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2024-11-22 (금)

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[기후의 역습(41)] 지구온난화 심화, 2024년 역대 최고 기온 경신 전망

최근 1년 동안 이어졌던 월별 역대 최고 기온 기록이 지난달로 끝났다. 지난 7월은 같은 달 기준, 역대 두 번째로 뜨거운 기온을 나타냈다. 해당 월의 최고치 기록을 13개월 만에 끝냈다. 기후학자들은 엘니뇨가 끝나고 앞으로 몇 달 동안 적도 동부 태평양에 라니냐 현상이 나타나면서 세계 평균 기온이 약간 떨어질 것으로 예상했다. 그러나 유럽연합의 코페르니쿠스 기후 변화 서비스의 새로운 보고서에 따르면 2024년이 기록상 역대 가장 뜨거운 해가 될 가능성이 점점 커지고 있다고 ABC뉴스가 전했다. 라니냐와 같은 변수가 단기 기온 변동을 주도하고 있음에도 불구하고, 인간이 만들어 낸 기후 변화로 인해 장기적인 세계 평균 기온이 계속 상승하고 있기 때문이다. 코페르니쿠스 서비스의 사만다 버제스 부국장은 "지난달 13개월 연속 월별 최고 기온 기록은 멈췄지만, 기후가 계속 따뜻해지고 있다는 전반적인 맥락은 변하지 않았다. 기후 변화의 파괴적인 영향은 훨씬 이전부터 시작돼 전 세계 온실가스 배출이 순제로에 도달할 때까지 계속될 것이다"라고 밝혔다. 올해 7월 평균 기온은 2023년 7월보다 낮았다. 보고서에 따르면 7월의 평균 기온은 섭씨 16.91도로 지난해 7월의 사상 최고치에 약간 못 미쳤다. 그러나 코페르니쿠스 데이터 기록에 따르면 7월 중 이틀은 역대 최고 기온을 기록했다. 7월 22일 전 세계 평균 기온은 섭씨 17.16도였고 이튿날인 23일에는 섭씨 17.15도였다. 다만 기온 차가 미미하기 때문에 공식적으로 확인되지는 않는다. 코페르니쿠스 연구원들은 그러나 1년 동안의 장기 기온을 기준으로 할 때 2024년이 기록상 가장 더운 해가 될 가능성이 점점 커지고 있다고 밝혔다. 2023년 8월부터 2024년 7월까지 12개월 동안의 지구 평균 기온은 산업화 이전 평균보다 섭씨 1.64도 높았다. 올해 남은 5개월 동안 평균 기온이 전년보다 섭씨 0.23도 이상 떨어져야 역대 최고 기록에서 벗어날 수 있다. 그러나 그 가능성은 그리 높지않을 것이라는 예상이다. 미국 국립해양대기국(NOAA)에 따르면 지구가 평균보다 더 시원한 해를 기록한 때는 1976년이 마지막이었다. 파리 협정의 목표는 산업화 이전 수준보다 지구 온난화를 섭씨 1.5도 섭씨로 제한하는 것이다. 물론 파리 협정이 수십 년에 걸친 기후 평균을 살펴보기 때문에 섭씨 1.5도 온난화 한계를 일시적으로 초과하는 것은 협정의 실패로 간주되지 않는다. 그러나 한계를 단기적으로 초과한다는 의미는, 탄소 배출을 크게 줄이지 않을 경우, 향후 10년 안에 더 높은 평균 기온을 기록할 가능성이 있다는 중요한 신호다. 전 세계 대부분 해양의 글로벌 일일 해수면 온도는 여전히 평균보다 훨씬 높다. 보고서에 따르면 2024년 7월 남위 60도와 북위 60도 사이의 평균 글로벌 해수면 온도는 역대 두 번째로 높은 수치다. 지속적인 해양 열파로 인해 전 세계 일부 지역에서 해수면 온도가 거의 기록적인 수준에 머물고 있다. 이는 열대 지방과 전 세계 산호초의 백화 현상을 관찰하는 학자들에게도 특히 우려스러운 일로 다가오고 있다. 지난 4월 NOAA는 지난 10년 동안 두 번째로 전 세계적으로 산호초 백화 현상이 진행 중이라고 보고했다. 남극 해빙은 7월 기준, 기록상 두 번째로 낮은 수치로 떨어졌으며, 평균보다 11% 낮았다. 코페르니쿠스에 따르면, 북극 해빙 범위는 7월 평균보다 7% 낮았으며 2022년과 2023년 7월에 관찰된 것보다 크게 낮았다.
- 포커스온
2024-08-12
[우주의 속삭임(41)] 적색 왜성, 강력한 극자외선 복사로 생명체 생존 가능성 낮춰

적색 왜성이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 높은 수준의 극자외선을 복사하는 항성 플레어(항성의 표면에서 엄청난 양의 빛과 에너지가 일시적으로 터져 나오는 현상)를 생성할 수 있다는 사실이 발견됐다. 적색 왜성은 크기가 작고 온도가 낮으며 적색을 띈 별로, 태양이 8~50% 정도의 질량을 가진 작은 천체를 말한다. 이는 항성 플레어들로부터 나오는 강렬한 극자외선이 적색 왜성 주변의 행성들에 생명이 거주할 수 있는지의 여부에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 결국 극자외선으로 인해 주변 행성들에서는 생명체의 생존 가능성이 낮아진다는 연구 결과라고 PHYS가 전했다. 이 연구는 하와이 대학이 주도했으며 영국 왕립천문학회지에 발표됐다. 하와이 대학에서 연구를 이끌었던 베라 버거 박사는 "행성에서의 생명체 거주 가능성에 영향을 미칠 수 있을 만큼 충분한 극자외선을 플레어를 통해 방출하는 별은 거의 없다. 그러나 연구 결과에 따르면 의외로 더 많은 별들이 극자외선을 방출하는 능력을 가지고 있을지도 모른다"고 말했다. 버거는 현재 케임브리지 대학 교수로 있다. 연구팀은 GALEX 우주 망원경으로 축적된 데이터를 사용해 근처에 있는 30만 개의 별에서 플레어를 찾았다. GALEX는 2003~2013년까지 전체 하늘을 근자외선과 극자외선 파장으로 동시에 관측한 나사(NASA)의 임무였다. 팀은 새로운 계산 기술을 사용해 데이터로부터 충분한 근거 정보를 획득했다. 오하이오 주립대학 마이클 터커 박사는 "현대의 컴퓨터 성능과 수십 년 쌓인 방대한 기가바이트 관측 데이터를 결합함으로써 우리는 근처 수천 개의 별에서 플레어를 찾을 수 있었다"고 말했다. 조사 결과 플레어를 방출하는 별이 예상외로 많았다는 의미로 읽힌다. 연구팀에 따르면 항성 플레어에서 나오는 극자외선은 행성 대기를 침식해 생명을 유지할 가능성을 위협한다. 연구는 항성 플레어와 외계 행성 거주 가능성에 대한 기존 모델에 새로운 이론을 제시하고 있다. 플레어에서 나오는 극자외선 방출은 지금까지 알려진 것보다 에너지가 평균 3배 더 높고 예상 에너지 수준의 최대 12배에 이를 수 있음을 보여준다. 3배의 차이는 노출된 사람의 피부가 10분 이내에 햇볕에 그을릴 수 있는 알래스카 앵커리지와 하와이 호놀룰루의 여름철 자외선의 차이와 같다. 이 강력한 극자외선 방출의 정확한 원인은 여전히 불분명하다. 연구팀은 플레어 복사가 특정 파장에 집중돼 탄소와 질소와 같은 원자의 존재를 나타낼 수 있다고 추정하고 있다. 연구팀의 제이슨 힝클은 "이 연구는 플레어 외부에서 자외선을 거의 방출하지 않는 태양보다 질량이 덜한 적색 왜성 주변 환경의 그림을 바꿨다"고 말했다. 버거 박사는 극자외선을 연구하기 위해 더 많은 우주 망원경 데이터가 필요하며, 이는 플레어 방출의 원천을 이해하는 데 결정적 역할을 할 것이라고 지적했다. 버거는 "우리의 연구는 항성 플레어가 외계 행성의 환경에 미치는 영향에 대한 추가 탐사에 초점을 맞추고 있다, 우주 망원경을 이용해 별들의 자외선 스펙트럼을 얻음으로써 플레어 방출의 기원을 더 잘 이해할 수 있게 될 것“이라고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-08-09
[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.
- 산업
2024-08-08
[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가

