고 유고형분이 12% 이상(유지방 2.5% 이상)인 것을 말한다. 참고 자료: '초콜릿의 필수 요소 수준 상승과 함께 중금속의 발생: 건강 위험 평가' Tewodros Rango Godebo, Hannah Stoner, Pornpimol Kodsup, Benjamin Bases, Sophia Marzoni, Jenna Weil, Matt Frey, Preston Daley, Alexa Earnhart, Gabe Ellias, Talia Friedman, Satwik Rajan, Ned Murphy 및 Sydney Miller, 2024년 4월 20일, Food Research International. DOI: 10.1016/j.foodres.2024.114360
- 생활경제
2024-06-11
빌 게이츠의 테라파워, 첫 소형원자로(SMR) 착공…SK도 투자

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

국제우주정거장(ISS)에서 처음으로 금속 3D 프린팅에 성공했다고 ESA(유럽우주국)이 홈페이지를 통해 공개했다. 액화 스테인리스 스틸에 3D로 증착된 S-커브(사진)는 우주 궤도 내에서의 제조에 있어서 거대한 도약을 의미한다. ESA는 이것이 ESA의 콜럼버스 연구소 모듈에 탑승해 진행된 ISS에서의 최초의 금속 3D 프린팅이라고 밝혔다. ESA 기술 책임자 롭 포스테마(Rob Postema)는 "증착된 이 S-커브는 ESA의 금속 3D 프린터의 시운전을 성공적으로 마무리한 테스트 작품"이라고 말했다. 그는 "첫 번째 3D 프린팅의 성공으로 우리는 가까운 시일 내에 전체 부품을 프린팅할 수 있게 되었다”라며 “프린팅 작업을 현장에서 감독한 프랑스 카드모스(CADMOS: 프랑스 국립 우주연구센터 CNES의 R&D 센터) 내 사용자 지원 센터인 에어버스 방위 및 우주 SAS(Airbus Defense and Space SAS)의 산업 팀과 ESA 팀의 공동 노력으로 이룬 성과였다“고 설명했다. 컨소시엄을 이끈 에어버스 팀의 세바스찬 지롤트는 "ISS에서 만들어진 최초의 금속 3D 프린팅의 품질은 우리가 생각한 것 이상으로 좋았다"고 평가했다. 금속 3D 프린터 기술을 시연하기 위한 기기는 에어버스의 산업 팀에 의해 개발됐다. 에어버스는 ESA의 인간 및 로봇 탐사국과 계약을 맺고 프로젝트에 공동 자금을 지원했다. 개발된 시연기는 지난 1월 ISS에 도착했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 ESA의 콜럼버스 모듈의 일부인 유러피언 드로우랙 마크 II(European Draw Rack Mark II)에 약 180kg의 탑재체(페이로드)를 설치했다. 금속 3D 프린터의 디자인은 고출력 레이저에 의해 가열돼 프린팅 영역에 공급되는 스테인리스 스틸 와이어를 기반으로 한다. 고출력 레이저는 표준 레이저 포인터보다 약 100만 배 더 강력하다. 고출력에 의해 와이어 끝이 녹아서 인쇄물에 금속이 추가된다. 프린팅 과정은 전적으로 현장에서 관리 감독된다. 탑승한 승무원들이 해야 할 일은 인쇄가 시작되기 전에 질소와 배기 밸브를 여는 것뿐이다. 안전상의 이유로, 프린터는 완전히 밀봉된 상자 안에서 작동해 과도한 열이나 연기가 빠져나가는 것을 방지한다. 이후 후속 실물 크기의 3D 프린팅을 위해 네 가지 모양이 선택되었다. 이는 나중에 지구로 가져와 일반 중력 아래 지상에서 만들어진 참조 프린트물과 비교 분석을 거치게 된다. ESA의 기술, 엔지니어링 및 품질국은 프린팅된 부품 중 두 개는 네덜란드 ESTEC(유럽우주연구기술센터)의 재료 및 전기 부품 연구소로 보내져 분석을 거치게 되며, 장기간의 미세 중력이 금속 재료의 프린팅에 어떤 영향을 미치는지를 연구하게 될 것이라고 밝혔다. 