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[먹을까? 말까?(16)] 탄산수에서 '영원한 유해 화학물질' 검출
- 미국에서 탄산수(스파클링 워터)에서 '영원한 유해 화학물질(PFAS)'이 검출된 것이 최근 재조명되면서 국민들에게 충격을 주고 있다. PFAS는 과불화합물(페르-플루오로알킬 및 퍼플루오로알킬 물질)의 총칭으로, 매우 강력한 탄소(C)-불소(F)결합이 포함돼 있어 자연에서는 시간이 흘러도 분해되지 않는다. 환경에서 분해되지 않고 오랫동안 지속돼 '영원한 화학물질' 또는 '영구 화학물질'로 불린다. 미국 언론에서는 탄산수에서 영원한 화학물질이 검출된 것이 약 3년 만에 재조명돼 파문이 일고 있다고 아파트먼트 테라피가 더 키친을 인용해 지난 20일(현지시간) 보도했다. 이 연구는 2020년 실시된 것으로, 당시 컨슈머 리포트(Consumer Reports)는 47개의 생수 병(탄산수 12개 포함)을 대상으로 페르-플루오로알킬 물질(PFAS) 함량을 조사했다. 미국 소비자들은 탄산수 대한 연구 결과가 최근 집중적으로 재조명되면서 혼란스러워하고 있다고 이 매체는 전했다. 연구에 따르면 폴란드 스프링과 토포 치코 등 일부 탄산수에서는 PFAS가 1ppt(parts per trillion·1조분율)~10ppt 수준이 검출됐다. 영원한 화학물질(PFAS)이란? 실제로 PFAS는 우리가 만지거나 섭취하는 거의 모든 것에 존재한다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 PFAS는 물, 토양, 대기, 식품 등에서 검출될 수 있다. PFAS를 미량 함유하는 물질에는 식수, 식품 포장재, 소방용품(화재진압용 거품), 석휴화학 산업, 가정용 세제, 방수 제품과 더러움을 덜 타게하는 방오가공된 복장, 화장품 등 위생용품(샴푸, 치실 포함), 코팅 조리기구, PFAS에 오염된 물이나 가축에 노출된 생선, 유제품 등이 있다. 심지어 숨쉬는 공기에도 PFAS가 포함될 수 있다. 물, 기름, 열에 강한 특성을 지니고 있는 PFAS는 쓰레기 매립지, 하수처리 시설 등을 통해 자연환경으로 유출된다. 그로 인해 탄산수뿐만 아니라 지하수(식수 포함)에서도 PFAS가 검출될 수 있다. PFAS에 대한 우려는 이러한 화학 물질이 장기적인 건강에 미칠 수 있는 영향과 관련이 있다. 일부 연구에서는 PFAS와 암 위험 증가, 소아 발달 장애, 생식 문제, 면역 체계 및 호르몬, 콜레스테롤 수치 변화 등의 연관성을 제시하고 있다. 이러한 이유로 미국 바이든-해리스 정부는 최근 건강 권고 식수 기준치를 4ppt 이하로 규제하는 정책을 발표했다. 최근 PFAS가 특정 암과 질병 위험을 높이는 것으로 밝혀진 뒤 미국 환경보호청(EPA)은 식수에서 PFAS를 규제하기 위한 권고 기준을 발표했다. EPA는 2022년 6월 특정 PFAS에 대한 권고 기준치를 설정했으며 그중 과불화옥탄산(PFOA)과 과불화부탄산(PFOS)의 권고 기준을 극히 낮은 수준으로 제시했다. 이 기준은 건강 보호를 위한 권고 수준이며 법적 규제 수준은 아니다. EPA가 제시한 PFOA(Perflurooctanoic acid) 권고 기준은 0.004ppt, PFOS(Perfluorooctane sulfonate) 권고 기준은 0.02ppt이다. EPA는 PFAS에 대한 국가 음용수 기준(NPDWR)을 설정하는 절차를 진행중이다. 이는 법적 규제 기준으로 모든 공공 수돗물 시스템이 준수해야 한다. 아울러 PFAS의 확산을 모니터링하고 건강에 미치는 영향을 연구하는 프로그램을 운영하고 있다. PFAS에 대한 우려 PFAS와 만성 질환 위험 증가, 면역 체계 및 호르몬 장애와의 연관성을 제시하는 연구가 있지만, 연구는 아직 진행 중이다. 특히 탄산수와 같은 저농도 노출 시 건강에 미치는 영향에 대한 명확한 결론을 내리기에는 자료가 부족하다. 이번 컨슈머 리포트 연구는 환경 작업 그룹(EWG)의 기준을 따르고 있다. EWG는 1ppt 이상의 PFAS 섭취를 위험하다고 판단한다. 반면 미국 농무부(USDA) 기준은 70ppt이며, 70ppt 이하에서는 "건강상 악영향이 발생하지 않을 것"으로 예상했다. 유럽연합(EU)은 PFAS 자용 전면 제한을 추진 중이다. EU는 2024년 이후부터 위해성 평가위(RAC) 및 사회경제성 분석위(SEAC)에서 최종 평가의견을 결정하고, 2025년 유럽연합집행위원회에서 안건을 채택할 계획이다. 이후 이르면 2026년부터 사용 제한 조치를 적용할 예정이다. 탄산수 종류와 섭취시 주의사항 탄산수는 이산화탄소가 용해된 물을 말한다. 자연적으로 광천수에서 발생하거나 인공적으로 물에 이산화탄소를 주입해 만들 수도 있다. 탄산수의 특징으로는 시원하고 상쾌한 맛을 들 수 있다. 이산화탄소가 입안을 자극해 시원하고 상쾌한 느낌을 준다. 또한 위장 점막을 자극해 소화액 분비를 촉진하고 소화를 돕는다. 그밖에 혈관을 확장시켜 혈액 순환을 개선하며, 식욕을 억제하는 효과가 있다. 탄산수의 종류에는 인공적으로 이산화탄소를 주입한 물로 플레인 탄산수, 인공 감미료를 사용해 설탕 함유량을 낮춘 다이어트 탄산수, 퀴닌이라는 쓴맛 성분을 함유한 탄산수로 토닉 워터가 있다. 미네랄이 풍부한 광천수 탄산수는 '셀처 워터(Seltzer water)'라고 부른다. 일부 탄산수는 나트륨 함량이 높을 수 있으므로 고혈압 환자는 나트륨 함량이 낮은 제품을 선택하는 것이 좋다. 또한 일부 탄산수에는 카페인이 함유되어 있으므로 카페인에 민감한 사람은 카페인이 함유되지 않은 제품을 선택하는 것이 좋다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(16)] 탄산수에서 '영원한 유해 화학물질' 검출
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[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술
- 과학자들은 우리 시대 가장 심각한 환경 문제 중 하나인 플라스틱 오염을 해결하기 위한 독창적인 방법을 제시했다. 미국 캘리포니아 대학교 연구팀이 플라스틱을 먹는 매우 강한 포자가 함유된 플라스틱이 매립지에서 스스로 분해되는 기술을 개발했다고 네이처닷컴과 BBC, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 집중 조명했다. 이 연구에서는 고온 용융 압출을 사용해 폴리머 분해 박테리아의 포자를 열가소성 폴리우레탄에 통합하는 바이오 복합재 제작을 시연했다. 플라스틱의 한 종류인 폴리우레탄은 강도와 탄성이 뛰어나 휴대폰 케이스부터 운동화까지 모든 제품에 사용되지만 재활용이 까다로워 주로 매립된다. 플라스틱에 첨가되는 박테리아의 종류는 식품 첨가물 및 프로바이오틱스로 널리 사용되는 고초균(枯草菌)으로 영문으로는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 불린다. 고초균은 토양과 발효식품 등 다양한 환경에서 발견되는 세균이다. 또한 바실러스 서브틸리스 포자로 채워진 열가소성 폴리우레탄의 전반적인 인장 특성이 크게 개선되어 인성이 매우 향상됐다. 캘리포니아대학교 샌디에이고 라호야 캠퍼스의 김한솔 연구원은 "자연에서 플라스틱 오염을 완화할 수 있다는 희망이 있다"고 말했다. 공동 연구원 존 포코르스키는 "우리의 공정은 소재를 더욱 견고하게 만들어 플라스틱의 수명을 연장한다"고 말했다. 그는 "그리고 이 공정이 완료되면 폐기 방법에 관계없이 환경으로부터 플라스틱을 제거할 수 있다"고 설명했다. 포코르스키 연구원은 "이 플라스틱은 현재 실험실에서 연구 중이지만 제조업체의 도움을 받으면 몇 년 안에 실제 환경에 적용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 플라스틱은 강하고 다양한 용도로 사용되는 소재지만, 이러한 장점은 폐기 처리를 어렵게 만드는 요인이기도 하다. 플라스틱은 분해되는 데 수십 년 또는 수백 년이 걸리기 때문에 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 매립지와 바다를 오염시키고 있는 실정이다. 연구팀은 플라스틱에 플라스틱 분해 박테리아 포자를 넣어 매립지에 폐기될 때 활성화되도록 만들었다. 이를 통해 5개월 만에 플라스틱 물질의 90%가 생분해되는 것이 확인됐다. 게다가 '플라스틱 분해 박테리아 포자'를 넣은 플라스틱은 실제로 사용하는 동안 일반 플라스틱보다 더욱 견고하고 강했다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 플라스틱을 분해하는 능력을 갖춘 박테리아를 발견하고, 이 과정을 담당하는 효소를 분리하여 효율성을 높였다. 이를 통해 효소와 박테리아로 플라스틱을 처리하는 더 효율적인 재활용 시설이 구축될 수 있다. 하지만 재활용 시설로 옮겨지지 않는 플라스틱은 어떻게 될까. 앞서 지적했듯이 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 신발, 스포츠 용품, 휴대폰 케이스, 자동차 부품 등을 만드는데 일반적으로 사용되는 견고한 플라스틱 유형이지만 현재 재활용이 불가능하다. 연구팀은 TPU 폐기 처리를 위해 플라스틱 분해 박테리아 바실러스 서브틸리스의 포자를 플라스틱 자체에 직접 넣는 새로운 방법을 연구했다. 또한 연구팀은 포자를 넣은 플라스틱 제품이 너무 일찍 분해되지 않고, 정상적인 기간 동안 사용한 뒤 매립지나 자연 환경에서 폐기될 때만 생분해가 시작되도록 설계했다. 내열성 미생물로 온도 한계 극복 먼저 극복해야 할 문제는 플라스틱 제조에 사용되는 높은 온도였다. 플라스틱 가공시 사용되는 고온으로 인해 대부분의 박테리아 포자가 죽는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 내열성 미생물을 유전공학적으로 제작했으며, 플라스틱 가공 온도인 135°C(275°F)에서 변형된 박테리아의 96~100%가 생존하는 것을 확인했다. 변형되지 않은 박테리아의 경우 생존율은 겨우 20%에 불과했다. 다음으로 연구팀은 박테리아가 플라스틱을 얼마나 잘 분해하는지 테스트했다. 이 과정은 토양의 영양분과 수분에 의해 시작된다. 플라스틱 무게의 최대 1% 농도에서 박테리아는 퇴비에 묻힌 후 5개월 이내에 플라스틱 물질의 90% 이상을 분해했다. 이 새로운 플라스틱은 사용 중 강도가 약화될 것으로 추정했지만, 실제로는 그 반대 효과가 나타났다. 포자를 넣어 만든 플라스틱은 일반 폴리우레탄(TPU)보다 최대 37% 더 강하고 인장 강도가 최대 30% 더 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 포자가 강화 충전재 역할을 하는 것으로 추정했다. 연구팀은 이 기술은 확장 가능성이 높으며, 사용 중 더욱 견고하고 강하면서 재활용이 불가능한 TPU를 폐기 처리하는 새로운 방법을 열 수 있다고 말했다. 이를 다른 몇 가지 방법과 함께 사용한다면 플라스틱 오염 문제 해결에 진전을 이룰 수 있을 것으로 보인다. 플라스틱의 약 80%가 재활용되지 않고 매립지나 자연 환경에 축적되고 있는 실정다. 또한 폴리우레탄(PU)은 세계에서 6번째로 많이 생산되는 플라스틱이지만 재활용을 위한 거버넌스는 없다. PU 폐기물은 수지 식별 코드의 카테고리 7(PETE, HDPE, PVC, LDPE, PP, PS 이외의 기타 플라스틱)에 따라 잠재적으로 수거될 수 있지만, 미국에서는 일반적으로 이 카테고리의 플라스틱 중 0.3%만이 재활용되고 있다. 플라스틱 분해 과정에 박테리아 포자를 결합시킨 것은 산업 공정에서 재생 가능한 폴리머 충전재로서 살아있는 세포를 도입할 수 있는 흥미로운 기회를 제공했다는 평가를 받고 있다. 연구진은 잠재적으로 확장 가능한 이 기술이 재활용할 수 없는 TPU를 폐기하는 새로운 방법을 제시하는 동시에 사용 중에 더 튼튼하고 강하게 만들 수 있다고 말했다. 이 기술을 다른 몇 가지 방법과 결합하면 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 어느 정도 진전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 발표됐다.