그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
- 포커스온
2024-08-07
[기후의 역습(38)] 안데스산맥 빙하, 1만1천 년 만에 최소 면적 기록

선사시대에 얼음으로 뒤덮였던 남미 안데스산맥 빙하가 녹아 바위를 드러내고 있다. 이곳 열대 빙하는 1만 1700년 만에 가장 작은 크기로 줄어들어 기후 변화의 직격타를 맞고 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 보스턴 칼리지 연구팀이 조사한 것으로, 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다고 PHYS가 전했다. 보스턴 칼리지 연구팀이 안데스산맥의 4개 빙하에 인접한 암석 샘플을 분석한 결과 빙하 후퇴가 예상보다 심각했다. 지구과학자들은 과거에도 적도에 접한 열대 지방의 기온이 올라감에 따라 이 지역 빙하가 녹거나 후퇴할 것이라고 예측했는데, 이번 조사 결과에 따르면 빙하의 후퇴는 지금까지의 예측을 뛰어넘어 훨씬 빠르게 진행됐다. 연구팀을 이끈 제러미 샤쿤 박사는 "현재의 빙하 면적과 크기가 지난 1만 1000년 동안 과거 어느 때보다 작다는 강력한 증거가 있다"고 말했다. 그는 "최근 빙하 후퇴가 적설량 감소나 구름의 변화가 아닌 기온 상승 때문이라는 점을 감안할 때, 열대 지방은 이미 홀로세(신생대 제4기 마지막부터 현재까지 진행 중인 지질 시대) 범위를 벗어나 인류세(인간 활동이 지구환경에 영향을 미친 산업혁명 이후 현재)로 들어와 있다는 것을 발견했다"고 설명했다. 따라서 빙하는 이제 더 이상 홀로세 간빙기로 분류되지 않을 것으로 보인다. 홀로세 간빙기는 문명이 탄생하고, 물이 마을과 도시의 형성 및 농업과 상업 활동의 번성을 결정한 중요한 시대다. 그러나 빙하에 관한 한 종말을 향해 나아가고 있는 시대, 즉 인류세로 분류하는 것이 옳다는 게 보고서의 지적이다. 보고서는 전 세계 빙하의 대부분이 예상보다 훨씬 빠르게 녹아내리고 있으며, 기후학에서 예상하는 일정보다 적어도 수십 년 앞설 가능성이 있다고 시사한다. 샤쿤은 "안데스 빙하 감소는 빙하가 중요한 기준점을 넘어섰다는 지구상의 첫 번째 강력한 증거다. 이는 지구상 모든 곳의 빙하에 대한 '탄광의 카나리아(다가올 위험을 먼저 알려주는 존재)'다"라고 설명했다. 안데스산맥에서의 연구팀의 목표는 지난 1만 1000년 동안 열대 빙하가 어떻게 줄었는지를 확인하는 것이었다. 팀은 안데스산맥이 퍼져 있는 콜롬비아, 페루, 볼리비아에서 최근 빙하가 녹아 드러난 기반암의 성분을 측정했다. 베릴륨-10과 탄소-14라는 두 가지 희귀한 동위 원소가 우주에서 온 우주 방사선에 노출되면 기반암 표면에 축적된다. 빙하 밑에 있다가 최근 노출된 기반암에서 이들 동위 원소의 농도를 측정하면 과거에 기반암이 노출된 시간을 확인할 수 있다. 이를 통해 빙하가 오늘날과 비교해 어땠는지 또한 알 수 있다. 햇볕에 그을린 정도를 통해 사람이 햇볕에 얼마나 오래 노출되었는지 알 수 있는 것과 유사하다. 연구팀은 4개의 열대 빙하 앞에서 측정한 18개의 기반암 샘플에서 베릴륨-10이나 방사성 탄소-14를 거의 발견하지 못했다. 이는 이곳 빙하가 마지막 빙하기에 형성된 이후 우주 방사선에 노출된 적이 없다는 것을 말해준다. 다시 말해 이 지역은 최근까지 빙하에 덮여 드러나지 않았으며, 현재의 빙하는 전례없는 수준으로 녹고 있다는 방증이다. 한편, 20년 전 세계에서 가장 큰 열대 빙하인 페루 퀘르카야 빙하를 연구하던 과학자들은 빙하에 있던 식물의 잔해가 빙하가 녹으면서 같이 흘러내리는 것을 발견했다. 방사성 탄소 연대 측정 결과, 이 식물의 나이는 5000년으로 추정됐다. 이는 퀘르카야 빙하가 5000년 전에 훨씬 더 컸음을 의미한다. 그렇지 않았다면 식물은 이미 없어졌을 것이기 때문이다. 샤쿤은 퀘르카야에서의 발견은 현대의 빙하 후퇴 규모가 홀로세 변동의 한계를 넘어서고 있는지까지는 불분명하다고 말했다. 연구팀은 알래스카에서 티에라 델 푸에고에 이르기까지 아메리칸 코딜레라 산맥의 전체에 걸쳐 빙하에 동일한 기술을 적용해 탐사하고 있다. 팀은 작년에 북미에서의 샘플링 결과를 발표했으며 곧 남미 남부에서의 연구 결과도 발표할 계획이다. 결과물을 모두 모으면 현재의 빙하 후퇴에 대한 총체적인 판단을 내릴 수 있을 것이라는 기대다.
- 포커스온
2024-08-06
[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생

