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[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발
- 플라스틱 폐기물을 분해해 벤조산과 청정에너지인 수소로 재활용하는 기술이 개발됐다. 독일 연구팀이 가장 흔한 플라스틱 폐기물인 폴리스티렌 폐기물을 효율적으로 재활용하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 기술은 저렴한 철 촉매를 사용하여 폴리스티렌을 분해해 벤조산과 그 부산물로 수소를 생성하며, 태양 에너지를 사용하여 작동할 수 있는 장점이 있다고 사이테크 데일리가 보도했다. 플라스틱은 우리 생활에 필수적인 요소가 되었지만, 매립지와 자연 환경에 축적되는 막대한 양의 플라스틱 폐기물은 심각한 문제를 야기한다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. PHYS는 캘리포니아 대학교 버클리와 캘리포니아 대학교 산타바바라의 연구자들이 수행한 '2050년까지 전 세계 플라스틱 폐기물 관리 불량과 온실 가스 배출을 줄이기 위한 경로'라는 연구를 인용해 지금처럼 경제 활동을 게속한다면 세계는 2011년부터 2050년까지 엠파이어 스테이트 빌딩 높이의 10배에 달하는 플라스틱 더미로 맨해튼을 덮을 만큼의 쓰레기를 배출할 것이라고 지적했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 독일 괴팅겐의 프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler) 지속가능 화학 연구소의 루츠 아커만 교수가 이끄는 연구팀은 폴리스티렌을 효율적으로 분해하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 방법은 폴리스티렌을 분해하여 화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 단량체 벤조일 생성물과 짧은 고분자 사슬을 생성하고 그 부산물로 수소를 만들어냈다. 이 기술의 핵심은 헤모글로빈과 유사한 철 포르피린 복합체인 철 기반 촉매이다. 철은 다른 촉매 활성 금속에 비해 독성이 없고 저렴하며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다. 전기 촉매 반응 과정에서 철 화합물은 Ⅳ, Ⅲ, Ⅱ의 다른 산화 단계를 순환하며, 일련의 반응 단계와 중간 생성물을 거쳐 폴리스티렌의 탄소-탄소 결합을 분해한다. 주요 생성물은 벤조산과 벤즈알데히드이며, 벤조산은 향료 및 방부제 생산 등 다양한 화학 합성의 원료로 사용된다. 연구팀은 실제 플라스틱 기물을 그램 단위로 효율적으로 분해함으로써 이 새로운 전기 촉매 기술의 견고성을 입증했다. 이번 연구 결과는 독일 저명 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie, 응용화학)'에 개재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발
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[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져
- 지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
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[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
- 미세 플라스틱이 대기 중 구름 형성을 촉진시켜 극한 날씨와 기후 변화를 가속화시킨다는 연구 결과가 최근 발표됐다. 구름은 대기 중의 보이지 않는 기체인 수증기가 먼지와 같은 작은 부유 입자와 결합해 물방울이나 얼음 결정으로 변할 때 형성된다. 최근 발표된 연구에서 미세 플라스틱 입자도 동일한 효과를 낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 섭씨 5~10도 더 따뜻한 온도에서 얼음 결정이 생성될 수 있음도 보여주었다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 공기 중에 미세 플라스틱이 없었다면 구름이 형성되지 않았을 좀 더 따뜻한 조건에서 미세 플라스틱이 구름을 생성함으로써 날씨와 기후에 적지 않은 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 대기 화학자 중심으로 구성된 연구진은 다양한 유형의 입자가 액체 물과 접촉할 때 어떻게 구름 속에서 얼음이 형성되는지를 분석했다. 대기에서 지속적으로 발생하는 이 과정은 '핵 형성'이라고 부른다. 대기 중의 구름은 액체 물방울, 얼음 입자 또는 두 가지의 혼합물로 구성된다. 기온이 섭씨 0도에서 영하 38도 수준인 중상층 대기의 구름에서 얼음 결정은 일반적으로 건조한 토양의 미네랄 먼지 입자나 꽃가루 또는 박테리아와 같은 생물 입자 주위에 형성된다. 미세 플라스틱도 그런 입자 중 하나다. 미세 플라스틱은 너비 5mm 미만으로 연필 끝에 달린 지우개 정도의 크기다. 일부는 이보다 더 작고 미세하다. 미세 플라스틱은 매우 작기 때문에 공기 중으로 쉽게 이동할 수 있다. 구름 속의 얼음은 날씨와 기후에 중요한 영향을 미친다. 대부분의 강수는 얼음 입자로 시작되기 때문이다. 전 세계 대부분 지역의 구름은 대기 중으로 높이 확장되고 차가운 공기가 구름 꼭대기 수분을 얼린다. 얼음이 형성되면 주변의 액체에서 수증기를 끌어당기고, 얼음 결정은 떨어질 만큼 무거워진다. 얼음이 형성되지 않으면 구름은 비나 눈으로 내리기보다는 증발하는 경향이 있다. 구름은 또한 여러 가지 방식으로 날씨와 기후에 영향을 미친다. 지구 표면에서 들어오는 햇빛을 반사하여 냉각 효과를 내기도 하고 지구 표면에서 방출되는 일부 복사선을 흡수해 온난화 효과를 증폭시킨다. 반사되는 햇빛의 양은 구름에 포함된 액체 상태의 물과 얼음의 양에 따라 달라진다. 미세 플라스틱이 구름에서 얼음 입자를 증가시키면, 이 비율의 변화는 구름이 지구의 에너지 균형에 미치는 영향을 바꿀 수 있다. 물이 섭씨 0도에서 언다고 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 먼지 입자와 같이 핵을 형성할 물질이 없다면 물은 섭씨 영하 38도까지 얼지 않고 과냉각될 수 있다. 더 따뜻한 온도에서 동결하려면 물에 녹지 않는 물질이 물방울에 존재해야 한다. 이 입자는 첫 번째 얼음 결정이 형성될 수 있는 표면을 제공한다. 미세 플라스틱이 존재하면 얼음 결정이 형성돼 비나 눈이 더 많이 내릴 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱 조각이 물방울의 핵 역할을 할 수 있는지를 확인하기 위해 대기 중에서 가장 널리 퍼진 네 가지 플라스틱, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 각각은 깨끗한 상태와 자외선, 오존 및 산에 노출된 상태 두 가지로 테스트되었다. 이 모든 것이 대기 중에 존재하며 미세 플라스틱의 구성에 영향을 미칠 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱을 작은 물방울에 현탁시키고, 물방울을 천천히 냉각시켜 어는 시점을 관찰했다. 또한 플라스틱 조각의 표면을 분석해 분자 구조를 파악했다. 얼음 핵 형성은 미세 플라스틱의 표면 화학 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이었다. 테스트한 대부분의 플라스틱에서 물방울의 50%는 섭씨 영하 22도로 냉각될 때까지 얼었다. 일부 미세 플라스틱은 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 더 따뜻한 온도에서 얼음 핵을 형성했다. 자외선, 오존 및 산에 노출되면 입자의 얼음 핵 형성 활동이 감소하는 경향이 있었다. 이는 얼음 핵 형성이 미세 플라스틱 입자 표면의 작은 화학적 변화에 민감하다는 것을 시사한다. 그러나 이 플라스틱들은 여전히 얼음 핵을 형성하므로 구름 속 얼음의 양에 영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱이 날씨와 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 구름이 형성되는 고도에서의 농도를 알아야 한다. 또 미네랄 먼지 및 생물학적 입자 등 얼음 핵 형성이 가능한 다른 입자와 비교해 미세 플라스틱의 농도를 확인해야 한다. 이러한 측정을 통해 미세 플라스틱이 구름 형성에 미치는 영향을 모델링할 수 있다. 플라스틱 조각은 크기와 구성이 다양하다. 향후 연구에서는 가소제와 착색제 등 첨가제가 포함된 플라스틱과 미세 플라스틱 입자를 이용해 분석을 진행할 계획이다.