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[신소재 신기술(42)] 플라스틱 폐기물 90% 분해하는 혁신 기술
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지하수 30% 오염, 분해되지 않는 독성 화학물질 기준치 이상 발견
- 과불화화합물(PFAS)이라고 불리는 독성 화학 물질이 국제 규제기관이 허용하는 기준치보다 훨씬 높은 수준으로 전 세계 지표수와 지하수에서 발견되고 있다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CNN이 보도했다. PFAS는 자연 상태에서는 영원히 분해되지 않는 화합물로 Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 약자다. 지난 1946년 듀폰이 테플론이라는 이름으로 처음 발표했으며 자연에서 분해되지 않고 결국 인체에 흡수되기 때문에 심각성을 더한다. PFAS는 자연 환경에서 완전히 분해되지 못하기 때문에 '영원한 화학물질'이라고 불린다. 연구에 따르면 오염원이 알려지지 않은 지역에서도 지하수 시료의 31%가 미국 환경보호청이 2023년 3월에 제시한 기준치를 초과했고, 거의 70%가 캐나다 보건부가 정한 기준치를 초과했다. 지하수 시료 31% 기준치 초과 조만간 최종 확정될 것으로 예상되는 미 환경보호국(EPA) 안은 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA) 등 2개의 대표적인 PFAS에 대한 구체적인 한도를 1조분의 4로 설정하는 한편, 이를 대체하기 위해 업계에서 개발한 4가지 화학물질의 혼합물에 대한 새로운 제한도 설정했다. EPA에 따르면 PFOA와 PFOS와 같이 가장 많이 연구된 PFAS 중 일부는 암, 비만, 갑상선 질환, 높은 콜레스테롤, 생식력 감소, 간 손상 및 호르몬 파괴와 같은 심각한 건강 문제를 일으킨다. 미국 국립과학기술원이 2022년 7월 발표한 보고서에 따르면 PFAS에 노출되면 성인과 어린이 모두에서 영유아 및 태아 성장 감소와 백신에 대한 항체 반응 감소가 발생했다. 보고서에 따르면 임산부, 어린이 및 노인과 같은 취약계층에게 일부 새로운 PFAS에서 동일한 건강 영향이 발견되었다. PFAS 및 기타 화학 물질에 대한 노출을 감시하는 소비자 단체 '환경작업그룹'의 과학자인 데이비드 앤드루스는 "이번 보고서는 화학 정책이 실패했다는 점을 강조하고 있으며, PFAS가 전 세계 모든 곳의 물을 오염시킬 정도로 광범위하게 노출되고 있음을 입증하고 있다는 점에서 의미가 크다"고 말했다 . 북극이나 에베레스트에서도 발견 앤드류스는 "이 독성 화학물질은 북극, 에베레스트 산 비탈과 같은 외딴 지역은 물론, 펭귄, 북극곰, 고래, 바다표범 등 다양한 생물종에서 발견됐다"며 "이 화학물질은 제조업체에 의해 방출되고 토양, 공기, 물 등으로 다양하게 흡수되고 퍼지기 때문에 지구촌 어디에나 있을 수밖에 없다”고 강조했다. 지금까지 이루어진 대부분의 PFAS 샘플링이 선진국과 연구원이 밀집된 지역에서 이루어졌기 때문에, 분석 지역을 넓힌다면 훨씬 많은 노출이 드러날 것“이라고 덧붙였다. 미국 국립과학원, 공학원, 의학원의 다른 보고서에 따르면, 미국인의 98%의 혈액에서 다양한 PFAS 화학물질이 검출되었고, 이 물질은 신체의 다른 기관에 수년간 보관될 수도 있다. 그러나 인체 흡수원 중에서 식수는 노출의 약 20%에 불과할 수 있으며, 가장 심각한 원인은 음식, 먼지 및 기타 요인에서 발생한다. 이는 PFAS가 음식 포장지를 비롯한 식품 포장을 포함, 수천 개의 소비자 제품에서 수십 년 동안 사용되었기 때문이다. PFAS는 카펫, 의류 및 가구 등이 얼룩, 물 및 기름에 손상되지 않도록 강화하는 데도 쓰인다. 또는 끈적이지 않는 조리기구, 휴대폰, 상업용 항공기 및 배기가스가 소형 차량 등도 용도에 포함된다. 각계의 우려와 과학자 및 시민단체의 노력으로 2008년 제조업체들은 PFOA와 PFOS의 사용을 단계적으로 중단하겠다고 약속했다. 그러나 독성물질 및 질병 등록기관은 웹사이트에서 "PFOS와 PFOA가 폐지되고 다른 물질로 교체돼도 다른 PFAS에 노출될 수 있다"고 경고한다. 또한 EPA가 2023년 6월 발표한 건강 경보에 따르면 특정 PFAS 화학 물질은 과학자들이 원래 생각했던 것보다 수천 배 낮은 수준으로도 훨씬 더 인간의 건강에 치명적이라는 사실이 드러났다. '네이처 지오사이언스' 저널에 발표된 이 연구는 2004년 이후 전 세계에서 수집된 4만 5000개 이상의 물 샘플에서 사용 가능한 데이터를 수집하고 분석한 결과다. 연구팀을 이끈 시드니 뉴사우스웨일스대 데니스 오코넬 교수는 "생명을 구하는 화재 진압에 쓰이는 엄청난 양의 거품(폼), 매립지, PFAS를 사용하는 제조업, 폐수처리장(하수처리장) 등이 모두 PFAS의 원천”이라고 지적한다. 역삼투압 필터, PFAS 여과에 효과 PFAS는 종류만도 1만 4000개 이상에 달한다. 그러나 검사받는 것은 그 중 극히 일부에 불과하다. 이는 오염의 정도와 그에 따른 인간의 건강에 대한 해악이 현재 알려진 것보다 훨씬 더 광범위할 수 있다는 또 다른 시사점이다. 더 많은 PFAS 검사가 이루어져야 한다는 주장이 제기되는 이유이기도 하다. 주요 도시의 처리장에서는 대부분 PFAS를 여과하고 있다. 새로운 EPA 가이드라인으로 인해 앞으로 3년 이내에 더 많은 처리장이 PFAS를 여과해야 한다. 그러나 미국 지질조사국에 따르면 미국 인구의 약 15%, 즉 4300만 명 이상의 인구가 우물물을 사용하고 있으며, 이는 연방정부의 규제를 받지 않는다. 소비자들은 수도꼭지에 사용할 물 필터를 시중에서 구입해 오염 노출을 피할 수 있다. 정부는 권장 필터 목록도 게시하고 있다. 그 중 PFAS에 가장 효과적인 물 필터는 역삼투압 필터다. 이 필터는 약 200달러로 가격이 비싼 편이다. 역삼투압 필터는 다양한 필터를 통해 물을 강제로 통과시킴으로써 용해된 고체를 포함해 다양한 오염 물질을 제거할 수 있다. 입상 활성탄 필터는 더 일반적이고 비용이 적게 들지만 PFAS에 효과적이지는 않다는 평가다.
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지하수 30% 오염, 분해되지 않는 독성 화학물질 기준치 이상 발견
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[퓨처 Eyes(31)] 드론·AI 로봇, 미국 대규모 농장에 투입⋯미래 농업의 새로운 지평
- 미국에서 최근 농업 분야에 드론과 인공지능(AI) 로봇 등 첨단 기술 도입이 활발하다. 드론이나 레이저 제초기, 로봇 손 등은 농작물 재배와 가공 과정의 일부를 대체할 수 있으며, AI를 탑재한 시스템도 활용되고 있다. 농장주들은 비용 절감을 가져다 주는 이러한 로봇 도입을 환영하고 있지만, 농장 현장 작업자들은 로봇에게 자신의 일자리를 빼앗길까 우려하고 있다. 텍사스주 휴스턴 소재 드론 제조업체 하이리오(Hylio)는 지난 3월 하순 미국 연방항공국(FAA)로부터 단일 조종사가 무거운 드론을 여러 대 동시에 운영할 수 있는 면허를 취득해 농업 분야 혁신을 향한 중요한 발걸음을 내딛었다. FAA의 새로운 규정은 단일 조종사가 3대의 드론을 동시에 운영할 수 있도록 허용해 드론 농업의 효율성을 크게 향상시켰다. 기존 규정에서는 단일 드론 운영시 조종사 1명과 감시원 1명이 필요했다. 드론을 여러 대 운영하기 위해서는 복수의 라이선스 소지 운영자가 필요했기 때문에 비용이 많이 들었다. 또 비행 중량 제한으로 넓은 농지를 경작하는 데 많은 시간이 들었다. 하지만 1명의 조종사가 3대의 드론을 동시에 작동시키면 1시간에 150에이커(약 60만7000㎡)에 농약을 살포할 수 있다. 폭스비즈니스에 따르면 하이리오는 55파운드(약 25kg) 이상의 무게를 가진 여러 대의 드론을 동시에 비행할 수 있는 최초의 면허를 획득했다. 이는 상당한 하중을 운반할 수 있는 드론 사용에 대한 획기적인 허가이며, 드론을 기존 트랙터나 파종기에 버금가는 경쟁력 있는 농업 기계로 급부상시키는 계기가 될 것으로 보인다. 이 드론은 배터리로 작동하며 최대 400파운드(약 181kg)까지 운반할 수 있다. 3대의 드론을 동시에 작동시켜 밭에 비료와 살충제를 살포하는 작업을 수행할 수 있다. 이는 기존 농장 노동자나 농약 살포 비행기가 수행하던 작업을 대체할 수 있으며, 농업 생산의 효율성을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다. 아서 에릭슨 (Arthur Erickson) 하이리오의 최고경영자(CEO)는 "기존 농업 기계에 비해 초기 투자 비용과 운영 비용이 각각 4분의 1에서 3분의 1 수준으로 저렴하다"고 밝혔다. 실제로 3대의 드론 세트는 단일 트랙터보다 훨씬 저렴하며, 농약 살포 시 불필요한 물 사용을 줄이고 환경 오염을 예방할 수 있다. 또한 씨앗을 뿌리기 적당하게 갈아 놓은 토양을 딱딱하게 압축하지 않아 토양 건강을 유지한다. 현장에서 드론 배터리를 충전하기 위한 발전기 사용량이 적어 연료를 절감한다. 네브래스카 주 농업 기업인 인피니티 프리시즌 Ag(Infinity Precision Ag)의 앤디 크라이케미어는 약 6개월 전부터 주로 접근하기 어려운 곳에서 드론을 사용하기 시작했다. 그는 조종사와 감시원 외에도 드론을 재충전하는 작업 인원 1명이 더 필요하다고 말했다. 크라이케미어는 "이번 FAA의 새 면허 덕분에 이제 2인만으로 3대의 드론을 운영할 수 있다. 3대의 드론을 사용해 작업 범위를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 현장에 필요한 인원 수도 줄일 수 있다"고 말했다. 또 다른 조종사와 추적 장치를 추가하여 최대 6대의 드론을 동시에 운영한다면 농작물을 짓밟거나 토양을 뭉그러뜨리지 않고 더 넓은 지역을 작업할 수 있다. 하이리오에 따르면 드론은 기종당 약 5만 달러(약 6817만원)~8만달러(약 1억원)에 구입할 수 있다. 기존 트랙터는 30만 달러(약 4억원) 이상이며 고급 모델은 70만 달러(약 9억5000만원) 이상에 이른다. 에릭슨은 "최근 코로나바이러스 사태와 공급망 문제로 인해 새로운 트랙터는 엄청나게 비싸다"라고 말했다. 에릭슨 CEO는 "이번 드론 3대 작동 면허 취득은 선례가 되는 중요한 사건이다. 우리 고객과 다른 기업들은 이 사례를 근거로 유사한 허가를 받을 수 있다"고 말했다. 로봇 손·레이저 제초기 등 선봬 2024년 2월 캘리포니아 중앙 골짜기의 툴레에서 열린 세계 농업 엑스포에는 농작물 살포용 자율주행 로봇과 실리콘 '손'으로 부드럽게 딸기를 따는 AI 로봇 등 다양한 첨단 농업 기계들을 선보였다. 