캐나다 과학자들이 목재를 이용해 거의 모든 빛을 흡수하는 '슈퍼블랙' 신소재 개발에 성공했다. 브리티시컬럼비아 대학교(UBC) 필립 에반스 교수 염구팀은 목재의 방수성을 높이기 위해 고에너지 플라즈마를 처리하는 과정에서 우연히 슈퍼블랙 물질을 개발했다고 뉴아틀라스가 7월 31일(현지시간) 보도했다. '닉실론(Nxylon)'이라는 상표가 붙은 이 소재는 그리스 신화의 밤의 여신인 '닉스(Nyx)'와 그리스어로 나무를 뜻하는 '그쉴론(xylon)'에서 이름을 따왔다. 에반스 교수와 박사과정 학생 케니 정은 방수성을 높이기 위해 톱질한 린든나무 샘플의 표면을 플라즈마 처리했을 때 목재를 구성하는 다공성 세포의 잘린 끝부분의 구조가 바뀐 것을 발견했다. 신소재 '닉실론'은 빛을 1% 미만으로 반사하며, 일반 검은색 페인트(최소 2.5% 반사)보다 빛 반사율이 훨씬 낮다. 또한 린든나무 외의 여러 종류의 나무에서 0.5~1mm두께의 얇은 닉실론 시트를 생산할 수 있어서 횰용도가 높을 것으로 기대된다. 닉실론은 망원경, 태양광 전지, 보석, 시계 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히 고가의 흑단이나 장미목을 대체할 저렴하고 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 현재 닉실론은 반타블랙(Vantablack) 보다 빛을 조금 더 많이 반사하지만, 에반스는 닉실론 기술이 더 발전하면 상황이 바뀔 것이라고 말했다. 또한 반타블랙은 깨지기 쉽고 비용이 많이 드는 수직 방향의 탄소 나노튜브로 구성되어 있는 반면, 닉실론은 그렇지 않다. 2014년 대중에게 공개된 반타블랙은 빛을 99.965% 흡수하는 가장 검은 물질 중 하나다. 서레이 나노시스템(Surrey NanoSystem)이라는 영국 회사에서 상용화했으며, 탄소 나노튜브를 수직으로 배열해 빛이 물질에 갇히도록 만드는 원리로 작동한다. 에반스는 "닉실론은 재생 가능한 목재로 만들어지며, 참피나무 한 그루로 약 20만개의 시계 화면을 만들 수 있다"며 "우리는 표면을 덜 깨지게 만드는 방법을 찾아냈다. 닉실론 시트는 30분 만에 만들 수 있다. 상업적 생산을 위해 설계된 장치를 사용하면 공정 속도를 높일 수 있다고 확신한다"고 설명했다. 연구팀은 앞으로 닉실론의 빛 반사율을 더욱 낮추고 내구성을 강화할 연구를 이어갈 계획이다. 또한 스핀오프 회사인 닉실론 코퍼레이션 오브 캐나다를 통해 상용화를 추진할 예정이다. 이번 연구 결과는 최근 '어드밴스드 지속가능 시스템((Advanced Sustainable Systems)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-01
[기후의 역습(35)] 대서양 해류 흐름, 둔화 조짐…기후변화 영향 우려

북유럽은 지구상에서의 위도를 고려할 때 상대적으로 따뜻하다. 예를 들어, 런던만 해도 벤쿠버 등 대부분의 캐나다 주요 도시들보다 북쪽에 있지만 더 따뜻하다. 그러나 이 따뜻함은 지구 온난화로 인해 금세기 말에는 사라질 수도 있다고 PHYS가 전했다. 이는 멕시코만에서 노르웨이 스발바르까지 이어지는 핵심 난류인 대서양 자오선 역전 순환류(AMOC)의 흐름이 멎을 가능성이 있기 때문이다. 현재 AMOC는 엄청난 양의 따뜻한 바닷물을 북대서양으로 운반한다. 그곳에서 식은 물은 가라앉고 흐름의 방향을 급격하게 바꾸어 그린란드의 동쪽 해안을 지나 남대서양으로 이동한다. 여기서 따뜻해진 물은 다시 북대서양을 향하고 그 과정이 반복되는 것이다. 그 과정에서 방출되는 열은 북유럽의 항구가 얼지 않도록 한다. 지구 온난화로 인해 염분이 많은 북동쪽 AMOC는 녹는 북극의 차가운 담수와 섞이고, 지구 온난화의 특징적인 강우량 증가까지 가세한다. 이 담수는 해류의 밀도와 염도를 감소시키기 때문에 북대서양에서의 냉각 및 가라앉는 현상이 감소하고, 연쇄 작용으로 남쪽으로의 흐름도 둔화된다. 지난 1995년 기후 모델 전문가들은 AMOC의 순환이 2200년까지 멈출 것이라고 예측했다. 관측은 2004년부터 가능했고, 실제로 AMOC의 일부는 느려지고 있는 것으로 나타났다. 그러나 지금까지 기후 모델은 AMOC의 많은 하천과 회돌이, 바다로의 유입물 등을 포괄해서 AMOC를 자세히 관찰하기 어려웠다. 그러나 최근 AMOC를 상세히 들여다 볼 수 있는 기후 모델이 등장했다. 기후 전문가들은 이를 사용해 과거에는 볼 수 없었던 세부 정보를 찾으면서, AMOC의 미래를 더 정확히 예측할 수 있게 됐다. 새 모델을 적용한 결과, AMOC는 어떤 지역에서는 갑자기 흐름이 끊기고 또 다른 지역에서는 예상치 못하게 증가했다. 관측 및 연구 결과는 '미국물리학회지(Physical Review Letters)'에 실렸다. 기후 변화 예측을 위해 종래 사용됐던 대규모 지구 기후 모델은 육지와 바다를 위도와 경도 1도씩, 100km x 100km 격자로 나누었다. 이는 저해상도 모델로서 더 작은 물리적 특징을 놓칠 수 있다. 그러나 새로운 모델은 고해상도로서 격자를 0.1도, 17km로 대폭 줄였다. 개발된 모델은 '커뮤니티 지구 시스템 모델(Community Earth System Model)'로 명명됐다. 로만(Lohmann) 연구팀은 이 모델을 이용, IPCC(세계기상기구)가 제시한 시나리오인 "이산화탄소가 한 세기 동안 빠르게 증가해 2100년에는 약 1250ppm 수준이 될 것"이라는 가정 아래 AMOC 분석을 진행했다. 연구 결과, 고해상도 및 저해상도 모델 모두 AMOC가 전반적으로 둔화돼 2000년에서 2100년 사이에 초당 약 800만 입방미터의 물이 감소했다. 현재 AMOC의 유량은 초당 약 1500만~2000만 입방미터의 물로 초당 약 130억 줄의 에너지를 운반한다. 그러나 더 작은 지역에서 AMOC의 일부는 갑자기 붕괴되었고 다른 부분은 시간이 지남에 따라 더욱 강화되기도 했다. 연구를 주도한 로만은 "고해상도 기후 모델에 따르면 극심한 온실가스 배출의 경우, 일부 지역에서 AMOC가 급격히 감소하는 반면 북극에서는 반대로 증가할 수 있음을 보여준다"면서 "이 예상치 못한 지역적 강화는 AMOC 활동의 전반적인 약화 추세와 상관 없이 발생한다"고 밝혔다. 물론 전체적으로 AMOC의 유량이 급속히 줄어드는 것은 변함이 없다. 고해상도 기후 모델은 또한 새로운 티핑포인트(전환점)를 보여주고 있다. 티핑포인트는 상황이 급속히 변하는 일종의 임계점이다. 얼음이 물로 변하는 것과 같이 한 상태에서 다른 상태로 갑자기 변할 시점을 말한다. 기후 시스템에도 티핑포인트가 있다. 예를 들어 그린란드 빙상의 연구에서는 지구 온난화가 섭씨 2.5도에 달할 때 빙하가 녹는 사태가 일어날 것으로 추정했다. 티핑포인트에 도달하면 전체 빙상이 녹는 것은 불가피할 수 있다. 연구팀은 이번 고해상도 기후 모델 분석에서 AMOC에도 과거에 나타나지 않았던 티핑포인트가 있다는 사실을 밝혔다. 티핑포인트가 되면 극지방 빙하가 녹다가 어느 시점이 되면 완전히 붕괴될 수 있듯이, 서서히 둔화되던 흐름이 완전히 멈출 수 있다는 것이다. 그렇게 되면 지구는 회복하기 어려운 상태로 전락하게 될 것이다.
- 포커스온
2024-08-01
[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개