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- 포커스온
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
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9가지 일상 생활 소재, 매년 790억 달러 기후 피해 입혀
- 미국의 일상적인 9가지 용품의 생산으로 인한 온실가스 배출로 인해 연간 790억 달러의 기후 비용이 발생하고 있다는 지적이 나왔다. 이 연구 보고서는 최근 IOP퍼블리싱의 환경연구저널(Environmental Research Letters)에 게재됐다고 사이테크데일리가 전했다. 온실가스 배출로 인한 이 같은 막대한 비용은 현재 시장 가치에는 반영되지 않고 있으며, 사실상 탄소 집약적 산업에 대한 막대한 보조금 역할을 하고 있다는 지적이다. 연구를 주도한 UC 데이비스 캠퍼스의 엘리자베스 반 로이젠 박사는 "이런 숨겨진 비용은 탄소 저배출 대체 소재가 산업체에서 자발적으로 채택되지 않는 이유가 된다. 정확한 비용을 계산하고 반영하면 대체 소재 생산 방법을 구현하고 혁신을 주도할 수 있는 경제적 기반을 제공할 수 있다"라고 말했다. 팀의 연구는 아스팔트, 플라스틱, 벽돌, 유리, 시멘트, 석회, 석고, 강철, 알루미늄 등 널리 사용되는 9가지 소재를 조사한 것이다. 연구진은 생산 데이터, 에너지 소비, 배출 요인을 분석하여 각 재료에 대한 에너지 및 공정 관련 이산화탄소 배출량을 통합해 계산했다. 분석 결과 이들 9가지 재료는 2018년 한해 동안 4억 2700만 톤의 이산화탄소를 배출했다. 이러한 배출로 인한 기후 비용을 가격에 반영하면 일부 재료의 비용은 큰 폭으로 증가하게 된다. 비용 증가 폭은 ▲시멘트: 62% ▲석회: 61% ▲석고: 47% ▲철강: 22% ▲플라스틱: 19% 등이다. 철강과 플라스틱의 경우 기후 관련 비용이 시장 가치에서 차지하는 비중이 낮음에도 불구하고 생산량이 워낙 많기 때문에 연간 기후 비용이 각각 200억 달러가 넘는다. 연구진은 기후 관련 비용 계산을 위해 미국 환경보호국(EPA)의 사회적 탄소 비용(SCC) 추정치인 이산화탄소 1톤당 184달러 산정액을 기준으로 했다. 이 수치는 인간의 건강, 농업, 해안 인프라에 미치는 영향을 포함하여 탄소 배출량 증가와 관련해 정량화된 경제적 피해를 모두 합한 것이다. 보고서는 이러한 기후 비용을 재료 가격에 반영하면 저탄소 생산 혁신을 촉진하고 재활용 및 대체 재료의 경쟁력을 높일 수 있다고 주장한다. 예를 들어, 알루미늄과 강철 생산이 전적으로 재생 에너지원으로 전환되면 기후 관련 비용이 각각 95%와 79% 감소하게 된다. 그 만큼 가격을 낮출 수 있다는 의미다. 보고서는 연구 결과의 정책적 의미와 조율된 국제적 행동의 필요성을 강조하고 있다. 이러한 재료 가격의 책정은 미국에서만 발생한 조사이므로 다른 국가로부터의 저비용 탄소 배출 소재의 수입을 증가시킬 수 있다. 탄소 배출을 저렴한 외국 수입품으로 전가할 수 있다는 얘기다. 연구진은 청정 에너지원으로 전환해도 제거할 수 없는 공정 관련 배출(예: 시멘트 및 석회의 화학 반응)을 해결하기 위한 정책이 필요하다고 역설한다. 재활용률 개선, 생산자 책임 확대법, 대체 소재는 모두 탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 수행할 수 있다. 연구진은 특히 개발도상국에서 글로벌 소재 수요가 계속 증가함에 따라, 소재 생산 및 사용이 기후에 미치는 영향을 전 세계적이면서 조율된 방식으로 해결하기 위한 정책 솔루션의 연구가 이어져야 할 것이라고 촉구했다.
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9가지 일상 생활 소재, 매년 790억 달러 기후 피해 입혀
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글로벌 기업, 플라스틱 규제 위한 국제 협약 체결 촉구
- 세계 유수 기업의 최고경영자(CEO) 20여 명이 플라스틱 오염 문제 해결을 위한 구속력 있는 국제 규칙 마련을 촉구하고 나섰다. 미국 다국적 식품 및 음료 회사 펩시코, 10년 넘게 지속가능성 최우수 기업으로 꼽힌 다국적 기업 유니레버, 마스 등 글로벌 기업의 CEO들은 '글로벌 플라스틱 협약을 위한 기업 연합'이 주도하는 공개 서한에 서명하며, 다음 달 부산에서 열리는 유엔 플라스틱 협약 협상에서 의미 있는 결론이 도출되기를 기대한다는 뜻을 밝혔다고 포브스가 27일(현지시간) 보도했다. 플라스틱 오염 종식 국제협약 성안을 위한 제5차 정부간 협상위원회(INC-5)는 오는 11월 25일부터 부산 벡스코에서 개최된다. 27일 환경부에 따르면 170여개국 정부 대표단을 비롯해 무려 4000여명이 협상하거나, 영향을 미치기 위해해 부산을 찾을 예정이다. 플라스틱 오염의 가장 심각한 폐해는 자연 분해에 수백 년이 소요된다는 점이다. 또한 플라스틱을 제조하는데 쓰이거나 플라스틱에서 검출되는 화학물질은 1만6000여종에 달한다. 플라스틱은 완전히 사라지지 않고 미세 플라스틱이라는 미세한 입자로 쪼개지는데, 이는 더욱 작은 나노 플라스틱으로 변형된다. 최대 5mm 크기의 이러한 미세 플라스틱은 토양과 해양을 오염시키고, 먹이사슬을 거쳐 동물의 체내에 쌓인다. 결국, 이는 우리 식탁까지 위협하여 인체 건강에 악영향을 초래할 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 음료수, 생수 등을 담는 용기로 가장 널리 사용된다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 포함된다. "자발적 조치 만으로는 플라스틱 문제 해결에 수십년 걸릴 것" 기업 연합은 서한을 통해 자발적인 조치에만 의존하는 협약은 실질적인 해결책 마련을 수십년 지연시킬 수 있다고 경고했다. 이들은 구속력있는 국제 규칙을 포함하는 야심찬 협약이야말로 정책 조화, 국가별 법률 강화, 기업의 효과적인 솔루션 확대를 위한 기회라고 강조했다. 서한은 또한 협상 과정에서 유해 화학물질의 제한 및 단계적 폐지를 위한 국제적인 기준과 목록 설정, 순환 제품 디자인에 대한 명호가안 기준 마련, 확장된 생산자 책임(EPR) 체게에 대한 공통된 정의 및 핵심 원칙 수립 등 구체적인 논의가 이루어져야 한다고 촉구했다. 