농업용 전기 미니 트랙터인 아미가(Amiga)를 개발한 팜-응(farm-ng)의 이선 루블리는 "미래에는 모든 농부들이 코더(컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용해 소프트웨어, 웹사이트, 앱 등을 만드는 사람)가 될 것"이라고 말했다. 아미가는 AI 부품을 사용해 장비 운반, 파종, 경운 및 퇴비 퍼뜨리기 등의 작업을 수행하도록 프로그램할 수 있으며, 한 번 충전으로 몇 시간 동안 작동한다. 산호세에서 약 1시간 거리인 와트슨빌에 위치한 팜-응은 실리콘 밸리 투자자들의 주목을 받고 있으며, 지금까지 총 1600만 달러(약 218억원)의 투자를 유치했다. 폴 마이크셀 카본 로보틱스(Carbon Robotics)의 CEO는 자사의 제품인 레이저 제초기(Laser Weeder)를 공개했다. 레이저 제초기는 강력한 적외선 레이저와 고속 카메라를 사용해 잡초를 식별하고 순식간에 제거한다. 이 제초기는 1시간당 약 10만개의 잡초를 제거할 수 있다. 마이크셀은 "레이저 제초기가 나오기 전에는 사람들이 손 도구를 사용하여 농약을 뿌리며 잡초를 제거해야 했다"고 말했다. 에릭신은 드론의 활용 분야는 다양하다고 말했다. 농지 살포 및 파종 외에도 산불로 인해 타버린 지역에 나무씨앗을 뿌리는 데 사용되기도 하고, 수산업 종사자들은 드론을 이용하여 수중으로 조개를 방류하는 데에도 활용하고 있다는 설명이다. 노동력 부족 해결책? 첨단 기술 개발자들은 이러한 발명품이 수십 년 동안 미국 농업 산업을 괴롭혀온 노동력 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 미국 농무부 자료에 따르면 1950년과 2000년 사이에 고용된 농장 노동자 수는 50% 이상 감소했다. 2020년대에도 농장 운영자들은 채용 문제에 어려움을 겪고 있다. 드론이나 로봇 손 등 자동화로 전환하는 것은 노동력 부족을 해결하고 농장 노동자들의 힘들고 지루하며 때로는 위험한 작업 일부를 대체할 수 있다. 하지만 농장 노동자 룰루 카르데나스(61·여성)는 농업용 AI 로봇이 자신의 일자리를 빼앗을까봐 걱정하고 있다. 카르데나스는 "뭔가 대체될 것 같은 느낌이 든다"며 "가족을 부양하는 데 어려움을 겪을 것 같다"고 우려했다. 그녀는 20년 전 멕시코에서 이민 온 이후 캘리포니아 센트럴 밸리에서 밭일을 해왔다. CBS 뉴스에서 새로운 종류의 농장 로봇에 대해 설명했을 때, 카르데나스는 인간과 식물 사이의 정신적 교감을 언급하며 실망감을 감추지 못했다. 룰루는 "차가운 기계로 인간의 열을 대체할 수는 없다"고 말했다. 36년 전 멕시코시티 남쪽에 있는 같은 마을에서 온 카르데나스의 친구 아순시온 폰세도 농장 로봇의 새로운 이미지를 보고 화를 냈다. 얼마 전 미국 시민권자가 된 폰세는 "농부들은 이 로봇의 혜택을 받지만 우리로부터 많은 일을 빼앗아가고 있다"고 말했다. 그는 과거에도 농장에서 장비가 일부 작업을 대신하는 것을 본 적이 있지만, '생각하는' 새로운 기계는 이번이 처음이었다. 폰세는 "양파, 마늘, 양상추, 브로콜리를 수확하는 기계가 많이 있다"며 "기계가 많은 인력을 대체헤 이제 겨우 세 사람이 일하고 있다"고 밝혔다. 불법 이민 노동자, 설자리 잃어 일부 대규모 농장과 옹호 단체는 농장 노동자들이 새로운 기술에 적응하고 드론 운영자나 프로그래머로서 새로운 역할을 맡을 수 있는 기술을 개발할 수 있도록 교육 프로그램을 도입했다. 현재 대규모 농장을 경영하는 멕시코 이민자이자 퇴역 군인인 아드리안 미라몬테스는 "우리는 기계를 사용하면서도 사람들을 돌볼 수 있다고 생각한다"면서 "그들은 기꺼이 배우려고 하고 자신과 가족을 위해 더 나은 일을 하려고 한다"고 말했다. 그러나 AI 로봇을 농장에 투입하는 계획은 미국에서 불법 이민자들의 실직으로 이어질 수 있다. 미국 노동부도 이 문제를 모니터링하고 있다. 대변인은 다음 달 노동부가 바이든 대통령에게 AI로 실직한 농장 노동자들을 도울 수 있는 원조 프로그램 추천 목록을 보낼 것이라고 CBS 뉴스에 말했다. CBS는 "새로운 원조 프로그램은 의회의 승인이 필요하다"면서 "이러한 지원 프로그램이 미국 농장에서 일하는 수십만 명의 서류 미비 이민자에게 도움이 될지는 불분명하다"고 전했다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(31)] 드론·AI 로봇, 미국 대규모 농장에 투입⋯미래 농업의 새로운 지평
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유전자 편집 기술에 AI 활용해 목재 산업 혁신
- 미국의 과학자들은 환경에 미치는 영향을 줄이면서 종이 생산을 개선하는 데 도움이 될 수 있는 나무를 개발하기 위해 유전자 편집 기술에 인공지능(AI)을 활용했다. 미국 노스캐롤라이나 주립대 연구팀은 크리스퍼(CRISPR)이라는 유전자 편집 도구를 사용해 174개의 변형된 나무 계통을 만들어 냈다고 과학 전문매체 더쿨다운이 지난 3월 30일(현지시간) 전했다. 이번 연구의 목적은 종이 생산 효율을 높이고 환경 영향을 줄이는데 있다. 나무의 약 25%는 리그닌이라는 물질로 구성되어 있다. 리그닌은 나무가 더 높게 자라고 햇빛을 더 많이 받는 데 중요한 역할을 하지만, 종이 산업에서는 제품의 질을 떨어뜨리기 때문에 제거해야 한다. 노스캐롤라이나 주립대 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 리그닌이 적은 나무를 만드는 방법을 연구했다. 연구팀은 포플러 나무에서 이상적인 표본을 만들기 위해 변형할 수 있는 유전자를 식별하는 예측 기계 학습 모델을 사용했다. 단일 유전자 편집은 리그닌 함량을 줄이는데 실패했다. 이는 CRISPR을 사용해 다중 유전자 변경을 수행하면 리그닌 함량을 줄어들어 제지 생산에 효과적이라는 것을 나타낸다. 연구팀은 또한 나무에서 리그닌이 감소되면 펄프 생산과 관련된 온실가스를 최대 20%까지 줄일수 있다고 설명했다. 연구팀은 CRISPR이라는 유전자 프로그래밍 기술을 사용하여 마침내 174개의 리그닌 변형 나무 계통을 만들어 냈다. 이 나무들은 6개월 동안 온실에서 재배되었으며 야생 나무와 비교해 목표 특성이 개선됐다. 리그닌 함량은 최대 29% 감소했고, 셀룰로오스-리그닌 비율은 최대 228% 증가했다. 연구 공동 저자인 노스캐롤라이나 주립대 산림 생물공학자인 잭 왕(Jack Wang) 박사는 "이 연구는 분명히 기존 연구의 한계를 뛰어넘는 성과"라고 말했다. 이 연구는 지난해 7월 '사이언스(Science)' 저널에 발표됐다. 변형된 나무 중 많은 나무들은 생장 속도가 느렸지만 과학자들은 CRISPR으로 변형된 목재가 섬유 생산 효율을 높일 것으로 예상하고 있다. 또한 리그닌 함량이 적으면 제거하는 데 필요한 에너지와 화학 물질의 양이 줄어 환경 오염을 줄일 수 있다. 이번 연구는 농업 생산성을 높이고 인간과 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 기여하는 여러 혁신 중 하나다. 예를 들어, 프랑스의 한 스타트업은 공기 정화 능력이 기존 식물의 30배 이상인 식물을 개발하고 있으며, 이는 도시 대기 오염 문제에 도움이 될 수 있다. 또한 과학자들은 농작물이 기온 상승에 적응하도록 돕는 혁신적인 방법을 찾고 있다. 한 연구팀은 가뭄에 더 잘 견디는 밀을 개발했다. 이스라엘의 농업기술 스타트업 살리코프는 최근 지구 온난화로 인한 극심한 가뭄으로 토양의 염분농도가 극단적으로 높아지고 있는 스페인에서 염분 토양에서도 잘 자랄수 있는 토마토와 알팔파 등을 재배하는 기술을 테스트하고 있다. 오염을 줄이면 지구 온난화를 억제하는 데 도움이 되며, 이는 극한 기후 현상으로부터 지역 사회를 보호하고 기후 재앙으로부터 식량 공급을 보호하는 데 중요하다.
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유전자 편집 기술에 AI 활용해 목재 산업 혁신
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[신소재 신기술(25)] 이스라엘 스타트업, 염분 토양서 자라는 작물 개발
- 이스라엘 농업기술 스타트업 살리크롭(SaliCrop)이 염분 토양에서 자라는 토마토와 벼 등 작물을 개발했다. · 염분이 가득한 토양은 전 세계적으로 20억 에이커 이상에 영향을 미쳐 작물 수확량을 감소시키고 있다. 20억 에이커는 한국 면적의 약 80.8배에 해당하는 크기로, 세계에서 두 번째로 큰 나라인 캐나다의 국토 면적과 유사하다. 비즈니스 인사이더는 지난 3월 30일 이스라엘의 한 연구소에서는 실험실에서 해수를 이용하여 토마토, 알팔파, 양파, 쌀 등 농작물을 재배하는 연구를 진행하고 있다고 보도했다. 이 농작물들은 GMO(유전자 변형 생물체)가 아니며, 식물 분자생물학자이자 살리크롭의 공동 설립자인 리샤 고드볼레(Ṛcā Godbole)의 아이디어로 개발됐다. 살리크롭은 지난 4년 동안 스페인 남부에서 혹독한 가뭄으로 인해 작물이 효율적으로 자라지 못하는 심각한 염화(토양의 염분 농도가 상승하는 현상)가 발생한 토양에서 토마토 씨앗 강화 기술을 테스트해왔다. 살리크롭의 최고경영자 카미트 오론은 자사의 씨앗을 사용한 스페인 토마토 농부들은 작물 수확량이 10%에서 17%로 증가했으며 헥타르당 1600달러(약 215만원)의 추가 수익을 올렸다고 말했다. 스페인은 심각한 염화 문제를 겪고 있는 전 세계 많은 지역 중 하나다. 수년간 지속된 관개, 지구 온난화, 해수면 상승으로 인해 전 세계 관개 농지의 20~50%가 너무 염분이 많아 효과적으로 작물을 재배하기 어렵다. 이로 인해 전 세계 경제는 매년 약 270억 달러(약 36조 2907억원)의 농작물 손실을 입고 있는 것으로 추산된다. 한편, 유엔은 2050년까지 세계 인구가 약 100억 명에 달할 것으로 예상하고 있다. 오론 CEO는 "어떻게 하면 황페화된 토지에서 더 많은 식량을 재배할 수 있을까? 이것이 살리크롭 설립의 주요 질문이자 동기였다"고 말했다. 고드볼레는 농업 기술자인 샤론 데비르(Sharon Devir)와 함께 기후 변화로 빠르게 변화하는 세토양 등으로 어려움에 직면한 전 세계의 농부들을 돕고 잠재적으로 수십억 명의 사람들의 기아를 방지하기 위한 목표로 살리 크롭을 설립했다. 염분 토양서 토마토 재배 성공 살리크롭의 과학자들은 염분이 더 높은 토양과 뜨거운 온도와 같은 변화하는 환경에서도 자랄 수 있는 회복력 있는 강한 작물을 개발하고 있다. 염분은 모든 토양에서 자연적으로 발생하지만, 너무 많은 염분은 식물이 물과 영양소를 흡수하는 것을 어렵게 만들어 성장이 둔화되고 작물 수확량이 감소하며 궁극적으로 세계 식량 생산을 위협할 수 있다. 전 세계적으로 15억 명 이상의 사람들이 작물을 효과적으로 재배하기에는 너무 오염된 토양에서 살고 있다. 지구 온난화로 인해 상황은 악화될 것으로 예상된다. 