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[먹을까? 말까?(36)] 비트 주스, 매일 마시면 혈압 낮추고 심장 보호
- 비트 주스를 매일 마시면 고혈압을 낮출 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 비트는 붉은 보라색의 뿌리 채소다. 고혈압은 심장병을 포함한 여러 심각한 질환의 주요 위험 요인이다. 영국에서는 성인 3명 중 1명이 고혈압의 영향을 받고 있는 것으로 알려졌다. 영국 퀸메리 런던 대학교 연구진에 따르면 식단 조절을 통해 혈압을 낮출 수 있으며, 특히 비트 주스를 매일 마시는 것이 혈압 조절에 효과적인 것으로 나타났다고 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 매일 250ml의 비트 주스를 마시면 평균 8/4mmHg의 혈압 감소 효과가 있는 것을 발견했다. 이는 많은 연구 참여자들의 혈압 수치가 안전한 범위로 돌아왔음을 의미한다. 연구 결과는 '고혈압(Htpertention)' 저널에 게재됐다. 혈압이 2mmHg 증가할 때마다 심장병 사망률은 7%, 뇌졸중 발생률은 10% 증가한다는 점을 고려하면, 비트 주스의 혈압 감소 효과는 매우 의미가 있다. 연구팀은 비트의 혈압 감소 효과는 식물에 함유된 질산염에서 비롯된다고 말했다. 비트루트(뿌리)의 혈압 강하 효과는 높은 수준의 질산염 때문이라는 설명이다. 시금치, 루바브, 셀러리, 상추, 물냉이도 질산염이 풍부하게 함유되어 있는 식물이다. 이 연구는 비트 주스가 약물 치료만으로 조절되지 않는 고혈압 환자에게도 혈압을 낮추는 효과가 있음을 보여주었다. 하지만 추가 연구를 통해 더 많은 사람들을 대상으로 장기간에 걸쳐 비트 주스의 효과를 검증할 필요가 있다. 2022년 '프론티어 인 뉴트리션'에 발표된 또다른 연구에서는 비트 주스의 질산염이 고혈압 환자의 수축기 혈압을 낮추는 효과가 있지만, 이완기 혈압에는 영향을 미치지 않는다는 것을 확인했다. 이 연구는 60일 이상 매일 비트 주스를 섭취했을 때 가장 효과가 크다고 분석했다. 연구 책임자인 암리타 알루왈리아 교수는 대학 발표문에서 "심장마비와 뇌졸중을 일으킬 수 있는 심장과 혈관 질환은 여전히 전세계적으로 가장 큰 사망 원인이다. 그러나 다른 심각한 질병과는 달리 우리는 (비트 주스가) 심장과 혈관 건강을 극적으로 개선하는 특정 생활 습관을 바꿀수 있다는 점에서 운이 좋다"고 말했다. 이어 "이 연구는 일일 무기 질산염 복용량이 혈압을 낮추는 데 있어 의료 개입만큼 효과적일 수 있음을 입증했으며, 가장 좋은 점은 비트와 다른 잎이 많은 녹색 채소에서 이를 얻을 수있다는 것"이라고 강조했다. 이 연구에 자금을 지원한 영국 심장 재단의 수석 연구 고문인 섀넌 아모일스 박사는 "이 흥미로운 연구는 이 팀의 이전 연구를 바탕으로 진행되었으며, 매일 비트 주스 한 잔을 마시면 고혈압 환자의 혈압을 낮출 수 있다는 사실을 발견했다. 심지어 약물 치료로 고혈압을 조절하지 못하는 사람도 같은 효과를 얻었다"고 말했다. 한편, 비트는 샐러드 등 생 야채로 먹거나 조리된 야채로 먹을 수도 있고, 분말로 된 비트뿌리 가루로 섭취할 수도 있다. 건강 전문매체 헬스에 따르면 비트는 보충제나 순수 가루 형태로 꾸준히 섭취하면 운동 효과를 향상시킬 수 있다. 비트는 격렬한 신체 활동 후 신체 회복에도 도움이 된다는 설명이다. 또한 비트에 함유된 미네랄은 뼈 건강을 개선하는 효과가 있다. 여성의 경우 폐경 전후에는 칼슘 수치가 낮아져 뼈 건강에 영향을 받기 쉽다. 그러나 헬스는 비트뿌리 가루를 권장량 이상으로 너무 많이 섭취하면 폐암이나 기타 건상 문제의 위험이 증가할 수 있다고 지적했다. 또한 일부 비트 가루에는 제조과정에서 카드뮴과 같은 중금속이 포함되어 있을 수도 있다. 높은 수준의 카드뮴은 인체에 독이 될 수 있다. 비타민이나 보충제 섭취와 마찬가지로 비트 가루를 섭취할 때도 의료 전문가와 상담하는 것이 좋다고 전문가들은 조언했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(36)] 비트 주스, 매일 마시면 혈압 낮추고 심장 보호