협약의 효력을 강화하기 위한 강력한 거버넌스 체계 구축 또한 중요한 과제로 제시됐다. "국제규칙, 기업과 정부 모두에게 이익" 기업 연합의 공동 의장인 존 던컴은 "국제적인 규칙을 포함하는 협약은 지구 환경뿐만 아니라 기업과 정부 모두에게 도움이 된다"고 강조했다. 던컴은 국제 규칙이 기업의 운영을 단순화하고 규모의 경제를 실현하여 장기적으로 비용 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라, 재사용을 통한 새로운 사업 기회 창출, 폐기물 관리 산업 성장에도 기여할 것이라고 설명했다. 던컴은 또한 기업들이 플라스틱 문제 해결에 대한 재정적 책임을 인지하고 있으며. 정부는 공정한 경쟁 환경을 조성하고 모든 기업이 EPR 체계를 이행하도록 노력해야 한다고 덧붙였다. 펩시코의 라몬 라구아르타 회장은 효과적이고 잘 설계된 EPR 체계의 중요성을 강조하며, 명확한 국제 원칙 마련을 통해 전세계적으로 EPR이 확대될 수 있다는 기대감을 표명했다. "글로벌 규칙 마련으로 공정한 경쟁 환경 조성해야" 폐기물 관리 시스템 공급 업체인 TOMRA의 토베 안데르센 CEO는 이번 협상이 플라스틱 오염에 대한 국제적 합의를 도출할 수 있는 "일생일대의 기회"라며, 글로벌 기업들이 이 문제 해결에 적극적으로 기요하고자 하며, 글로벌 규칙 마련을 통해 공정한 경쟁 환경이 조성되기를 바란다고 강조했다. 한편, 국제 플라스틱 협약은 전 세계 국가의 정책 결정자들이 모여 플라스틱 오염에서 벗어나기 위해 플라스틱의 생산부터 폐기까지 전 생애주기에 걸친 규칙을 만드는 회의다. 2022년 11월 우루과이에서 첫 회의를 시작했고, 마지막 5차 회의는 2024년 11월 부산에서 개최된다. 한국 플라스틱 생산량, 세계 4위 한국석유화학협회 석유화학편람을 보면 한국 합성수지(플라스틱) 생산량은 지난해 1451만3000톤(t)으로 중국(9794만t), 미국(3857만t), 사우디아라비아(1463만5천t)에 이어 주요 10개국 중 4번째로 많았다. 1인당 합성수지 소비량은 116.2㎏으로 10개국 중 압도적인 1위다. OECD 최근 보고서에 의하면, 2020년 4억3500만 톤에 달했던 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년에는 7억3600만 톤으로 급증해 무려 69%나 증가할 것으로 예측된다. 약 15년 후에는 해상 운송에 사용되는 40피트 표준 컨테이너 277만 7000여 개를 동원해야 한 해 생산되는 플라스틱을 모두 실을 수 있을 것으로 예측된다. 플라스틱 재활용율 6% 불과해 플라스틱 폐기물량 또한 2040년에는 6억1700만 톤에 이르러 2020년 3억 6000만 톤에서 크게 늘어날 것으로 전망된다. 하지만, 재활용률은 6% 수준에 머무르고, 부적절하게 처리되는 플라스틱 폐기물은 2040년 1억1900만 톤으로 2020년 8100만 톤보다 오히려 증가할 것으로 예상된다. 자연으로 유출되는 플라스틱의 양도 2040년에는 3000만톤으로 2020년 2000만톤에 비해 1000만톤이나 늘어날 것으로 추정된다. 플라스틱 생산부터 폐기까지 전 과정에서 발생하는 온실가스 배출량 역시 2040년 2.8기가 톤으로 2020년 1.8기가 톤보다 1기가 톤 증가할 전망이다. 이처럼 플라스틱 생산량과 폐기물량은 증가하는 반면, 재활용률은 저조하고 환경오염 문제는 심화될 것으로 예상되어 플라스틱 문제 해결을 위한 적극적인 노력이 시급하다.
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- 생활경제
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글로벌 기업, 플라스틱 규제 위한 국제 협약 체결 촉구
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
- 바다에서 종이보다 더 빨리 분해되는 새로운 생분해성 플라스틱이 개발됐다. 미국 과학자들이 개발한 셀룰로오스 다이아세테이트(CDA)로 만들어진 플라스틱이 해양 환경에서 종이보다 빠르게 생분해되는 것으로 밝혀졌다고 뉴아틀라스가 전했다. 이는 매년 수백만톤의 플라스틱이 바다로 유입되는 문제에 대한 해결책이 될 수 있을 것으로 기대된다. CDA는 면이나 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스를 가공하여 만든 생분해성 플라스틱으로, 1800년대 후반부터 선글라스 프레임, 담배 필터, 사진 필름 등 다양한 제품에 사용되어 왔다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수백년이 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 쪼개진다. 미세 플라스틱이 더 잘게 쪼개지면 나노 플라스틱이 된다. 크기가 최대 5mm에 달하는 이들 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고 먹이 사슬을 통해 동물의 몸에 축적되며, 결국 인간의 식탁에 올라 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 속한다. 참고로 미국에서 매년 최대 4000만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다. CDA, 발포 공정 통해 분해 속도 높여 미국 우즈홀 해양연구소(WHOI) 연구팀은 CDA가 해수에서 가장 빠르게 분해되는 플라스틱임을 확인했다. 특히, '발포'라는 공정을 통해 CDA를 다공성으로 만들면 분해 속도가 최대 15배까지 빨라져 종이보다도 빠르게 분해된다. 연구팀은 36주간의 실험을 통해 해수 탱크에 담긴 CDA 발포체가 기존 질량의 65~70%를 손실하는 것을 확인했다. 반면, 스티로폼(폴리스틸렌)은 같은 기간 동안 전혀 분해되지 않았다. 이번 연구는 매사추세츠 주 케이프 코드 근처의 마사드 빈야드 사운드의 실험실 환경에서 진행되었으며, 빛, 온도 등 다양한 변수를 제어하여 실제 해양 조건을 구현했다. 실험 결과 CDA 발포체는 기존 CDA보다 190% 빠른 분해 속도를 보였다. 이는 종이 빨대보다도 더 빠른 분해 속도다. 다행인 점은 CDA 발포체의 성공적인 결과를 바탕으로, 이미 생분해성 및 퇴비화 가능한 포장재가 개발되어 기존 스티로폼 육류 포장재를 대체하고 있다. 이번 연구 결과는 해양 플라스틱 오염 문제 해결에 중요한 발걸음이 될 것으로 평가된다. 해당 연구 논문은 저널 ACS 퍼블리케이션스(ACS Publications)에 게재됐다.