인도에서는 이미 44%의 토지가 염분이 많고, 연구원들은 2050년까지 인도의 50%가 염화의 영향을 받을 것으로 추정하고 있다. 전 세계적으로 더 높은 평균 기온은 토양의 증발을 가속화해 특히 건조한 지역에서 토양 내의 염분을 농축시킨다. 예를 들면 일본 도쿄의 경우 3월 31일 기온이 28.1℃까지 올라가 3월 중 가장 높은 기온을 기록했다. 일본기상청에 따르면 이날 한때 도쿄 도심은 28.1도까지 올라가 3월 기온으로는 1876년 시작된 관측 통계 이후 최고치였다. 정전 3월 중 최고 기온은 2013년 3월 10일의 25.3도였다. 또한 해수면 상승으로 인한 홍수는 또한 해안 농지에 특히 위협을 초래한다. 왜냐하면 토양과 지하수에 더 많은 염분을 퇴적시키기 때문이다. 부적절한 관개 관행, 예를 들어 불충분한 물 사용, 염분이 많은 물 사용 및 적절한 배수 유지하지 않기 때문에 염분이 많은 토양이 발생할 수도 있다. 살리크롭은 스페인을 비롯해 이탈리아, 그리스, 모로코, 세네갈, 인도, 케냐, 미국 등 다양한 국가에서 옥수수, 콩, 밀, 쌀, 토마토 등 다양한 작물에 대한 기술을 테스트했다. 회사는 이 기술이 작물 손실을 최대 50% 줄일 수 있다고 주장했다. 이 회사는 2025년까지 100만에이커(4046km²)의 농지에서 자사의 기술을 사용할 계획이다. 일부 비평가들은 살리크롭의 기술이 아직 초기 단계로 장기적인 효과와 안정성이 검증되지 않았다고 지적했다. 또한 GMO기술에 대한 우려도 재기했다. 한편, 스타벅스는 지난해 10월 기후변화의 영향을 견딜 수 있는 여섯 가지 새로운 커피 씨앗을 개발했다고 밝혔다. 커피도 바나나나 다른 많은 농작물처럼, 질병을 비롯해 가뭄 등 극심한 기후 위기로 위협받고 있다. 스타벅스가 개발한 아라비카 씨앗은 잎 녹병에 저항력을 갖는 것으로 시험 결과 더 짧은 기간에 더 많은 수확량을 얻는 것으로 나타났다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(25)] 이스라엘 스타트업, 염분 토양서 자라는 작물 개발
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
- 생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
- 현재 출시되고 있는 전기자동차(EV)는 환경적, 사회적 비용이 많이 드는 희소하고 값비싼 금속인 코발트를 사용하는 리튬 이온 배터리로 구동된다. 그런데 최근 니켈 이온으로 구현되는 코발트 없는 전극이 개발됐다. 20일(현지시간) 전자기술 매체 테크익스플로어(techxplore)는 일본과 프랑스 대학 연구팀이 전기 자동차용 코발트 프리 배터리의 새로운 지평을 열 실용적인 니켈 기반 전극 재료를 개발했다고 보도했다. 요코하마 국립대학교 나오아키 야부우치(Naoaki Yabuuchi) 박사는 "리튬 이온 배터리용 코발트가 없는 고에너지 전극 재료에 대한 절실한 필요성이 있다"고 말했다. 리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 양극으로 충전된 전극에서 음극으로 충전된 전극으로 흐를 때 재충전된다. 대부분의 휴대용 전자제품용 리튬 이온 배터리의 양극에는 높은 안정성과 에너지 밀도를 제공하는 화합물인 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 포함돼 있다. 그러나 코발트 공급망은 한정적이고 문제가 많아 전기차를 포함한 대형 배터리 생산에 병목현상을 일으키고 있다. 더욱이 코발트 추출 과정은 유독성 폐기물을 발생시켜 토양, 공기, 물을 오염시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 LiCoO2와 구조가 유사한 리튬 니켈 산화물(LiNiO2)은 종종 코발트가 없는 전극 재료의 대안으로 사용된다. 하지만 이 화합물은 주요 불안정성 문제로 어려움을 겪고 있다. 특히, 높은 전압 영역에서 니켈 이온 이동과 관련된 점진적인 용량 손실이 발생한다. 니켈 이온은 부분적으로 다른 금속 이온으로 대체되어 전극의 가역성을 향상시켰다. 코발트 이온 외에도 망가니즈, 알루미늄, 마그네슘 등이 재도입되어, 이러한 조합은 '니켈 풍부 층상 재료'를 형성하여 양극 재료로 사용된다. 야부우치 교수는 "지금까지 니켈 기반 전극 재료에는 10~20%의 코발트 이온이 필요했다"며 "하지만 이는 여전히 너무 많은 양이고, 금속 치환을 통해 공정을 개선할 수 있는 방법에 대한 통일된 이해는 아직 이뤄지지 않았다"고 지적했다. 야부우치 교수와 연구팀은 이러한 지식 공백을 해결하기 위해 문제가 되는 상전이 현상을 더 깊이 연구했다. 외부 전장의 영향으로 리튬 이온이 양극으로부터 빠져나갈 때, 니켈 이온들은 리튬 층 내의 특정 위치로 이동하는데, 이 과정은 원래 가역적이지만, 지속적인 충방전을 통해 가역성이 점차 저하되면서 결국 용량이 완전히 소실된다. 이는 코발트 이온 이동에서는 나타나지 않는 현상이다. 이전 연구에 따르면 LiNiO2에 텅스텐을 첨가하는 것은 고전압 영역에서 유해한 상전이를 억제하는 효과적인 방법이라고 보고됐다. 야부우치 연구팀은 값비싼 텅스텐 이온 대신 더 가볍고 풍부한 원소인 인(phosphorous) 이온을 대체할 수 있다는 가설을 테스트했다. 연구팀은 나노크기의 인산리튬(Li3PO4)과 결합된 LiNiO2를 상세히 분석한 결과, 특정 조건에서는 리튬 층 내부의 과도한 니켈 이온이 반발성 전기 상호작용을 일으켜 니켈 이온 이동이 효과적으로 억제됨을 확인했다. 이 연구 결과를 바탕으로 리튬 층 내부에 추가적인 니켈 이온이 포함된 Li0.975Ni1.025O2(리튬 결핍 LiNiO2)이 인 첨가 없이 간단한 방법으로 합성됐다. 연구 결과 Li0.975Ni1.025O2 는 니켈 이온 이동을 효과적으로 억제하고 코발트 이온을 사용하지 않아도 안정적인 가역성을 제공할 수 있음을 보여줬다. 야부우치 교수는 "이 연구 결과는 매우 간단하고 경제적인 방법으로 고성능의 실용적인 코발트 없는 니켈 기반 전극 재료를 개발하는 새로운 방향을 제시하고 있다"며 "이 재료는 고성능 니켈 기반 전극 재료의 궁극적인 목표를 달성했다"고 주장했다. 연구팀은 앞으로 코발트를 전혀 사용하지 않는 리튬 이온 배터리 재료의 실현 가능성을 연구할 계획이다.
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
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산의 침식 속도 '가속화'⋯인간 활동이 주범
- 인간 활동이 기후 변화보다 더 빠르게 산의 침식을 가속화하고 있다는 연구 결과가 발표됐다. 프랑스 매체 푸투라(FUTURA)는 지난 17일(현지시간) 최근 연구를 인용해 마지막 빙하기 이후 약 1만 년간의 기간 동안 산의 침식 속도가 인간 활동이 본격적으로 시작된 후 2배에서 4배까지 급격히 증가했다고 보도했다. 이러한 침식 속도의 증가는 주로 농업, 산림 벌채, 광업, 도시화 등 인간의 개입이 주된 원인으로 지목됐다. 연구진은 이와 같은 침식 속도의 상승이 토양의 손실, 홍수, 산사태 등 다양한 문제를 일으킬 수 있음을 지적하며, 이를 완화하기 위한 지속 가능한 토지 관리 방안의 필요성을 강조했다. 인간이 자연 과정에 미치는 영향이 지대한 현재 시대를 '인류세(Anthropocene)'라고 부른다. 이는 산업 혁명 이후로 시작된 새로운 지질 시대 개념으로 크뤼천에 의해 2000년에 제안됐다. 새로운 연구 결과에 따르면, 인류세가 시작된 시기는 수천 년 전으로 거슬러 올라갈 수 있음이 밝혀졌다. 지구의 지형 변화는 두 주요 원인, 즉 판 구조론적 움직임과 침식 과정에 의해 주도되어 왔다. 기후 변화는 바람, 비, 얼음, 그리고 온도의 변화를 통해 지형을 조형하는 중요한 요소임에 틀림없지만, 수천 년 전부터 인간의 등장은 지형 변화에 새로운 동력을 부여했다. 인간 활동이 지구 환경에 끼치는 영향은 오염, 생태계의 파괴, 그리고 극심한 토양 침식 등 다양하며, 우리가 살고 있는 이 지구 어디에서나 인간의 영향을 목격할 수 있다. 특히, 인간에 의한 침식은 평야 지역에서조차 기후 변화로 인한 침식보다 훨씬 더 중대한 문제로 드러나고 있다. 산악 지역에서는 이러한 현상이 더욱 두드러진다. 최근 연구는 산악 지역에서 인간 활동에 의한 침식이 기후 변화에 의한 침식보다 훨씬 심각한 수준임을 밝혀졌다. 산악 지역에서 침식이 가속화되는 현상은 산림 벌채, 농업 활동, 도시화 및 인프라 구축, 그리고 기후 변화와 같은 다양한 요인들로 인해 발생하고 있다. 이러한 침식은 생물 다양성의 감소, 토양의 비옥도 저하, 산사태 및 홍수의 증가와 같은 여러 부정적인 결과를 초래하며, 이는 도로, 다리, 건물과 같은 인프라에도 심각한 손상을 입힐 수 있다. 산악 지역은 그 특성상 강한 기후 변화의 영향을 받으며, 동결-해동 작용과 가파른 경사로 인해 토양 침식이 특히 심각한 지역 중 하나다. 과거에는 이러한 침식 현상이 주로 기후 변화에 의한 것으로 여겨졌으나, 현재는 인간 활동이 중요한 역할을 하고 있음이 명백해졌다. 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 학술지에 발표된 연구에 따르면, 인간의 활동이 기후 변화보다도 더 강력한 영향을 지구에 미치고 있다. 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 소속 연구자들은 알프스 지역에 위치한 가장 큰 자연 호수 중 하나인 부르제 호수의 호수 바닥에 쌓인 퇴적물을 분석했다. 이 분석을 통해 지난 3800년 동안 인간 활동에 의해 발생한 침식이 기후 변화로 인한 침식보다 훨씬 더 심각한 것으로 나타났다. 특히, 청동기 시대와 농업이 번성했던 중세 시대, 그리고 20세기 이후 고지대에서 이루어진 목축 활동이 고산 지역의 토양 침식에 크게 기여한 주요 원인으로 지목됐다. 이전에는 인간이 환경에 미치는 영향이 산업 혁명과 함께 시작된 새로운 지질학적 시대로 간주되어 왔다. 그러나 이 최신 연구는 인간 활동이 환경에 미치는 영향이 훨씬 더 오래전, 즉 선사시대에까지 거슬러 올라갈 수 있음을 제시하며, 이는 우리가 인간과 환경의 상호작용을 이해하는 방식에 대한 재고를 요구했다. 산악 지역의 침식 문제를 해결하기 위해서는 다양한 조치가 필요하다. 이에는 산림의 보호와 재조림 활동을 강화하고, 지속 가능한 농업 관행을 도입하는 것뿐만 아니라, 친환경적인 도시 개발 방식을 채택하여 기후 변화에 따른 침식을 줄이는 노력이 포함된다. 산악 지역에서 인간 활동에 의한 침식은 심각한 문제로, 이에 대처하기 위해서는 개인, 커뮤니티, 정부 등 모든 수준에서의 적극적인 참여와 협력이 필수적이다. 이는 지역적인 문제를 넘어서 전 세계적인 관심과 행동을 요구하는 중대한 과제다.