나사(NASA)가 지구에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생해 대기 중에서 소용돌이치며 움직이는 모습을 보여주는 새로운 영상 자료를 공개했다고 전문 매체 퓨처리즘이 전했다. 이 영상은 2020년 1월부터 3월까지 바람과 대기 순환에 따라 지구 전체로 이동하는 이산화탄소의 농도를 보여주고 있다. 영상에서는 특히 미국에서의 이산화탄소 발생이 많아, 미국이 이산화탄소의 주요 배출원임을 드러내고 있다. 2021년에 미국은 전 세계 배출량의 12% 이상을 차지했으며, 33%에 약간 못 미치는 중국에 이어 두 번째를 기록했다. 나사가 공개한 영상 데이터의 세부적인 이산화탄소 흐름은 놀라운 고화질 수준이다. 발전소, 화재, 도시에서 발생하는 이산화탄소 배출은 물론 이것이 대륙과 바다로 확산되는 모습이 그대로 나타난다. 전문가들은 이 영상 데이터를 활용해 인간 활동에서 비롯된 기후 변화에 직접적으로 영향을 미치는 온실가스의 주요 출처를 식별하는 것 외에도 이러한 다양한 출처가 어떻게 상호 작용하는지를 연구할 수 있다고 지적했다. 나사의 고다드 우주비행센터 기후 과학자 레슬리 오트는 "정책 입안자이자 과학자로서 우리는 탄소가 어디에서 나오는지, 그리고 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지 파악하려고 노력하고 있다“면서 ”이 영상을 통해 이산화탄소가 다양한 기상 패턴에 의해 어떻게 상호 연결되어 있는지 알 수 있다"고 설명했다. 미국과 중국의 경우 중공업, 발전소, 자동차, 트럭 등 인간이 주도하는 활동이 여전히 이산화탄소 배출의 중요한 원인이다. 나사에 따르면 아프리카와 남미에서는 토지 관리 및 산림 벌채를 위해 일부러 일으키는 화재가 이산화탄소 발생의 주요 원인이다. 이 영상 데이터는 시간이 따라 불길이 잦아들고 불타오르는 듯한 매혹적인 패턴의 이산화탄소 방출 및 확산을 보여주고 있다. 식물과 나무도 광합성을 할 때 이산화탄소를 흡수하고 호흡할 때 이를 방출하는 시각적 효과의 역할을 담당한다. 나사는 고다드 지구 관측 시스템(GEOS)이라는 슈퍼컴퓨터 기반 모델을 사용하여 시각 영상을 만들었다. 나사에 따르면 이 기상 모델의 해상도는 일반 기상 모델보다 100배 이상 크다고 밝혔다. 영상은 특히 과학자들에게 전례 없는 모습을 보여주고 있다. 오트는 "이제는 말 할 수 있다. 우리는 정밀 고해상도로 이산화탄소의 발생과 흐름을 따라다니며 지켜볼 수 있다“라며 "종래의 기상 영상 시뮬레이션으로는 결코 볼 수 없었던 것들을 보게 됐다”고 말했다. 이산화탄소의 흐름이 얼마나 지속되는지, 기상 시스템과 어떻게 상호 작용하는지를 보는 것은 놀라운 결과라는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-29
[우주의 속삭임(36)] 수성 표면, 최대 16km 두께의 다이아몬드층 존재 가능성 제기

태양계에서 가장 작은 행성인 수성에 다량의 다이아몬드가 존재한다는 주장이 제기됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 벨기에의 뢰번 가톨릭 대학교(KU Leuven) 연구팀은 나사(NASA)의 수성 미션인 메신저(MESSENGER) 우주선의 데이터를 분석, 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 지각 아래에 16km 두께의 다이아몬드 층이 존재할 수 있다는 가능성을 제기했다. 수성은 다른 태양계 행성에서는 보기 어려운 다양한 특성을 갖고 있어 천문학자들의 탐구의 대상이었다. 매우 어두운 표면, 눈에 띄게 밀도가 높은 핵, 조기에 끝난 화산 시대 등이 대표적인 특징이었다. 또한 수성은 표면에 탄소의 일종인 흑연 조각도 포함하고 있다. 천문학자들은 이에 근거해 수성의 형성 초기에 탄소가 풍부한 마그마 바다가 있었다는 이론을 제기했다. 마그마 바다가 표면으로 부상해 흑연 조각과 함께 수성 표면의 어두운 색조를 만들었을 것이라는 추정이었다. 동일한 과정으로 인해 수성 표면 아래에 탄소가 풍부한 층이 형성됐다는 것이 뢰번 연구팀의 주장이다. 팀은 이 탄소 층이 과거에 제기됐던 그래핀이 아니라 다이아몬드로 구성되어 있다고 추정하고 있다. 그래핀은 탄소의 동소체 중 하나로 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조다. 다이아몬드 결정과는 근본적으로 다르다. 연구팀의 올리버 나머 교수는 "우리 팀은 수성이 탄소가 풍부한 행성이라는 것과 수성의 맨틀-핵 경계의 압력에 대한 새로운 추정치를 감안, 맨틀과 핵 사이의 경계면에서 형성되는 탄소 함유 광물이 흑연이 아니라 다이아몬드라고 추정한다"라고 말했다. 메신저 우주선의 영자 표기 MESSENGER는 'Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging'의 머리글에서 따 온 것으로 '수성 표면, 우주 환경, 지구화학 및 거리 측정'을 의미한다. 메신저 우주선은 지난 2004년 8월 발사돼 수성 궤도를 돌며 탐사하는 최초의 우주선이었다. 2015년에 임무를 종료했으며, 수성 극지방의 음영 속에 풍부한 얼음을 발견하고 수성의 지질학과 자기장에 대한 중요한 데이터를 수집하면서 수성 전체 지도를 작성하는 성과를 거두었다.
- IT/바이오
2024-07-26
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"