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- 생활경제
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성⋯중력 측정 분석 결과 뒷받침
- 달의 지각 아래 내부 구조는 무엇으로 이루어져 있을까. 지구 내부에는 녹은 암석층이 존재하며, 이는 지표면의 지각판 운동을 일으키는 원인으로 알려져 있다. 과학자들은 그동안 달에도 지구처럼 핵과 고체 외층 사이에 녹음 암석층이 존재하는 지에 대한 연구를 진행해왔다. 미 항공우주국(나사·NASA) 고다드 우주 비행 센터와 애리조나 대학의 연구팀은 최근 지구와 태양의 중력에 대한 달의 반응을 분석한 결과, 달 내부의 깊은 곳에 녹은 암석층이 존재할 가능성을 뒷받침하는 새로운 증거를 제시했다. 해당 내용에 대해서는 사이언스얼라트와 스페이스닷컴 등이 보도했다. 이번 연구를 통해 지구의 바닷물이 달과 태양의 중력에 의해 주기적으로 상승하고 하강하는 것처럼, 달도 조석력의 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 다만, 지구처럼 바다가 없기 때문에 달의 조석 현상은 미묘하지만 모양과 중력의 변화를 통해 확인할 수 있다. 연구 결과 달의 맨틀은 조수처럼 오르락내리락하는 두껍고 끈적끈적한 영역을 갖고 있는 것으로 드러났다. 달의 조석력에 반응하는 방식은 내부 구조와 밀접한 관련이 있다. 연구팀은 지구와 태양에 대한 달의 조석 반응으로 분석하면 표면 아래에 무엇이 있는 지 단서를 얻을 수 있다는 점에 주목했다. 기존 연구에서는 한 달 동안 달의 조석 변화를 측정했지만, 이번 연구에서는 나사의 위성 기반 GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory) 미션과 달 정찰 궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter)을 통해 1년 동안의 데이터를 수집했다. 연구팀은 달의 월별 및 연간 형태 변화, 중력장 변화, 평균 밀도 등의 정보를 종합해 내부 구조를 시뮬레이션했다. 그 결과 달의 맨틀 하부에 부드러운 층을 포함했을 때 관측된 중력 측정값을 더 정확하게 재현할 수 있었다. 이는 달 내부 깊은 곳에 점성을 가진 물질 층이 존재할 가능성이 높음을 시사한다. 연구팀은 달 내부의 이러한 녹은 층이 티타늄이 풍부한 광물인 일메나이트(ilmenite)로 구성되었을 것으로 추측하고 있다. 하지만 이 층의 열원이 무엇인지, 정확한 구성 성분은 무엇인지 등이 여전히 풀어야 할 과제로 남아 있다. 해당 연구는 AGU 어드밴시스(AGU Advances)에 게재됐다. 한편, 일메나이트는 티타늄과 철의 산화 광물로 화학식은 FeTiO3이다. 일메나이트는 티타늄의 주요 광석이며, 이산화 티타늄(TiO2) 생산의 주원료다. 이산화 티타늄은 페인트, 잉크, 플라스틱, 종이, 선크림, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 일메나이트는 러시아의 일멘 산맥에서 처음 발견되어, 이름이 붙여졌다. 아폴로 우주선이 가져온 달에서 채취한 암석에서 상당량의 일메나이트가 발견됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성⋯중력 측정 분석 결과 뒷받침
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
- 과학자들이 홍합의 자연적인 접착 특성을 활용해 플라스틱 폐기물 분해 속도를 높이고 있다는 희소식이 전해졌다. 미국 라이스 대학교 연구팀은 홍합의 접착력에서 영감을 얻어 플라스틱 표면에 강하게 달라붙는 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 플라스틱 분해 효소와 결합하여 플라스틱 폐기물을 효율적으로 분해할 수 있는 가능성을 제시한다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수 백년 이상 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 분해된다. 이러한 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고, 먹이 사슬을 통해 동물의 몸속에 축적된다. 결국 이러한 미세 플라스틱은 인간의 식탁까지 올라와 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 연구팀은 유전자 코드 확장 기술을 이용해 박테리아 유전자 코드에 홍합의 접착 단백질에 존재하는 도파(DOPA· 3, 4-디하이드록시페닐알라닌)라는 아미노산을 도입했다. 이를 통해 박테리아는 플라스틱의 주요 성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 표면에 강하게 부착하고, PET를 분해하는 효소와 함께 작용해 플라스틱 분해 효율을 높였다. 미국은 매년 최대 4천만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. PET는 플라스틱의 한 종류로 이 폐기물의 약 64%를 차지한다. PET는 분해되기까지 수 세기가 걸릴 수 있다. 이번 연구를 이끈 화학, 생명과학 및 생명공학 한 샤오(Han Xiao) 부교수는 "이 기술은 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 도움이 될 것"이라며 "유전자 코드 확장 기술이 재료 및 세포 공학 분야에서 혁신적인 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 생물 부착 방지 기술 활용성 가능성 제시 연구팀은 이 기술이 플라스틱 오염 문제 해결뿐만 아니라 선박, 해양 구조물, 물 처리 시설 등에서 발생하는 생물 부착 문제 해결에도 활용될 수 있다고 밝혔다. 도파를 이용해 변형된 단백질은 다양한 표면에 보호막을 형성해 미생물의 부착을 막는 효과를 나타냈다. 연구팀은 이 기술이 의료 기기, 조직 공학, 약물 전달 등 다양한 생물 의학 분야에도 응용될 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 재료 과학 분야 학술지 '스몰 메서드(Small Methods)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
- 하수구에서 서식하는 박테리아가 플라스틱을 분해하는 것으로 밝혀져 플라스틱 오염 해결 가능성을 제시했다. 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 코마모나스(Comamonas) 박테리아가 플라스틱을 분해하여 영양분으로 활용하는 메커니즘을 밝혀냈다고 PHYS.org가 3일(현지시간) 보도했다. 이 연구 결과는 환경 과학 분야 저명 학술지 '환경 과학 및 기술(Environmental Science & Technology)'에 게재됐다. 연구팀은 하수구에서 흔히 발견되는 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 작은 조각(나노플라스틱)으로 분해한 다음, 특수 효소를 분비하여 플라스틱을 더 작은 단위로 분해하는 것을 확인했다. 박테리아는 이 과정에서 플라스틱에서 얻은 탄소 원자를 먹이로 사용한다. 코마모나스는 그람 음성균으로, 극성 편모를 이용하여 운동하는 호기성 세균이다. 다양한 유기물을 분해할 수 있는 능력을 가지고 있어, 환경 정화에 중요한 역할을 한다. 연구를 이끈 루드밀라 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수구 박테리아가 플라스틱을 분해하고, 이를 탄소원으로 사용하는 전체 과정을 체계적으로 보여준 첫 번째 사례"라며 "플라스틱 분해에 관여하는 핵심 효소를 파악했으며, 이를 활용하여 환경 오염을 일으키는 플라스틱을 제거하는 기술 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 플라스틱 오염 문제 해결 기대 플라스틱, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전 세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%를 차지한다. 미세 플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노 플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 이번 연구 결과는 코마모나스 박테리아를 이용하여 PET를 포함한 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 새로운 가능성을 제시한다. 미세 플라스틱 생성 과정 이해에 도움 연구팀은 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 나노 크기의 입자로 분해하는 것을 확인하고, 이 과정에서 박테리아가 어떤 도구를 사용하는지 밝혀냈다. 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수 처리 과정에서 미생물 활동으로 나노플라스틱이 생성될 수 있음을 보여준다"며 "하수구에서 강과 호수로 이어지는 플라스틱의 이동 경로를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다"고 강조했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 플라스틱 분해 효소의 효율성을 높이는 연구를 진행할 계획이다. 또한, 코마모나스 박테리아를 이용한 플라스틱 오염 정화 기술 개발에도 박차를 가할 예정이다.