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- 산업
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산의 침식 속도 '가속화'⋯인간 활동이 주범
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
- 과학자들이 지금은 폐기된 적외선 천문학 성층권 천문대(SOFIA)의 데이터를 활용해 소행성 표면에서 물 분자를 최초로 발견했다고 사이테크데일리가 14일(현지시간) 보도했다. 이 매체에 따르면 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute, SwRI)의 연구원들은 미 항공우주국(NASA·나사) 과학자들과 독일 우주국 DLR의 공동 프로젝트인 SOFIA 데이터를 활용하여 소행성 표면에서 물 분자를 확인했다. 이는 태양계 형성과 생명체 지원 가능성에서 물의 분포와 물의 역할을 이해하는 데 중요한 진전을 이루었다는 평가를 받고 있다. SOFIA의 포캐스트(FORCAST) 장비는 이전에는 건조하다고 여겨졌던 소행성에서 물을 발견했다. 과학자들은 규산염이 풍부한 소행성 4개를 조사하여 그 중 2개에서 분자 물을 나타내는 중적외선 스펙트럼 시그니처를 분리하기 위해 FORCAST 장비를 사용했다. 해당 연구는 지난 2월 12일 행성과학저널(The Planetaey Science Journal)에 게재됐다. 소행성 물 분포의 중요성 이 발견에 관한 행성 과학 저널 논문의 수석 저자인 SwRI의 아니시아 아레돈도(Anicia Arredondo) 박사는 "소행성은 행성 형성 과정에서 남은 찌꺼기이기 때문에 태양 성운의 형성 위치에 따라 구성 성분이 달라진다"라고 말했다. 아레돈도 박사는 "특히 소행성의 물 분포는 물이 지구에 어떻게 전달되었는지를 밝힐 수 있기 때문에 특히 흥미롭다"고 부연했다. 무수 또는 건조한 규산염 소행성은 태양 가까이에서 형성되는 반면 얼음 물질은 더 멀리 떨어져서 합쳐진다. 소행성의 위치와 구성 성분을 이해하면 태양 성운의 물질이 어떻게 분포하고 형성 이후 어떻게 진화했는지 알 수 있다. 태양계의 물 분포는 다른 태양계의 물 분포에 대한 통찰력을 제공하며, 물은 지구상의 모든 생명체에 필요하기 때문에 태양계와 그 너머에서 잠재적 생명체를 찾을 수 있는 곳을 찾을 수 있게 해줄 것으로 예상된다. 아레돈도는 "소행성 아이리스(Iris)와 마살리아(Massalia)에서 분자 물로 추정되는 특징을 발견했다"고 말했다. 그는 "저희는 달 표면에서 햇빛을 받은 분자 물을 발견한 연구팀의 성공을 바탕으로 연구를 진행했다. 다른 천체에서도 이 스펙트럼 시그니처를 찾기 위해 SOFIA를 사용할 수 있다고 생각했다고 설명했다. 이전에는 달 햇빛이 비추는 표면에서만 분자 물이 발견되었으며, 소행성에서의 물 존재는 처음 확인된 사례다. SOFIA는 달 남반구에서 가장 큰 크레이터 중 하나에서 물 분자를 감지했다. 달과 소행성에 대한 이전 관측에서는 어떤 형태의 수소가 검출되었지만 물과 가까운 화학적 친척인 하이드 록실을 구별하지 못했다. 과학자들은 달 표면에 펼쳐진 1㎥(세제곱미터)의 토양에 화학적으로 결합된 12온스(340g)짜리 물 한 병에 해당하는 양의 물이 광물에 갇혀 있는 것을 발견했다. 아레돈도는 "스펙트럼 특징의 밴드 강도에 따르면 소행성의 풍부한 물은 태양이 비추는 달의 물과 일치한다"며 "마찬가지로 소행성에서도 물이 결합되어 있을 수 있다고 설명했다. 연구팀은 "태양계 물 분포는 다른 항성계 물 분포에도 영향을 미칠 가능성이 있다"고 밝혔다. 또한 "지구 생명체의 필수 요소인 물은 생명체 탐사 시 중요한 기준이 될 것"이라고 덧붙였다. 앞으로 연구팀은 소행성 물의 정확한 양과 분포를 파악하기 위해 추가 관측을 진행할 계획이다.
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- 산업
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
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우주에서 기른 양상추, 식중독 위험 높아
- 우주 무중력 환경에서 재배한 상추가 지구에서보다 대장균 등 세균에 감염되기 쉬워 식중독 위험이 놓다는 충격적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 델라웨어 대학 연구팀은 우주 공간에서 자란 상추가 지구의 상추보다 대장균과 살모넬라 같은 박테리아 감염에 더 취약하다고 발표했다고 포브스 재팬(Forbes JAPAN)이 최근 보도했다. 지난 1월 9일 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'와 'npj 극미세중력(npj Microgravity)'에 게재된 이 연구는 국제우주정거장(ISS)의 무중력 환경을 모방한 조건에서 재배한 상추가 박테리아에 감염되기 쉽다는 것을 보여주었다. 상추는 지금까지 ISS의 수경재배실에서 3년 이상 재배되어 우주비행사들의 식량으로 사용되어 왔다. 하지만 연구진은 식중독이 발생하면 임무가 중단될 수 있다고 우려하고 있다. 델라웨어대 연구팀은 ISS의 무중력 환경을 모방한 조건에서 양상추를 재배했다. 그 결과 식물이 숨을 쉬기 위해 잎과 줄기에 있는 기공은 박테리아와 같은 스트레스 요인을 감지하면 보통 식물을 보호하기 위해 닫힌다는 것을 발견했다. 그러나 미세중력 시뮬레이션을 통해 상추에 박테리아를 넣었을 때 잎채소는 기공을 닫는 대신 크게 열어놓는 것으로 나타났다. 델라웨어대 식물토양과학과 졸업생이자 논문의 주저자인 노아 토트라인(Noah Totline)은 "스트레스라고 생각되는 것을 주었음에도 불구하고 (상추의 기공이) 열려 있었다는 것은 정말 예상치 못한 일이었다"고 말했다. 연구팀은 결국 살모넬라균이 지구상의 일반적인 조건보다 극미세중력 조건에서 잎 조직에 더 쉽게 침투할 수 있다는 것을 발견했다. 델라웨어대학교 생명공학연구소의 미생물 식품안전학 교수인 칼리 쿠니엘(Kari Knier)은 "우리는 현재 ISS에 살고 있는 사람들과 미래에 우주정거장에서 살게 될 사람들을 위해 우주에서의 위험을 줄여야 한다"고 말했다. 그는 "우리는 우주에서 재배되는 식물과 인간 병원균의 상호작용을 더 잘 이해할 필요가 있다"고 덧붙였다. 연구팀에 따르면 가까운 미래에 더 많은 사람들이 우주에서 생활하게 될 것이지만, 수경재배로 상추를 재배하는 것은 비교적 쉬운 일로 여겨진다. 쿠니엘 교수는 "이 위험을 줄이기 위해 멸균된 종자를 사용하는 것이 한 가지 대책으로 생각된다. 하지만 미생물이 우주 재배 공간에도 존재하고, 식물에 부착될 가능성도 있다"고 지적했다. 이번 연구 결과는 우주에서 식량을 생산하는 데 있어 새로운 과제를 제시한다. 무중력 환경에서 식물이 박테리아에 감염되기 쉽다는 사실은 우주 식량 생산의 안전성을 높이기 위한 새로운 기술 개발이 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀은 앞으로 우주 환경에서 식물의 면역 체계를 강화하는 방법, 우주 재배 공간의 미생물 오염을 줄이는 방법 등에 대한 연구를 진행할 계획이다.
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우주에서 기른 양상추, 식중독 위험 높아
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커피 찌꺼기, 모기 퇴치·친환경 활용 꿀팁
- 커피 찌꺼기는 모기 퇴치뿐만 아니라 주방 세제 등 다양한 용도로 사용할 수 있다. 갓 내린 커피의 향은 많은 사람들에게 안락함과 에너지를 전하는 신호로 여겨진다. 뿐만 아니라 사용한 커피 찌꺼기를 냉장고나 신발장에 넣으면 냄새와 습도를 흡수해 준다. 더불어 은은한 커피 향이 퍼져서 쾌적한 분위기를 조성할 수 있다. 미국 온라인 매체 하우스다이제스트(housedigest)는 커피 찌꺼기를 차고에서 활용하는 것이 놀라울 정도로 유용한 방법이 될 수 있다고 소개했다. 이 매체는 커피 찌꺼기가 악취 제거에 도움을 주는 것 뿐만 아니라 차고에 모기가 모이는 것을 방지하는 데도 효과적이라고 설명했다. 차고는 배기 가스, 잔류 페인트, 자동차 냄새 등으로 인해 퀴퀴하거나 불쾌한 냄새가 나는 공간일 수 있다. 이때 커피 찌꺼기는 자연의 방향제 역할을 하여 악취를 흡수하고 중화시킨다. 찌꺼기의 다공성 구조는 스펀지처럼 작용하여 원치 않는 냄새를 흡수하고 중화시킨다는 것. 또한 카페인에서 나오는 질소는 불쾌한 냄새를 흡수하는 데 도움이 된다. 더 나은 향기 분배를 위해서는 통풍구 아래에 커피 찌꺼기를 놓으면 좋다. 모기 퇴치 효과 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적일 수 있다는 의견이 있다. 강한 향이 있는 커피 찌꺼기는 모기들이 싫어하는 냄새로 알려져 있다. 커피 찌꺼기 특유의 톡 쏘는 향이 모기를 막아줄 수 있다는 증거가 있다. 카페인, 산, 그리고 다른 화합물들의 조합은 모기가 싫어하는 냄새를 형성해 커피 찌꺼기가 있는 장소로 모기가 못 오게 만들거나, 모기가 해당 장소에 알을 낳을 가능성을 줄일 수 있다. 이러한 특성은 또한 차고에서 민달팽이, 말벌, 벼룩, 그리고 개미를 퇴치하는 데 도움을 줄 수 있다. 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적인 또 다른 방법은 사람의 냄새를 가리는 특성이 있다. 모기는 인간이 내뿜는 특정 냄새에 끌리며, 커피 찌꺼기는 이러한 냄새를 가리는 데 도움이 되어 모기가 사람을 찾는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 중요한 점은 '신선도' 차고에서 커피 찌꺼기를 사용할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 사항이 있다. 그 중에서도 가장 중요한 것은 신선함이다. 최대의 효과를 얻기 위해서는 최근에 양조한 찌꺼기를 선택해 건조해야 한다. 오래된 것이나 축축한 커피 찌꺼기는 효능을 잃고 냄새 흡수나 해충 억제력이 거의 없다. 최악의 경우 곰팡이 포자가 자라도록 조장할 수 있다. 갓 양조하고 말린 커피 찌꺼기를 사용하거나 모기를 멀리하기 위해 찌꺼기를 태우는 것이 더 좋다. 더 큰 효과를 얻기 위해 팬에 넣고 가볍게 구워 더 많은 향을 내고, 그 다음에 입구와 안뜰 주변에 커피 찌꺼기 그릇을 놓아두면 곤충이 들어오는 것을 막을 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체를 스프레이 병에 걸러낸다. 일시적인 보호를 위해 피부나 옷에 뿌릴 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체만 걸러 스프레이 병에 넣는다. 이를 피부나 옷에 뿌리면 일시적으로 보호 효과를 낸다. 사용한 찌꺼기는 퇴비통이나 일반 쓰레기통에 버리는 것이 좋다. 배수구에 버리면 배수관을 막을 수 있어서 주의해야 한다. 이외에도 커피 찌꺼기는 훌륭한 천연 비료로 활용될 수 있다. 커피 찌꺼기에는 식물 성장에 필요한 질소, 칼륨, 인 등의 영양분이 풍부하며, 토양에 섞어주면 토양의 질을 개선하고 식물의 성장을 돕는 데 기여할 수 있다. 또한 세안 시에 사용하면 스크럽 효과를 주어 피부의 노폐물을 제거하고 혈액 순환을 촉진하는 데 도움이 된다. 특히 주방에서 설거지를 위한 세제로 사용할 때 거친 질감이 기름과 음식물 찌꺼기를 효과적으로 제거해 준다.
