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도요타·BMW, 전기차 대안 전략 수소 연료전지차 전면 제휴
- 일본 도요타자동차와 독일 BMW가 수소를 사용해 발전 시 이산화탄소를 내지 않는 연료전지차(FCV)로 전면 제휴키로 했다. 닛케이(日本經濟新聞)는 27일(현지시간) 양사가 다음달 3일 이 같은 내용의 전면 제휴를 위한 앙해각서(MOU)를 주고받은 뒤 5일로 예정된 BMW의 미디어 설명회에서 공식 발표할 예정이라고 보도했다. 전면 제휴를 통해 도요타가 수소탱크 등 기간부품을 공급하고, BMW가 수년 내 FCV 양산차를 내놓을 계획이다. FCV는 전기자동차(EV)에 비해 장거리 주행과 짧은 충전시간 등에서 우수하지만 급성장해온 EV의 성장둔화로 FCV가 재평가되는 계기가 될 가능성이 있다고 전문가들은 지적했다. 다만 차량과 수소 자체의 가격, 충전설비 부족이 여전히 보급에 과제가 되고 있다. 도요타는 지난 2014년 전세계에서 처음으로 양산FCV '미라이'를 출시했다. FCV는 수소와 산소의 화학반응으로 만든 전기로 움직인다. 발전 시 물만 나와 궁극의 친환경차로 불린다고 닛케이가 설명했다. 엔진에 해당하는 것은 모터로, 전력으로 구동하는 점은 전기자동차에 가깝다고 한다. 이번에 도요타는 BMW의 FCV용으로 수소탱크 외에 수소를 사용해 발전하는 '연료전지' 등 수소 관련 기간부품을 전면 공급한다. 구동 시스템 등 전기차 기술을 활용할 수 있는 영역은 BMW가 주체가 돼 다룬다. 전면 제휴에서는 BMW와 도요타가 유럽 내 수소 인프라 정비에 대해 협력 관계를 구축하는 것도 포함될 전망이다. 닛케이는 일본과 독일을 대표하는 두 자동차 회사의 전면 제휴에 대해 "판매가 감속하는 전기차 이외의 전략이 필요해지고 있어 차세대 친환경 자동차의 선택지로서 일본·유럽 대기업이 FCV에서 손을 잡는 것"이라고 분석했다. 도요타와 BMW는 2012년 6월부터 FCV에서 협업 관계에 맺었다. 다만 지금까지는 도요타 측에서 연료전지 부품을 공급할 뿐이었다. 수소탱크나 구동시스템 등은 BMW가 독자 개발하고 있었지만 앞으로 도요타의 수소 시스템을 전면적으로 도입함으로써 FCV 생산 비용을 절감하고 수년 내 판매 개시를 목표로 하고 있다.
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도요타·BMW, 전기차 대안 전략 수소 연료전지차 전면 제휴
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[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다
- 국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
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[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
- 게와 새우 껍질 등 해산물을 활용해 농산물의 신선도를 연장하는 기술이 개발됐다. 미국 메릴랜드 대학교 연구팀이 게 껍질을 활용해 농산물의 신선도를 유지하고 잔류 농약을 제거하는 기술을 개발했다고 PHYS.org가 전했다. 이 기술은 농산물 수확 후 보존에 획기적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 연구팀은 게와 새우 껍질에서 추출한 케토산과 항균 특성을 가진 구리를 활용해 미세한 다공성 물질을 개발했다. 이 물질을 농산물 표면에 얇게 코팅하면 잔류 농약 제거 효과도 얻을 수 있다. 해당 연구 결과는 학술지 '매터(Matter)'에 게재됐다. 연구에 참여한 친 왕(Qin Wang) 영양 및 식품과학 교수는 "이 기술은 우리 일상생활에서 식품 안전을 향상시키는 실질적인 해결책을 제시한다"고 말했다. 농산물에 남아 있는 잔류 농약은 암, 주의력 결핍 과잉행동장애(ADHD), 알츠하이머병 등 심각한 건강 문제와 관련이 있다. 기존에는 식초, 베이킹소다, 과산화수소 등 다양한 방법으로 잔류 농약을 제거하려는 시도가 있었지만, 효과가 미흡하거나 농산물의 외관과 맛을 손상시키는 문제가 있었다. 또한 세척 과정에서 농산물에 대한 미세한 상처가 생겨 신선도가 떨어지는 경우도 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 이번 기술은 스마트폰 앱을 통해 잔류 농약 수준을 확인할 수 있도록 설계됐다. 또한 해산물 껍질에서 추출한 코팅은 물에 쉽게 씻겨져 나간다. 게다가 이 기술은 미국 식품의약국(FDA)에서 안전하다고 인정한 GRAS(Generally Recognized as Safe) 등급 물질만 사용해 안전성을 확보했으며, 대량 생산도 가능하다. 이번 연구는 농산물의 신선도 유지 및 잔류 농약제거 문제 해결에 기여할 것으로 기대되며, 향후 식품 안전 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(85)] 해산물 껍질로 농산물 신선도 유지 및 잔류 농약 제거
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[우주의 속삭임(35)] 중국 달 탐사선, 달 샘플에서 물 발견
- 중국의 달 탐사선이 채취한 샘플에서 물 분자가 발견됐다고 중국 학자들이 주장했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 중국은 지난 2020년 달 탐사선 창어 5호 임무를 통해 가져온 달 토양 샘플에서 물 분자가 풍부한 미네랄을 발견했다고 밝혔다. 분석을 진행한 중국과학원(CAS) 물리학연구소가 달에서 채취해 지구로 가져온 광물(ULM-1) 결정체에서 풍부한 물과 암모니아 분자를 찾아냈다는 것이다. 과학원 학자들은 ULM-1 샘플이 물과 ‘MgCl3-6H2O’ 공식의 암모늄이 풍부한 광물이라고 주장했다. 분석에 따르면 광물의 분자식에는 최대 6개의 결정질 물이 포함되어 있으며, 물 분자는 질량 기준으로 ULM-1 샘플의 최대 41%를 차지한다. 광물의 구조와 구성은 현무암과 물이 풍부한 화산 가스 반응으로 형성된 광물인 노보그라블레노바이트 및 지구 증발 광물인 카르날라이트와 매우 유사하다고 한다. 암모늄의 존재는 달 가스 제거의 복잡한 역사를 나타내며 달에서의 거주를 위한 자원으로서의 가능성을 보이는 것이다. 학자들은 "이번 분석 결과는 물 분자가 달의 햇빛이 비치는 지역에서 수화된 염분으로 존재할 수 있으며, 이는 달 화산 가스에서 물과 암모니아 증기의 확산을 제약할 수 있음을 시사한다"고 덧붙였다. 1960년대 미국의 아폴로 우주선이 인간을 처음으로 달에 보냈을 때부터 학계는 달 표면에서 물의 흔적을 탐색해 왔다. 그러나 달 토양 샘플에 대한 초기 분석 결과는 실망스러웠다. 물이 전혀 없는 것으로 나타나 ‘마른 달’로 인식됐다. 달에 물이 있었는 지의 여부는 그 이후 고려 대상이 되지 않았다. 그러나 지난 2009년 인도우주연구기구(Indian Space Research Organization)의 찬드라얀 1호(Chandrayaan-1) 우주선이 달의 햇빛이 비치는 지역에서 산소와 수소 분자와 같은 수화된 광물의 흔적을 발견하면서 분위기는 바뀌었다. 2020년 나사(NASA)는 햇빛이 비치는 달 표면에서 물을 발견했다고 발표했다. 이 발견은 클라비우스 분화구에서 물 분자를 감지한 공중 성층권 천문대의 적외선 탐지 데이터를 분석한 결과였다. 클라비우스 분화구는 달 남반구의 가장 큰 분화구 중 하나로 지구에서 볼 수 있다. 또 하와이대학교 행성학자 슈아이 리 연구팀도 지난 2018년 달의 얼음 매장에 대한 결정적인 증거를 발견했다. 다만 리 박사는 우주 기관들이 달의 방대한 수자원을 활용하려면 몇 가지 장애물을 극복해야 한다고 설명했다. 리는 달에서의 물 존재의 중요성은 단순히 미래 달 거주에 사용될 수 있는 물의 존재를 확인하는 것 이상이라고 지적했다. 물은 달의 형성과 진화 과정을 알려줄 수 있는, 달 표면의 몇 안 되는 구성 요소 중 하나라고 말했다.