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- 생활경제
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
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북해 해안에서 미세플라스틱 핫스팟 발견⋯"플라스틱 오염 심각"
- 영국 북해 해안에서 미세 플라스틱 오염 핫스팟이 발견되어 해양 오염의 심각성을 드러냈다. 영국 환경·어업·양식 과학센터(CEFAS) 연구팀은 2022년 북해 해역에서 특수 제작된 '뉴스턴 미세 플라스틱 카타마란(기계식 유량계와 플라스틱 포집망이 달린 부유식 뗏목)'을 이용하여 미세 플라스틱 농도를 측정했다. 그 결과, 북해 남부 해안에서 미세 플라스틱 농도가 최대 2만5000개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700/㎢ 에 달했다. 이는 인근 스코틀랜드 해역(평균 4500개/㎢)이나 북동 대서양(평균 3200개/㎢)보다 훨씬 높은 수치이다. 최대 5mm에 달하는 미세 플라스틱의 주요 성분은 폴리에틸렌(67%), 폴리프로필렌(16%), 폴리스티렌(8%) 등으로, 일상생활에서 흔히 사용되는 비닐봉투, 플라스틱 용기, 장난감 등에서 발생하는 것으로 추정된다. 중플라스틱(5~25mm)과 거대플라스틱(25mm) 이상은 각각 2000개/㎢과 1000개/㎢의 농도로 존재했으며 주로 큰 플라스틱이 분해되어 파생된 파편과 필라멘트로 구성되어 있지만 마이크로비즈와 필름도 발견됐다. 연구팀은 이러한 미세 플라스틱 핫스팟이 해류를 통해 다른 나라에서 유입된 플라스틱 쓰레기의 영향을 받았을 것으로 분석했다. 영국에서는 2018년부터 화장품과 퍼스널 케어 제품에 마이크로비즈 사용이 금지되었지만, 북해 해안에서 발견된 플라스틱은 해류를 타고 다른 나라에서 이 지역으로 유입된 것으로 추정된다. 모든 해양 쓰레기에서 11가지 색상의 플라스틱이 확인되었으며, 대부분 흰색으로 비닐봉지에서 비롯된 것으로 나타났다. 연구팀은 북해의 미세 플라스틱 오염 농도는 스페인 북부 해안(2017년, 약 25만4000개/㎢), 포르투갈 서부 해안(2019년, 약 4만개/㎢), 카나리아 제도(2024년, 약 100만개/㎢) 등 다른 지역보다는 낮지만, 해양 생태계에 심각한 위협이 될 수 있다는 점을 강조했다. 연구팀은 플라스틱 오염 문제를 위해 영국 해양 전략, 북동 대서양 환경 전략, 유엔 환경 계획 등 다양한 국가 및 국제적 노력이 필요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 프론티어스 인 마린 사이언스(Frontiers in Marine Science)에 게재됐다. 플라스틱 수요는 매년 4억톤을 초과하는 등 꾸준히 증가하고 있다. 한국의 잠실에 있는 롯데타워는 무게가 약 75만톤이다. 플라스틱 4억톤은 롯데타워 약533개를 합친 것과 같은 엄청난 양이다. 참고로 롯데타워는 높이 553m로 2024년 10월 2일 기준 세계에서 여섯 번째로 높은 빌딩이다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 호흡만으로도 우리 몸에 침투할 수 있다. 지난 9월 16일 JAMA 네트워크 오픈 저널에 발표된 연구에 따르면 미세 플라스틱이 처음으로 인간의 후각 중추에서 발견됐다. 입자의 크기는 5.5 마이크론에서 26.4 마이크론까지 다양했다. 그동안의 연구에서는 뇌 장벽이 미세 플라스틱과 같은 독성 입자가 뇌에 들어가지 못하도록 막는 것으로 여겨졌다. 해당 연구는 뇌에서 처음으로 미세 플라스틱이 발견된 것으로 연구진은 치매와 같은 신경계 질환을 일으킬 수 있다고 우려했다. 이전 연구에서는 인간의 폐, 태반, 내장, 간, 혈액, 고환, 심지어 정액에서도 미세 플라스틱이 발견됐다. 인체 곳곳에서 미세 플라스틱이 검출되고 있는 현실은 매우 우려스럽다. 마래 세대를 위해 바다, 육지, 그리고 우리가 숨쉬는 공기까지 플라스틱 오염을 줄이기 위한 전 세계적인 노력이 시급하다.
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- 생활경제
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북해 해안에서 미세플라스틱 핫스팟 발견⋯"플라스틱 오염 심각"
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인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기
- 인간 뇌조직에서 미세 플라스틱이 처음으로 검출되어 잠재적인 건강 위험에 대한 우려가 높아지고 있다. 국제 연구팀이 15명의 사망자 뇌 조직 중 8명의 후각 신경구(코에서 냄새 정보를 받아 들이는 뇌조직 덩어리)에서 미세 플라스틱을 발견했다고 사이언스얼라트와 CNN 등 다수 외신이 보도했다. 이는 뇌 혈전에서 미세 플라스틱이 발견된 이후 뇌조직 자체에서 미세 플라스틱을 보고한 첫 번째 연구다. 베르린 자유 대학의 박사후 미세 플라스틱 연구원이자 이번 연구의 주저자인 루이스 페르난도 아마토-로렌소는 CNN에 "이 구조에 존재하면 뇌의 다른 영역으로 전이될 수 있다"고 밝혔다. 아마토-로렌소는 입자의 크기와 모양이 섬유보다 작기 때문에 뇌와 척수를 여러 유해 물질로부터 보호하는 막인 혈액뇌장벽의 미세아교세포를 우회할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. 이전 연구에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 우리 몸의 폐 조직과 모유와 태반, 고환 등 생식기에서도 발견됐다. 아울러 플라스틱 페트 병에 든 생수 등 마시는 물에서도 미세 플라스틱이 검출돼 경종을 울렸다. 연구팀은 출판된 논문에서 나일론의 현미경 사진을 게재했으며 "미세 플라스틱은 다양한 인체 조직에서 발견됐지만 인간의 뇌에서 존재한다는 사실은 기록되지 않았으며, 이는 잠재적인 신경 독성 효과와 미세 플라스틱이 뇌 조직에 도달하는 메커니즘에 대한 중요한 의문을 제기한다"고 기술했다. 이번 연구는 지난 16일 미국의학협회 저널 '자마 네트워크 오픈(JAMA Network Open)'에 발표됐다. 검출된 미세 플라스틱은 주로 입자 및 섬유 형태였으며, 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. 입자 크기는 5.5마이크로미터(㎛)에서 26.4마이크로미터 사이로, 평균적인 인간 머리카락 너비(약 8만 나노미터)의 1/4도 되지 않았다. 이보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 폴리프로필렌은 포장재부터 자동차 부품, 의료 기기에 이르기까지 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나이다. 이전 연구에서는 대기 오염 입자가 후각 경로를 따라 올라가는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 미세 플라스틱이 후각구 바로 아래 쪽의 작은 구멍을 통해 뇌까지 동일한 경로를 이용할 수 있음을 시사한다. 연구팀은 "코와 후각구에서 미세 플라스틱이 확인된 것은 취약한 해부학적 구조와 함께 후각 경로가 외인성 입자가 뇌로 들어가는 중요한 진입 지점이라는 개념을 강화한다"고 설명했다. 미세 플라스틱의 건강 영향은 아직 명확하지 않지만. 뇌 내 합성 물질 농도 증가는 긍정적인 신호가 아니다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 신경 손상 및 신경 질환 위험 증가와 연관 있을 수도 있다. 또한 대기 오염과 인지 문제 사이의 연관성은 이미 잘 알려져 있다. 만약 미세 플라스틱이 비강으로 유입된다면 문제를 악화시킬 가능성이 있다. 연구팀은 "파킨슨병과 같은 일부 신경 퇴행성 질환은 초기 증상으로 비강 이상과 관련이 있는 것으로 보인다"고 말했다. 생분해성이 더 높은 플라스틱을 생산하려는 지속적인 노력에도 불구하고, 플라스틱 생산량은 지난 20년 동안 두 배로 늘었다. 지난 9월 4일 '네이처' 저널에 게재된 또다른 연구에 따르면 전 세계는 매년 5700만톤의 플라스틱 오염을 발생시키고 있다. 영국 리즈대학교 연구팀은 매년 발생하는 오염 물질은 약 5200만톤으로, 뉴욕시 센트럴 파크를 엠파이어스테이트 빌딩 높이만큼 플라스틱 쓰레기로 채울 수 있는 수준이라고 밝혔다. 5200만톤의 플라스틱 쓰레기를 서울의 여의도에 쌓으면 높이는 약 1만5600km에 이른다. 이는 지구 반지름(약 6371km)의 두 배가 넘는 엄청난 높이다. 참고로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 해발 고도는 약 8846미터이다. 이번 연구는 플라스틱 오염의 심각성을 다시 한 번 강조하며, 미세 플라스틱의 건강 영향에 대한 추가 연구의 필요성을 제기한다.