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- 생활경제
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커피 찌꺼기, 모기 퇴치·친환경 활용 꿀팁
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2024년 지구 평균 기온, 산업화 이전 수준보다 1.5°C 상승 예상
- 2023년은 기록적으로 가장 더운 해로 확인되었으며, 이로 인해 이번 해에는 지구 연평균 기온이 산업화 이전 수준보다 처음으로 1.5°C 상승이라는 임계치를 넘어설 것으로 우려되고 있다. 실제로 작년에는 기후변화로 인해 지구의 허파이자 최대 탄소저장소 역할을 해온 아마존이 극심한 가뭄으로 인해 여러 지역에서는 화재가 발생하고, 동물들이 멸종 위기에 처하는 등 심각한 문제가 발생했다. 스페인 매체 라보즈(lavoz)는 유럽 중기예보센터(ECMWF)가 1850년 이후 기후를 측정한 결과로, 지난해가 역사상 가장 더운 해로 기록되었다고 최근 보도했다. 이 매체에 따르면, 지난해 지구 평균 표면 기온은 14.98°C에 도달해 지금까지 가장 따뜻한 해로 기록된 지난 2016년보다 0.17°C 높아져 역사상 최고로 기록됐다. 현재로서는 올해가 더울 것으로 예측되고 있다. 스페인 바르셀로나 슈퍼컴퓨팅 센터(BSC)의 기후 변동성 및 변화 그룹이 최근 발표한 데카달(10년) 예측에 따르면, 이번 해의 지구 표면 연평균 기온은 이전 기간보다 높을 것으로 예상된다. 게다가, 온실가스 배출이 계속되는 한, 다음 해에도 기온은 계속 상승할 것으로 예상된다. BSC 지구과학부의 기후 변동성 및 변화(CVC) 그룹의 기후학자들은 지구 표면 연평균 온도 상승이 산업화 이전 수준보다 1.43°C에서 1.69°C 사이로 예상된다고 예측했다. 또한, BSC의 CVC 그룹은 올해부터 오는 2033년까지 10년 동안의 기후 변화 예측을 발표했다. BSC의 수석 10년 예측 책임자인 로베르토 빌바오(Roberto Bilbao) 연구원은 "우리의 데카달(10년) 예측 시스템은 온실가스와 에어로졸 배출의 영향뿐만 아니라 기후 시스템에 내재된 자연적 변동성을 고려하여 연도별 변동과 장기적인 온난화 추세를 모두 예측할 수 있게 해준다"고 설명했다. BSC의 예측 시스템에 따르면, 향후 20년(20242028년 및 20292033년) 동안 지구 평균 기온은 산업화 이전 수준보다 각각 1.49°C에서 1.79°C 또는 1.67°C와 1.94°C 사이에 도달할 것으로 예측된다. BSC의 아이크레아(Icrea·카탈루냐연구소)교수이자 BSC CVC 그룹 공동 리더인 마르쿠스 도낫(Markus Domat) 교수는 "특정 연도가 전년도보다 약간 더워지거나, 추워질 수 있는 연도 변동 가능성에도 불구하고, 지구 기후는 여전히 우려스러운 온난화 궤도에 있으며, 이로 인해 2015년 세계 지도자들이 파리에서 합의한 목표치를 달성하지 못할 가능성이 더 커지고 있다"고 우려했다. 지구 또는 지구 온난화는 수년에 걸쳐 생성된 지구 표면 전체의 악화된 온도 상승으로 삼림 벌채나 토양의 과잉 개발과 같은 환경에 영향을 미치는 다양한 인간 활동의 결과로 나타난다. 이러한 이유로 매년 1월 28일은 세계 이산화탄소 또는 이산화탄소 배출 감소의 날로서, 세계 지구 온난화 방지 행동의 날을 기념하고 있다. 이산화탄소는 지구의 생물학적 과정에 필수적이며, 생명의 균형과 웰빙을 유지하는 데 필요한 가스로 지구에 농축되어 있다. 그러나 최근 몇 십 년 동안 산업 사회의 활동과 관련하여 대기 중 이산화탄소 농도가 극적으로 증가하여 지구의 기후에 큰 불균형을 초래하고 있다. 이에 많은 기업들은 이산화탄소 감축을 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 예를 들면, RE100과 탄소제로와 같은 활동이 있다. 'RE100'은 기업이 사용하는 전력량의 100%를 2050년까지 풍력, 태양광 등 재생에너지로 충당하는 국제 캠페인이다. 재생에너지는 석유화석연료를 대체하는 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 지열 등에서 발생하는 에너지를 의미한다. 이를 통해 이산화탄소 감축을 목표로 하고 있다. '탄소제로'는 기업이 모든 활동에서 발생하는 이산화탄소를 최대한 감축하고, 부득이한 절감이 어려운 부분에 대해서는 탄소배출권을 자발적으로 매입하여 궁극적으로 이산화탄소 발생을 '0'으로 만드는 것을 의미한다.
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- 생활경제
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2024년 지구 평균 기온, 산업화 이전 수준보다 1.5°C 상승 예상
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아마존 위협하는 '기후변화'...2023년 파괴적인 가뭄의 원인과 영향
- 2023년 아마존 열대우림을 강타한 가뭄은 기후 위기의 파괴적인 영향을 여실히 보여주는 사건이었다는 연구 결과가 발표됐다. 영국 매체 가디언은 2023년 아마존 가뭄은 여러 지역에서 기록된 최악의 가뭄이었으며, 과학적 규모에서 '예외적'이라는 최대치를 기록했다고 전했다. 연구에 따르면 석유, 가스, 석탄 연소로 인한 지구 온난화 배출이 없었다면 가뭄은 훨씬 덜 극심했을 것이다. 지구 온난화는 아마존 가뭄 발생 가능성을 30배 더 높아졌다. 과학자들은 자연적인 엘니뇨 기후 현상의 복귀가 더 건조한 조건과 관련이 있지만, 이번 가뭄에서 차지하는 비중은 작았다고 분석했다. 기후 위기는 전 세계적으로 극심한 날씨를 부추기고 있다. 특히 열대 우림은 이미 더 건조한 상태로 전환되는 티핑 포인트에 가까워진 것으로 생각되기 때문에 극심한 아마존 가뭄은 극명하고 우려스러운 예다. 이로 인해 세계에서 가장 중요한 탄소 저장고인 열대우림의 나무가 대량 고사하여 대량의 이산화탄소를 배출하고 지구의 기온을 더욱 상승시킬 수 있다. 기후 위기는 전 세계에 극단적인 기후 현상을 일으키고 있으며, 그 중 아마존의 심각한 가뭄은 극명하고 걱정스러운 예시로 떠오르고 있다. 이는 단순한 자연 재해가 아니라, 지구 온난화라는 암울한 그림자가 우리에게 다가오고 있음을 보여주는 절박한 외침과 다름없다. 이미 더 건조한 상태로 변화하고 있는 아마존은 기후 변화의 임계점에 도달했다. 아마존에 사는 수백만 명의 사람들이 가뭄으로 식수 부족, 농작물 실패, 정전 등의 어려움을 겪고 있으며, 강의 수위는 100년 이래 가장 낮은 수준까지 떨어졌다. 이는 단순한 불편함을 넘어, 인간의 생존을 위협하는 심각한 문제다. 가뭄은 또한 산불을 악화시키고, 높은 수온은 멸종 위기에 처한 분홍돌고래를 포함한 하천 생물들의 대량 죽음을 초래했다. 이는 단순히 지역적인 문제가 아니라, 세계 전체에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 심각한 위협이다. 브라질 산타카타리나 연방대학교 교수이자 이번 분석을 수행한 세계 기상 기여 팀의 일원인 레지나 로드리게스(Regina Rodrigues)는 "아마존은 기후 변화에 맞서는 우리의 싸움을 성사시킬 수도 있고 무너뜨릴 수도 있다"라고 말했다. 이는 단순한 경고가 아니라, 우리 미래를 결정하는 중요한 선택점에 서 있다는 것을 의미한다. 그녀는 "우리가 숲을 보호한다면 숲은 계속해서 세계 최대의 육상 탄소 흡수원 역할을 하게 될 것이다"라며 "그러나 인간이 유발한 배출과 삼림 벌채로 인해 전환점을 넘으면 엄청난 양의 이산화탄소가 배출될 것이므로, 우리는 열대 우림을 보호하고 가능한 한 빨리 화석연료에 의존하는 것에서 벗어나야 한다"고 강조했다. 네덜란드 적십자 적신월 기후 센터의 연구원이자 팀의 일원인 심피위 스튜아트(Simphiwe Stewart)는 "아마존에 살고 있는 많은 지역 사회는 이전에 이런 가뭄을 경험한 적이 없다"며 "사람들은 식량, 의약품, 기타 필수품을 얻기 위해 배를 끌고 메마른 강 위로 먼 길을 가야 했으며, 기후 변화로 지역 사회가 가뭄 심화에 대비하기 위해 정부의 적극적인 개입이 중요하다"고 지적했다. 연구팀은 1.2℃ 더 높아진 오늘날 기후와 산업화 이전 시대의 시원했던 기후에서 발생했던 가뭄을 비교 분석했다. 특히 농업 가뭄에 초점을 맞춰 낮은 강우량과 고온이 토양과 식물의 수분 증발에 미치는 영향을 조사했다. 연구 결과, 지구 온난화로 인한 강우량 감소와 아마존 지역의 극심한 열기가 결합하여 2023년 6월부터 11월까지 발생한 가뭄의 확률이 약 30배 더 높아졌다는 사실이 밝혀졌다. 엘니뇨 현상이 일부 강수량 감소에 영향을 미쳤지만, 가뭄의 주요 원인은 기후 변화로 인한 고온이었다. 2023년 극심한 가뭄은 오늘날의 기후에서 약 50년에 한 번씩 발생할 것으로 예상된다. 하지만 지구 온도가 2도 상승한다면, 이러한 가뭄은 13년마다 발생할 가능성이 높아진다. 이는 기후 변화가 아마존 지역에 미치는 심각한 영향을 보여주는 지표다. 과학자들은 최근 수십 년 동안 쇠고기와 콩 생산을 위한 열대 우림 파괴가 가뭄 악화에 큰 영향을 미쳤다고 주장했다. 초목이 사라지면 땅에 남아 있는 수분이 감소하고, 이는 토양 건조와 기온 상승을 가속화한다. 최근 데이터에 따르면 아마존 열대 우림은 전환점에 가까워지고 있으며, 그 이후에는 열대우림이 사라지고 지구 기후와 생물 다양성에 심각한 영향을 미칠 것으로 보인다. 인간의 손길이 닿지 않은 숲의 75% 이상이 2000년대 초반 이후 안정성을 잃었으며, 이는 가뭄과 산불 이후 회복하는 데 더 오랜 시간이 걸린다는 것을 의미한다. 최근 데이터 분석 결과에 따르면, 아마존 열대 우림은 전환점에 가까워지고 있다. 이는 열대 우림이 사라지고 지구 기후와 생물 다양성에 심각한 영향을 미칠 수 있는 위험한 상황을 의미한다. 2000년대 초반 이후 인간의 영향을 받지 않은 숲의 75% 이상이 안정성을 잃었으며, 이는 가뭄과 산불 이후 회복하는 데 더 오랜 시간이 걸린다는 것을 뜻한다. 영국 에너지 및 기후 정보 부서의 가레스 레드먼드-킹(Gareth Redmond-King)은 "아마존 열대 우림은 지구의 기후를 조절하는 데 중요하지만, 남미의 이 지역은 훨씬 더 즉각적인 의미에서 영국에도 중요하다"라고 말했다. 이어 "우리가 수입하는 식품의 약 절반은 페루, 콜롬비아, 브라질을 포함한 기후 영향 핫스팟에서 나온다"며 "이들 국가는 바나나, 아보카도, 멜론 및 기타 과일은 물론 영국 가축 사료용 대두의 최고 공급업체"라고 덧붙였다. 그는 따라서 2023년 남미 농민들에게 미친 기후변화의 파괴적인 영향은 슈퍼마켓 진열대에 격차가 생기고 식품 가격이 상승한 것으로 해석될 수 있다고 강조했다. 열대 우림의 파괴는 자연재해로 인한 손실도 있지만 인위적 벌목과 개발에 의한 열대림 파괴는 더욱 심각하다. 인구증가, 경제발전, 농업개발, 공업화 등을 위한 난개발 때문인데, 최근에 이르러 열대 우림은 지난 한 해 상반기에만 서울의 6.6배가 사라졌다. 열대 우림 파괴는 자연 재해로 인한 손실도 존재하지만, 인위적인 벌목과 개발에 의한 파괴가 훨씬 더 심각한 문제다. 인구 증가, 경제 발전, 농업 개발, 공업화 등을 위한 무분별한 개발로 인해 열대 우림은 급격하게 파괴되고 있다. 최근 데이터에 따르면, 지난 한 해 상반기만 서울의 6.6배에 해당하는 규모의 열대 우림이 사라졌다. 한번 훼손된 열대 우림의 생태계는 복원하기 매우 어렵다. 열대 우림은 지상 최대 탄소 저장소 역할을 하고 지구의 허파로 불릴 만큼 중요한 생태계다. 따라서 아마존 우림을 보존하기 위해서는 전 세계적인 노력이 절실히 필요하다.