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[우주의 속삭임(35)] 중국 달 탐사선, 달 샘플에서 물 발견
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[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망
- 지구 온난화 문제가 심화되는 가운데, 바다의 이산화탄소 제거 기술을 모방한 혁신적인 탄소 포집 기술이 개발돼 주목받고 있다. 탄소 포집 기술은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용하는 기술로, 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 해양의 탄소 흡수 방식을 모방한 탄소 직접 제거(CDR) 기술을 선도하는 에쿼틱 테크놀로지(Equatic Technology)는 캐나다 퀘벡주에 세계 최대 규모의 CDR 플랜트를 건설 중이다. 이 플랜트는 연간 10만 9500톤의 이산화탄소를 처리하고 3600톤의 녹색 수소를 생산할 예정이며, 이는 CDR 기술을 상업적 규모로 구현한 최초의 사례로 평가받는다고 비즈니스 인사이더가 전했다. CDR 기술은 대기 중 탄소를 직접 제거하는 기술로, 탄소 포집 기술 중 하나이다. 미국 UCLA 연구팀이 설립한 스타트업인 에쿼틱 테크놀로지는 로스앤젤레스와 싱가포르에서 이미 시범 공장을 운영하며 기술력을 입증한 바 있다. 이들의 핵심 기술은 바닷물에 전류를 흘려 탄소를 고체 형태로 저장하고, 부산물로 생성되는 녹색 수소를 판매하거나 시설 운영에 활용하는 것이다. 이 기술은 전기화학적 과정을 통해 이산화탄소를 탄산염 광물로 변환하여 영구적으로 저장하는 방식이다. 이는 탄소를 제거하는 동시에 에너지원을 생산하는 친환경적인 접근 방식으로, 지구 온난화 완화와 에너지 문제 해결에 동시에 기여할 수 있다. 바다, 매년 25% 탄소 제거 바다는 인간이 배출한 탄소를 가장 많이 흡수하는 곳 중 하나로, 매년 배출되는 탄소의 최대 25%를 제거한다. 바다는 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 해양 생물의 광합성에 활용하거나 심해에 저장하는 역할을 한다. 연구에 따르면 바다가 탄소를 흡수하는 과정을 복제하면 지구 대기에서 수십억 톤의 이산화탄소를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 세계은행에 따르면 2020년 전 세계 평균 이산화탄소 배출량은 1인당 4.3메트릭톤(9500파운드, 약 4309kg)이었다. 인간 활동으로 인한 이산화탄소 배출량 증가는 지구 온난화를 가속화시키는 주요 원인이다. 온실가스를 줄이는 것만으로는 지구 온난화를 더 이상 막을 수 없기 때문에 탄소 포집과 저장은 기후 변화를 완화하는 중요한 도구가 될 수 있다. 탄소 제거 비용 톤당 100달러 목표 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 발전소나 산업 시설에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 지하 깊은 곳에 저장하는 기술이다. 에쿼틱의 퀘벡 플랜트는 바닷물에 전류를 흘려 물을 수소와 산소로 분리하고, 이 과정에서 생산된 산과 염기를 통해 탄소를 고체 형태로 저장한다. 이때 생성된 약알칼리성 슬러리는 냉각탑을 통해 대기 중 탄소를 추가로 흡수하는 데 사용된다. 이러한 과정을 통해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추고, 지구 온난화를 완화하는 효과를 기대할 수 있다. 에쿼틱 테크놀로지는 싱가포르에도 대규모 공장을 건설 중이다. 싱가포르 공장은 해수 담수화 플랜트에서 얻은 고농도 염수를 전해질로 사용해 전기 분해를 통해 산소와 수소를 생성하고, 탄소는 단단한 미네랄 형태로 저장한다. 이는 용존 및 대기 중 이산화탄소를 최소 1만 년 이상 안전하게 저장하며, 바다의 자연적인 탄소 저장 능력을 활성화하고 확장하는 효과를 가져온다. 에쿼틱 테크놀로지는 탄소 제거 비용을 톤당 100달러까지 낮추는 것을 목표로 한다. 이는 수소 판매를 통한 수익 창출로 가능할 것으로 예상되며, 대규모 탄소 제거를 현실화하고 지구 온난화 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 접근 방법이다. 탄소 제거 비용 절감은 탄소 포집 기술의 상용화를 위한 중요한 과제이다. 현재 탄소 제거 비용은 가장 비싼 기술인 직접 공기 포집(DAC)이 톤당 200~700달러가 소요된다. 반면, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 톤당 15~80달러로 비교적 저렴한 편이다. 직접 공기 포집(DAC)은 대기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 기술이며, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 바이오매스 에너지 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술이다. 해양 생태계 영향 추가 연구 필요 물론 대규모 탄소 제거 기술이 해양 생물에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려도 존재한다. 하지만 에쿼틱 테크놀로지는 해수 필터 설치와 엄격한 국제 표준 준수를 통해 해양 생태계에 미치는 영향을 최소화하고, 탄소 제거량을 투명하게 측정할 계획이다. 탄소 포집 기술의 환경 영향 평가는 기술 개발 과정에서 반드시 고려해야 할 중요한 요소이다. 에쿼틱의 혁신적인 해양 탄소 포집 기술은 지구 온난화 문제 해결에 새로운 지평을 열고, 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 기대된다. 탄소 포집 기술의 발전은 기후 변화 대응에 있어서 중요한 역할을 할 것이며, 에쿼틱 테크놀로지의 노력은 이러한 변화의 선두에 있다.
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[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망
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[우주의 속삭임(33)] 화성 탐사선, 노란색 유황 결정 발견…생명체 암시 신호?
- 나사(NASA)의 큐리오시티(Curiosity) 화성 탐사선이 화성 표면에서 유황 결정체를 발견해 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 유황 발견은 우연히 이루어졌다. 탐사선이 우연히 바위를 밟아 깨지면서 거기에서 지금까지 화성에서 발견되지 않았던 눈부신 노란색 유황 결정이 드러난 것이다. 이 유황 이미지는 캘리포니아 나사 제트추진연구소의 큐리오시티 프로젝트를 담당하고 있는 애쉬윈 바사바다 연구팀에게 전달되면서 대외에 알려졌다. 바사바다는 "화성에서 유황을 발견한 것은 사막에서 오아시스를 찾은 것과 같다"고 말했다. 큐리오시티는 2023년부터 황산염이 풍부한 지역을 다니며 화성을 탐사해 왔다. 이제 황산염은 더이상 화성의 신비가 아니다. 물이 증발하면서 형성된 이 염(소금)은 과거에도 발견됐지만, 황과 다른 물질이 혼합된 황 함유 광물 성분으로만 검출됐다. 이번에 발견된 것은 순수한 황 원소로, 이는 화성 탐사 최초다. 황 원소는 무취이며, 황이 형성되려면 특정한 조건이 필요하다. 이런 유황이 함유된 암석이 화성에서 드러난 것은 경이로운 일이라는 평가다. 생명체가 존재했을 가능성도 시사한다는 것이다. 황 및 황 함유 화합물은 다양한 생물학적 또는 비생물학적 과정을 통해 형성될 수 있다. 지구상에서 황의 형성은 때로 미생물이 대사할 때 황 화합물을 남기는 생물학적 활동을 의미한다. 그런 점에서 화성의 황은 화성이 과거 물과 상호작용했을 가능성이 있다는 단서를 제공한다. 물은 생명의 핵심 요소라는 점에서 특히 중요하다. 황 화합물은 또 화성의 열수 시스템 가능성, 화산 활동, 생명체가 존재할 수 있는 서식지인 고대 호수와 바다에 대한 정보도 보여준다. 이들은 심해 열수 분출구와 같은 극한 환경에서 일부 지구 미생물의 생존 메커니즘인 에너지를 생성하는 화학 반응에 관여한다. 화성에서의 유황 발견은 화성에 미생물이 생명을 지탱할 수 있었던 다양한 화학적 환경이 조성돼 있었을 가능성을 암시한다. 물론 유황만으로는 생명체의 존재를 확인할 수 없다. 그러나 황의 존재는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인과 같은 다른 생명 유지 요소와 함께 화성에 과거 생명체가 존재했다는 가능성을 높인다. 큐리오시티 탐사선은 지금까지 7년이 넘도록 화성의 샤프 산을 오르내리며 탐사를 진행해 왔다. 화성 하늘로 무려 5km나 솟아 있는 거대한 이 산은 화성의 역사를 그대로 담고 있으며, 산의 각 층은 화성 역사의 서로 다른 시대를 나타낸다. 탐사선의 미션은 각각의 층을 연구해 화성이 언제, 어디서 미생물의 생명을 유지하는 데 필요한 조건을 갖추고 있었는지 조사하는 것이다. 특히 관심을 끄는 곳은 샤프 산의 일부를 구불구불하게 이어서 휘감는 게디즈 계곡(Gediz Vallis) 수로(채널)다. 학자들은 이 수로가 액체 상태의 물과 기타 잔해의 흐름에 의해 형성돼 탐사선이 연구하기에 좋은 장소라고 지적한다. 이번에 황이 발견되면서 연구와 탐사가 급진전될 것으로 보인다. 큐리오시티 탐사선은 유황이 발견된 지대 근처 '매머드 호수'라는 별명을 가진 암석에 41번째 구멍을 뚫는 시추 작업에 착수했다. 동시에 분말화된 황 샘플을 조사해 그 구성을 확인하고 있다. 이를 통해 화성의 지질학 역사에 대한 더 많은 정보가 축적될 것이며, 화성에서의 생명체에 대한 탐구는 계속될 것이라는 지적이다.