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한국, EV 배터리 분리 전 성능평가 도입…"신차에도 재제조 배터리 사용"
- 한국 정부가 전기자동차(EV) 배터리의 재활용과 재생산을 촉진하기 위해 배터리 분리 전(탈거 전) 성능검사를 도입한다. 또한 사용후 배터리 산업 발전을 지원하기 위한 '통합 법안' 제정도 연내 추진한다. 정부는 10일 경제관계장관회의에서 이러한 내용을 담은 '사용후 배터리 산업 육성을 위한 법·제도·기반 시설 구축 방안'을 발표했다. 이번 대책은 정부가 지난해 발표한 '이차전지 전주기 산업 경쟁력 강화 방안'의 후속 조치로 마련됐다. 즉, 사용 후 배터리 산업을 육성하고, 세계적인 통상 규제를 선제적으로 대응할 수 있도록 사용후 배터리 관리 체계를 강화하는 것이 주요 목표이다. 이를 위해 정부는 우선 '사용후 배터리 산업 육성 및 공급망 안정화 지원에 관한 법률안(이하 통합 법안) 제정'을 추진한다. 통합 법안에는 배터리 전주기 이력 관리 시스템, 재생 원료 인증제 등 주요 제도에 대한 규정이 포함된다. 관계 부처 협력이 필요한 주요 사항을 심의·조정하기 위한 정책 위원회도 새롭게 구성한다. 세부 운영 사항은 친환경 사업법과 전자제품 등 자원 순환법, 자동차 관리법 등 관계 부처 소관 개별 법 개정과 공동 고시 마련을 통해 정한다. 정부 관계자는 "현재는 사용후 배터리에 대한 법적 개념이 명확하지 않아 지원이나 관리를 위한 제도적 기반이 부족하다"며 "앞으로 체계적인 관리와 정책 추진을 위해 사용후 배터리를 위한 법률 개정을 추진하는것"이라고 설명했다. 2027년까지 배터리 생애주기 이력 관리 시스템을 구축하고, 관련 정보를 신청 공유할 수 있는 통합 플랫폼 개설도 추진한다. 배터리 생애주기 이력 시스템은 배터리 생산부터 전기차 운행, 폐차, 사용 후 배터리 재활용까지 전 과정의 이력 정보를 관리하고 민간과 공유하는 시스템이다. 정부는 이를 토대로 배터리 공급망 관리, 거래 활성화, 안전 관리 등을 위한 정책을 수립하고 투명한 거래 정보를 제공할 계획이다. 또한 '전기차 배터리 해체 전 성능 평가'를 도입해 사용후 배터리의 등급을 분류하고, 재제조 또는 재사용이 가능한 사용후 배터리는 최대한 산업적으로 활용될 수 있도록 지원할 방침이다. 소비자 입장에서는 전기차 폐차·판매 시 배터리 가치를 추가로 보상받거나, 재제조 배터리를 구매해 비용을 절감하는 등 다양한 선택권을 갖게 된다. 정부 관계자는 "신차에도 재제조 배터리가 사용될 수 있도록 정책 방향을 설정 중"이라며 "신품 배터리와 재제조 배터리 간 성능차이를 최소화하는 인증 기준을 마련할 것"이라고 밝혔다. 사용후 배터리에서 추출한 리튬, 니켈, 코발트 등 유가 금속이 신품 배터리 제조에 얼마나 사용되었는지를 확인하는 '재생 원료 인증제'도 내년 중 시행된다. 환경부는 재활용 기업이 배터리를 재활용하여 생산한 유가 금속을 재생 원료로 인증하고, 산업부는 신품 배터리 재생 원료 사용 비율을 확인하는 '한국형 재생 원료 인증제'를 도입할 방침이다. 정부는 사용후 배터리 관련 산업의 안전성·공정성·투명성을 강화하는 유통 체계 구축도 추진한다. 사용후 배터리 유통 전 안전 검사 및 사후 검사 도입 등 안전 관리 체계를 법제화하고, 사용후 배터리 거래 유통 과정에서의 안전성을 확보할 수 있는 세부 운송·보관 기준도 마련한다. 더불어 사용후 배터리 관련 불공정 행위를 방지하기 위해 '공정 거래 가이드라인'을 마련하고, 관련 사업자의 전문성과 책임성 확보를 위한 사업자 등록제도 도입할 계획이다. 