나머지 두 개는 유럽 우주비행사 센터와 덴마크 기술대학교(DTU)로 보내질 예정이다. 미래 우주 개발을 위한 ESA의 목표 중 하나는 순환형 우주 경제를 창출하고 궤도에서 재료를 재활용해 새로운 도구나 구조물로 용도 변경하는 등 자원을 더 잘 활용할 수 있도록 하는 것이다. 이 금속 3D 프린터를 적절히 발전시키고 활용하면 로켓에 도구를 실어 우주로 쏘아 보낼 필요가 없어지고 우주 비행사들이 우주 궤도에서 필요한 부품을 직접 프린팅해 생산할 수 있게 될 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-06-05
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
OPEC플러스, 내년말까지 협조감산 연장 합의

석유수출국기구(OPEC) 회원국과 러시아 등 주요 산유국으로 이뤄진 OPEC플러스(+)는 2일 원유 협조감산을 2025년 말까지 연장하기로 합의했다. CNBC와 로이터통신, 신화통신 등에 따르면 OPEC+는 이날 오스트리아 빈에서 6개월마다 개최하는 각료회의를 통해 이같이 결정했다고 발표했다. OPEC+의 현재 공식적인 감산량은 일일 366만 배럴이고 사우디아라비아 등 8개국의 자발적인 감산량이 하루 220만 배럴이다. 모두 합쳐 하루 586만 배럴로 세계 수요의 약 5.7%에 상당한다. 먼저 최대 산유국 사우디아라비아와 러시아 등은 올해 연말에 종료하는 일일 170만 배럴 감산을 내년 말까지 계속하기로 했다. OPEC+는 협조감산 외에 회원국 가운데 유력 8개국이 올해 1월 개시한 일일 220만 배럴의 자발적 감산에 관해서도 논의해 9월 말까지 연장하기로 의견을 모았다. 애초 3월 말까지이던 감산 기한은 6월 말까지로 연장된 바 있다. 자발적으로 감산하는 220만 배럴은 10월부터 단계적으로 축소하다가 내년 9월에는 종료한다. 각료회의 후 OPEC 사무국은 성명을 내고 OPEC+가 내년에는 하루 3972만5000배럴의 원유를 생산한다고 전했다. 이는 지난 1월 초 앙골라가 OPEC을 탈퇴한데 따른 추가적인 생산 조정과 조건을 적용하기 전에 각 회원국이 요구하는 생산 수준을 합치고 2025년 1월부터 9월 말까지 단계적으로 아랍에미리트(UAE)가 하루 생산량을 30만 배럴을 증산하는 내용을 포함하고 있다. OPEC+는 2022년 8월 원유 증산 합의를 마지막으로 감산을 이어가고 있다. 이는 유가 하락에 대한 산유국의 대응조치다. 이번 감산 국면이 시작한 2022년 11월부터 감산폭은 세계 수요량에 상당하는 일일 586만 배럴에 달한다. 요즘 유가는 미국 기준유 WTI 선물이 배럴당 77달러 부근으로 거래되고 있다. 북해산 브렌트유 선물의 경우 배럴당 81달러를 유지하고 있다. 이스라엘과 팔레스타인 무장세력 하마스 간 전쟁으로 중동의 긴장상황이 고조한 4월의 고점에서는 10% 정도 하락했다. 원유 최대 수입국인 중국의 경제선행이 불투명한 점 등으로 인해 유가가 더 상승할 요인이 없기에 국제에너지기구(IEA)는 5월 시장 리포트에서 2024년의 석유수요 증가량을 전년 대비로 4월 예상보다 일일 14만 배럴 낮췄다. 산유국은 유가의 하락을 막고, 가격을 유지시키기 위해 감산을 계속하고 있다. 만일 자발적인 감산이 예정대로 6월 말에 끝나면 7월 이후에 공급과잉으로 돌아설 가능성이 크다. 에너지-금속광물 자원기구(JOGMEC)는 자발적인 감산이 종료될 경우 7~9월에 일일 132만 배럴의 공급과잉이 초래된다고 추산하고 있다. 차기 각료회의는 12월 1일 열린다. 다만 OPEC+는 시장 동향에 따라선 각료급 회의를 언제라도 소집할 수 있다고 밝혔다.