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[우주의 속삭임(33)] 화성 탐사선, 노란색 유황 결정 발견…생명체 암시 신호?
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
- 브라질너트를 매일 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가 일어날까. 견과류는 섬유질, 건강한 지방(블포화 지방), 단백질을 모두 함유하고 있어 건강한 간식으로 인기가 높다. 그중에서도 브라질너트는 비타민과 풍부한 미네랄을 함유하고 있어 최근 SNS에서 화제가 되고 있다. 브라질너트는 알이 크고 크고 영양이 풍부할 뿐만 아니라 셀레늄이 많이 함유되어 있다. 이는 주로 아마존 강의 토양이 비옥하기 때문이다. 헬스에 따르면 아마존 강의 토양 셀레늄 함량은 브라질너트에 셀레늄 수치를 높여 건강을 개선하는 이점을 제공한다. 브라질너트는 장 건강부터 인지 기능 향상 등 뇌 건강까지 다양한 효능을 제공한다. 브라질너트의 영양 성분과 건강 효능, 섭취시 주의 사항은 다음과 같다. 셀레늄 함량 높아 브라질너트 단 한 알에는 셀레늄 하루 권장량의 175%가 들어 있다. 브라질너트 1알에는 96㎍(마이크로그램)이 들어 있다. 미국 성인의 셀레늄 1일 섭취량은 55㎍이다. 이는 브라질너트를 매일 단 한알만 먹어도 1일 필요한 셀레늄을 충분히 섭취할 수 있다는 뜻이다. 셀레늄은 면역체계와 갑상선 건강에 중요한 항산화제이며, 특히 T4 갑상선 호르몬을 T3 갑상선 호르몬으로 전환하는 데 중요하다. 셀레늄은 강력한 항산화력으로 세포막의 손상을 일으키는 과산화수소와 같은 활성 산소를 제거해 신체 조직의 노화를 방지하거나 그 속도를 지연시키는 효과가 있다. 또한 셀레늄은 생식 기능, DNA 합성, 갑상선 기능 등에 즁요한 역할을 한다. 셀레늄이 결핍되면 활성산소의 피해를 입어 신체 내장 기능이 저하된다. 그러나 셀레늄은 필수 미량 영양소이므로 고용량을 섭취하면 독성을 나타낼수도 있다. 과다 섭취를 피하기 위해 브라질너트는 하루 최대 3알 이내로 섭취량을 제한하는 것이 좋다. 면역력 강화 브라질너트에는 비타민E와 엘라그산이 풍부하다. 비타민E는 세포를 보호하고 시력, 심장, 피부 건강에 도움을 주는 항산화제다. 이팅웰에 따르면 엘라그산은 뇌 세포를 건강하게 유지하고 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 위험을 낮추는 데 도움이 된다. 또한 브라질너트는 아연의 좋은 공급원이다. 이연은 면역 체계 기능에 필수적인 미네랄로, 염증을 억제하고 상처 치유를 돕는 역할을 한다. 또한 브라질너트는 건강한 지방의 훌륭한 공급원으로, 지방 함량의 3분의 1 이상이 다중불포화지방산에서 나온다. 이는 흔히 '나쁜 콜레스테롤'로 불리는 LDL 콜레스테롤 수치를 낮춰 심장 질환 및 뇌종중 위험을 감소시킨다. 2022년에 발표된 연구에 따르면 6개월동안 브라질너트를 매일 1알씩 먹은 노인의 인지 기능이 향상됐다. 섭취시 주의사항 셀레늄을 과다 섭취하면 셀레노시스(selenosis)로 알려진 셀레늄 중독 현상이 나타날 수도 있다. 셀레늄 중독은 드물지만 과다 섭취시 손톱과 머리카락이 약해지고 피부 발진, 메스커움, 설사, 피로 등의 부작용이 나타날 수 있다. 심각한 경우 호흡 곤란이나 신부전으로 이어질 수 있다. 다시 한번 강조하지만, 1일 셀레늄 섭취 상한선은 400마이크로그램으로, 브라질너트 3알에 해당한다. 따라서 브라질너트는 하루 3알 이내로 섭취하는 것이 안전하다. 또한 브라질너트는 견과류 알레르기의 원인이 될 수 있다. 갼과류 알레르기가 있는 사람은 섭취에 주의해야 한다. 한 가지 견과류에 알레르기가 있다고 해서 다른 견과류에도 알레르기가 있는 것은 아니지만 부작용이 발생하면 반드시 의료진과 상담해야 한다. 브라질너트 섭취 방법 브라질너트는 간식으로 섭취하거나 에너지볼, 그래놀라 바, 스무디볼, 트레일 믹스 등에 넣어서 먹을 수 있다. 견과를 잘게 썰어서 샐러드나 볶음 요리에 넣어서 섭취할 수도 있다. 생으로 먹어도 되지만 오븐에 구우면 풍미를 더 높아진다. 한국인 영양섭취 기준에서 성인 남녀의 셀레늄 1일 권장섭취량은 50㎍이고, 상한섭취량은 400㎍이다. 브라질너트 외에 셀레늄의 공급원으로는 동물의 간, 육류, 생선, 곡류 달걀 등이 있다. 과일과 채소에는 셀레늄이 극히 적 함유되어 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
- 천 천문학자들은 까마귀자리(Corvus)에서 새로운 은하가 발견됐다고 물리학 전문 PHYS가 전했다. 까마귀자리는 봄철 남쪽 하늘에 보이는 별자리로, 아폴론을 화나게 한 거짓말쟁이 까마귀 카라스의 신화에서 지어졌다. 새로 발견된 은하는 ‘까마귀 A’로 명명됐는데, 상대적으로 질량이 낮고 가스가 풍부하며 고립되어 있다. 은하 발견과 관련된 연구 논문은 이달 초 arXiv에 발표됐다. 낮은 질량의 은하를 다수 발견한 프로젝트 중 하나는 '저해상도 은하에 대한 반자동 기계학습 탐색(SEAMLESS: 심리스)'이라는 이름의 프로젝트였다. 이 프로젝트는 별과 밝은 은하에서 나오는 밝은 빛의 방출을 가리고 다양한 이미지를 필터링함으로써 희미하게 확장된 광원을 식별해 냈다. 까마귀 A 은하는 DESI(암흑에너지 분광장비) 영상 조사에서 처음으로 확인됐다. 최근 투산에 소재한 애리조나 주립대학교의 마이클 존스 천문학자 팀은 마젤란 클레이 망원경(Magellan Clay Telescope) 또는 칼 G. 얀스키 VLA(초거대배열) 시설을 이용해 이 은하에 대한 후속 관찰을 진행했고, 이를 통해 까마귀 A의 저질량 은하 상태를 확인할 수 있었다. 연구진은 논문에서 "까마귀 A는 심리스 프로젝트의 초기 단계에서 확인된 새로 발견된 저질량 은하"라고 썼다. 