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- IT/바이오
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인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기
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[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환
- 햇빛을 활용해 유해한 온실 가스인 메탄과 이산화탄소를 상온에서도 유용한 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 캐나다 맥길 대학교 연구팀이 햇빛을 이용해 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 유용한 화학물질인 '녹색 메탄올'과 '일산화탄소'로 전환하는 혁신적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이 기술은 기후변화 문제 해결과 지속 가능한 산업 발전에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 금, 팔라듐, 질화갈륨, 혼합물을 촉매로 사용해 햇빛에 노출시키면 이산화탄소의 산소 원자가 메탄 분자에 결합하여 '녹색 메탄올'을 생성하는 반응을 유도했다. 이 과정에서 부산물로 일산화탄소로 생성된다. 녹색 메탄올은 재생 가능한 에너지원이나 바이오매스를 활용하여 생산되는 친환경 메탄올이다. 일반적인 메탄올은 화석 연료를 통해 생산되는데, 이 과정에서 많은 양의 온실 가스가 배출된다. 반면, 녹색 메탄올은 탄소 배출을 최소화하거나 아예 배출하지 않는 방식으로 생산되기 때문에 탄소 중립을 위한 중요한 에너지원으로 주목받고 있다. 녹색 메탄올은 선박이나 자동차의 연료로 사용가능하며, 기존 화석 연료보다 탄소 배출량이 적다. 또한 플라스틱이나 합성 섬유 등 다양한 화학제품의 원료로 사용된다. 게다가 수소보다 안전하고 쉽게 저장하고 운송할 수 있어 에너지 저장 매체로도 활용될 수 있다. 맥길 화학과 박사후 연구원 후이 수(Hui Su)는 "자동차에서 나오는 배기가스나 공장에서 나오는 배출물이 햇빛의 도움으로 차량용 청정 연료, 일상적인 플라스틱의 구성 요소, 배터리에 저장된 에너지로 전환되는 상상을 해보자"며 "이것이 바로 새로운 화학 공정이 가능하게 하는 변화의 종류"라고 말했다. 연구팀의 새로운 빛 기반 화학 공정은 상온에서 한 번의 반응으로 메탄과 이산화탄소를 녹색 메탄올과 일산화탄소로 전환한다. 팀은 전환된 두 가지 모두 화학 및 에너지 분야에서 높은 가치를 지닌다고 말했다. 연구를 이끈 차오준 리 교수는 "풍부한 태양 에너지를 활용하여 두 가지 온실 가스를 유용한 제품으로 재활용할 수 있다. 이 과정은 상온에서 진행되며 다른 화학 반응에서 사용되는 고온이나 유해 화학 물질이 필요하지 않다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. 맥길 대학교 연구팀은 이 기술이 탄소 중립 목표 달성과 환경 문제를 지속 가능한 미래를 위한 기회로 전환하는데 기여할 것이라고 전망했다.
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[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
- 유럽우주국(ESA)이 국제우주정거장(ISS)에서 금속 3D 프린터로 부품을 제작하는 데 성공했다. 이는 우주 공간에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 최초의 사례로, 미래 우주 탐사에 새로운 가능성을 제시했다. ESA는 에어버스와 협력하여 개발한 '금속 3D 프린팅 기술 시연기'를 올해 초 ISS에 발사했다. ESA 우주비행사 안드레아스 모겐센은 이 장비를 ESA 콜럼버스 모듈에 설치했고, 지난 8월, 마침내 우주에서 최초의 3D 금속 형상을 성공적으로 인쇄했다. 미국과 러시아, 유럽연합(EU) 등이 참여한 닥구적 우주 정거장인 국제우주정거장은 1998년 건설이 시작됐으며, 지구 상공에서 400km 떨어진 저궤도를 돌고 있다. 이번 성공은 기존 ISS에서 플라스틱 3D 프린터만 사용되었던 것과 비교하면 획기적인 발전이다. 3D 금속 프린팅 기술은 무중력 상태에서도 필요한 부품을 즉시 제작하고 장비를 수리할 수 있게 해, 장기 우주 탐사 임무의 자율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 일반적으로 3D 금속 프린터는 금속 합금 분말을 바닥에 깔고 전자빔이나 레이저로 디지털 파일에 기반한 패턴을 소결하는 방식으로 작동한다. 무중력 상태에서 금속을 녹이는 것도 문제지만, 금속 가루를 다루는 것은 위험할 뿐만 아니라 완전히 비현실적이다. 에어버스와 영국 크랜필드 대학이 개발한 금속 3D 프린터는 플라스틱 프린터를 모방해 이 문제를 해결했다. 스테인리스 스틸 와이어를 워크헤드에 공급하고 레이저로 그 자리에서 녹인 다음, 녹은 강철이 즉시 냉각되고, 굳어지도록했다. 안전성을 높이기 위해 전체 작업은 밀폐된 금속 상자에서 원격으로 수행됐ESA에 따르면 이 프린터는 지난 8월 4개의 테스트 형상 중 첫번째 형상을 완성했다. 이에 대해 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 "외관상으로는 크게 칭찬할 수준은 아니었다"며 "사실 다소 투박하지만 이 프린터는 승무원이 예비 부품이나 득수 장비를 직접 제작할 수 있도록 함으로써 미래의 임무가 지구로부터 더 독립적으로 수행되는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 기술 시연기"라고 전했다. 이번에 제작된 금속 부품은 품질 분석을 위해 다른 3가지 샘플과 함께 지구로 반환될 예정이다. 샘플 중 2개는 네덜란드에 있는 ESA의 기술 심장부(ESTEC)로, 다른 1개는 쾰른에 있는 우주비행사 훈련 센터(EAC)로 보내져 LUNA 시설에 사용되고, 나머지 1개는 덴마크 공과대학교(DTU) 등으로 보내져 추가 연구에 활용될 계획이다. ESA의 인간 및 로봇 탐사 책임자인 다니엘 노이엔슈반더는 "우주에서 최초의 금속 3D 형상을 프린팅한 것은 우주 탐사에 있어 중요한 이정표"라며, "국제적이고 다양한 분야의 팀이 이루어낸 이 성과는 장거리 및 장기 임무에서 필요한 부품을 현장에서 제작할 수 있는 가능성을 열었다"고 평가했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(108)]국제우주정거장서 '금속 3D 프린팅' 첫 성공
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
