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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수

이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
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2024-06-10
[기후의 역습(12)] 이산화탄소 수치, 역대 최고치 기록…극한 기후 지속돼 가파르게 상승

이산화탄소가 그 어느 때보다 빠르게 대기에 축적되고 있다. 역대 최고 수준으로 가파른 상승세를 보이고 있다고 NOAA(미 국립해양대기청)와 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스 스크립스해양학연구소(Scripps Institution of Oceanography offsite link)의 연구진이 발표했다. NOAA에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소(Global Monitoring Laboratory)가 마우나 로아 대기 관측소(Mauna Loa Atmospheric Baseline Observatory)에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가와 맞물리면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 불길한 신호를 보내는 이산화탄소 측정 마우나 로아에서 1958년부터 이산화탄소 관측을 시작해 독립적으로 데이터를 축적해 분석해 온 스크립스연구소는 지난 5월 월 평균 이산화탄소 농도를 426.7ppm으로 측정했다. 이는 1년 전인 2023년 5월 측정치 423.78ppm보다 2.92ppm 증가한 수치다. 스크립스연구소에서 이산화탄소 수준이 2년 연속 가파르게 뛰어오른 것은 2020년에 세운 종전 기록에 이은 두 번째다. NOAA와 스크립스 연구진은 1~4월까지 이산화탄소 농도가 다른 해의 동기간 보다 더 빠르게 증가했다고 밝혔다. 최근 몇 년간 기후 변화에 대응하기 위해 화석연료 사용을 억제했고 이에 따른 탄소 배출이 정체 상태에 있다는 보고가 있었지만 실제 대기에서 이산화탄소 농도는 더 짙어진 것이다. NOAA의 릭 스핀래드 박사는 "지난 1년 동안 우리는 기록상 가장 더운 한 해, 기록상 가장 뜨거운 해수 온도, 끝없는 폭염, 가뭄, 홍수, 산불 및 폭풍을 경험했다"라며 "이번에 대기 중 이산화탄소 수준이 그 어느 때보다 빠르게 증가하고 있음이 드러났다. 우리는 이것이 이산화탄소 오염이 기후 시스템에 끼치는 피해를 보여주는 분명한 신호임을 인식하고 가능한 한 신속히 화석연료 사용을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다”고 강조했다. 스크립스연구소의 탄소 프로그램 책임자 랄프 킬링 박사는 “이산화탄소의 현재 농도는 수백만 년 만에 최고 수준일 뿐만 아니라 어느 때보다 빨리 증가하고 있다. 화석연료 연소로 인해 매년 최고치를 달성하고 있는 것이다. 화석연료 오염은 마치 매립지의 쓰레기처럼 계속 쌓이고 있다"고 경고했다. 거대한 열을 가두는 담요 다른 온실 가스와 마찬가지로 이산화탄소는 대기에서 담요와 같은 작용을 한다. 지구 표면에서 방출되는 열이 우주로 빠져나가는 것을 막는 것이다. 온난화된 대기는 폭염, 가뭄, 산불은 물론 폭우와 홍수 등 극심한 기상 현상을 촉발한다. 인간이 공기 중으로 방출하는 이산화탄소의 약 절반이 대기 중에 남아 있다. 나머지 절반은 지구 표면에 흡수되어 육지와 바다에 나뉘어 축적된다. 2022~2024년까지 관찰된 2년간의 기록적인 이산화탄소 수준 급증은 2년 째 이어지는 화석연료 연소에 따른 대량의 방출과 엘니뇨 현상의 결합에 따른 것이라는 해석이 많다. NOAA의 글로벌 탄소순환 연구원인 존 밀러 박사는 이를 두고 지구의 자정 능력과 한계를 벗어났다고 진단했다. 이산화탄소의 과다 노출로 인해 해양의 화학적 성질이 변하고 있으며, 이는 해양 산성화와 함께 용존 산소량 감소로 이어져 일부 해양 생물의 생존까지 위협하고 있다. 해양 생태계 전반이 위기에 처하고 있는 것이다.