관측 결과 까마귀 A 항성체는 불규칙한 구조를 가지고 있었으며, 발산하는 빛은 동쪽의 젊은 푸른 별들의 영역에 의해 지배되고 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 까마귀 A 은하의 푸르고 덩어리진, 불규칙한 모습이 '사자자리 P'를 연상시킨다고 말했다. 사자자리를 구성하는 불규칙 은하인 사자자리 P는 약 56만 태양질량(태양 1개의 질량값)으로, 국부 은하에서 가장 질량이 작은 은하로 추정된다. 논문에 따르면 반광 반경이 834광년인 까마귀 A는 사자자리 P보다 질량이 몇 배 더 크고, 나이가 2억 년을 넘지 않는 젊은 별들을 많이 포함하고 있다. 연구에 따르면 까마귀 A는 이온화된 성간 원자 수소 영역(소위 H II 영역)이 없는, 가스가 풍부한 은하라는 사실이 밝혀졌다. 까마귀 A까지의 거리는 약 1130만 광년으로 측정되었다. 또한 까마귀 A로부터 약 330만 광년 이내에는 다른 은하가 없다는 것도 밝혀졌다. 까마귀 A는 주변으로부터 고립된 은하였던 것이다. 천문학자들은 까마귀 A가 전파 및 광학 파장 모두에서 고해상도 후속 관찰의 훌륭한 대상이 될 수 있다고 지적했다. 특히 새로 발견된 저질량 은하의 운동학에 대한 더 많은 정보를 제공해 줄 것이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(30)] 까마귀자리에서 새로운 저질량 은하 발견
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
- 레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
- 은하계는 광대하지만, 여전히 충돌하고 합쳐지며 겹쳐진다. 그런 가운데 일본 에히메 대학의 마쓰오카 요시키 교수를 필두로 한 국제 천문학자 팀이 지금까지 발견된 것 중 가장 먼 우주 가장자리에서 한 쌍의 퀘이사(Quasar)를 발견했다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 연구팀은 하와이에 있는 지상 제미니 노스(Gemini North) 및 스바루 망원경으로 이를 관측하고 데이터를 분석했다. 발견된 두 개의 은하핵 퀘이사는 먼지와 가스가 중앙의 초거대 블랙홀로 떨어지는 가운데 서로 합쳐(병합)지고 있다. 그 과정에서 이 퀘이사 쌍은 엄청난 양의 빛을 방출했다. 연구팀은 이 빛을 찾아냈고, 이것이 두 개의 퀘이사 쌍임을 밝혔다. 연구팀은 발견된 퀘이사 쌍이 우주의 새벽(Cosmic Dawn: 빅뱅 이후 약 5000만~10억 년), 즉 초창기 우주 여명기에 해당하는 은하핵이라고 말했다. 특히 우주의 새벽 중에서도 우주 암흑기를 끝내고 별과 은하와 같은 요즘과 같은 천체가 구성되기 시작하고 어두운 우주가 처음으로 빛으로 가득 찰 무렵인 ‘재이온화 시기’에 해당하는 천체다. 퀘이사란? 우주는 빅뱅 이후 거의 140억 년 동안 팽창해 왔다. 초기 우주는 지금보다 매우 작았으며 은하계 서로 상호 작용하고 병합될 가능성이 컸다. 퀘이사는 거대 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 발광체를 말한다. 블랙홀은 퀘이사의 중심에 있으며, 주위에는 원반이 둘러싸고 있고, 원반 물질은 소용돌이 모양으로 회전하며 블랙홀로 빨려 들어간다. 은하 병합은 가스와 먼지가 초거대 질량의 블랙홀로 떨어지면서 퀘이사를 밝게 빛나게 하는 에너지다. 블랙홀로 떨어지는 원반 물질의 중력 에너지는 빛 에너지로 바뀌고, 여기에서 거대한 빛이 방출된다. 즉, 퀘이사는 지구에서 멀리 떨어진 우주 가장자리에서 발견되는 광원으로서, 멀리 떨어져 있기 때문에 우주 탄생 초창기인 우주의 새벽 시기의 천체다. 재이온화 시대의 의미 천문학자들은 우주의 재이온화 시대를 빅뱅 이후 대략 4억 년으로 잡는다. 우주 탄생 직후 우주 온도가 높았을 때는 수소의 양성자와 전자가 분리돼 이온화된 상태였다. 시간이 지나면서 우주의 온도는 낮아졌고, 양성자와 전자는 중성수소 원자로 결합됐다. 이를 우주 재결합시대라고 한다. 그 후 일어난 우주 재이온화는 중성수소 원자가 양성자와 전자로 다시 이온화되던 시기를 말한다. 천문학자들에 따르면 재이온화 시대 당시의 수소 이온화는 우주 역사에서 매우 중요한 시대였다. 이 시기는 우주의 암흑시대의 종말이며, 오늘날 지구상에서 볼 수 있는 별이 빛나는 은하구조의 시작이었다. 이번에 발견된 방합 중인 퀘이사는 우주 암흑기를 지나 최초의 별과 은하가 나타났던 우주의 새벽 기간, 그 중에서도 우주 재이온화 시대에서 나타난 것이다. 빨간색 광원 퀘이사 쌍의 합병 천문학자들은 우주의 재이온화 시대에 퀘이사가 수행한 정확한 역할을 이해하기 위해 우주의 초기 및 먼 시대에서 퀘이사를 찾고 있다. 마쓰오카 교수는 "재이온화 시대 퀘이사의 통계적 특성은 재이온화의 진행과 기원, 우주의 새벽 동안 초거대 블랙홀의 형성, 퀘이사 은하의 최초 진화 등 많은 것을 말해준다"고 말했다. 재이온화 시대에 약 300개의 퀘이사가 발견됐지만, 쌍을 이루는 퀘이사가 관측된 것은 이번이 처음이다. 연구팀의 퀘이사 발견은 우연이었다. 망원경으로 촬영한 이미지를 검토하다가 희미한 빨간색 광원을 발견했던 것. 팀은 그러나 나타난 붉은 색 광원 두 개가 퀘이사 쌍이었는지를 확신할 수 없었다. 팀은 스바루 망원경과 제미니 노스의 분광기를 사용해 빛을 분석했고, 결국 두 개의 블랙홀을 품은 퀘이사 쌍임을 확인했다 또한 둘 사이에 가스로 이어진 다리 구조도 찾아냈다. 연구팀은 감지된 빛의 일부가 실제로 퀘이사 자체에서 나오는 것이 아니라고 추정했다. 팀은 또한 중앙에 있는 두 개의 블랙홀이 태양 질량의 약 1억 배에 달하는 크기임을 밝혔다. 발견된 현상을 종합해 보면 두 퀘이사는 대규모의 합병을 진행하고 있음을 시사했다. 재이온화 시대의 병합 퀘이사 존재는 오랫동안 예상돼 왔지만, 이번에 처음으로 확인된 순간이었다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