- 산업
2024-06-03
[기후의 역습(9)] 알래스카의 깨끗한 물, 오렌지색으로 변색 '충격'

알래스카의 얼음처럼 투명하고 맑은 수로 일부가 녹물이 섞여 흐르는 듯한 오렌지색으로 변하고 있어 충격을 주고 있다고 사이언스얼러트가 전했다. 오렌지색이 너무 강렬해 지구 궤도에 떠 있는 위성에서도 분명하게 식별할 수 있다고 한다. 캘리포니아 주립대(UC) 데이비스 캠퍼스 환경 독성학자 브렛 풀린 교수는 "황색으로 얼룩진 강이 너무 방대해서 우주에서도 목격할 수 있을 정도"라며 “우주에서 포착하기 위해서는 범위가 넓어야 하는데 알래스카 수로의 경우가 그렇다”고 밀헸디. 미 국립공원관리공단(National Park Service) 생태학자인 존 오도넬, 폴린 및 동료들은 지난 2018년 강둑과 비행 관측에서 이를 처음 발견한 후, 위성 관측 이미지와 공공 보고서를 통해 알래스카 브룩스 산맥의 약 1000km에 걸쳐 오렌지색으로 오염된 75개 이상의 하천을 확인했다. 오도넬은 "오렌지 주스처럼 보이는 특정 지역이 다수 발견됐는데 이는 독성 측면에서 문제가 될 수 있으며, 물고기가 산란지로 이동하는 것을 방해할 수도 있다"고 우려했다. 2022년 6~9월 사이에 수집된 수로의 샘플에서는 근처의 맑은 하천에 비해 철과 아연, 구리, 니켈, 납을 포함한 기타 독성 금속의 농도가 높았다. 심한 경우에는 이러한 오염 물질로 인해 물의 산도가 pH 2.3까지 악화됐다. 산성이 심한 광산 유출수와 유사하지만, 문제는 이 지역 근처에는 광산이 없다는 사실이다. 오도넬 팀은 1985년부터 2022년까지 위성 이미지를 분석한 결과 이 현상이 지난 10년 동안 발생했으며, 특히 날씨가 따뜻해지고 눈이 많이 내리는 시기와 일치한다는 사실을 밝혀냈다. 폴린은 "분석에 따르면 지구 온난화로 인한 영구 동토층 토양의 해동으로 인해 물이 더 깊이 침투함으로써 수천 년 동안 갇혀 있던 광물이 녹아내렸다는 추정이 가능하다“고 설명했다. 북극은 지구의 다른 지역보다 약 4배 빠르게 따뜻해지고 있다. 열은 얼어붙은 땅을 녹이고, 미생물 활동을 증가시키며, 관목들의 생존 환경을 조성해 관목 뿌리가 토양을 더욱 교란시킨다. 이런 과정을 통해 과거에는 묶여 있던 광물이 풍화 작용에 노출되어 수로 유역으로 옮겨진다. 연구진은 “기후 변화와 이에 따른 영구 동토층 해빙이 하천 손상의 주요 원인인 것으로 보인다”고 결론지었다. 또 하천 변색은 대형 무척추 동물의 다양성과 어류 종의 급격한 감소로 이어진다. 나아가 식수와 낚시에 의존하는 지역 주민들의 생활을 위협한다. 연구팀은 이 지역에 대한 더 넓은 생태학적 영향을 파악하고 오렌지색 독성 오염이 어떻게 발생하고 퍼지는지를 알아내기 위해 조사를 확대한다는 계획이다. 오도넬은 "기후가 더 따뜻해지면 영구 동토층이 계속 녹을 것이며 광물이 묻혀 있는 어떤 곳이든 하천이 채색되고 수질이 저하될 가능성이 높다“고 경고했다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션 지구&환경' 지에 게재됐다.