한편, 전기차의 사용후 배터리 관련 규정은 여러 나라에서 도입하고 있다. 중국은 2018년부터 사용후 배터리 재활용 및 재사용을 위한 규정을 시행하고 있으며, 배터리 생산자에게 일정 비율 이상의 배터리를 회수 및 재활용하도록 의무화하고 있다. 유럽연합(EU)은 2023년부터 강화된 배터리 규정을 시행하고 있다. 이는 배터리 생산부터 재활용까지 전과정에 걸쳐 지속 가능성을 높이는 것을 목표로 한다. 미국은 연방 차원의 규정은 아지 없지만 캘리포니아 등 일부 주에서 자체적인 상요후 배터리 규정을 마련하고 있다. 한국 정부도 이번 발표를 통해 사용후 배터리 육성 및 관리를 위한 법적 기반을 마련하고, 글로벌 규제에 선제적으로 대응하려는 움직임을 보이고 있다.
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- 산업
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한국, EV 배터리 분리 전 성능평가 도입…"신차에도 재제조 배터리 사용"
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
- 달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
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애플, 아이폰 16 디자인 중요한 업그레이드…새 배터리 탑재
- 오는 9월 발표할 예정인 차세대 스마트폰 아이폰 16 시리즈는 완전히 새로운 배터리 디자인을 채용한 모델을 포함할 것으로 예상된다고 전문 매체 더인포메이션이 전했다. 이는 여러 가지로 큰 의미를 가지며, 아이폰을 더 오래 보유하고 싶어하는 사용자 모두에게 희망적인 소식이라는 보도다. 최근 유출된 아이폰 16 예상 정보에 따르면, 배터리 케이스의 외부 소재가 현재의 호일에서 다른 금속 케이스로 대체할 것이라는 종래 정보와 부합한다. 이는 빠르면 올 연말에 출시될 아이폰 16 시리즈가 종전 모델보다 더 나은 열 관리 기능을 수행할 수 있음을 의미하며, 소프트웨어 업데이트로 빠르게 수정되었지만 출시 당시 애플을 괴롭혔던 아이폰 시리즈의 과열 논란을 피할 수 있다. 이는 또 다른 중요한 변화로 사용자를 지원한다: 아이폰 배터리를 교체하는 것이 훨씬 더 쉬워졌다는 것을 의미하기 때문이다. 현재 아이폰 배터리를 교체하는 것은 지극히 까다롭다. 핀셋을 사용해 접착 스트립을 조심스럽게 제거해야 하고, 제거 시 스트립이 끊어지면, 작업을 끝내기 위해 열을 가하거나 용매가 필요한 등 더욱 복잡해진다. 배터리를 교체하는 절차도 복잡하다. 새로운 배터리는 새로운 금속 케이스와 전기 유도 접착 분리 기술을 사용함으로써 저전압의 전기를 적용함으로써 배터리를 몸체에서 더 쉽게 분리할 수 있게 된 것이다. 배터리 교체 과정이 더 쉽고 저렴해지면 사용자들은 새 스마트폰을 사는 것보다 새 배터리로 아이폰을 더 오래 보유하는 옵션을 선택할 수 있다. 실제로 배터리 수명의 단축으로 아이폰을 교체하는 사용자도 많다. 2025년 가을에나 출시될 아이폰 17 제품군은 모든 모델에 새로운 배터리 디자인이 적용될 것으로 예상된다. 아이폰 16 시리즈의 경우 전체는 아니지만 일부 모델이 이를 채택할 것이라는 예상이다. 새로운 배터리의 채용은 EU 정책 변경의 영향도 컸다고 한다. EU는 고객 친화적인 배터리 교체를 요구하고 있다. 500회 완충 후 83%, 또는 1000회 완충 후 80% 용량에 도달하지 못하면 배터리 교체를 쉽게 하도록 규정하고 있다. 최신 아이폰 15 모델은 1000회 충전 테스트를 충족하지만 이전 모델은 그렇지 않다. 새로운 배터리 기술의 도입은 결국 아이폰이 내구성을 더 강화하고 있음을 보여주는 애플의 강력한 메시지라는 지적이다.