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- 생활경제
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아마존 위협하는 '기후변화'...2023년 파괴적인 가뭄의 원인과 영향
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우주비행사, 달의 물 마실 수 있을까
- 최근 달에 가장 먼저 착륙한 미국뿐만 아니라 러시아, 중국, 인도, 일본 등 강대국이 달 탐사 경쟁을 벌이고 있다. 지난해 8월 인도는 달 탐사선 찬드라얀 3호를 달에 착륙시켜 남극으로 보내는데 성공했다. 반면, 일본은 소형 달 탐사선 '슬림'은 지난 1월 20일 착륙 도중 전복되어 임무를 수행하지 못했다. 1969년 미국 우주비행사 닐 암스트롱(Neil Armstrong)이 달 표면을 처음 밟은 이후로, 달은 지속적으로 우주 탐사 분야에서 중요한 연구 대상으로 자리잡고 있다. 강대국들의 달 탐사 목적은 주로 광물 자원과 달의 남극에 존재하는 물 자원을 개발하는 것으로 알려져 있다. 물은 인류 생존에 필요한 중요한 요소다. 스페인 과학 매체 엔세데시엔시아(ensedeciencia)는 달은 탐사에 적합하며 필수 자원의 잠재적 원천이지만, 과학자들은 우주비행사들이 달의 물을 섭취할 수 있는지에 대한 의문을 제기하고 있다고 전했다. 과학자들은 달의 남극에서 상당량의 물을 발견했으며, 이는 미래의 우주 임무에서 이 자원을 활용하는 데 큰 관심을 불러일으키고 있다. 달의 물, 수은 등 유해 물질 함유 여기서 가장 중요한 질문은 우주 비행사들이 달의 물을 안전하게 섭취할 수 있는지 여부다. 지구에서 경험하는 물과 유사하다고 가정할 수 있지만, 달의 물은 구성이 매우 다르다. 2009년 나사의 LCROSS 탐사선이 달의 분화구를 관찰하면서 발견한 바에 따르면, 달의 물은 수소, 마그네슘, 칼슘뿐만 아니라 일산화탄소 및 수은 같은 위험한 성분도 포함하고 있다. 이러한 유해 원소의 존재는 우주비행사들이 달에서 물을 마시는 것이 안전한지에 대한 의문을 제기한다. 이제 과학자들은 달의 물을 여과하고 정화하여 위험한 성분을 제거하는 방법을 개발해야 한다. 그러나 이것은 현재 지구상의 여과 기술로 직접 해결할 수 있는 문제가 아니다. 혁신이 필요하며 달의 독특한 조건에 맞는 해법을 찾아야 하는 과제가 남았다. 이제 필요한 것은 달의 물을 여과하고 정화하여 위험한 성분을 제거하는 방법을 찾는 것이다. 그러나 이는 현재 지구상의 여과 기술만으로는 해결될 수 없는 문제다. 혁신적인 접근이 필요하며, 달의 독특한 환경에 적합한 해결책을 모색해야 한다. 달의 물 정화, 독성 원소 제거 이상의 기술 필요 달의 물을 정화하는 과정은 단순히 유해 원소를 제거하는 것을 넘어선다. 이 과정은 지구에서 사용하는 기본적인 정화 방식과는 다르다. 연구팀은 암모니아, 에틸렌, 일산화탄소, 메탄올, 황화수소, 이산화황, 메탄, 심지어 달 토양 파편 등 다양한 오염 물질을 처리할 수 있는 솔루션을 개발해야 한다. 달의 낮은 중력과 토양의 부식성은 이러한 문제를 해결하기 위한 포괄적인 접근 방식을 찾는 데 큰 도전을 제시한다. 특히, 지구의 6분의 1밖에 되지 않는 달의 중력은 우주비행사들이 정화 작업을 수행하는 데 있어 복잡한 문제를 제기한다. 또한, 달의 물을 정화하기 위해 개발되는 기계나 장비는 우주선의 제한된 공간을 고려하여 작고 효율적이어야 한다. 비록 달의 물을 정화하는 것이 기술적인 도전으로 보일 수 있지만, 이 문제의 해결은 미래 우주 임무의 성공 및 달에서의 지속 가능한 존재 구축에 필수적이다. 이러한 성공은 과학적인 이정표를 설정하는 것뿐만 아니라, 달의 물을 지구로 되돌려 보낼 수 있는 가능성을 열어줄 것으로 예상된다. 한국 달 탐사선 '다누리호' 한편, 2023년 8월, 인도의 찬드라얀3호가 세계 최초로 달 남극에 착륙하는 데 성공한 후, 이를 달까지 운송한 우주선 추진 모듈이 지구 궤도로 재배치되었다고 보고됐다. 이 추진 모듈은 남은 연료를 사용하여 운영되며, 앞으로 달의 시료를 지구로 운반하는 데 기여할 것으로 기대된다. 미국은 첫 번째 민간 달 착륙선의 발사를 준비하고 있다. 아스트로보틱이 개발한 '페레그린'은 오는 2월 23일 지구를 출발하여 달 표면에 착륙할 예정이다. 이 프로젝트가 성공할 경우, 아스트로보틱은 1969년 인류의 첫 달 탐사 이후 달에 착륙한 첫 번째 민간 기업이 될 것이다. 한국의 첫 달 탐사선 '다누리호'는 달 궤도 상공 100km 지점에서 임무를 수행하고 있다. '다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)'는 한국항공우주연구원(KARI)이 개발했으며, 스페이스X의 팰컨 9 로켓을 사용하여 미국 플로리다주 케이프 커내버럴의 케네디 우주센터에서 2022년 8월 5일 발사됐다. 이 임무는 한국이 독자적으로 수행한 최초의 달 탐사 임무로, 달 궤도에서 과학적 탐사를 수행하고 있다.
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우주비행사, 달의 물 마실 수 있을까
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흙 속 미생물로 구동되는 환경친화적 연료 전지 개발
- 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 흙 속 미생물을 이용하여 구동되는 혁신적인 연료 전지를 개발했다. 이 연료 전지는 기존 배터리에 비해 환경적 부담을 대폭 줄일 수 있는 특징을 지니고 있다. 특히, 이 연료 전지는 독성 화학물질을 포함하지 않으며, 환경에 유해한 공급망 문제도 해결했다는 점에서 주목받고 있다. 미국의 과학기술 전문 매체 스터디 파인즈(StudyFinds) 보도에 따르면, 노스웨스턴 연구팀이 개발한 이 연료 전지는 습한 토양과 건조한 토양 조건 모두에서 효율적으로 작동하여 다양한 농업 환경에 적용될 수 있다. 연구팀은 이 기술이 정밀 농업과 녹색 인프라를 위한 지하 센서의 전원 공급원으로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 정밀 농업은 토양의 수분, 영양분, 병충해 등 다양한 정보를 수집하여 농작물 관리를 최적화하는 데 기여하며, 녹색 인프라는 도시의 열섬 현상 완화 및 수질 개선과 같은 환경적 목적을 위해 조성되는 녹지 공간을 의미한다. 이 연료 전지의 상용화가 이루어질 경우, 농업과 환경 분야에 긍정적인 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 농민들은 이 기술을 통해 토양 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되며, 도시에서는 녹지 공간을 더 효과적으로 관리할 수 있게 될 전망이다. 이러한 혁신적인 기술은 탄소중립을 지향하는 현재의 환경 추세 속에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 연구팀은 이 새로운 연료 전지를 토양 수분 측정과 야생 동물 추적 센서에 적용하여 실험을 진행했다. 실험 결과, 두 센서 모두 기존 배터리로 구동되는 센서들보다 성능이 뛰어난 것으로 나타났다. 특히 야생 동물 추적 센서의 경우, 접촉 감지 기능이 중요한데, 이 연료 전지를 사용한 센서는 기존 배터리를 사용하는 센서보다 120% 더 긴 작동 시간을 보였다. 또한, 이 연료 전지는 습한 토양과 건조한 토양 조건 모두에서 효과적으로 작동하는 것으로 확인됐다. 이는 다양한 농업 환경에서의 안정적인 사용 가능성을 시사한다. 연구팀은 이 연구와 관련된 모든 설계, 튜토리얼, 시뮬레이션 도구를 공개적으로 제공함으로써 오픈 소스 방식을 채택했다. 이러한 접근 방식은 해당 분야에서의 추가적인 혁신과 응용을 촉진할 것으로 기대된다. 연구팀의 빌 옌(Bill Yen)은 "사물 인터넷(IoT) 장치의 수가 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 장치가 수조 개에 달하는 미래를 고려할 때 환경에 해로운 리튬, 중금속 및 독소로 모든 장치를 제작하는 것은 불가능하다"고 지적했다. 그는 이어 "분산형 장치 네트워크에 에너지를 공급하기 위한 대체 에너지원을 찾아야 한다"며, "특수한 미생물을 활용해 토양을 분해하고 낮은 에너지로 센서에 전력을 공급하는 토양 미생물 연료 전지를 발견했다"고 설명했다. 옌은 또한 "유기 탄소가 있는 토양을 미생물이 분해할 수 있다면, 이 연료 전지는 잠재적으로 무한히 지속될 수 있다"며, 이 기술의 잠재적 지속 가능성을 강조했다. 미생물 연료 전지(MFC)는 양극, 음극 및 전해질을 갖춘 배터리처럼 작동한다. 하지만 화학 물질 대신 토양에서 자연적으로 발견되는 박테리아를 사용해 유기물이 분해되는 과정에서 전자를 방출하고, 이 전자들이 양극에서 음극으로 흘러 전기 회로를 형성하여 전력을 생성한다. 옌은 "야생, 농장, 습지 등에 센서를 설치하려면 일반적으로 배터리를 사용하거나 태양 에너지를 활용해야 한다"고 말했다. 그는 또한 "태양 전지판은 먼지에 덮여 있거나 태양이 없는 경우에는 작동하지 않으며, 많은 공간을 차지하고 더러운 환경에서는 효과적으로 작동하지 않는다"고 지적했다. 그는 이어 "배터리 역시 전력 공급이 제한적이라는 문제가 있다"며, "농부들이 100에이커(약 40만4600㎡, 12만평)에 달하는 농장을 돌아다니며 배터리를 주기적으로 교체하거나 태양 전지판을 청소하는 일은 현실적이지 않다"고 말했다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 MFC 기술이 더욱 중요하게 여겨지고 있다. 한편, 미생물 연료 전지는 100년 넘게 알려져 왔지만 습도가 낮은 조건에서의 성능 저하문제로 인해 그 활용 범위가 제한적이었다. 이 문제를 해결하기 위해 옌과 그의 팀은 다양한 디자인을 시험해보았고, 결국 독특한 수직 구조를 가진 디자인에서 성공을 거두었다. 탄소 펠트로 제작된 양극은 수평으로 배치되어 있으며, 전도성 금속 음극은 수직으로 설치되어 일관된 수분과 산소 공급이 가능하게 한다. 연구팀은 또한 분쟁 광물과 복잡한 공급망을 배제하고, 토양 기반 미생물 연료 전지의 완전히 생분해 가능한 버전을 개발할 계획이라고 밝혔다. 이번 연구는 미생물 연료 전지의 실용성을 크게 향상시킨 것으로 평가되며, 습한 토양은 물론 건조한 토양에서도 효과적으로 작동한다는 점이 입증됐다. 이에 따라, 다양한 농업 환경에서 사물 인터넷 센서에 전력을 공급하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 이 연구는 학술지 '인터랙티브, 모바일, 웨어러블 및 유비쿼터스 기술에 관한 컴퓨팅 기계 협회(Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies)' 저널에 최근 게재됐다.
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흙 속 미생물로 구동되는 환경친화적 연료 전지 개발
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유방암, 환경적 요인으로 위험도 상승
- 환경적 요소, 특히 일부 화학 물질의 영향이 유방암 발병 위험을 증가시킬 가능성이 높다는 연구 결과가 나왔다. 유방암은 전 세계 여성들 사이에서 암 관련 사망의 주요 원인 중 하나로, 가장 흔하게 발병하는 암 유형 중 하나이다. 특히 미국에서는 여성의 평생 유방암 발병 위험이 폐암에 비해 두 배 가량 높다고 알려져 있다. 의료 전문 매체인 '뉴스 메디컬(NEWS MEDICAL)'은 미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 연구 자료를 인용해 젊은 여성들 사이에서 유방암 발병률이 증가하고 있다고 보도했. 특히 20세에서 49세 사이의 여성들에서 유방암으로 인한 사망률이 다른 암들에 비해 두 배에 이른다는 연구 결과도 나타났다. 유방암 발병 위험을 높이는 요인으로는 유전, 나이, 비만, 흡연, 과도한 음주, 운동 부족 등이 꼽힌다. 이와 함께 환경적 요인도 중요한 역할을 할 수 있다는 연구 결과가 제시되고 있다. 이러한 환경적 요인은 특히 화학 물질의 영향에 주목하여 추가적인 연구가 필요함을 시사한다. 유방암 발생과 연관된 환경적 요인들 중에서 주목받는 몇 가지는 다음과 같다. 첫째, 방사선 노출은 유방암 발생의 주요 환경적 요인으로 꼽히며, 특히 젊은 나이에 방사선에 노출될 경우 유방암 위험이 증가할 수 있다. 이는 의료적 방사선 노출뿐만 아니라, 일상 환경에서의 노출도 포함될 수 있다. 둘째, 호르몬의 영향도 중요한 역할을 한다. 특히 에스트로겐과 프로게스테론은 유방암 세포의 성장과 증식을 촉진할 수 있으며, 폐경 후 호르몬 대체 요법을 받는 여성들에서 유방암 발병 위험이 높아질 수 있다. 셋째, 일부 화학 물질이 유방암 발생과 연관될 수 있다. 여기에는 디클로로디페닐트리클로로에탄(DDE), 폴리염화비페닐(PCB), 비스페놀 A(BPA), 프탈레이트 등이 포함된다. 이러한 화학 물질은 식품, 음료, 공기, 물, 토양 등 다양한 경로를 통해 인체에 노출되며, 장기간 노출될 경우 유방암 발병 위험을 증가시킬 수 있다. 또한 최근 연구에서는 유방암 발병과 관련된 화학 물질을 식별하기 위한 혁신적인 방법론이 개발되고 있다. 이러한 발전은 유방암 예방 정책의 수립과 화학 물질 노출 감소 전략 개발에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 최근 UCLA 연구팀은 '환경 보건 전망(Environmental Health Perspectives)'에 발표한 연구에서 유방암 위험과 연관된 화학 물질을 성공적으로 식별했다. 이 연구팀은 국제암연구소(IARC)의 연구 논문과 미국 환경보호청(EPA)의 톡스캐스트(ToxCast) 데이터베이스를 활용해 유방 종양을 유발하고, 프로게스테론 또는 에스트라디올의 합성을 촉진하며, 에스트로겐 수용체를 활성화하는 능력을 가진 화학 물질을 체외 실험을 통해 식별했다. 이 연구 결과로 총 921개의 화학 물질이 유방암 위험과 연관되어 있음이 밝혀졌으며, 이 중 279개는 프로게스테론 또는 에스트로겐 신호 전달을 촉진하는 핵심적인 특성을 지닌 것으로 확인됐다. 이러한 연구는 유방암 발병 위험 요인을 보다 명확하게 이해하고, 효과적인 예방 및 감소 전략을 개발하는 데 중요한 단서를 제공한다. 또한, 유전독성, 에스트로겐 수용체의 작용제, 스테로이드원성과 같은 다른 주요 특성도 이러한 화학 물질에서 풍부하게 나타났다. 이번 연구 결과는 잠재적인 유방암 물질을 식별하는 데 있어 주요 특성 프레임워크의 중요성을 강조한다. 주요 특성 프레임워크는 알려진 인체 발암물질에 대한 주요 특성 목록을 개발하여 생물학적 영향을 문서화하고 잠재적으로 발암 가능성이 있는 다른 화학 물질을 식별하기 위한 프레임워크를 제공한다. 문서화된 주요 특성에는 유전 독성, 세포 증식 증가, 세포 신호 변경, 염증, 후성유전학적 변형 및 면역 억제가 포함된다. 이러한 주요 특성 중 하나 이상의 존재는 잠재적인 발암 활성을 나타낸다. 이번 연구에서 조사된 화학물질은 내분비활성과 유전독성에 따라 유방암 관련 노출을 기준으로 분류되었으며, 2007년 유방암물질 목록은 유방암과 관련된 내분비 신호전달 경로를 활성화하는 화학 물질을 포함하도록 업데이트되었다. 유방암 관련 내분비 경로를 활성화하는 등 생물학적 효과를 나타내는 유방암 물질의 비율도 연구에서 스크리닝된 모든 화학 물질의 비율로 계산됐다. 이번 연구는 체외 실험을 통해 진행되었기 때문에, 실제 인간의 유방암 위험을 완벽하게 반영하지 못할 수 있다는 한계점을 가지고 있다. 또한, 연구에 사용된 화학 물질의 범위가 제한적이었기 때문에, 유방암 위험과 관련된 화학 물질의 전체적인 스펙트럼을 파악하는 데에는 다소 부족할 수 있다. 향후 연구에서는 보다 다양한 화학 물질을 대상으로 체내 실험을 진행하고, 유방암 발생과 관련된 화학 물질의 종류와 그 영향을 더 정밀하게 조사할 필요가 있다. 이를 통해 유방암 위험과 관련된 화학 물질에 대한 보다 광범위한 이해를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 이 연구 결과가 유방암 위험 감소를 위한 정책 수립과 화학약품 노출을 줄이는 방안 개발에 유용한 정보를 제공할 것으로 기대한다고 밝혔다.