- 포커스온
2024-05-28
[신소재 신기술(50)] 항공우주·운송 변화시킬 내열성 알루미늄 합금 탄생

중국 과학자들이 섭씨 500도까지 견딜 수 있는 내열성 알루미늄 합금을 개발했다. 텐진 대학교 연구팀은 미래 항공우주 설계에 큰 영향을 미칠 알루미늄의 내열성을 높이는 새로운 기술을 개발했다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다. 이번 연구 결과는 지난달 '네이처 머티리얼스'에 게재됐다. 새로 개발된 신소재는 산화 분산 강화 알루미늄 합금으로 최대 섭씨 500도까지 견딜 수 있다. 이는 섭씨 400도 이상에서 빠르게 분해되어 항공우주 산업이나 운송 등의 여러 분야에서 사용이 제한되는 기존 알루미늄 합금의 한계를 해결할 수 있다. 알루미늄 합금은 낮은 밀도, 높은 비강도와 우수한 내식성으로 인해 그동안 높은 평가를 받아왔다. 그러나 높은 온도에서 이러한 특성을 유지하기 힘들어 사용이 제한됐다. 특히 높은 온도가 일반적인 항공우주 응용 분야에서 더욱 그러하다. 연구팀은 알루미늄 합금에 고밀도, 초미세, 균일하게 분산된 나노 입자를 투입해 신소재를 제작했다. 톈진 대학교의 발표에 따르면 이 방법을 통해 합금의 고온 저항성을 크게 개선해 섭씨 500도에서 200 메가파스칼 이상의 인장 강도를 입증했으며, 기존 알루미늄 합금보다 6배 이상 뛰어난 안정성을 나타냈다. 게다가 텐진 대학교 재료과학 및 공학부의 허 춘니안 교수와 그의 팀이 개발한 기술은 일루미눔에만 국한되지 않고 여러 금속을 강화하는 데도 사용할 수 있다. 논문 저자들은 "우리의 공정 방식은 고온 관련 응용 분야를 위한 광범위한 합금에 초미세 나노 입자를 분산시킬 수 있다"고 말했다. 이 공정에는 분말 야금을 사용해 매우 안정적인 산화마그네슘 나노 입자를 알루미늄 매트릭스에 통합하는 것이 포함된다. 이 기술은 재료의 내열성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공정이 간단하고 비용 효율적이며 대량 생산에 적합하다. 허 교수는 항공우주 엔진 및 핵심 부품을 위한 내열 알루미늄 합금의 개발을 가속화하기 위해 업계 리더 및 연구 기관과 협력하고 있다며 이 혁신적인 알류미늄 소재의 실질적인 의미를 강조했다. 그는 이 소재가 곧 다양한 고온 함금 응용분야에 적용될 것으로 예상하면서 산업적 적용을 기대했다.
- 포커스온
2024-05-27
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
[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지

스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
- IT/바이오
2024-05-16
[신소재 신기술(43)] 투명 소재로 광전지 새로운 가능성 열어

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

미국 최초의 나트륨 이온 배터리 공장이 미시간주 홀랜드에 건설됐다고 클린테크니카가 최근 보도했다. 리튬 이온 배터리는 2000년대 초반부터 재생 에너지 전환의 주력원이 되어왔지만 현재 에너지 저장 시징은 나트륨 이온 배터리를 주목하고 있다. 연구원들은 공급망 문제를 야기할 수 있는 기존 리튬 이온 배터리와 달리 높은 성능을 제공하는 새로운 나트륨 이온 배터리를 연구해왔다. 미국 스타트업 나트론 에너지(Natron Energy)는 지난 4월 29일 미시간 주 홀랜드에 위치한 공장 가동을 시작하면서 미국 최초의 상업용 규모 나트륨 이온 배터리 생산을 시작했다. 이 새로운 공장은 리튬 이온 배터리 공장을 개조했다. Natron은 이 공장을 통해 연간 600메가와트 규모의 나트륨 이온 배터리를 생산할 예정이다. 600메가와트는 1시간 동안 테슬라 모델 3과 같은 전기차를 약 1만800대를 충전할 수 있는 규모다. 이는 각 차량의 배터리 용량이 50kw이고 충전 효율이 90% 일 때의 계산 결과다. 다만, 이 공장은 초기에 급격히 증가하는 데이터 센터의 에너지 저장 요구를 충족시킬 예정이다. 