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애플, 아이폰 16 디자인 중요한 업그레이드…새 배터리 탑재
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5월 생산·소비·투자까지 10개월만에 동반 하락세
- 5월 우리나라의 생산과 소비, 투자가 일제히 줄면서 10개월만에 동반 부진 현상을 나타냈다. 수출은 견조한 흐름을 유지했지만, 서비스업과 건설 등 내수 지부문의 부진으로 현재 경기를 보여주는 경기동행지수가 4년 만에 최대 폭으로 하락했다. 정부는 수출과 내수 간의 회복 속도의 불균형을 지적하며, 제조업 중심의 경기 회복세는 지속되고 있다고 평가했다. 28일 통계청이 발표한 '5월 산업활동동향'에 따르면 지난달 전(全)산업 생산지수(계절조정·농림어업 제외)는 113.1(2020년=100)로 전월 대비 0.7% 감소했다. 이는 3월 2.3% 감소 후 4월 1.2% 반등했던 생산 지수가 한 달 만에 다시 하락세로 전환한 것이다. 부문별 동향을 살펴보면 광공업 생산은 1.2% 감소했다. 광공업에서 최대 비중을 차지하는 제조업이 1.1% 줄었으며 기계장비(-4.4%), 자동차(-3.1%), 1차금속(-4.6%) 등에서 생산이 감소했다. 정부는 이러한 감소세를 두고 지난 4월 개선됐던 부문들이 조정 국면에 접어든 것으로 분석했다. 반면 주력 업종인 반도체 생산은 1.8% 증가해 지난 2월 이후 3개월 만에 반등했다. 수출이 원활한 수출로 인해 반도체 재고는 전년 동월 대비 32.8% 급감했다. 이에 힘입어 제조업 재고도 전년 동기 대비 8.4% 감소해 2009년 11월(-14.5%) 이후 14년 6개월 만에 최대 감소 폭을 기록했다. 도소매(1.9%), 예술·스포츠·여가(5.1%) 등에서 증가세를 보였지만, 금융·보험(-2.5%)과 정보통신(-1.6%), 숙박·음식점(-1.7%) 등에서 감소세를 나타냈다. 소매판매는 0.2% 줄어 두 달 연속 하락세를 이어갔다. 소매판매가 두 달 연속 감소한 것은 지난해 3∼4월 이후 약 1년 만에 처음이다. 의복 등 준내구재(-2.9%) 판매는 줄었지만 음식료품 등 비내구재(0.7%)와 승용차 등 내구재(0.1%) 판매는 증가했다. 소비 흐동향을 가늠할 수 있는 서비스업 생산과 소매판매가 동반 감소한 것은 지난해 4월 이후 1년 1개월 만이다. 설비투자는 4.1% 감소해 3개월 연속 하락세를 기록했다. 운송장비(-12.3%)와 기계류(-1.0%) 등에서 투자가 감소한 것이 주요 원인으로 분석된다. 건설기성(불변)은 건축(-5.7%)과 토목(-1.1%) 등에서 공사 실적이 모두 감소하 전월 대비 4.6% 줄었다. 향후 건설 경기를 예측하는 건설수주(경상)는 토목(-45.0%)과 건축(-28.9%) 모두 감소해 전년 동기 대비 35.4% 감소했다. 현재 경기 상황을 나타내는 동행지수 순환변동치는 98.8로 전월 대비 0.6포인트(p) 하락했다. 이는 코로나19 확산 시기였던 2020년 5월(-1.0p) 이후 48개월 만에 가장 큰 하락 폭이다. 향후 경기 전망을 보여주는 선행지수 순환변동치 역시 100.5로 전월 대비 0.1p 하락했다. 전산업 생산, 소매판매, 설비투자가 지난해 7월 이후 10개월 만에 동반 감소하며 경기 부진 우려가 제기됐지만, 정부는 회복세가 지속되고 있다며 기존 판단을 유지했다. 월별 변동성 감안해 4∼5월 추이를 종합적으로 분석하면 경기는 보합 수준을 유지하고 있다는 게 정부의 평가다. 특히 수출이 이달까지 9개월 연속 증가세를 이어갈 것으로 예상되는 등 제조업 중심의 경기 회복 흐름은 견고하게 지속되고 있다. 반면 내수 흐름은 지지부진한 흐름을 보이며 수출과의 격차를 드러내고 있다. 소매판매의 부진이 지속되고 설비투자 회복이 지연되는 가운데 건설 부문은 그간의 수주 부진이 실적에 반영될 가능성이 높다. 김귀범 기획재정부 경제분석과장은 "전반적으로 예상 경로에서 벗어나지 않고 회복세를 유지하고 있다"고 평가하며, 소비심리 반등 등을 고려할 때 2분기 소비 역시 개선될 여지가 있다고 전망했다. 다만, "경기 회복력이 취약한 부문에는 적극적으로 대응할 것"이라며 소상공인 등 내수 취약 부문에 대한 지원 강화 의지를 밝혔다.