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최태원, 대만서 TSMC 회장과 회동…"인류 도움 AI 시대 초석 같이 열자"
- 최태원 SK그룹 회장이 인공지능(AI)반도체 수장들과의 잦은 만남을 통해 AI리더십을 더욱 확대하고 있다. 최 회장은 6일 대만에서 세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 기업인 TSMC 회장과 만나 인공지능 반도체 경쟁력 강화를 위해협력을 더욱 강화하기로 했다. 제난달 30일 이혼 항소심 판결 이후 첫 공식 해외 출장에 나선 최 회장의 행보는 'AI 리더십'을 확보하면서 흔들림 없이 그룹 경영에 매진하기 위한 행보로 해석된다. 7일 SK에 따르면 최 회장은 지난 6일(현지시간) 대만에서 웨이저자 TSMC 이사회 의장(회장), 임원들과 회동했다. 이 자리에는 관노정 SK 하이닉스 사장도 참석했다. 최 회장은 이 자리에서 "인류에 도움이 되는 AI 시대 초석을 함께 열어가자"고 제안하고, 고대역폭 메모리(HBM)분야에서 SK하이닉스와 TSMC의 혁력을 강화하기로 했다. 웨이저자 최고경영자(CEO)는 그동안 장중머우(모리스 창) 창업자 퇴진 이후 류더인 회장과 공동으로 회사를 이끌었으나,. 지난 4일 개최된 주총에서 이사회 의장으로 공식 선임됐다. SK 하이닉스는 지난 4일 6세대 HBM인 HBM4 개발과 어드밴스드 페키징 기술 역량을 강화하기 위해 TSMC와 기술 협력에 대한 양해각서(MOU)를 체결했다. SK 하이닉스는 HBM4부터 성능 향상을 위해 베이스 다이 생산에 TSMC의 로직 선단 공정을 활용할 계획이다. 이를 바탕으로 HBM4를 2025년부터 양상한다는 방침이다. 아울러 양사는 SK 하이닉스의 HBM과 TSMC의 첨단 패키징 공정 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트(CoWoS)' 기술 결합도 최적화하고, HBM 관련 곡개 요청에도 공동 대응하기로 했다. 전날 대만으로 출국한 최 회장은 TSMC외에도 대만 IT 업걔 주요 인사들과 만나 AI와 반도체 분양 협업 방안 등을 논의한 것으로 전해졌다. 지난 3일 "개인적인 일로 SK 구성원과 이해관계자 모두에게 심려를 끼쳐 죄송하다"며 "이번 사안에 슬기롭게 대처하는 것 외에 엄혹한 글로벌 환경 변화에 대응하며 사업 경쟁력을 제고하는 등 그룹 경영에 한층 매진하고자 한다"고 이혼 항소심 판결에 대한 공식 입장을 낸 지 사흘 만이다. 최 회장은 인공지능과 반도체 분야에서 글로벌 협력을 확대하기 위해 지난해 말부터 적극적으로 활동하고 있다. 그는 입장문을 통해 "반도체 등 디지털 사업의 확장을 통해 'AI 리더십'을 확보하는 것이 중요하다"고 강조했으며, 이는 인공지능과 반도체 분야에서 고객의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 글로벌 협력 생태계 구축의 중요성이 커지고 있기 때문이다. 지난 4월에는 미국 새너제이의 엔비디아 본사에서 젠슨 황 CEO와 만나 양사 파트너십 강화 방안을 논의했다. 당시 최 회장은 자신의 인스타그램에 황 CEO와 찍은 사진을 올리고 황 CEO가 "AI와 인류의 미래를 함께 만들어가는 파트너십을 위해!"라고 쓴 메시지를 공개했다. SK하이닉스는 전 세계 AI 칩 시장의 80%를 차지하는 엔비디아에 4세대 HBM인 HBM3를 독점적으로 공급해왔으며, 지난 3월에는 메모리 업체 중 가장 먼저 5세대인 HBM3E 8단 제품을 양산해 엔비디아에 공급하기 시작했다. 최 회장은 지난해 12월에는 반도체 업계에서 중요한 네덜란드의 ASML 본사를 방문해 SK하이닉스와 극자외선(EUV)용 수소 가스 재활용 기술 및 차세대 EUV 개발 기술 협력 방안을 논의했다. SK그룹 관계자는 "최 회장의 최근 활동은 한국 AI 반도체 산업과 SK 사업 경쟁력을 강화하기 위해 글로벌 협력 네트워크를 구축하는 것이 중요하다는 판단에 따른 것"이라고 밝혔다. 아울러 SK 하이닉스는 지난 4일부터 나흘 일정으로 열린 '컴퓨텍스 2024'에서 '메모리, 더 파워 오브 AI'를 주제로 부스를 마련해 △ 인공지능(AI) 서버 △ AI PC △ 소비자용 SSD(cSSD) 3개 섹션으로 자사의 AI 메모리 솔루션을 선보였다. AI 서버 솔루션 중에서는 초당 1.18테라바이트(TB)의 데이터를 처리하는 고대역폭 메모리(HBM) 5세대 제품인 HBM3E가 주목을 받았다. SK하이닉스는 지난 3월 메모리 업체 중 최초로 HBM3E 제품을 AI 반도체 시장의 주요 고객인 엔비디아에 공급하기 시작했다. DDR5 기반 메모리 모듈로는 CXL(컴퓨트익스프레스링크) 메모리 컨트롤러를 장착해 기존 시스템보다 대역폭과 용량을 각각 50%, 100% 확장한 CMM-DDR5를 소개했다. 또 데이터 버퍼를 사용해 D램 모듈의 기본 동작 단위인 랭크 2개가 동시 작동하도록 설계한 '128GB TALL MCR DIMM'을 처음 공개했다. SSD 제품은 빅데이터·머신러닝 특화 기업용 SSD(eSSD) 'PS1010'·'PE9010', 온디바이스 AI PC에 최적화한 5세대 PCle 'PCB01', cSSD '플래티넘 P41'·플래티넘 P51', 외장형 SSD '비틀 X31'의 용량을 2TB로 늘린 버전 등을 선보였다. 아울러 히타지-LG 데이터 스토리지(HLDS) 부스에는 SK하이닉스와 HLDS가 공동 개발한 스틱형 SSD '튜브 T31'이 전시됐다. 한편, SK하이닉스 주가는 엔비디아 주가 상승에 힘입어 7일 오전 10시 54분 현재 전 거래일 대비 4.80%(9300원) 오른 20만3000원에 거래됐다. 장중 한때 5.32% 급등해 2만4000원까지 치솟기도 했다.