나트론은 특히 인공지능 기술의 폭발적인 성장이 미국 데이터 센터에서 24시간 전력 공급 및 에너지 저장에 대한 더 큰 수요를 유발할 것으로 예상한다. 나트론은 홀랜드 공장이 향후 기가와트 규모 공장의 모델이 될 것으로 예상하며, 오프로드 산업용 차량, EV 고속 충전소 및 통신 분야 등 추가 시장을 목표로 하고 있다. 미 정부, 나트륨 이온 배터리 개발 지원 미국 에너지부(DOE)가 나트론의 새로운 나트륨 이온 배터리 공장 건설에 기여했다. 2020년 9월, 나트은 고위험 고수익 프로젝트 지원을 위한 에너지부 ARPA-E 사무소로부터 1990만 달러(약 274억원)의 지원금을 받았다. 이 지원금은 새로운 공장 건설을 목표로 하며, 6개월 동안 지속적인 생산 및 판매를 통해 공급망 및 제품의 완전한 위험 제거를 목표로 한다. ARPA-E는 회사의 8킬로와트 50볼트 배터리 트레이가 주로 데이터 센터의 최대 부하량 관리 및 비상 백업 전력 공급을 위해 설계되었지만, EV 고속 충전소 및 그리드 규모 저장과 같은 신흥 시장도 타겟으로 하고 있다고 말했다. ARPA-E는 또한 "나트론의 트레이는 기존 제품에 비해 데이터 센터 운영자에게 최대 2배 높은 출력 밀도와 10배 긴 수명주기를 제공하며 우수한 안전 성능을 보유하고 있다"고 덧붙였다. 은백색 금속 원소인 나트륨(라틴어 natrium에서 유래된 화학 기호 Na)의 지속 가능성 요인은 나트륨 이온 배터리에 대한 관심을 끌고 있다. 하지만 미래의 배터리로 주목받아온 나트륨 이온 배터리는 최근 몇 년 전까지도 쉽게 구현되지 못했다. 나트륨은 리튬보다 훨씬 풍부하지만 무게도 훨씬 무겁다. 전기차용 에너지 저장 측면에서 리튬은 주행 거리 면에서 나트륨보다 유리하다. 반면 나트륨과 리튬 간의 화학적 친밀감은 배터리 연구에 도움이 된다. '피직스 매거진(Physics Magazine)'은 지난 주 "나트륨은 주기율표에서 리튬 바로 아래에 위치하여 화학적 특성이 매우 유사하다"고 설명했다. 나트륨 이온 배터리의 과제 나트륨 이온 배터리는 아직 초기 개발 단계이지만, 리튬 이온 배터리의 단점을 보완할 수 있는 차세대 배터리 기술로 주목받고 있다. 특히 대규모 에너지 저장 시스템(ESS), 저가형 전기 자동차, 항공 우주 분야 등에 활용될 가능성이 높다. 리튬 이온 배터리는 충전과 방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하지만 나트륨 이온 배터리는 나트륨 이온이 음극과 양극 사이를 이동하는 것이 차이점이다. 나트륨 이온 배터리를 리튬보다 풍부하고 저렴하다. 또한 우수한 저온 성능(영하 20°C에서도 90% 이상의 용량 유지)을 제공하고 안전성이 높다. 반면 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 휴대폰, 노트북 등 소형 전자 기기에 적합하다. 단, 고온에서 성능 저하 및 안전 문제가 발생할 수 있다. 나트륨 이온 배터리는 에너지 말도가 낮으며 아직 초기 개발 단계라서 상용화에 시간이 걸릴 수 있다. 게다가 나트륨 이온을 전달하는데 적합한 전해질과 음극 재료 개발이 필요하다. 향후 지속적인 연구개발을 통해 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도를 높이고 상용화에 필요한 기술을 개발한다면 리튬 이온 배터리의 강력한 경쟁자가 될 것으로 예상된다.
- 산업
2024-05-02
[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금

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