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5월 생산·소비·투자까지 10개월만에 동반 하락세
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가정용 청소제품, 미세 플라스틱 방출 심각⋯환경과 인체 건강에 악영향
- 일상 생활에서 흔히 사용되는 가정용 청소제품에서 미세 플라스틱이 심각한 수준으로 방출되는 것이 확인됐다. 얼룩 등을 지울 때 주로 사용하는 멜라민 스펀지가 매월 수조개의 미세 플라스틱을 배출해 환경에 위험을 초래할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다고 사이테크 데일리가 지난 23일(현지시간) 보도했다. 멜라민 스펀지는 뛰어난 세척력으로 종종 '매직 스펀지'로 불린다. 주방과 욕실 등 다양한 곳에서 사용되지만 마모 과정에서 발생하는 미세 플라스틱 섬유는 환경과 인체 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱은 크기가 5mm 미만인 작은 플라스틱 조각으로, 자연 분해되지 않고 환경에 오랫동안 잔류하며 상태계를 교란시킨다. 특히, 미세 플라스틱 섬유는 강이나 바다로 흘러들어가 해양 생물이 섭취할 수 있으며, 먹이 사슬을 통해 결국 인간에게까지 영향을 미칠 수 있다는 점에서 심각성이 크다. 미세 플라스틱은 체내에 축적되어 염증, 호르몬 교한, 면역 체계 악화 등 다양한 문제를 일으킬 수 있다는 연구 결과도 보고 되고 있다. 멜라민 스펀지는 특유의 연마성 덕분에 별도의 세제 없이도 흰색 신발의 얼룩이나 벽에 묻은 크레파스 등을 손쉽게 제거하는 기능으로 소비자 수요가 높다. 하지만 이 마법의 스펀지는 마모되면 미세 플라스틱 섬유를 배출한다는 치명적인 단점이 있다. ACS의 '환경 과학 및 기술'에 발표된 연구에 따르면 멜라민 스펀지는 매달 전 세계적으로 1조 개 이상의 미세 플라스틱 섬유를 방출하는 것으로 추정된다. 멜라민 폼은 폴리(멜라민 포름알데히드) 폴리머로 만들어진 놀라울 정도로 연마성이 좋은 소재다. 연구 저자인 유 수, 바오산 싱, 롱 지와 동료들은 멜라민 스폰지의 밀도와 스폰지가 문지르는 표면의 거칠기가 거품이 얼마나 빨리 분해되는지, 그리고 스폰지가 얼마나 많은 미세 플라스틱 섬유를 배출하는지 계산하는 데 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 했다. 연구 저자는 중국 국립자연과학재단과 광둥성 중점 지역 연구 개발 프로그램의 지원을 받았다. 연구팀은 세 가지 유명 브랜드의 스펀지를 여러 개 구입한 후 질감이 있는 금속 표면에 반복적으로 문질러서 스펀지가 마모되도록 했다. 그 결과 밀도가 높은 폼으로 만든 스펀지가 밀도가 낮은 스펀지보다 더 천천히 마모되고 미세 플라스틱 섬유가 더 적게 생성된다는 사실을 발견했다. 다음으로 연구팀은 스펀지 한 개가 마모된 스펀지 1g당 약 650만 개의 섬유를 방출한다고 판단하고, 판매되는 모든 스펀지가 평균적으로 10%씩 마모된다고 가정했다. 한 달에 얼마나 많은 섬유가 방출될 수 있는지 대략적으로 파악하기 위해 2023년 8월 아마존의 월별 매출을 살펴봤다. 이 수치가 일정하게 유지된다고 가정했을 때, 연구팀은 멜라민 스펀지에서 매달 1조 5500억 개의 섬유가 방출될 수 있다고 계산했다. 그러나 이 수치는 온라인 소매업체 한 곳만을 고려한 것이므로 실제 방출되는 미세 플라스틱 섬유의 양은 훨씬 더 많을 수 있다. 연구팀은 미세 플라스틱 섬유의 방출을 최소화하기 위해 제조업체가 마모에 더 강하고 밀도가 높은 스펀지를 만들 것을 권장했다. 또한 소비자에게는 플라스틱을 사용하지 않는 천연 세제를 선택하고, 가정이나 폐수 처리장에서 미세 플라스틱 섬유를 포집할 수 있는 여과 시스템을 설치하도록 제안했다.