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2024-06-10
[기후의 역습(11)] 지구 평균 기온, 12개월 연속 사상 최고치

12개월 연속으로 지구 평균 기온이 사상 최고치를 기록했다. 미국 매체 더 힐은 5일(현지시간) 유럽연합의 코페르니쿠스 기후변화서비스(C3S)를 인용, 지난달은 사상 가장 더운 5월이었다며 이같이 보도했다. 유럽 기후 과학자들의 데이터에 따르면 지구 평균 기온이 산업화 이전 수준보다도 1.5도 이상 높았던 달이 11개월 연속 기록된 것으로 나타났다. 지난달 세계 평균 기온이 역대 5월 중 가장 높았다고 유럽연합(EU) '코페르니쿠스기후변화서비스(C3S)'가 밝혔다. C3S가 발표한 보고서에 따르면 지난달 지구 표면의 평균 기온은 섭씨 15.9도였다. 이는 산업화 이전 평균치보다 1.52도 높은 수치다. 이로써 작년 6월부터 지난달까지 12개월 연속으로 '역대 가장 더운 달' 기록을 지속하게 됐다. 같은 기간 지구 평균 기온은 산업화 이전 대비 1.63도 높았다. 2015년 파리기후변화협약에서 합의된 기온 상승 폭 제한 기준은 산업화 이전 대비 1.5도다. 지난 12개월 동안 지구의 평균 기온은 1991~2020년 평균 기온보다 0.75°C 높았고, 산업화 이전 평균보다 1.63°C 높았다. 세계기상기구(WMO)도 같은 날 발표한 보고서에서 지구 연평균 기온 상승 폭의 마지노선인 섭씨 1.5도를 2028년 내 넘을 확률이 80%라고 예측했다. C3S의 최신 데이터는 향후 5년 중 적어도 한 해 동안 지구의 연평균 기온이 산업화 이전 수준보다 섭씨 1.5도를 초과할 가능성이 80%에 달한다는 세계기상기구의 최신 연례 업데이트와 유사하다. 세계기상기구는 2024∼2028년 5년 동안 지구 연평균 표면 기온이 산업화 이전 시기인 1850∼1900년 기준선보다 1.1∼1.9도 더 높을 것으로 보인다고 밝혔다. 이를 토대로 2024∼2028년 사이에 연평균 기온 상승 폭이 1.5도를 넘어서는 해가 적어도 한번 나올 확률을 80%로 추계한 것이다. 지난해의 경우 연평균 기온이 산업화 이전 대비 1.45도 높아져 사상 최고치를 기록했다. 지난해 6월부터 올해 5월까지 1년간 지구 평균 기온이 산업화 이전 대비 1.63도 높았다는 것은 파리기후변화협약 제한선인 1.5도가 깨졌다는 것을 나타낸다. 이같은 기후변화 추이는 국제사회의 목표 달성이 현실적으로 어려워지고 있음을 시사한다. 기후변화는 그 어느 나라도 예외일 수 없다. 우리나라는 지난 봄 기온이 역대 두 번째로 높고 바다는 10년 새 가장 뜨거웠던 것으로 나타났다. 기상청이 지난 5일 공개한 기후분석 결과에 따르면 지난 봄 전국 평균 기온은 13.2도로, 평년(1990~2010년 평균) 봄 기온보다 1.3도 높았다. 이는 1973년 이후 봄 기온으로 상위 2번째에 해당한다. 