줄자 다리를 이용해 스마트하고 독특한 방법으로 금속 구조물을 올라갈 수 있는 새로운 바퀴 달린 로봇이 등장해 주목된다고 온라인 매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 로봇은 줄자로 거리를 측정해 길이를 늘리거나 줄이면서 이동할 수 있는 팔다리로 만들어졌다. 기능이 개선되면 타워, 다리, 발전소, 선박과 같은 구조물이나 제품을 검사하거나 수리하는 용도로 발전할 가능성이 농후하다는 진단이다. 수직으로 곧추선 금속 표면 위로 오르내릴 수 있는 로봇은 다수 등장했지만, 이들 대부분은 진공 시스템과 바퀴의 조합, 또는 자석 발을 가진 다리들을 사용한다. 그러나 이 로봇들은 느리게 움직이고 기계적으로 복잡하며 상대적으로 작은 장애물들을 통과하지 못한다는 단점이 있었다. 이런 단점을 개선해 새로 선보인 로봇은 EEWOC(Extended-reach Enhanced Wheeled Orb for Climbing), 즉 기어오르는 확장 가능한 바퀴 구조로 설계됐다. 팔다리에 줄자가 들어가 늘이거나 줄일 수 있는 것. 로봇 프로토타입은 UCLA 로봇 공학 및 메커니즘 연구소(RoMeLa)의 저스틴 콴, 밍장 주, 데니스 홍 연구팀이 개발, 국제 디자인 엔지니어링 기술 컨퍼런스에서 발표됐다. 로봇은 땅이나 금속 등 수평 표면에 있을 때는 두 개의 바퀴로 굴러간다. 그러나 가파른 경사면을 오르게 되면 EEWOC는 EEMMa(이동 및 조작을 위한 탄력적 확장 메커니즘)로 개발된 팔다리를 수직으로 뻗는다. 이 장치는 로봇의 몸 안에 전동 스풀이 탑재된 줄자 구조다. 줄자는 로봇의 외부로 뻗어나가 거꾸로 된 U자 모양을 만들고, 다시 아래로 내려가 로봇의 꼭대기에 고정된다. 그리고 이동하고자 하는 곳에 전자석이 장착된 도구(엔드 이펙터)를 보내 고정시키고 줄자를 당겨 이동하게 된다. 작동 원리는 어렵지 않다. 상상하자면 세계적으로 흥행한 영화 ‘인디애나 존스’에서 존스 박사가 채찍을 던져 끝을 고정시키고 타잔처럼 이동하는 모습과 유사하다. EEMMMa 장치는 줄자를 늘리면서 시작한다. 그러면 줄자가 늘어나 사지가 길어지고(최대 1.2m 길이), 자석이 달린 엔드 이펙터는 역 U자 상단에 위치해 부착된다. 로봇은 줄자를 다시 스풀에 감으면서 본체를 이동한다. 이 같은 작업을 반복 수행해 경사진 어떤 방향이든 줄자 최대 거리 이내에서 표면 또는 공간 이동이 가능하다. 엔드 이펙터에는 브레이크가 포함돼 있어 로봇 본체의 이동을 조정할 수 있도록 해 원하는 이동 목표 지점에 대한 접근성을 높였다. 구형으로 만들어진 로봇의 지름은 260mm이고, 무게는 2.1kg에 불과하다. 로봇은 또한 초당 0.24m의 최대 등반 속도를 낸다. 이는 지금까지 만들어진 로봇 가운데 가장 빠른 등반 로봇 중 하나다. 연구팀은 다양한 방향으로 이동할 수 있는 발전된 EEMMMa 장치를 로봇에 적용할 방침이다. 그렇게 되면 전후좌우 가리지 않고 이동하는 것이 가능하다고. 연구팀은 나아가 나무나 콘크리트 벽과 같은 표면에서도 이동할 수 있는 비자성 EEMMMa 개발도 구상하고 있다.
- IT/바이오
2024-04-26
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25
[먹을까? 말까?(7)] 미세 플라스틱이 가장 많이 들어 있는 음식은?

아침 밥과 점심, 저녁 식사로 우리는 얼마나 많은 플라스틱을 먹었을까? 이는 공상 과학 영화에 등장하는 내용이 아니다. 즉석 조리 음식과 배달 음식이 넘쳐나는 현재 우리 식탁을 점검해야 할 때가 되었다. 최근 외신에서는 미세 플라스틱이 인체에 미치는 폐해에 대한 보도가 넘쳐나고 있다. "놀랍게도 소금 대체재로 알려진 히말라야 소금에 미세 플라스틱이 엄청나게 함유돼 있다는 사실을 알고 있는 사람은 드물다. 새우와 과일, 당근 등 각종 채소, 즉석밥은 물론 쌀에도 미세 플라스틱이 들어 있다"고 CNN은 22일 보도했다. 2024년 2월 발표된 연구에 따르면 동식물성 단백질 샘플의 90%에서 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 미세한 폴리머 조각인 미세플라스틱 양성 반응이 나왔다. 1마이크로미터보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억 분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 2021년에 발표된 한 연구에 따르면 채식주의자조차도 미세 플라스틱을 피해갈 수 없다. 플라스틱 크기가 아주 작으면 과일과 채소는 뿌리 시스템을 통해 미세 플라스틱을 흡수하여 식물의 줄기, 잎, 씨앗, 열매에까지 이들 미세 플라스틱을 옮길 수 있다. 