- 국내 연구진이 석유 기반 플라스틱 산업의 대안으로 생분해성 플라스틱을 생산하는 미생물 개발에 성공했다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 플라스틱의 강성과 열 안정성을 높이는 고리형 구조의 폴리머를 생산하는 박테리아를 개발했다. 해당 기술에 대해서는 인터레스팅엔지니어링과 물리학org, 사이테크 데일리 등 다수 외신이 조명했다. 외신에서는 "한국 연구진이 개발한 새로운 '살아있는 플라스틱'은 버려지면 스스로 파괴된다"고 호평했다. 연구를 주도한 KAIST 화학 및 생물분자 연구 책임자인 이상엽 교수는 "(플라스틱) 바이오 제조는 기후 변화와 세계적인 플라스틱 위기를 완화하는 데 중요한 역할을 할 것"이라며 "미래를 위한 더 나은 환경을 보장하기 위해 국제적인 협력을 통해 바이오 기반 제조를 촉진해야 한다"고 강조했다. 일반적으로 고리형 분자는 미생물에 독성을 나타내기 때문에 연구진은 독특한 대사 경로를 설계했다. 이를 통해 대장균은 폴리머를 합성할 뿐만 아니라 폴리머와 그 전구체의 축적을 견딜 수 있게 되었다. 결과적으로 생성된 폴리머는 생분해성이며 약물 전달 시스템과 같은 생물 의학 분야에 유용하게 활용될 수 있는 물리적 특성을 가지고 있다. 최초의 미생물을 이용한 방향족 및 지방족 폴리머 생산 포장과 산업 분야에서 사용되는 대부분의 플라스틱(PET, 폴리스티렌 등)은 고리 모양의 '방향족' 구조를 포함하고 있다. 이전 연구에서는 미생물을 이용하여 방향족 및 지방족(비고리형) 단량체가 혼합된 폴리머를 생산하는 데 성공했지만, 이번 연구는 미생물이 방향족 측쇄(곁가지)를 가진 단량체로만 구성된 폴리머를 생산한 최초의 사례다. 이를 위해 연구팀은 다양한 미생물의 효소를 통합하여 새로운 대사 경로를 만들었고, 이를 통해 박테리아가 페닐락테이트라는 방향족 단량체를 생산할 수 있도록 했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 이러한 페닐락테이트 단량체를 완전한 방향족 폴리머로 효율적으로 조립할 수 있는 폴리머라제 효소를 설계했다. 이상엽 교수는 보도 자료에서 "이 효소는 자연에 존재하는 어떤 효소보다 폴리머를 더 효율적으로 합성할 수 있다"고 설명했다. 산업용 생산을 위한 규모 확대 연구팀은 박테리아의 대사 경로와 폴리머라제 효소를 개선한 후, 6.6리터(1.7갤런) 발효조에서 미생물을 배양하여 실험 규모를 확대했다. 최적화된 균주는 리터당 12.3g의 폴리머(폴리-D-페닐락테이트)를 성공적으로 생산했다. 그러나 상용화를 위해서는 이 수율을 리터당 최소 100g까지 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이 교수는 "그 특성에 근거해 우리는 이 폴리머가 특히 약물 전달에 적합할 것이라고 생각한다"며 "주로 분자량이 낮기 때문에 PET만큼 강하지는 않다"고 말했다. 향후 연구진은 다양한 화학적 및 물리적 특성을 가진 추가적인 방향족 단량체 및 폴리머를 개발할 계획이다. 특히 산업용으로 필요한 더 높은 분자량을 가진 폴리머 개발에 주력할 예정이다. 또한 대규모 생산을 가능하게 하기 위해 공정 최적화 작업도 계속 진행할 계획이다. 이상엽 교수는 "수율을 높이기 위해 더 많은 노력을 기울이면 이 방법을 더 큰 규모로 상용화할 수 있을 것"이라며 "생산 공정의 효율성뿐만 아니라 회수 공정도 개선해 생산된 폴리머를 경제적으로 정제할 수 있도록 노력하고 있다"고 밝혔다. 이 연구는 지난 8월 21일 생명공학 분야의 최신 동향과 미래 전망에 대한 리뷰 논문을 주로 다루는 학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
- 영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
- 심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다
- 오염원인 플라스틱이 생태계와 먹이사슬을 위협하고 있다. 버려진 플라스틱은 수백 년 동안 바다에 머물러 바다를 오염시키고 있으며, 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근하지 못했던 심해의 일부에서도 커지고 있다. 사람들은 대부분 자신이 생명 유지를 위해 무엇을 먹고 있는지에 대해서는 심각하게 생각하지 않는다. 전문가들이 사람이 섭취하는 해산물들 상당수가 사람들에게 새로운 위험으로 다가오고 있다고 우려하고 있다고 PHYS가 전했다. 엑서터 대학교의 연구팀은 해저에서 수집된 동물 종에 대한 플라스틱의 영향을 연구한 결과 플라스틱이 해양 환경에 큰 위험을 미치며, 인간 건강까지 위태롭게 하고 있다고 밝혔다. 모든 플라스틱은 결국 지구상에서 최고의 생물적 다양성을 갖고 있는 해저로 가라앉아 바다를 오염시키게 된다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Communications) 저널에 발표됐다. 보고서는 해양 생물이 폐 플라스틱에 노출되는 위험 수준이 지역적인 오염을 그대로 반영할 뿐만 아니라, 생물 종이 주변 환경과 작용하는 먹이사슬 관계도 변화시킨다고 지적하고 있다. 엑서터 대학의 애덤 포터 박사는 "우리는 지구 해저와 그곳에 사는 종에 대해 거의 알지 못한다. 하지만 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근한 적이 없는 심해의 일부 지역에서도 커지고 있다"고 경고했다. 연구팀은 황해나 지중해와 같이 플라스틱 오염 수준이 높은 지역에 사는 동물이 가장 많은 플라스틱을 몸에 포함하고 있다는 것을 발견했다. 미세플라스틱은 93%가 해저 동물에서 발견되었으며, 포식자, 잡식 동물, 청소부로 불리는 퇴적물 섭식자(게, 성게, 오징어 등) 등이 플라스틱을 섭취할 가능성이 가장 높았다. 연구팀원 재스민 가드볼드 교수는 조개, 벌레, 새우와 같은 해저에 사는 유기체는 환경적으로 특별히 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 바다를 넘어 지구의 전체 자원을 조절하고 재활용하는 데 필수적이며 해양 생태계 먹이 사슬의 기반을 형성한다고 밝혔다. 해산물이 미세플라스틱을 섭취한다면, 해산물을 섭식하는 사람들도 결국은 미세플라스틱을 먹는 것과 다름 없다. 미세플라스틱은 인체 건강에 큰 영향을 미치며 그 중에서도 특정 유형의 암, 심장병, 신장병, 알츠하이머병, 생식 문제 등과 관련이 있다고 보고 있다. 연구 결과는 과학계와 정책입안자가 첫 번째 글로벌 플라스틱 조약을 체결하기에 앞서 행동하고 지식 격차를 메우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 사람이 몇 초 사용하고 버리는 플라스틱이 수백 년 동안 바다에 남아 먹이 사슬을 타고 결국 인간의 생명을 위협하는 것임을 인지해야 한다는 경고다. 엑서터 대학 타마라 갤러웨이 교수는 "유일한 진정한 보존 전략은 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 생산과 사용을 중단하는 것"이라고 지적했다. 일회용 물병과 플라스틱 비닐 봉지를 버리고, 일회용 건강 및 미용 제품을 교체하고, 플라스틱이 없는 포장으로 브랜드를 지원하는 등의 조치를 취함으로써 바다로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 노력을 기울여야 한다는 지적이다.