지금까지의 통설은 화산 폭발이나 지각판 충돌과 같은 지구 내부의 변화가 지구 표면 환경에 영향을 미친다는 것이었다. 약 6600만 년 전의 대량 멸종과 빙하기 등은 주로 이러한 지구 내부의 변형에 의해 주도되는 것이라는 판단이었다. 그런데 태양의 복사열이 지구의 깊은 내부까지 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS, 신화통신 등이 전했다. 이는 중국과 루마니아 연구팀이 수행한 것으로, 보고서는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 이 연구는 중국과학원, 중국 지질대학교, 부쿠레슈티 대학교의 지질학 및 지구물리학 연구소(IGG) 연구원들이 수행했다. 연구팀에 따르면 태양 복사열은 위도에 따라 달라지며, 해양 생물의 분포에 영향을 미치는 해수면의 온도 구배를 생성한다. 물체 내부를 열전도 할 때, 평행한 양면의 온도가 일정하고 물체 내부가 일정할 경우 물체 내부의 온도 분포는 직선이 되는데, 이 직선을 온도 구배라고 한다. 탄소가 풍부한 유기체는 해양판을 통해 지구 내부로 운반된다. 이 과정은 아크 마그마의 산화환원 상태에 큰 영향을 미친다. 아크 마그마의 산화환원 상태는 화산 아크에서 형성된 마그마 내 환원(산소를 잃거나 전자를 얻는 것)과 산화(산소를 얻거나 전자를 잃는 것) 상태 사이의 균형을 의미한다. 연구팀은 전 세계 지질학자들이 수집한 지구와 바다 깊은 곳의 마그마 샘플을 포함, 수천 개의 마그마 샘플에서 얻은 데이터를 분석했다. 팀은 아크 마그마의 산화환원 상태를 결정하기 위해 감람석 광물과 암석 내의 작은 용융물 함유물을 조사했다. 연구에 따르면 저위도 지역의 마그마는 고위도 지역보다 산화가 덜한 것으로 나타났다. 해저 연구의 추가 증거에 따르면 저위도 지역에서 탄소 퇴적물이 더 많이 감소한 것으로 나타났다. 이 탄소는 황과 상호작용하여 황화물을 형성한 다음 맨틀로 운반되어 관찰된 산화환원 패턴에 영향을 미쳤다. 연구팀원인 IGG 연구원 완 보는 "예상치 못한 이 패턴은 태양 복사열의 영향을 받는 지구 표면 환경과 기후가 맨틀과 같은 지구 깊은 곳에 직접적이고도 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다"라고 말했다. 구리, 주석, 리튬과 같은 많은 금속 광석은 산화환원 조건에 민감하다. 글로벌로 산화환원 상태의 공간적 및 시간적 분포를 이해하는 것은 이러한 중요한 자원의 위치와 가용성을 예측하는 데 중요한 의미를 갖는다. IGG 연구원인 휴 팽양은 "관찰된 패턴은 자원을 탐색하고 다양한 위도에서 지하 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-26
[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.
- 포커스온
2024-07-25
[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.
- IT/바이오
2024-07-23
[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공

나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
- 포커스온
2024-07-22
'영원한 화학물질' 과불화화합물(PFAS) 분해하는 박테리아 발견

자연적으로는 분해되지 않는다고 해 '영원한 화학물질(forever chemicals)'이라고 불리는 과불화화합물(PFAS)은 발암성 오염물질이다. 식품 포장재, 조리기구 등 생활용품에 널리 사용되는 플라스틱 재료로 인간의 건강에 치명적인 영향을 미치며 최근의 연구에서는 인간의 피부를 뚫고 혈관에까지 침투할 수 있는 것으로 밝혀져 충격을 안겨주기도 했다. 커피나 물 한 잔 속에도 영원한 화학물질의 위협이 숨겨져 있는 것이다. 그런 가운데 영원한 화학물질인 PFAS를 파괴하는 박테리아가 한 연구진에 의해 발견돼 큰 관심을 모은다고 환경 전문 어스닷컴이 전했다. 캘리포니아 주립대 리버사이드 캠퍼스(UC Riverside)의 유지 멘 교수 연구팀은 아세토박테리움(Acetobacterium) 속의 박테리아가 PFAS를 파괴한다는 사실을 규명했다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. PFAS는 매우 강력한 탄소-불소 결합으로 인해 '영원한 화학물질'로 불린다. 자연환경(특히 수자원)에서 오랜 기간 분해되지 않고 머물러 있으면서 자연을 파괴하고 인간 건강애 치명적인 영향을 미친다. 장기 지속성으로 인해, 지하수를 비롯한 오염된 수자원 처리는 큰 고민거리였다. 그런데 연구팀은 아세토박테리움 박테리아가 탄소-불소의 강한 결합을 끊는 능력이 탁월하며, 이 박테리아는 전 세계적으로 폐수에서 흔히 발견된다고 밝혔다. 멘 교수는 "이는 PFAS 구조를 해체하고 탈 불소를 달성할 수 있는 첫 번째 발견된 박테리아“라고 말했다. 다만 이 박테리아에게는 한 가지 한계도 있다고 한다. PFAS 중에서도 탄소-탄소 이중 결합을 포함한 불포화 PFAS 화합물에만 효과를 나타냈다는 것이다. 멘 교수팀은 이번 탄소-불소 분리 박테리아 발견에 앞서 지난해에는 PFAS 화합물의 탄소-염소 결합을 끊는 미생물도 찾아냈다. 연구팀은 또 이번 박테리아 조사 과정에서 탄소-불소 결합을 절단하는 특정 효소도 규명해 냈다. 연구팀의 가장 큰 성과가 여기에 있다는 지적도 나온다. 효소는 생화학 반응의 촉매 역할을 하는 단백질로, 발견된 효소는 PFAS 분해의 게임 체인저가 될 수도 있다는 기대다. PFAS 분해 효소를 생산할 수 있는 길을 열 수 있기 때문이다. 오염된 지하수를 정화하는 데 박테리아를 사용하는 것은 충분히 비용 효율적이다. 박테리아는 영양분 주입을 통해 개체수를 늘리는 것도 가능하다. 미생물의 힘을 빌리기 때문에 ‘자연자원 솔루션’이기도 하다. 최근 미 환경보호국(EPA)이 마련한 새로운 PFAS 강화 규정으로 인해 박테리아를 이용한 분해 솔루션의 필요성은 더욱 높아졌다. EPA의 새 규정은 수돗물에 존재하는 특정 PFAS 화합물을 1조 분의 4까지로 제한한다. 새로운 규정에 부응하기 위해 물 공급업체는 PFAS 분해 솔루션을 찾는데 온 힘을 기울이고 있다. 그러나 저비용 고효율 솔루션을 찾기가 어려운 상황이었다. 이런 고민을 이번 연구 결과가 해결해 줄 수 있을 것으로 보인다. 박테리아 및 미생물학적 솔루션에 의한 PFAS 분해 성공은 다른 잔류성 화학물질에 대한 해법 연구로도 확대될 것으로 예상된다. 악명 높은 두 가지 환경 오염 물질인 폴리염화비페닐(PCB)과 다이옥신 등의 분해에 활용할 수 있다는 것이다. 다양한 산업 분야에 사용된 PCB는 자연 분해가 어렵고 토지 및 해수에 오래 잔류하면서 인간 건강과 생태계 모두에 심각한 위험을 초래한다. 산업 공정의 부산물인 다이옥신은 독성이 매우 높으며 암 및 생식 등 질병을 일으킨다. 전 세계 연구팀이 PCB와 다이옥신에 대해 효과적일 수 있는 다른 미생물 균주를 조사하고 있다. 전문가들은 미생물을 이용한 화학물질 분해 솔루션이 혁신적이고 지속 가능한 해법이 될 것이라고 낙관하고 있다. 미생물학과 환경 과학의 융합이 자연을 복원하고 유지하는 중추적인 역할을 담당할 것이며, 희망적인 미래를 예고하고 있다는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-22
[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.
- 포커스온
2024-07-17
[신소재 신기술(78)] 유기 태양 전지 패널, 햇빛 20% 전기 변환 성공…실리콘 대체 가능성 높여