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최태원, 대만서 TSMC 회장과 회동…"인류 도움 AI 시대 초석 같이 열자"
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
- 태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
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[우주의 속삭임(10)] 우주 최초의 은하 탄생, 처음으로 관측
- 제임스 웹 우주 망원경을 통해 130억 년 이상 전에 우주에서 가장 초기의 은하 세 개가 형성되는 것이 최초로 목격됐다고 PHYS가 전했다. 이는 덴마크 코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute)가 발견했으며, 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 이 발견은 우주 지식의 중요한 기여로 평가받고 있다. 연구소의 천문학자들은 초기 은하의 발견이 천문학 역사상 처음이며 이 세 은하의 탄생은 133억~134억 년 전에 이루어졌다고 밝혔다. 연구원들은 망원경을 통해 작은 은하가 만들어지는 과정에서 축적되는 대량의 가스가 내보내는 신호를 포착했다. 이론과 컴퓨터 시뮬레이션으로만 알려진 은하 형성 방식이 이번에 실제로 목격된 것이다. 닐스 보어 연구소의 카스퍼 엘름 하인츠 교수는 "이는 천문학자가 관측한 최초의 은하 형성에 대한 '직접적인' 이미지라고 말할 수 있다. 과거 진화 후기 단계에 있는 초기 은하들을 제임스 웹 망원경으로 관측한 적은 있지만, 이번에 은하의 탄생과 우주 최초의 항성 체계의 구축을 목격하는 데 성공했다”고 설명했다. 빅뱅 직후에 탄생한 은하들 연구자들은 세 은하의 탄생이 빅뱅(138억 년 전 대폭발을 통해 우주가 탄생하고 그 이후 계속 팽창하고 있다는 이론) 이후 대략 4억~6억 년 후에 발생한 것으로 추정했다. 4억 년이라고 하면 긴 시간처럼 들리지만, 우주 전체 수명을 138억 년이라고 가정하면 매우 짧은 기간에 해당한다. 빅뱅 직후 우주는 수소 원자로 이루어진 거대하고 불투명한 가스였다. 맑은 날 청정한 밤하늘에 수없이 많이 보이는 별들로 도배되는 오늘날과는 전혀 다른 모습이었다. 관측 보고서는 "빅뱅 이후 수억 년 동안 별과 가스가 은하로 합쳐지기 전, 첫 번째 별이 형성됐는데, 이번 관찰이 그 단계“라고 밝혔다. 은하계의 탄생은 우주 역사상 재이온화기(Epoch of Reionization)로 알려진 시기에 일어났다. 빅뱅 뒤 약 4억 년 쯤 뒤에 수소의 이온화가 이루어진 것. 이때 일부 최초의 은하계 에너지와 빛이 수소 가스를 뚫고 나왔다. 닐스 보어 연구소가 망원경의 적외선 비전을 사용해 포착한 것이 바로 이 대량의 수소 가스다. 이는 현재까지 천문학계가 발견한 별과 은하의 구성 요소인 차가운 중성 수소 가스 중 가장 먼 거리 측정이다. 우주 기원에 대한 이해 높여 이 연구는 하인츠 교수가 연구소의 동료 천문학자들과 협력해 수행했다. 연구소는 새로운 발견을 더욱 확장하고, 은하 형성의 가장 초기 시대에 대한 추가 연구를 위해 제임스 웹 우주 망원경 관측 시간을 확대 신청했다. 연구소는 발견된 최초 은하를 토대로 매핑하는 작업에 착수할 계획이다. 시각적으로 볼 수 있는 우주의 한계를 더욱 확장하겠다는 것. 연구팀은 우주의 첫 생성 순간을 포착한 것 자체가 우주에 대한 지식을 한 차원 끌어올린 것이라고 지적하고, 앞으로도 이를 지속적으로 관찰함으로써 좀 더 많은 해답을 모으고 퍼즐을 맞추어 우주의 기원을 밝히는 데 기여한다는 방침이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(10)] 우주 최초의 은하 탄생, 처음으로 관측
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
- 나사(NASA)의 허블 우주 망원경이 반사 성운에 있는 변광성 HP 타우(Tau)를 포함, 세 개의 별의 이미지를 포착했다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 전했다 아직 핵융합 과정을 거치지 않은 '티 타우리 별(T Tauri stars)'들은 먼지와 가스 구름의 잔재에 둘러싸여 있으며, 별 형성과 원형 행성 발달의 초기 단계를 형성하고 있다. ‘티 타우리 별’은 정식 항성이 되기 직전, 별의 생성 및 진화 단계를 말한다. 젊은 별 또는 아기별이라고도 표현한다. 그리고 변광성은 시간에 따라 밝기가 변하는 별이다. 나사의 허블 우주 망원경이 포착한 새로운 별 이미지에서는 반짝이는 우주의 정동석(돌맹이 안에 보석이 박혀 있는 결정)을 닮은 세 개의 별이 반사 성운의 빈 공간에서 밝게 빛나고 있다. 이 삼중성계는 변광성 HP 타우, HP 타우 G2, 그리고 HP 타우 G3로 구성되어 있다. HP 타우는 아직 핵융합을 시작하지 않았지만, 수소로 핵분열하는 태양과 비슷한 별로 진화하기 시작하는 티 타우리 별로 알려져 있다. 티 타우리 별들은 일반적으로 나이가 1000만 년에 미치지 못한다. 이에 비해, 지구가 속해 있는 태양계의 태양은 나이가 무려 46억 년에 달한다. 이들 젊은 별들은 종종 그들이 형성된 먼지와 가스 구름에 싸여 있는 것으로 발견된다. 모든 변광성과 마찬가지로 HP 타우의 밝기도 시간에 따라 변한다. 티 타우리 별은 밝기가 주기적으로 변하거나 무작위적으로 변하는 것으로 알려져 있다. 무작위적인 변화는 별 주변에 강하게 밀착한 먼지와 가스 원반의 불안정성, 별 위로 떨어져 소모되는 원반의 물질, 별 표면의 플레어와 같은 성장 중인 어린 별의 혼돈스러운 특성으로 인해 발생할 수 있다. 주기적인 변화는 거대한 흑점이 시야에 들어오고 나가면서 회전하기 때문일 수 있다. 가스와 먼지 구름은 별 주위를 휘감으며 반사된 빛으로 빛난다. 반사 성운은 그 자체로는 눈에 보이는 빛(가시광선)을 방출하지 않지만, 근처 별에서 나오는 빛이 가스와 먼지에 반사되면서 빛나게 된다. 마치 자동차 전조등 불빛으로 비춰지는 안개처럼 빛나는 것이다. HP 타우는 황소자리 방향으로 약 550광년 떨어져 있다. 허블 망원경은 수백만 년에 걸쳐 행성으로 합쳐지는 별 주변의 물질 원반인 '원시 행성 원반'에 대한 조사의 일환으로 HP 타우를 연구했다고 한다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
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[우주의 속삭임(8)] 천문학자, 폭신폭신한 솜사탕 같은 밀도의 외계 행성 발견
- 지구에서 1200광년 떨어진 곳에 푹신푹신한 솜사탕과 비슷한 밀도를 가진 거대한 외계 행성이 발견됐다. 이는 미국 MIT(메사추세츠공대), 벨기에 리에주 대학교의 천문학자들이 발견했으며, 그 결과는 네이처 '천문학저널'에 발표됐다. MIT 홈페이지에 실린 연구 요약 게시글에 따르면, 태양계 외부에 위치하는 ‘WASP-193b’라는 이름의 새로운 행성은 태양계에서 가장 큰 행성인 목성보다 50% 더 크지만 밀도는 10분의 1 정도로 매우 낮기 때문에 질량은 7배나 작다고 한다. 밀도만 보면 솜사탕과 비슷할 정도로 매우 낮은 수준이다. 이 행성은 해왕성과 유사한 더 작은 행성으로 10년 전에 발견된 케플러 51d에 이어 현재까지 발견된 행성 가운데 두 번째로 가볍다. 크기와 밀도의 특징으로 인해 WASP-193b는 현재까지 발견된 5400개 이상의 행성 중에서도 매우 특이한 존재로 기록됐다. 연구팀원인 MIT 칼리드 바르카우이 박사는 "이렇게 작은 밀도를 지닌 거대한 물체를 발견하는 것은 매우 드문 일이다"라면서 "지난 15년 동안 미스터리였던 푹신푹신한 목성이라고 불리는 행성 종류가 있는데, 이번 행성은 여기에 속한 행성 중에서도 매우 극단적인 사례"라고 말했다. 이 행성 자체가 '우주의 미스터리'라는 것이다. MIT의 줄리앙 드 위트 박사도 "이 행성은 너무 가벼워서 고체 물질이라고 생각하기가 어렵다. 솜사탕에 가까운 이유는 공기가 많기 때문이며 기본적으로 푹신푹신하다"고 설명했다. 드 위트는 "행성의 대기가 두텁고 클수록 더 많은 빛이 통과할 수 있기 때문에 이번에 발견된 이 행성이 천체의 대기를 연구하는 최고의 로제타스톤이 될 것”이라며, 제임스 웹 우주 망원경을 통해 대기의 특성을 측정하고 푹신한 행성의 신비가 풀리기를 기대했다. 안달루시아 천체물리학 연구소는 "이 행성을 현재까지의 모든 천체 형성 이론의 어디에 위치시켜야 할지를 모르겠다. 고전적인 진화 모델로는 이 행성이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 없다. 관찰을 더 잰행해야 행성의 진화 과정을 알 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 "WASP-193b가 태양계의 태양과 같이 자신이 속한 항성을 6.25일마다 공전하고 있는데, 행성의 대부분은 수소와 헬륨으로 이루어져 있을 것으로 추정한다. 이들 가스가 대기를 엄청나게 부풀렸을 가능성이 높지만, 그 이유는 알 수 없다"고 부연했다. 새로운 행성은 행성 광각 탐색(WASP)에 의해 발견됐다. 이는 북반구와 남반구에 각각 하나씩, 두 개의 로봇 관측소를 운영하는 학술 기관의 국제 협력 프로그램이다. 각 관측소는 일련의 광각 카메라를 사용해 하늘 전체에 걸쳐 있는 수천 개의 별의 밝기를 측정한다. 발견된 행성은 지난 2006년부터 지속적으로 관측해 왔던 것으로 크기와 밀도 등이 이번에 최종적으로 밝혀지게 됐다. 연구팀은 이 행성이 극도로 가볍다는 사실을 최종 확인했다. 팀이 계산한 질량은 목성의 약 0.14배였다. 그리고 질량으로 계산한 밀도는 입방센티미터당 약 0.059g으로 나타났다. 대조적으로 목성은 입방센티미터당 약 1.33g이며 지구는 입방센티미터당 5.51g이다. 그리고 솜사탕의 실제 밀도는 입방센티미터당 약 0.05g이다. 발견된 행성이 거의 솜사탕에 가깝다는 의미다. 과학자들은 솜사탕과 같은 밀도를 지닌 독특한 종류의 외계 행성을 '슈퍼퍼프(Super-Puffs)'라는 용어를 사용해 지칭한다. 나사(NASA)는 태양계에는 그런 행성이 존재하지 않는다고 밝혔다. 한편 2019년 천문학자들은 다른 푹신한 외계 행성인 WASP-107b 발견 사실을 발표했다. 당시 발견된 WASP-107b의 크기는 목성과 비슷했지만, 질량은 10분의 1에 불과했다.