다시 말하면 육안으로 확인할 수 없지만 우리가 먹는 과일과 채소 등 식용 식물들의 잎이나 뿌리, 열매 등에 이미 다량의 미세 플라스틱이 포함되어 있다는 의미다. 일상 생활에서 흔히 접하지만 미처 인식하지 못했던 미세 플라스틱이 함유된 음식을 다음과 같이 정리했다. 소금·설탕·과일·채소, 전부 미세 플라스틱 함유 소금도 플라스틱이 함유돼 있다. 2023년에 발표된 연구에 따르면 땅에서 채굴한 굵은 히말라야 핑크 소금에 미세 플라스틱이 가장 많았고, 그다음으로 검은 소금과 해양 소금이 그 뒤를 이었다. 2022년 연구에 따르면 설탕도 "인간이 미세 오염 물질에 노출되는 중요한 경로"로 밝혀졌다. 대부분 플라스틱으로 만들어진 티백도 엄청난 양의 플라스틱을 배출할 수 있다. 캐나다 퀘벡의 맥길 대학교 연구진은 플라스틱 티백 하나를 끓일 때 약 116억 개의 미세 플라스틱과 31억 개의 나노 플라스틱 입자가 물로 방출된다는 사실을 발견했다. 동양인들의 주식인 쌀도 미세 플라스틱을 지니고 있다. 호주 퀸즐랜드 대학교의 연구에 따르면 사람들이 밥 100g(1/2컵)을 먹을 때마다 3~4밀리그램의 플라스틱을 섭취한다. 특히 플라스틱 용기에 들어 있는 인스턴트 밥(즉석밥)의 경우 1회 제공량당 미세 플라스틱 섭취량은 13밀리그램으로 증가한다고 한다. 연구원들은 쌀을 씻으면 플라스틱 오염을 최대 40%까지 줄일 수 있다고 말했다. 또한 쌀에 많이 함유되어 있는 비소도 줄일 수 있다고 한다. 생수도 미세 플라스틱 오염을 벗어날 수 없다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 표준 크기의 생수 두 병에 해당하는 1리터의 물에는 나노 플라스틱을 포함한 7가지 유형의 플라스틱 입자가 평균 24만 개 포함되어 있는 것으로 나타났다. 산모의 태반과 모유에도 미세 플라스틱 발견 미세 플라스틱은 이미 사람의 폐, 산모와 태아의 태반 조직, 모유, 사람의 혈액에서 발견됐다. 그러나 안타깝게도 최근까지 이러한 폴리머가 신체의 장기와 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 목의 동맥에 미세 플라스틱이나 나노 플라스틱이 있는 사람은 그렇지 않은 사람보다 향후 3년 동안 심장마비, 뇌졸중 또는 어떤 원인으로든 사망할 확률이 두 배나 높다고 한다. 전문가들은 인체 건강에 가장 우려스러운 플라스틱 오염 물질은 바로 '나노 플라스틱'이라고 지적했다. 그 이유는 아주 미세한 플라스틱 입자가 인체의 주요 장기의 개별 세포와 조직에 침입해 세포 과정을 방해하고 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불화화합물 또는 PFAS(자연 상태에서 절대 분해되지 않는 '영원한 화학물질')와 같은 내분비 교란 화학물질과 중금속을 침착시킬 수 있기 때문이다. 펜실베이니아주 이리에 위치한 펜 스테이트 베렌드의 지속가능성 책임자인 셰리 "샘" 메이슨은 이전 CNN 인터뷰에서 "이러한 화학물질은 모두 플라스틱 제조에 사용되므로 플라스틱이 우리 몸에 들어오면 그 화학물질도 함께 들어오는 것"이라고 말했다. 메이슨은 "체온이 외부보다 높기 때문에 이러한 화학 물질은 플라스틱에서 이동go 우리 몸속으로 들어가게 된다"면서 "이러한 화학 물질은 간과 신장, 뇌로 전달될 수 있으며 심지어 태반 경계를 넘어 태아에게까지 전달될 수 있다"고 설명했다. 반면, 국제생수협회 대변인은 앞서 CNN에 "현재 나노 및 미세 플라스틱 입자의 잠재적인 건강 영향에 대한 과학적 합의는 없다. 따라서 가정과 추측에 근거한 언론 보도는 대중을 불필요하게 겁주는 것 이상도 이하도 아니다"라고 말했다. 소고기 등 모든 유형의 단백질도 오염돼 지난 2월 '환경 연구(Environmental Research)'에 게재된 연구에서 연구진은 소고기, 빵가루를 입힌 새우, 닭 가슴살과 너겟, 돼지고기, 해산물, 두부, 명태 피쉬 스틱, 갈은 소고기와 유사한 식감의 식물성 크럼블, 식물성 생선 스틱 등 여러 식물성 육류 대체품을 포함해 일반적으로 소비되는 12가지 이상의 단백질에 대해 조사했다. 연구 결과에 따르면 빵가루 입힌 새우에는 1회 제공량당 평균 300개 이상의 미세 플라스틱 조각이 발견돼, 미세한 플라스틱이 가장 많이 함유된 식품으로 이름을 올렸다. 