봄 기온이 가장 높았던 해는 2023년(13.5도)이고 3번째로 높았던 해가 2022년(13.2도)으로 최근 3년 내내 봄기온은 역대급을 기록했다. 게다가 올 봄 우리나라 주변 해역 해수면 온도는 평균 14.1도였다. 이는 최근 10년 평균치(13.0도)를 1.1도 웃돈 것으로 10년 중 최고치다. 카를로 부온템포 C3S 이사는 성명에서 "12개월 연속 기록에 도달한 것은 충격적이지만 놀랍지는 않다"고 말했다. 그는 "이러한 일련의 기록적인 달은 결국 중단되겠지만 기후 변화의 전반적인 징후는 여전히 남아 있으며 이러한 추세에 변화가 생갈 조짐은 보이지 않는다"고 토로했다. 세계기상기구는 "온실가스 배출을 줄이기 위한 노력을 시급하게 기울이지 않으면 큰 대가를 치르게 될 것"이라고 경고했다. 지구의 열 증가로 인해 해빙이 증가하고 강수량이 많아지면 극한의 기상 조건으로 이어질 수 있다. 미국 남서부의 열돔으로 캘리포니아주 데스밸리는 7일 122도(섭씨 50도)에 도달해 1996년에 이후 최고 기록을 경신했다. 유타주 솔트레이크시티 국립기상청은 8일까지 평년보다 최대 20도까지 높은 기온이 어어질 것이라고 예고했다고 7일 CNN은 전했다. 50도를 오르내리는 멕시코와 인도의 폭염 등 기후변화로 인한 재난의 심각성이 커지는 현실을 직시하고 글로벌 차원의 협력과 대응책을 논의할 때다. 또한 폭염과 집중호우, 태풍 등 자연재해에 선제적으로 대비하기 위한 노력도 더욱 기울여야 할 때다. 우리 정부도 기후변화로 인한 재난관리 체계를 거듭 점검하고 피해를 최소화하기 위한 근본 대책을 세우는데 총력을 기울여야 한다. 한편 지난해 전 세계를 덮친 폭염과 홍수 등 이상기후 현상의 주범으로 지목된 '엘니뇨'가 올 하반기 소멸하고, 그 반대 현상인 '라니냐'가 나타날 가능성이 높다는 전망이 나왔다. 세계기상기구는 엘니뇨가 점차 약해지고 라니냐가 도래할 확률이 6~8월에는 50%, 7~9월에는 60%, 8~11월에는 70%까지 증가할 것으로 예측했다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 높아지는 현상으로, 지구 온난화를 가속하는 요인으로 꼽힌다. 지난해 지구가 역사상 가장 더운 해로 기록된 배경에도 엘니뇨가 한몫하고 있다. 반면 라니냐는 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 지구 기온 상승을 일부 억제하는 효과가 있다. 하지만 세계기상기구는 라니냐가 온다고 해서 현재의 기후변화 추세가 꺾일 것으로 보지 않는다. 실제로 2020년부터 지난해 상반기까지 라니냐가 지속됐지만, 지구 기온은 오히려 상승세를 기록했다. 세계기상기구 코 배럿 사무부총장은 "엘니뇨 종료가 기후변화의 중단을 의미하지 않는다"며 "온실가스 축적으로 인한 온난화는 계속될 것"이라고 경고했다.