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심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다
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중국 유니트리, 바퀴 달린 4족 보행 로봇 'Go2-W'로 보스턴 다이내믹스에 도전장
- 중국 로봇 회사 유니트리(Unitree)는 보스턴 다이내믹스와 같은 미국의 경쟁사에 맞서 4족 보행 로봇 Go2의 업데이트 버전 Go2-W를 출시했다. Go2-W는 Go2 시리즈의 변형 모델로, 발에 패드 대신 모터 구동 바퀴(휠)를 단 것이 특징이라고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 유니트리가 유튜브에 올린 최근 동영상에서 새로운 바퀴 달린 로봇은 다른 로봇에 대해 다소 공격적인 태도를 보이며, 달리기 경주에서 더 빠른 속도를 내고 있다. 다만 유니트리 웹사이트에 게재된 로봇의 공식 사양에는 여전히 최고 속도가 기존 Go2와 동일한 5.6mph(2.5m/s)로 나와 있다. 유니트리는 새로운 Go2-W 업그레이드 모델의 가격을 공개하지 않았지만 가격은 약 2800달러가 될 것으로 예상된다. 이 4족 보행 로봇의 바퀴에는 지름 7인치의 공압 타이어가 달려 있다. 바퀴의 특성상 계단을 오르기는 어려울 것으로 생각되지만, 계단 오르기와 같은 정적 기동을 위해 바퀴를 잠글 수 있도록 되어 있다. 로봇은 바퀴를 잠그고 걷기 모드로 전환해 어려운 지형을 탐색하고, 계단을 오르고, 장애물을 넘거나 앞다리로 균형을 잡는 것과 같은 기술도 수행할 수 있다. 초광각 라이더(Lidar)와 광각 비전 카메라를 사용해 주변을 탐색하며 정확한 장애물을 감지한다. 라이더는 자율주행 기술에 많이 사용하는 레이더 장치로, 전파를 발사해 장애물에 반사돼 돌아오는 시간을 측정, 정확한 거리와 형태를 3차원으로 인식하는 고도 기술이다. 두뇌는 옥타코어 프로세서로 구동되며, 무선 연결을 위해 와이파이, 4G 및 블루투스까지 지원한다. 로봇은 한 번 충전으로 최대 4시간 동안 작동할 수 있는 15,000mAh 배터리를 장착하고 있으며, 빠른 충전을 지원한다. 유니트리에 따르면 이 로봇은 약 3kg의 짐을 운반할 수 있으며, 일어서면 Go2보다 약간 더 높은 70cm에 무게는 약 18kg이다. 야간 작업을 위해 전면 조명이 달려 있는 것이 특징이며, 자연어 GPT 엔진과 유사한 음성 기능이 포함되어 있다. 유니트리는 지난 2021년 6월 첫 바이오닉 로봇인 Go1을 공개했다. 출시 이후 Go1은 뛰어난 성능, 접근성, 다른 유사 로봇에 비해 비교적 낮은 가격으로 소형 4족 로봇 시장에 큰 영향을 미쳤다. 2년 후 유니트리는 15kg의 로봇개 Go2를 출시했다. 이 로봇은 사각지대를 크게 줄이고 0.05m의 낮은 최소 감지 거리로 인해 모든 지형에 적합한 로봇개라는 평가를 받았다. Go2 본체는 알루미늄 합금과 고강도 엔지니어링 플라스틱으로 만들어졌다. 자체 개발한 4D 라이다 L1과 360×90 반구형 초광각 인식 기술을 적용했다. 특히 광범위한 언어 기반과 강력한 언어 능력 덕분에 Go2는 생성형 AI 부문의 글로벌 최강자인 오픈AI의 GPT를 통합해 사용자의 의도와 주변 환경을 완벽하게 이해할 수 있다고 한다. 이는 로봇이 인간과 소통하고 무엇이 필요한지를 파악해 더 나은 지원을 제공할 수 있으며, 대화도 가능함을 의미한다. 유니트리 웹사이트에 따르면 Go2 로봇은 대규모 AI 시뮬레이션 훈련을 통해 거꾸로 걷기, 장애물 넘기와 같은 고급 보행을 뛰어난 유연성과 안정성으로 학습했다고 주장한다. 출시 당시에는 Go2 에어, Go2 프로, Go2 에듀 등 세 가지 버전으로 나왔다. 표준 모델은 1600달러에 별도의 배송비 399달러였다.
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중국 유니트리, 바퀴 달린 4족 보행 로봇 'Go2-W'로 보스턴 다이내믹스에 도전장
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[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발
- 영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
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[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발
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기업 체감경기, 화학 등 제조업 부진에 다섯달 만에 악화
- 기업들의 체감 경기를 가늠할 수 있는 지표가 화학·1차 금속 등을 중심으로 다섯 달 만에 꺾였다. 한국은행이 25일 발표한 7월 기업경기 조사 결과에 따르면, 이달 전산업 기업심리지수(CBSI)는 전월보다 0.6포인트(p) 낮은 95.1로 집계됐다. CBSI는 기업경기실사지수(BSI) 가운데 주요 지수(제조업 5개·비제조업 4개)를 바탕으로 산출한 심리 지표로, 장기(2003년 1월∼2023년 12월) 평균(100)을 웃돌면 경제 전반에 대한 기업 심리가 낙관적, 밑돌면 비관적이라는 뜻이다. 전산업 CBSI는 지난 2월 87.8까지 떨어졌다가 3월(89.4) 이후 6월(95.7)까지 넉 달 연속 반등했으나 7월에는 오름세를 유지하지 못했다. 산업별로 제조업 CBSI(95.7)은 구성 5대 지수 가운데 업황(-1.1p)과 생산(-0.6p) 부진으로 6월보다 1.7p 떨어졌지만, 비제조업(94.6)은 0.3p 올라 다섯 달 연속 상승세를 이어갔다. 세부 업종의 BSI 변화를 보면, 제조업 가운데 전자·영상·통신장비의 경우 신규 수주 지수가 14p나 올라 호조를 보였지만 화학물질·제품의 경우 생산·업황 지수가 각 15p, 10p 떨어졌다. 1차 금속(업황 -11P), 고무·플라스틱(업황 -10p)도 업황 지수를 중심으로 전반적으로 BSI가 낮아졌다. 황희진 한은 통계조사팀장은 "화학물질·제품 심리에는 국제 유가 상승에 따른 채산성 하락과 중국 업체와의 경쟁이, 1차 금속에는 가전제품용 강판 등 전방산업의 철강 수요 둔화가 영향을 미쳤다"며 "고무·플라스틱의 체감 경기 악화는 자동차·건설 등 전방산업의 수요가 줄고 원자재 가격도 오른 탓"이라고 설명했다. 비제조업 중에서는 운수창고업(채산성 +14p·자금사정 +11p), 과학·기술 서비스업(매출 +7p·자금사정 +5p), 전기·가스·증기(업황 +11p·매출 +7p)의 BSI가 개선됐다. BSI에 소비자동향지수(CSI)까지 반영한 7월 경제심리지수(ESI)는 전월보다 1.2p 높은 95.9를 기록했다. 계절적 요인을 제거한 ESI 순환변동치도 94.0으로 6월보다 0.3p 올랐다. 이달 조사는 이달 10∼17일 전국 3524개 법인 기업을 대상으로 진행됐다. 이 중 3347개 기업(제조업 1878개·비제조업 1469개)이 답했다.
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