그 뒤를 이어 식물성 너겟이 1회 제공량당 100개 미만으로 2위를 차지했고, 치킨 너겟, 명태 피쉬 스틱, 최소한의 가공을 거친 화이트 걸프 새우, 갓 잡은 키웨스트 핑크 새우, 식물성 생선 스틱이 그 뒤를 이었다. 가장 오염이 적은 단백질은 닭 가슴살이었으며, 돼지 등심과 두부가 그 뒤를 이었다. 연구 결과를 소비자 소비 데이터와 비교한 결과, 미국 성인의 미세 플라스틱 평균 노출량은 연간 11,000~29,000개이며, 연간 최대 380만 개의 미세 플라스틱에 노출될 것으로 추정된다. 사과와 당근, 미세 플라스틱 가장 많이 오염돼 바다는 플라스틱으로 가득 차 있으며, 이들 플라스틱이 우리가 먹는 해산물에 어떻게 유입되는지는 여러 연구를 통해 밝혀졌다. 그러나 2020년 8월 발표된 한 연구에 따르면 채소와 소, 돼지 등 육상 동물 단백질과 미세 플라스틱에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 학술지 '환경 과학(Environmental Science)'에 발표된 이 연구에서는 다양한 과일과 채소에서 10㎛(1마이크로미터는 빗방울 지름 정도) 미만의 플라스틱 입자가 5만2050~23만3000개 발견됐다. 연구 결과에 따르면 사과와 당근은 각각 그램당 10만개 이상의 미세 플라스틱을 함유해, 가장 오염된 과일과 채소였다. 가장 작은 미세 플라스틱 입자는 당근에서 발견되었고, 가장 큰 플라스틱 조각은 양상추에서 발견됐다. 참고로 양상추는가장 오염이 적은 채소였다. 플라스틱으로 가득찬 세계 최근 분석에 따르면 오늘날 전 세계에는 엄청난 수의 플라스틱이 존재한다. 그 중 최소 4200종에서 인체와 환경에 '매우 유해한' 것으로 간주되는 1만6000개의 플라스틱 화학물질이 존재한다. 이러한 화학물질은 환경에서 분해되면서 미세 플라스틱으로 변한 다음 나노 플라스틱으로 변할 수 있는데, 이 입자는 너무 작아 수십 년 동안 과학계에서 이를 발견하는 데 어려움을 겪었다. 새로운 기술을 활용한 최근 연구에 따르면 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 나노플라스틱 수가 리터당 11만개~37만 개에 달하는 것으로 나타났다. 앞서 말했듯이 1리터는 약 16온스(약 480ml, 음료에서 일반적인 그란데 사이즈) 생수 두 병에 해당하는 양이다. 연구 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 밝히지는 않았다. 이전 기술을 사용한 연구에서는 같은 양의 생수에서 더 큰 미세 플라스틱과 함께 약 300개의 나노 플라스틱만 확인됐다. 플라스틱 오염을 줄이는 방법 메이슨은 생수에서 발견되는 플라스틱 오염의 노출을 줄이기 위해 유리 또는 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 거듭 지적했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 "사람들은 플라스틱을 흘린다고 생각하지 않지만 실제로는 흘린다"면서 "우리가 피부 세포를 끊임없이 벗겨내는 것과 거의 같은 방식으로 플라스틱은 상점에서 구입한 샐러드나 플라스틱으로 포장된 치즈의 플라스틱 용기를 열 때 등 깨진 작은 조각을 끊임없이 포장된 내용물에 흘리고 있다"고 설명했다. 전문가들에 따르면 우리가 섭취하는 플라스틱에 대해 과학이 더 많은 내용을 밝혀주기까지 사람들은 플라스틱 노출을 줄이기 위해 노력해야 한다. 먼저 플라스틱 용기에 보관된 음식은 먹지 않도록 하는 것이 좋다. 대신 유리, 에나멜 또는 호일에 보관된 식품을 찾아보라고 전문가는 권했다. 또한 천연 섬유로 만든 옷을 입고 천연 소재로 만든 소비재를 구입하는 것이 좋다. 특히 플라스틱 용기에 음식을 담아 전자레인지에 돌리지 말고, 유리 용기에 담아 전자레인지를 돌리는 것이 좋다. 또한 가스레인지에서 음식을 가열해서 데우는 방법도 있다. 전문가들은 "가능한 한 신선한 식품을 많이 섭취하고, 플라스틱으로 포장된 가공식품 및 초가공식품의 구매를 제한하는 것이 바람직하다"고 강조했다.
- 생활경제
2024-04-24

1 2 3 4 5 6 7 8 9