미국 과학자들이 새로운 유기 태양 전지 패널을 개발해 햇빛의 20%를 전기로 변환하는 데 성공했다. 유기 태양 전지판(Organic Solar Cell)은 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양 전지의 한 종류다. 기존의 실리콘 태양 전지판과 달리 탄소 기반의 유기 반도체 물질을 사용해 제작된다. 캔사스대학교 연구진이 유기 반도체에 햇빛의 20%를 전기로 변환해, 태양 에너지 분야에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 수년 동안 실리콘은 태양 에너지 환경을 지배해왔다. 실리콘의 효율성과 내구성 덕분에 태양광 패널에 가장 많이 사용하는 소재가 된 것. 하지만 실리콘 기반 태양전지는 딱딱하고 생산 비용이 비싸서 곡면에 적용하는 데 한계가 있었다. 유기 반도체는 실리콘 태양 전지 패널보다 저렴하고 유연하며, 다양한 색상과 투명도를 구현할 수 있어 차세대 태양 전지 소재로 주목받고 있다. 유기 태양 전지판은 얇고 가벼우며, 플라스틱 기판 등 다양한 소재에 적용할 수 있어 곡면이나 불규칙한 표면에도 설치가 가능하다. 게다가 유기 물질은 실리콘보다 독성이 적고 재활용이 용이해 환경 친화적이다. 유기 반도체는 이미 휴대전화, TV, 가상현실(VR)헤드셋과 같은 가전제품의 디스플레이 패널에 사용되지만 상업용 태양광 패널에는 아직 널리 사용되지 않는다. 유기 반도체인 탄소 기반 소재는 더 낮은 비용과 더 큰 유연성으로 실행가능한 대안을 제공한다. 하지만 지금까지는 빛을 전기로 변환하는 효율성이 낮아 실리콘 태양 전지 패널을 대체하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구를 주도한 캔자스 대학교의 물리학 및 천문학 부교수인 와이런 챈 박사는 "이러한 재료는 벽에 페인트를 칠하는 것처럼 용약 기반 방법을 사용해 임의의 표면에 코팅할 수 있기 때문에 태양광 패널의 생산 비용을 잠재적으로 출 수 있다"고 설명했다. 이러한 유기 반도체는 단순히 비용 절감에만 그치지 않는다. 특정 파장의 빛을 흡수하도록 조정할 수 있어 새로운 가능성을 열어준다. 챈은 "이러한 특성 덕분에 유기 태양 전지 패널은 차세대 친환경적이고 지속 가능한 건물에 사용하기에 특히 적합하다"고 덧붙였다. 이번 연구는 유기 반도체의 일종인 비풀러렌 악셉터(NFA)의 높은 효율성에 대한 의문에서 시작됐다. 연구진은 NFA가 기존 유기 반도체보다 뛰어난 성능을 보이는 이유를 규명하는 과정에서 예상치 못한 현상을 발견했다. 특정 조건에서 NFA의 전자가 에너지를 잃는 대신 주변 환경으로부터 에너지를 얻는 현상을 관찰한 것이다. 이는 뜨거운 커피가 주변으로 열을 잃는 것과는 반대되는 현상으로 양자역학과 열역학의 결합으로 설명될 수 있었다. 연구진은 첨단 기술인 시간 분해 이광자 광전자 분해법을 활용해 1조분의 1초보다 짧은 시간 동안 전자의 에너지 변화에 추적했다. 그 결과 NFA의 전자가 양자역학적 특성으로 인해 여러 분자에 동시에 존재하는 것처럼 보이며, 이러한 현상이 열역학 제2법칙과 결합해 열흐름의 방향을 역전시키는 것을 확인했다. 이러한 역전된 열 흐름은 NFA의 전자가 주변 환경으로부터 에너지를 흡수하고 전하 분리 과정을 촉진해 전류 생성 효율을 높이는 데 기여한다. 연구진은 이번 발견이 태양 전지 효율을 20%까지 끌어올려 실리콘 태양 전지와의 격차를 좁히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 또한 이러한 에너지 획득 메커니즘은 태양 전지 뿐만 아니라 이산화탄소를 유기 연료로 변환하는 광촉매 등 다른 재생 에너지 분야에도 적용될 수 있을 것으로 전망했다. 이는 유기 반도체 기반 기술의 잠재력을 극대화하고, 지속가능한 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있는 중요한 발견으로 평가된다. 이번 연구는 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-16
한화오션, 스마트 선박 조명 제어로 탄소 배출량 절반 감축

한화오션은 선박에 적용하는 '스마트 조명 제어 시스템'에 대한 개념승인(기술 타당성 검증)을 한국선급(KR)으로부터 인정받았다고 12일 밝혔다. 이 시스템은 선박 구역별로 조명 밝기를 능동적으로 조절하여, 내부 복도에서는 움직임 감지 센서를 통해 사람이 지나갈때만 불이 켜지도록 한다. 엔진룸에는 시간대별 조명 제어를 적용해 근무 시간 외에는 밝기를 평소의 5% 수준으로 낮춘다. 식당 등 공용 공간에는 밝기 조절 스위치를 설치해 사용자 선택의 폭을 넓혔다. 한화오션은 조선업계 최초로 선박에 조명 중앙제어 프로그램을 도입했다고 밝혔다. 조타실에 설치된 이 프로그램을 통해 선박 조명을 제어할 뿐만 아니라 조명 상태 확인과 고장 알림 기능도 제공한다. 17만4000㎡급 액화천연가스(LNG) 운반선을 기준으로 스마트 조명 제어 시스템의 경제성을 분석한 결과, 연간 이탄화탄소 배출량이 기존 조명 대비 최대 45% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 연료 및 전력 소비량은 44% 줄었고, 조명 수명은 48% 연장됐다. 향후 한화오션은 스마트 조명 제어 시스테ㅐㅁ을 자체 스마트십 플랫폼인 'HS4'와 연동하여 통합 관리 기능을 제공할 예정이다. 서행명 한화오션 상무는 "앞으로도 고객의 요구에 부응하는 친환경 제품 및 개술 개발에 적극적으로 노력하겠다"고 말했다.
- 산업
2024-07-12
[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?