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가정용 청소제품, 미세 플라스틱 방출 심각⋯환경과 인체 건강에 악영향
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[신소재 신기술(61)] 에스테르 환원, 새로운 광촉매로 청색광 활용해 효율성 극대화
- 새로운 광촉매(N-BAP)로 청색광을 활용해 에스테fm를 효율적으로 환원하는 기술이 개발됐다. 일본 국립자연과학연구소(NINS) 연구팀은 빛을 에너지원으로 활용하여 에스테르를 효월적으로 환원하는 새로운 광촉매를 개발했다고 밝혔다고 PHYS가 전했다. 이 연구 결과는 지난 6월 14일 '미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 게재됐다. 에스테르는 유기화합물의 한 종류로 알코올과 산이 반응하여 물이 빠져나오면서 생성되는 물질이다. 일반적으로 에스테르는 딸기 등 과일 향이나 꽃 향 등 특징적인 향기를 가지고 있다. 이러한 향기 때문에 향수나 화장품, 의약품, 식품 첨가물 등 다양한 분야에 활용된다. 그러나 기존의 에스테르 환원 방법은 높은 비용과 환경 문제를 야기했다. 공동 교신 저자인 NINS의 분자과학연구소(IMS) 산타로 오쿠무라 조교수는 "지난 10년 동안 광촉매 반응은 유기 합성 분야에서 자속 가능한 개발 목표(SDG)에 적합한 방법으로 큰 주목을 받았다"고 말했다. 오쿠무라 조교수눈 "광촉매는 금속 환원제가 없을 때 가사광선을 에너지원으로 사용해 산화와 완원 반응을 촉진한다. 하지만 다중 전자 전달 과정을 통한 광촉매 반응은 개발이 미흡해 전자가 4개 필요한 에스테르이 광촉매 환원을 통한 알코올 형성은 아직 미개발상태다"라고 설명했다. 이어 "에스테르를 광촉매로 환원하여 알코올을 만드는 것은 전례 없는 연속적인 4중 SET 공정이 필요하기 때문에 엄청난 도전"이라고 말했다. NINS 연구팀은 지속 가능한 광촉매를 사용해 에스테르를 환원하는 방법을 연구했다. 광촉매는 빛에 의해 활성화되는 촉매로, 반응성이 높은 금속 환원제 없이 촉매와 유기 화합물 사이의 전자 이동 과정을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 그러나 기존의 광촉매는 고가의 비재생 금속을 사용하며, 제한적인 유기 화학물만 환원할 수 있었다. 또한 일반적으로 한 번에 한 개의 전자만 화합물에 추가하는 단일 전자 이동(SET)방식을 사용하여 원하는 수준의 환원을 달성하기 위해 여러 번의 반복 과정이 필요했다. 4중 SET 공정을 달성하기 위해 연구팀은 'N-BAP'라는 새로운 광촉매를 개발했다. 파란색 빛(청색광)을 받으면 활성화되는 N-BAP광촉매는 물과 다른 탄소 기반 화학 그룹과 반응하는 화학 그룹을 생성하며, 옥살산염과 함께 사옹하면 빠른 속도로 4개의 전자를 연속적으로 추가해 원하는 알코올을 생성할 수 있다. 오쿠무라는 N-BAP 촉매와 미량 환원제인 옥살산염의 조합은 카르비놀 음이온을 생성하기 위한 에스테르의 급속한 연속적인 4-전자 환원을 가능하게 하고, 이어서 양성자화되어 알코올을 생성하게 한다고 말했다. 그는 "이 연구는 에스테르의 새로운 변환 가능성을 열 수 있으며 지속 가능한 개발 목표(SDGs)에 적합한 녹색 유기합성으로서 지속가능한 사회에 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(61)] 에스테르 환원, 새로운 광촉매로 청색광 활용해 효율성 극대화
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
- 물과 펩타이드를 조합해 자가 조립 뿐만 아니라 자가 치유되는 유리가 개발돼 관련 업계의 이목을 집중시키고 있다. 이스라엘 텔아비브 대학교 및 네게브 벤구리온 대학교의 재료과학자 팀은 미국 캘리포니아 공과 대학 소속 연구팀과 협력해 특정 펩타이드와 물을 혼합하면 자가 조립 및 자가 치유가 가능한 유리가 생성되는 것을 발견했다고 PHYS가 전했다. '자가 치유 유리'는 외부 충격이나 손상으로 균열이나 파손됐을 경우, 특별한 조치를 취하지 않고도 스스로 원래 상태로 복구되는 능력을 가진 유리를 말한다. 마치 살아있는 생명체가 스스로 상처를 치유하는 것과 비슷한 개념이다. 자가 치유 유리는 특수한 화학 물질이나 구조를 활용해 개발된다. 예를 들면, 특정 물질이 균열 부위로 이동해 틈을 메우거나, 미세한 캡슐에 담긴 치유 물질이 파손시 방출돼 손상 부위를 복구하는 방식 등이 있다. 연구팀은 다른 단백질의 특성을 조사하던 중 우연히 자가 치유 유리를 발견한 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이탈리아 트리에스테 대학교의 실비아 마르케산(Silvia Marchesan)은 같은 저널에서 해당 유리의 특성과 잠재적 응용 분야를 설명하는 기고글을 실었다. 연구팀은 짧은 펩타이드를 복잡한 거대 분자의 기존 구성 요소와의 대체 가능성을 조사하던 중, 두 개의 페닐알라닌 잔기로 구성된 디펩타이드 분자와 물을 혼합했을 때, 상온에서 물이 증발하면서 스스로 조립(자가 조립)되는 초분자 비정질 유리가 생성되는 것을 발견했다. 이 발견은 과거 펩타이드 자가 조립 연구에서 주로 결정질 구조의 물질이 생성되었던 것과는 달리, 투명하고 유리와 유사한 특성을 보였다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 새로운 유리의 특성을 분석하여 높은 강성과 더불어 자가 치유 및 접착력을 가지고 있음을 확인했다. 또한, 기존 유리와 동일한 수준의 투명도를 나타냈으며, 유리창이나 친수성 표면 코팅, 다양한 배율의 광학 렌즈 제작 등 정밀한 용도에도 활용될 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 이 유리의 다양한 응용 분야를 탐색할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 기존 상용 유리 제조 과정에서 요구되는 많은 에너지가 필요하지 않다는 점을 강조했다. 