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[우주의 속삭임(8)] 천문학자, 폭신폭신한 솜사탕 같은 밀도의 외계 행성 발견
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
- 행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
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중국, 인류 최초 달 뒷면 샘플 수집해 지구 귀환 미션 나선다
- 중국이 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집해 지구로 가져오는 우주 미션에 나선다고 스페이스뉴스가 전했다. 중국은 이를 위해 임무를 수행할 달 착륙선 창어 6호를 공개했다. 우주선을 실어 나를 로켓 창정 5호는 지난달 말 하이난도 원창 위성발사센터 기지로 이동됐다. 창어 6호의 임무는 지구에서는 직접 볼 수 없는 달 뒷면에 착륙해 최대 2kg의 달 샘플을 수집, 이를 지구로 가져오는 것이다. 이 임무는 과거에 시도된 적이 없는 세계에서 첫 번째 미션이다. 이를 중계하기 위한 Queqiao-2 중계 위성은 이미 지난 3월 19일 발사됐다. 이 중계 위성은 달 뒷면에 있는 창어 6호와 지구의 지상국 사이의 통신을 위해 달 궤도에 머무른다. 중국은 아직 창어 6호의 발사 시기를 공개하지 않았지만 현재까지의 정보를 종합하면 발사는 5월 3일 금요일로 예상된다. 창어 6호는 달 뒷면의 서쪽 150~158도, 남쪽 41~45도에 위치한 아폴로 분화구의 남쪽을 착륙 목표로 삼고 있다. 아폴로는 수많은 달의 미스터리를 풀어줄 일부 실마리를 갖고 있을 것으로 기대되는 거대한 남극-에이컨(SPA) 분지 내에 있다. 중국 국가우주국(CNSA) 산하 달탐사우주공학센터(LESEC)는 "창어 6호는 달 역행 궤도 설계 및 제어 기술, 지능형 샘플링, 이륙 및 상승 기술, 달 뒷면의 자동 샘플 채취 등의 목표를 성공적으로 달성할 것“이라고 밝혔다. 또한 창정 5호 로켓과 창어 6호 탐사선의 상태는 양호하며 발사를 위한 모든 준비는 정상적으로 진행되고 있다고 부연했다. 창정 5호는 액체수소와 산소를 동력으로 하는 직경 5m, 높이 57m의 로켓이다. 또한 4개의 등유-액체산소 사이드 부스터를 사용한다. 이 로켓은 중국에서 가장 크고 가장 강력한 발사체로 알려져 있다. 창어 6호는 목표를 달성하기 위해 총 8200kg에 달하는 4개의 우주선 복합체를 사용할 예정이다. 서비스 모듈은 달 궤도에 진입하는 데 필요한 추진력을 제공한다. 착륙선은 달 뒷면에 착륙해 샘플을 수집할 예정이다. 이들은 상승체에 의해 달 궤도로 다시 발사될 것이며, 서비스 모듈과 랑데부해 도킹하게 된다. 서비스 모듈은 지구를 향해 되돌아가고 지구에 재진입해 샘플을 안전하게 전달할 재진입 캡슐을 방출하게 된다. 미션에 성공하면 달의 역사와 태양계에 대한 지식을 깊이 해 줄 샘플이 수집될 것이다. 이 샘플은 왜 가까운 쪽과 먼 쪽 달 암석의 구성에 차이가 있는지를 설명헤 즐 것으로 기대된다. 이 임무에는 프랑스, 스웨덴, 이탈리아, 파키스탄 큐브위성의 국제 과학 탑재체도 포함될 예정이다. 이 협력은 우주 탐사 분야에서 국제 협력을 강화하려는 중국의 노력을 반영한다는 설명이다. 프랑스는 달 지각에서 나오는 라돈 가스 방출을 감지하는 가스 탐지(DORN: Detection of Outgassing RadoN) 장비를 제공한다. 스웨덴은 ESA의 지원을 받아 NILS(달 표면의 음이온) 탑재체를 제공한다. 이탈리아로부터는 패시브 레이저 역반사경을 지원받아 탑재한다. 큐브위성은 파키스탄 국립우주국 SUPARCO와 중국 상하이 자오퉁 대학교가 공동으로 제작했다. 창어 6호는 2030년까지 유인 달 탐사를 포함하는 중국의 우주 미션의 일부다. 중국은 2030년대에 국제 달 연구기지(ILRS) 프로그램을 통해 영구 달 기지를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 많은 국가와 기관들이 이 프로젝트에 동참했다.
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중국, 인류 최초 달 뒷면 샘플 수집해 지구 귀환 미션 나선다
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[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.