일본이 도쿄에서 오사카까지 무려 500km가 넘는 구간에 컨베이어 벨트를 건설해 물류 이동 속도를 획기적으로 높이겠다는 야심찬 계획을 발표했다. 전 세계 물류 회사들이 24시간 운행 가능한 완전 자율주행 트럭에 주목하는 가운데, 일본은 배달 기사 부족 문제에 대한 독특한 해결책을 제시한 셈이다. 참고로 서울에서 광주까지는 약 300km, 서울에서 부산까지는 약 400km임을 감안한다면, 도쿄-오사카 간 거리는 상당히 먼 거리다. 이러한 일본의 컨베이어 벨트 건설 계획은 슈퍼카블론디, 카스쿱스 등 다수 자동차 전문 매체의 주목을 받고 있다. 일본 국토교통성은 6월 보고서를 통해 트럭 운전사 부족 문제를 해결하기 위한 획기적인 계획을 발표했다. '오토플로우 로드(Autoflow Road, 자동 흐름 도로)'라는 이름의 이 컨베이어 벨트 시스템은 도쿄와 오사카를 연결하며, 대형 공항 수하물 컨베이어 벨트와 비슷한 형태로 주요 도로 옆이나 아래에 설치될 예정이다. 자동화된 전기 카트를 이용해 특수 제작된 경로를 따라 물품을 이동하는 방식도 대안으로 고려되고 있다. 24시간 쉬지 않고 운영되는 이 시스템은 이론적으로 매일 2만5000명의 트럭 운전사가 운송하는 것과 같은 양의 화물을 처리할 수 있다. 인구 감소와 운전 시간 규제 강화로 인해 2020년 66만 명이었던 일본 트럭 운전사 수는 2030년 48만 명으로 감소할 것으로 예상되기 때문에, 이러한 시스템은 일본 물류 산업에 큰 변화를 가져올 수 있다. 보고서에 따르면, 일본의 트럭 운전사 부족 현상은 일부 지역에서 41%에 달하며, 대책이 마련되지 않으면 2030년에는 배송 물량의 30%가 최종 목적지에 도달하지 못할 수도 있다. 아직 승인되지는 않았지만, 재팬타임스는 정부 보고서에는 컨베이어 벨트 계획이 2034년 출시를 목표로 하고 있다고 전했다. 2만5000대의 트럭이 도로에서 사라진다면 교통 체증 완화, 탄소 배출 감소, 트럭 운송 문제 해결에 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트 시스템은 이미 전 세계 일부 지역에서 시험 운영되고 있어, 일본의 계획이 실현될 가능성은 충분하다. 일본의 리가타야마 석회석 광산에서는 이미 23km 길이의 컨베이어 벨트를 사용하고 있으며, 아프리카에서는 100km 길이의 시스템으로 광산과 항구 사이에 인산염을 운반하고 있다. 하지만 건설 비용은 막대할 것으로 예상된다. 일본 정부는 아직 공식적인 추정치를 제공하지 않았지만, 재팬타임스는 약 230억 달러(3조7000억 엔)에 달할 것으로 예상한다. 요미우리 신문은 오토플로우 로드 건설 비용이 10km 구간당 5800만 달러(약 93억 7000만엔, 약 800억원)에 달할 것으로 추산했다. 게다가 10년 후 인프라가 완공될 때쯤에는 자율주행 기술이 현재보다 훨씬 발전할 가능성이 높아, 컨베이어 벨트 건설의 실효성에 대한 의문도 제기된다. 컨베이어 벨트의 장점 컨베이어 벨트는 운송 효율성 증대와 인력 부족 문제 등을 해결할 수 있다. 또한 교통 체증 완화와 환경 문제 등에도 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트는 자동화된 시스템으로 24시간 운영이 가능하며, 대량의 화물을 빠르고 효율적으로 운송할 수 있다. 일본의 경우처럼 트럭 운전사 부족 문제를 해결하고 인건비 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 도로 위 트럭 운행 감소로 교통 체증을 완화하고 탄소 배출량을 줄여 환경 보호에 기여할 수 있다. 자동화 시스템으로 유지 보수가 비교적 간편하며, 고장 발생 시 신속한 대응이 가능하다. 게다가 운전자의 피로, 부주의 등으로 인한 사고 위험을 줄이고, 안전한 운송 환경을 조성할 수 있다. 초기 비용과 기술적 한계 극복해야 컨베이어 벨트는 분명 물류 시스템에 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 지녔다. 하지만 동시에 극복해야 할 과제도 만만치 않다. 우선 막대한 금액의 초기 투자 비용과 높은 전력 소비, 기술적 한계 등의 단점도 있다. 컨베이어 벨트 시스템 구축에는 막대한 초기 투자 비용이 필요하다. 또한 시스템 유지 보수 및 전력 소비 등으로 인해 운영 비용이 높을 수 있다. 컨베이어 벨트는 주로 규격화된 화물 운송에 적합하며, 특수 화물이나 다양한 크기의 화물 운송에는 제약이 있을 수 있다. 폭설, 폭우 등 기상 악화 시 시스템 운영에 차질이 발생할 수 있으며, 야외에 설치된 경우 화물 손상 가능성도 있다. 현재 기술 수준으로는 완벽한 자동화 및 안전성 확보가 어려운 점 등 기술적 한계가 있을 수 있다. 일본 정부는 컨베이어 벨트 시스템을 통해 물류 효율성을 극대화하고, 배송 운전자 부족 문제와 늘어나는 화물 수요에 효과적으로 대응하며, 온실가스 배출량 감축에도 기여할 수 있을 것이라 기대한다. 하지만 10km 구간당 800억 엔이라는 막대한 건설 비용은 여전히 풀어야 할 숙제다. 컨베이어 벨트, 과연 물류 시스템의 구원투수가 될 수 있을까? 아니면 빛 좋은 개살구로 전락할까? 막대한 비용 문제를 해결하지 못한다면 장밋빛 미래는 요원할 수 있다. 일본 정부의 신중한 검토와 현명한 결정이 필요한 시점이다.
- 포커스온
2024-07-11
[신소재 신기술(74)] 탄소 포집·저장 6배 높인 '하이드레이트'