한편, 지난해 여름에는 자가 치유되는 금속이 발견됐다. 진공 환경에서 백금 나노 결정이 균열을 자가 복구하는 과정이 실험실에서 처음으로 관찰된 것. 미국 텍사스 A&M 대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 2013년 에측했던 금속의 자가 치유 현상이 10년만에 발견되는 영화와 같은 일이 실제로 일어난 갓이다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 지난해 여름 나노 결정의 균열 실험 중 금속의 자가 치유 현상을 발견했으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 자가 복구는 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어질 수 있는 '금속의 피로' 현상을 막을 수 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(59)] 질화갈륨-마그네슘 초격자, 새로운 합성법으로 탄생
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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.
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4족 로봇개, 달 탐사 임무용 고강도 훈련 진행
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[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
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[먹을까? 말까?(23)] 다크 초콜릿, 필수 미네랄 함유…중금속 오염 경로는?
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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.
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- 산업
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빌 게이츠의 테라파워, 첫 소형원자로(SMR) 착공…SK도 투자
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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.
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- IT/바이오
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우주정거장에서 최초로 금속 3D 프린팅 성공
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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.
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희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져
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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.
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OPEC플러스, 내년말까지 협조감산 연장 합의
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[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.
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[기후의 역습(9)] 알래스카의 깨끗한 물, 오렌지색으로 변색 '충격'
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[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.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(50)] 항공우주·운송 변화시킬 내열성 알루미늄 합금 탄생
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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.
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- 경제
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4월 생산자물가 5개월 연속 상승…농산물 가격은 꺾여
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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.
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미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려
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[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
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[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
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