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[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성
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[신소재 신기술(34)] 수소 저장용 신소재, 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9) 합성 화합물
- 러시아 스콜코보 과학기술연구소(스콜테크·Skoltech) 연구팀과 러시아 과학 아카데미 슈브니코프(shubnikov) 결정체 연구소 및 중국, 일본, 이탈리아 연구 기관의 과학자들은 현재 최고의 수소 저장 물질보다 4배 더 많은 양의 수소 기체를 "흡수"할 수 있는 수소 화학 저장 물질을 발견했다고 테크익스플로어가 17일(현지시간) 보도했다. 이 연구팀이 개발한 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9)은 각각 금속 원자당 최대 7개와 9개의 수소를 저장할 수 있는 획기적인 기술이다. 기존 금속 합금기술로는 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있었다. 수소를 효율적으로 저장하는 방법을 찾는 것은 미래의 지속 가능한 경제에 통합하는 데 매우 중요하다. 적절한 저장 기술을 갖춘 수소는 향후 고온의 산업 공정과 운송에 연료를 공급하고 전력망의 공급과 수요를 균형 있게 조절하는 역할을 할 수 있다. 이번 연구는 학술지 '첨단 에너지 재료(Advanced Energy Materials)'에 게재됐다. 수소는 미래의 저탄소 경제에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 수소는 재생 가능하게 생산될 수 있고, 연료 전지나 연소를 통해 전기나 열을 생성하는 데 사용될 수 있다. 수소 에너지로 인해 가장 큰 이익을 얻을 수 있는 분야는 제철, 유리 및 시멘트 생산, 화학 산업 등이다. 국제 해운 및 일반적인 운송과 모빌리티 전반도 수소 에너지로 이익을 얻을 수 있다. 그 외에도 수소는 재생 가능 에너지의 불규칙한 공급을 포함해 잉여 에너지를 저장함으로써 전력망의 균형을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 수소 발전의 광범위한 채택을 막는 가장 큰 장애물은 공기보다 14배 가볍고, 반응성이 높으며, 가두기 어렵고 폭발성이 있는 가스인 수소를 저장하는 안전하고 지속 가능하며 경제적인 기술력의 부족이다. 가스 실린더, 튜브, 극저온 탱크 및 파이프 라인에서 수소를 축적하고 운반하려면 압축 또는 액화하거나 수소 분자로 구성된 고체로 변환해야 할 수도 있다. 하지만 이 방법에는 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 이러한 처리에는 매우 많은 비용이 든다. 압축 및 냉장 과정은 최종적으로 수소가 제공하는 총 에너지의 약 20%~40%에 해당하는 에너지를 소비한다. 이는 매우 높은 손실이다. 둘째, 수소는 질량당 가장 에너지 밀도가 높은 화학 연료이지만 너무 가벼워 압축 또는 액화된 천연가스보다 단위 부피당 여전히 약 절반의 에너지를 보유한다. 이는 특히 차량에 불편하다. 셋째, 수소는 가장 작은 분자이기 때문에 컨테이너에서 쉽게 빠져나가고 심지어 금속 벽에도 침투해 벽을 부서지게 하고 균열과 누출을 일으킨다. 연구의 주요 저자 중 한 명인 스콜테크의 재료 과학 및 공학 박사 드미트리 세메노크(Dmitrii Semenok)는 "대안은 화학 저장"이라고 지적했다. 세메노크 박사는 "예를 들어 마그네슘-니켈 및 지르코늄-바나듐 합금과 같은 특정 물질은 금속 원자가 결정 구조를 형성하는 사이의 공극에 수소를 저장할 수 있다. 이러한 축전기는 상대적으로 밀도가 높고 안전하며 필요에 따라 가열 시 빠르게 수소를 방출한다"라고 설명했다. 그는 "하지만 수소를 포집하고 방출하는 데 필요한 조건과 얼마나 많은 충방전 사이클을 견딜 수 있는지에 따라 금속 합금을 조정할 수는 있지만, 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있다는 상대적으로 엄격한 제한이 있다. 이것이 가장 큰 지표다"라고 부연했다. 세메노크 박사는 "우리가 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(세슘 헵타하이드라이드·CsH7)과 9수소화 루비듐(루비듐 비수소화물·RbH9)은 금속 원자당 각각 최대 7개와 9개의 수소 원자를 담고 있다. 이 두 물질은 대기압에서 안정적으로 수소가 풍부한 최초의 물질이 될 것으로 예상되지만, 후자는 추가 확인이 필요하다. 어쨌든 이 화합물에서 수소 원자의 비율은 알려진 모든 수소화물 중에서 가장 높으며 메탄 CH4보다 두 배나 높다"라고 말했다. 이 연구의 수석 연구자인 스코테크의 재료 발견 연구실 책임자 아르템 오가노프(Artem R. Oganov) 교수는 "우리는 수소가 풍부한 암모니아 보란 분말을 세슘 또는 루비듐과 반응시킨다"고 설명했다. 이렇게 하면 세슘 또는 루비듐 아미도보란으로 알려진 염이 생성된다. 열을 가하면 이러한 염이 세슘 또는 루비듐 일수화물과 다량의 수소로 분해된다. 오가노프 박사는 "실험은 대기압의 10만 배에 달하는 압력을 가하는 두 다이아몬드 사이의 셀에서 실행되기 때문에 여분의 수소가 결정 격자 공극으로 강제 이동하여 세슘 헵타하이드라이드와 루비듐 비수소화물(후자는 두 가지 다른 결정 격자 종류)을 형성한다"라고 말했다. 연구팀에 따르면 세슘과 루비듐은 원자의 크기가 커서 결정 구조에서 수소가 차지할 수 있는 빈 공간이 더 커지기 때문에 "예정된 운명"이라고 한다. 이 화합물의 형성은 연구팀의 시뮬레이션과 기본 물리 법칙에 기반한 계산의 예측과 일치했다. 화합물의 존재는 여러 분석 기법을 통해서도 확인됐다. X-선 분석, 라만 분광법, 반사/투과 분광법 등 다양한 분석 기법을 통해 화합물의 존재를 확인했다. 후자는 스콜테크의 하이브리드 포토닉스 연구소의 데니스 산니코프 연구원의 기여로 가능했다. 연구팀은 이제 약 1만기압의 낮은 압력에서 대규모 유압 프레스를 사용해 실험을 반복하여 더 많은 양의 세슘과 루비듐 폴리하이드리드를 얻고, 이 화합물이 지금까지 알려진 다른 폴리하이드리드와 달리 일단 합성되면 대기압에서도 안정적으로 유지되는지 검증할 계획이다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(34)] 수소 저장용 신소재, 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9) 합성 화합물
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나사, 일본과 달 탐사용 '우주 이동 주택' 제작…도요타가 설계
- 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 미국 항공우주국(나사·NASA)과 협력, 달 탐사를 위한 우주 이동 주택을 만들기로 합의했다고 전문 매체 드라이브닷컴, 빌트 등이 보도했다. 이동 주택이라고는 하지만, 지상에 고정된 조립식 주택이나 농막과는 달리 바퀴가 달려 움직이는 캠핑카와 유사한 형태다. 모리야마 마사히토 일본 문부과학성 장관은 나사의 빌 넬슨 국장과 JAXA가 '달 탐사를 위한 유인 탐사선 및 무인 탐사선을 위한 가압 이동 주책 차량을 설계, 개발, 운영키로 하는' 계약에 서명했다. 이 이동 주택 차량은 세계 최대의 자동차 제조업체 중 하나인 일본 도요타와 JAXA가 공동으로 설계하고 제작할 예정이다. 우선 달 탐험을 위해 투입된다. 이 주택은 우주비행사가 몇 주 동안 달에서 생활할 수 있는 '이동 생활 공간 및 실험실'로 설계될 예정이다. 새 이동 주택 차량은 길이 5.7m, 폭 5.19m, 높이 3.6m로 미니버스 2대와 맞먹는다. 9평에 달하는 면적이어서 우리나라 농막 건축 최대 기준인 6평보다 넓다. 실제 이동 주택이라고 말할 만큼 충분한 생활 공간이 만들어지는 셈이다. 이동 주택 차량에는 특히 달에서도 우주복을 입지 않고 생활할 수 있는 객실도 만든다. 해당 객실은 지구의 중력 및 대기와 거의 유사한 환경을 갖추게 된다. 여기에서는 두 명의 우주비행사가 한 달 동안 거주할 수 있다. 이 이동 주택 차량은 수소 동력 연료전지로 구동된다. 물은 낮 동안(태양열로 구동) 전기분해 장치에 공급되며, 물을 수소와 산소로 전환한다. 산소는 깨끗한 공기를 제공하고, 수소는 연료 전지를 통해 밤에 전기로 변환된다. 연료 전지는 부산물로 물을 생성해 낮에 전기분해 장치로 보내지게 된다. 미쓰비시중공업은 해양 기술 분야의 경험을 바탕으로 전기분해 장치 개발을 지원한다. 주행 거리는 거의 1만km에 달하고 자율주행도 가능하도록 디자인한다. LiDAR(라이더) 센서를 사용해 분화구와 암석을 피하면서 움직이고, 알려지지 않은 오프로드 지형을 탐색하게 된다. 현재 계획에 따르면 도요타는 이 이동 주택 차량을 2031년에 출시한다. 이것이 나사의 아르테미스 프로그램의 일부가 될 수도 있다는 분석도 있다. 아르테미스 프로그램에는 2026년부터 달까지 유인 비행한다는 계획도 들어 있다. 희망 사항이지만, 이 이동 주택 차량이 아르테미스 7 임무부터 사용될 가능성도 있다. 넬슨 국장은 "우주비행사가 며칠, 최대 몇주 동안 달 표면에 머물 수 있기 때문에, 과거에는 가본 적이 없는 지역까지 탐험할 수 있게 될 것이다. 차량은 이동 주택이자 달 실험실이자 달 탐험가다. 이곳은 우주비행사들이 거주하고, 일하고, 달 표면을 탐색할 수 있는 곳으로, 우리 모두의 위대한 발전으로 이어질 것"이라고 기대했다. 계획에 따르면 이동 주택 차량은 달의 남극 지역을 집중 탐험한다. 이곳의 어두운 분화구에는 얼음 형태의 물이 있다.
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나사, 일본과 달 탐사용 '우주 이동 주택' 제작…도요타가 설계
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