대기에서 포집한 이산화탄소(CO₂)를 6배나 빠르게 저장하는 새로운 하이드레이트 기술이 개발됐다. 미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구진이 개발한 새로운 대기 중 탄소 포집 하이드레이트 기술은 기존 방식보다 약 6배 빠른 속도로, 유해 화학 촉진제 없이 탄소를 저장할 수 있다고 테크익스로어와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 미국화학회(ACS) 학술지 '지속 가능 화학 및 공학'에 발표된 이 연구에서 연구팀은 이산화탄소 하이드레이트를 초고속으로 형성하는 기술을 개발했다. 이 독특한 얼음 형태의 물질은 이산화탄소를 해저에 저장하여 대기 중 방출을 막는 역할을 한다. 탄소 포집에서 하이드레이트는 이산화탄소를 물 분자와 함께 얼음과 비슷한 고체 상태로 만드는 기술을 의미한다. 하이드레이트는 자체 부피의 최대 180배에 달하는 이산화탄소를 저장할 수 있다. 아울러 일정한 온도와 압력 조건에서 안정적으로 유지되므로 이산화 탄소 누출 위험을 줄일 수 있다. 연구를 이끈 바이바브 바라두르(Vaibhav Bahadur) 교수는 "우리는 대기 중 수십억 톤의 탄소를 안전하게 제거하는 방법을 찾는 엄청난 과제를 안고 있다"며 "하이드레이트는 탄소 저장을 위한 보편적인 해결책을 제공하며, 탄소 저장 분야에서 중요한 역할을 하려면 빠르고 대규모로 성장시키는 기술이 필요하다. 우리는 환경친화적인 방법으로 하이드레이트를 빠르게 성장시킬 수 있음을 입증했다"고 말했다. 이산화탄소는 가장 흔한 온실가스이며, 기후 변화의 주요 원인이다. 탄소 포집 및 저장 기술은 대기 중 탄소를 제거하고 영구적으로 저장하는 기술로, 지구 탄탄소화의 핵심 요소로 간주된다. 현재 가장 일반적인 탄소 저장 방법은 이산화탄소를 지하 저류층이 주입하는 것이다. 이 기술은 탄소를 포집하고 석유 생산을 증가시키는 이중 효과를 갖는다. 그러나 이 기술은 이산화탄소 누출 및 이동, 지하수 오염, 탄소 주입 관련 시 지진 위험 등 심각한 문제를 안고 있다. 또한 지하 저류층 주입에 적절한 지질학적 특징이 부족한 지역도 많다. 바하두르 교수는 하이드레이트가 대규모 탄소 저장을 위한 '차선책'이지만 주요 문제를 극복하면 '최선책'이 될 수 있다고 강조했다. 지금까지 탄소를 포집하는 하이드레이트 형성 과정은 느리고 에너지 집약적이어서 대규모 탄소 저장 수단으로 활용되기 어려웠다.. 이번 연구에서 팀은 기존 방법보다 하이드레이트 형성 기술을 6배 증가시켰다. 이러한 속도와 화학 물질을 사용하지 않는 공정은 대규모 탄소 저장에 하이드레이트를 더 쉽게 활용할 수 있게 한다. 이 연구의 핵심은 마그네슙으로, 화학촉진제 없이도 촉매 역할을 한다. 특정 반응기에서 이산화탄소를 고속 버블링으로 추가하면 빠르고 친환경적인 하이드레이트를 형성할 수 있다. 게다가 해수에서도 잘 작동하기 때문에 복잡한 담수화 공정이 필요하지 않다. 바라두르 교수는 "해저가 안정적인 열역학 조건을 제공하여 하이드레이트 분해를 방지하기 때문에 매력적인 탄소 저장 옵션이다"라며 "우리는 해안선을 가진 모든 국가에 탄소 저장을 가능하게 만들고 있으며, 이는 전세계적으로 탄소 저장 접근성과 실현 가능성을 높여 지속 가능한 미래에 더 가까워지게 한다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 탄소 포집뿐만 아니라 해수 담수화, 가스 분리와 저장 등 다양한 산업에도 적용될 수 있다. 연구팀과 텍사스 대학교는 관련 기술에 대한 특허를 출원했으며, 상용화를 위한 스타트업 설립도 고려하고 있다. 하이드레이트 기술은 탄소 포집 및 저장 분야에서 혁신적인 기술로 주목받고 있으며, 지속적인 ㅇ녀구 개발을 통해 미래 탄소 중립 목표 달성에 기여할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-07-10
[기후의 역습(25)] 약한 해양 순환, 대기 중 이산화탄소 축적 증가

기후변화가 진행됨에 따라 해양 역전순환(적도 부근의 따뜻한 바닷물이 북쪽으로 흘러가고, 북쪽의 차가운 물이 하층부로 내려가 남쪽으로 흐르는 해류 순환) 흐름이 크게 약화될 것으로 예상된다. 그런 가운데, 해류가 약화되면 바다가 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 양이 줄어들고, 결국 대기에 축적되는 이산화탄소가 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 네이처 커뮤니케이션에 발표된 MIT의 새로운 연구에 따르면, 해류가 약해짐에 따라 심해에서 대기로 방출되는 탄소가 더 많아질 것이며, 따라서 해양 순환과 바다의 장기적인 탄소 저장 능력 사이의 관계가 재정립되어야 할 것으로 보인다. 그 이유는 바다의 철분, 용승하는 탄소와 영양분, 표면 미생물 등의 작용 때문이다. 해류가 종전보다 느리게 순환하면 이들은 궁극적으로 바다가 대기로 다시 배출하는 이산화탄소의 양을 증가시키는 작용을 하게 된다는 것이다. MIT 연구팀을 이끈 조나단 로더데일 박사는 ”기후에 영향을 미치는 해양 순환과 대기 탄소 수준 사이의 관계를 볼 때 미래의 바다가 심해에 탄소를 충분히 저장할 것이라고 기대할 수 없다. 기후 변화 완화를 위해 자연적인 정화에 의존하기보다 탄소 배출을 줄이는 데 더 공격적으로 나서야 한다"라고 밝혔다. 로더데일 연구팀은 해양 영양분, 해양 유기체, 철분을 분석, 이들의 상호 작용이 전 세계 식물성 플랑크톤의 성장에 어떻게 영향을 미치는지를 분석했다. 바다의 식물성 플랑크톤은 해양 표면에 서식하며, 심해에서 용승하는 탄소와 영양분과 철분을 섭취하는 미세한 유기체다. 식물성 플랑크톤이 많을수록 광합성을 통해 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 특히 이는 바다의 탄소 격리에 큰 역할을 한다. 연구팀은 여러 지역 해양의 조건에 맞춰 이를 상자로 구성한 ‘상자 모델’을 개발했다. 각 상자에는 지역별 해양 상황과 유사한 영양분, 철 및 리간드(식물성 플랑크톤의 부산물로 여겨지는 유기 분자)가 담겼다. 팀은 또한 바다의 더 큰 해류 순환을 나타낼 수 있도록 상자 사이에 해류의 순환을 모델링했다. 해류 역전순환을 상자 모델에서 그대로 재현한 것이다. 모델을 바탕으로 실험한 결과 팀은 바다에 철분이 과도해도 남는 철분이 식물성 플랑크톤 성장에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 밝혔다. 철분은 바다에 용해되지 않으므로 그 자체로는 식물성 플랑크톤이 사용할 수 없었다. 철분은 플랑크톤이 소비할 수 있는 형태로 리간드와 연결될 때 "유용한" 수준에서만 용해됐다. 리간드의 존재가 해양의 이산화탄소 농도를 좌우하는 가장 큰 변수였다. 팀은 상자 모델을 확장해 태평양, 북대서양 등 보다 다양한 환경으로 넓혔고, 다양한 해양 순환의 효과를 포함해 모델 내의 다른 상호 작용도 실험했다. 팀은 다양한 해류 강도에서 플랑크톤 등의 생물 활동과 함께 탄소, 영양소, 철 및 리간드 농도를 분석하고 다양한 시나리오를 비교 분석했다. 실험 결과는 새로운 결과를 보여주었다. 바다의 순환, 즉 해류가 약해질수록 바다가 깊은 곳에서 끌어오는 탄소와 영양분의 양이 적어졌다. 그러면 표면의 모든 식물성 플랑크톤은 자양분이 부족해지고, 그 결과 플랑크톤이 생성하는 리간드 등 부산물도 감소한다. 사용 가능한 리간드가 줄어들면 식물성 플랑크톤은 해수 표면의 철분을 덜 사용하게 돼 개체수가 더욱 감소한다. 대기에서 이산화탄소를 흡수하고 심해에서 용승된 탄소를 소비하는 식물성 플랑크톤이 크게 줄어들 수밖에 없다. 결국 해양 순환이 약해질수록 대기 중에 더 많은 이산화탄소가 축적된다고 보고서는 밝혔다. 해양의 순환은 기후 변화로 인해 크게 약화될 것이라는 우려다. 일부 기후 모델에 따르면, 특히 남극 주변의 빙상이 급속도로 녹아 내리고 있으며, 이로 인해 해양 순환이 30% 둔화될 것으로 예측한다. 이로 인해 해양이 대기에서 흡수하는 이산화탄소가 크게 줄 뿐만 아니라 심해의 이산화탄소 방출을 일으킬 수 있다는 지적이다. 지구 온난화가 증폭된다는 의미다.
- 포커스온
2024-07-10

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