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- IT/바이오
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유방암, 환경적 요인으로 위험도 상승
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북극 영구 동토층, 지구온난화로 메탄 바다 방출 위험
- 북극 영구 동토층 아래에 봉인되어 있는 메탄가스가 기후 변화로 인해 바다로 방출될 위험이 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 매체 스페이스(space)에 따르면 노르웨이 스발바르 대학 센터의 지질학자 토마스 버철(Thomas Birchall)과 연구팀은 두꺼운 영구 동토층이 수백만 입방 피트의 메탄이 뿜어져 나오는 것을 지금까지 막아왔지만, 기후 변화로 인해 영구동토층이 계속 녹으면 메탄이 바다로 흘러 나갈 수 있는 상황이 될 수 있다고 지구 과학 프론티어 저널에 발표했다. 연구팀은 이 영구 동토층이 붕괴되면 메탄의 강력한 온난화 효과로 인해 더 많은 영구 동토층이 녹고 더 많은 가스가 방출되는 연쇄 반응을 일으킬 수 있다며 이 악순환의 고리는 온난화, 해빙, 메탄 배출을 더욱 가속화할 것이라고 경고했다. 스발바르는 북극권 깊숙한 곳에 위치한 노르웨이 군도로, 북극에서 불과 500마일(800km) 떨어져 있다. 이곳은 지구온난화의 영향을 크게 받고 있으며, 영구 동토층이 광범위하게 분포하고 있다. 연구팀은 상업 및 과학 시추공의 과거 데이터를 분석해 스발바르 전역의 영구 동토층을 매핑하고, 그 안에 갇힌 천연 가스 매장량을 정확히 집계했다. 연구 결과, 스발바르의 영구 동토층에는 메탄이 풍부한 퇴적물이 생각보다 훨씬 많이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면, 스발바르의 영구 동토층은 해안, 저지대, 고지대로 세 가지로 구분된다. 해안 지역의 영구 동토층은 해류가 이동시킨 따뜻함으로 인해 얼어붙은 토양의 지각이 얇다. 반면, 저지대의 영구 동토층은 두껍고 얼음으로 포화되어 있어 매우 우수한 밀봉 특성과 자가 치유 능력을 가지고 있다. 그러나 현재 누출이 없는 영구 동토층도 지구 온난화로 인해 누출이 발생할 수 있다. 스발바르는 지구상에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나이며, 그곳의 "활성" 영구 동토층(위쪽 몇 피트는 계절에 따라 녹았다가 다시 얼어붙고 있음)은 지구 온도가 상승함에 따라 더 깊어지고 있다. 영구 동토층 아래에 얼마나 많은 메탄이 갇혀 있는지 추정하는 것은 쉽지 않다. 연구진은 가스의 흐름이 측정된 한 위치를 근거로 수백만 입방 피트 정도일 수 있다고 추정한다. 연구진은 "북극 영구 동토층이 녹으면서 메탄이 방출되면, 기후 변화가 더 가속화될 수 있다"고 말했다. 메탄은 이산화탄소보다 25배 강력한 온실 가스이기 때문이다. 만약 이 메탄이 모두 방출된다면, 지구 온도는 약 0.5도 상승할 것으로 추산된다. 이는 빙하와 해빙을 가속화하고, 해수면 상승을 일으키는 등 심각한 기후 변화를 초래할 수 있다. 연구팀은 "영구 동토층 해빙을 막기 위해서는 기후 변화에 대응해야 한다"고 강조했다. 이를 위해서는 화석 연료 사용을 줄이고 재생 에너지를 확대하는 등 온실 가스 배출을 감축해야 한다. 또한 영구 동토층 온도 상승을 막기 위한 대책도 마련해야 한다. 연구팀은 "영구 동토층 온도 상승을 막기 위해서는 해안 지역 개발 제한, 삼림 보호 등의 조치를 취해야 한다"고 제안했다. 북극 영구 동토층 아래에 갇힌 메탄은 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있는 위험 요소이다. 이를 방지하기 위해서는 세계 각국이 협력하여 기후 변화 대응에 적극적으로 나서야 한다.
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- 생활경제
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북극 영구 동토층, 지구온난화로 메탄 바다 방출 위험
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[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'
- 기후 변화로 인한 폭주 온실 효과로 지구가 금성화 위기에 처했다는 연구 결과가 나왔다. 제네바대학교(UNIGE)의 천문학자 연구팀은 파리와 보르도의 프랑스 국립과학연구소(CNRS)의 지원을 받아 온실효과 폭주의 모든 단계를 시뮬레이션 한 최초의 연구 결과를 발표했다고 과학 매체 '사이언스얼랏'이 최근 보도했다. 연구원들은 처음으로 온실 효과의 모든 단계를 시뮬레이션하여 앞으로 몇 세기 안에 우리의 녹색 행성을 사람이 살 수 없는 '지옥'으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 미국 우주항공국(NASA)에 따르면 지구는 폭주 온난화를 촉진하기 위해 수십도만 가열하면 평균 표면 온도가 섭씨 464도(화씨 867도)인 금성만큼 살기 어려운 행성이 될 것이라고 한다. 온실 효과는 지구 대기의 특정 가스가 태양의 열을 가두는 과정을 말한다. 폭주 온실 효과란? 일부 온실 가스는 수증기처럼 자연적으로 발생한다. 이산화탄소와 같은 다른 온실가스는 인간이 석탄, 석유, 가스 등 오염 물질인 화석 연료를 태울 때 생성될 수도 있다. UNIGE-CNRS 연구에서 조사된 폭주 온실 효과는 태양 조사가 증가하여 지구의 온도가 눈덩이처럼 급격하게 상승할 때 발생한다. 천문학자들은 성명에서 "이 과정의 초기 단계부터 대기 구조와 구름의 범위가 크게 변화하여 거의 멈출 수 없고 되돌리기 매우 복잡한 폭주 온실 효과를 초래한다"라고 말했다. 돌이킬 수 없는 기후 변화 이 연구는 부분적으로 다른 행성, 특히 소위 외계 행성의 기후를 연구하는 도구를 제공하기 위해 설계됐다. 또한 앞으로 수 세기 동안 지구 기후에 미칠 위험에 대한 통찰력도 제공한다. 연구진은 바다와 생명체로 뒤덮인 멋진 파란색과 녹색 점인 지구와 태양계에서 가장 뜨거운 무균 상태의 유황 행성인 금성의 차이점을 강조했다. 그러나 천문학 및 천체물리학 리뷰에 게재된 이 연구에 따르면 "지구 온도를 수십도만 상승시키는 아주 작은 태양 복사량 증가만으로도 지구에서 돌이킬 수 없는 폭주 과정을 촉발하고 지구를 금성처럼 살기 힘든 곳으로 만들 수 있다"는 사실이 밝혀졌다. 온실 효과의 폭주라는 개념은 새로운 것이 아니다. 이 개념은 지구와 같은 온대 상태에서 표면 온도가 섭씨 1000℃(화씨 1832℃)가 넘는 행성으로 진화하는 것을 상상한다. 연구진은 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 영하로 떨어지고 지구는 생명체에 적대적인 얼음으로 덮인 공이 될 것이라고 지적하면서 어느 정도의 온실 효과는 유용하다고 말했다. 그러나 이 효과가 너무 크면 해양의 증발이 증가하여 대기 중 천연 온실가스인 수증기의 양이 증가하여 구조 담요처럼 열에 갇히게 된다. 임계값 전 UNIGE 박사후 연구원이며 이 연구의 수석 저자인 기욤 샤베로(Guillaume Chaverot)는 "이 정도의 수증기에는 지구가 더 이상 식을 수 없는 임계점이 있다"라고 말했다. 샤베로는 "거기서부터 바다가 완전히 증발하고 온도가 수백도에 도달할 때까지 모든 것이 사라진다"라고 설명했다. 이전의 시뮬레이션은 폭주 효과가 시작되기 전의 온화한 상태나 폭주 후의 사람이 살 수 없는 상태에만 초점을 맞췄지만, 연구진은 전체 과정을 시뮬레이션 한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전체 과정을 보여줌으로써 처음부터 높은 대기에서 폭주 효과를 증가시키고 그 과정을 되돌릴 수 없게 만드는 매우 특이하고 밀도가 높은 구름 패턴이 어떻게 나타나는지 설명할 수 있었다. 차베로는 "대기의 구조가 크게 바뀌었다"고 했다. 그는 현재 인간이 배출하는 온실 가스가 태양 광도의 약간의 증가와 동일한 폭주 과정을 유발할 수 있는지 여부를 조사하고 있다고 성명을 통해 밝혔다. 기후 과학자들은 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상 상승하면 통제할 수 없는 기후 변화를 촉발할 위험이 있다고 경고했다. 이는 온실 폭주 과정과는 다르지만, 연구자들은 지구가 '종말 시나리오'에서 멀지 않았다고 경고했다. 한편, 3일 기상청 기상자료개방포털 자료에 따르면 지난해 한국의 전국 평균기온은 13.7℃를 기록, 전국에 기상관측망이 대폭 확충돼 각종 기상기록의 기준으로 삼는 시점인 1973년 이후 가장 높았다. 지난해 제주도의 평균기온은 역대 두 번째로 높았던 것으로 나타났다. 제주도의 연평균 최고기온은 20.4℃로, 2021년(20.6℃)에 이어 두 번째로 높았다. 게다가 지난 12월 공개된 해양기후예측센터의 자료에 따르면 지난 8월 동아시아 해역의 해면 수온은 평년보다 0.9℃높아 역대 2위를 기록했으며, 전 지구 해역의 해면 수온은 평년보다 0.6℃높아 역대 최고치였다. 올해 전 지구 표면온도가 사상 최고치를 기록할 것이라는 전망은 이젠 '기정사실'로 받아들여지고 있다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 지구의 평균 온도를 높이며 폭풍우, 가뭄 등의 기상 이변을 유발한다. 엘리뇨는 2월께 최고조에 이르며 6개월은 더 갈 것이라는 예측이다.
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[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'
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美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진
- 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
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美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진
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