- 생활경제
2024-06-08
[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발

싱가포르의 과학자들이 재활용 플라스틱을 활용해 새로운 '냉각 페인트(cool paint)'를 개발했다. 난양이공대학교(NTU) 연구팀은 재활용 플라스틱(아크릴, 폐 PVC 파이프, 폴리스티렌 폼)과 황산바륨(BaSO4)을 이용해 새로운 유형의 '냉각 페인트'를 제조하는 방법을 개발했다고 PHYS가 5일(현지시간) 보도했다. 이 페인트는 신규 플라스틱 사용을 대체하는 지속 가능하고 효율적인 방법을 제공한다. 난양이공대학교는 싱가포르 난양에 위치한 연구집약형 공립 종합대학으로 이공계 분야 세계적인 명문대학이다. NTU 연구팀은 '솔-겔(sol-gel)'과 '상 분리(phase inversion)' 등 두 가지 방법을 사용해 냉각 페인트를 개발했다. 먼저 솔-겔 방법으로, 연구팀은 재활용 플라스틱과 황산바륨을 혼합해서 페인트를 제조했다. 싱가포르 건물 옥상에서 실시된 24시간 테스트 결과, 이 페인트는 직사광선에 노출되었을 때 주변 기온보다 최대 1.2°C 낮은 온도를 유지했다. 야간에는 주변 온도보다 최대 3°C 낮은 온도를 유지했다. 이 페인트는 태양열 반사율이 약 97.7%이며 적외선 영역에서 열 방출율이 95%에 달하는 것으로 나타났다. 두 번째인 상 분리 방법 역시 재활용 플라스틱과 황산바륨을 사용하지만, 제조 과정에서 공기가 들어갈 수 있는 미세 기공을 형성시켜 재활용 플라스틱을 다공성으로 만드는 데 중점을 두었다. 이러한 기공은 햇빛을 스펙트럼 전체에 걸쳐 산란시키는 데 도움을 준다. 테스트 결과, 이 페인트로 코팅된 표면은 정오에는 거의 주변 기온과 동일한 온도를 유지했으며 야간에는 주변 온도보다 최대 2.5°C 낮았다. 두 방법 모두를 사용해 개발된 냉각 페인트는, 일반적으로 표면 온도를 주변 온도 이하로 낮추지 못하는 시판용 냉각 페인트보다 성능이 뛰어났다. 또한 분류되지 않은 플라스틱 폐기물(아크릴, PVC 파이프, 폴리스티렌 폼 혼합물)을 사용한 추가 연구에서도 단일 종류의 플라스틱 폐기물만 사용해서 개발된 냉각 페인트와 비슷한 결과를 얻었다. 이는 NTU 연구팀의 접근 방식이 다양한 종류의 플라스틱 분류 필요성을 줄여준다는 것을 시사한다. NTU 방식은 열대 환경의 온도를 낮추는 데 도움이 될 뿐만 아니라 효과적인 플라스틱 폐기물 관리에도 기여할 수 있다. 한편, 모든 플라스틱이 재활용 되는 것은 아니다. 플라스틱 액션 플랫폼인 리퍼포스 글로벌(rePurpose Global)에 따르면 실제로 재활용된 플라스틱은 10% 미만이다. 약 12%는 소각되었으며, 나머지는 매립되거나 바다로 버려졌다. 씨넷에 따르면 플라스틱의 약 91%는 재활용되지 않았다. 실제로 재활용할 수 없는 유형의 플라스틱이 많이 있지만 소비자의 부주의로 인해 재사용에 적합하지 않은 플라스틱도 있다. 예를 들어 플라스틱 용기에 잔여물이나 쓰레기, 또는 기타 물질이 들어 있으면 재활용을 할 수 없다. 따라서 재활용하려는 픍라스틱 용기를 깨끗하게 청소해서 분리수거 통에 버리는 것이 재활용 율을 높일 수 있는 가장 기본적이면서도 제일 중요한 방법이다.
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2024-06-07
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능

북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-05
[기후의 역습(10)] 치명적인 열돔 강타, "캘리포니아 평년 대비 10도 급등"

텍사스 등 미국 남부와 멕시코를 덮친 열돔(Heat Dome)이 북상해 미국 애리조나주와 캘리포니아주 등 서부까지 폭염으로 기온이 급격히 상승하는 열파 현상을 겪을 것으로 예상된다. . 미국 기상청(NWS)은 3일(이하 현지시간) 이번 주 애리조나주와 네바다주, 캘리포니아주 일부 지역에 폭염 경보를 발령한다고 밝혔다. 열돔(heat dome)이라는 기상 현상은 고기압에 의해 뜨거운 공기가 특정 지역에 갇히면서 발생한다. 이 현상은 지난달 멕시코에서 수십 명의 사망을 초래했으며, 이번에는 미국 남서부 지역에 기록적인 고온을 가져올 것으로 예상된다. 다시 말하면 열돔은 찬 공기 이동을 방해해 구름과 비를 몰아내고 산불 발생 가능성을 높인다. 마치 뜨거운 냄비에 뚜껑을 덮으면 더 빨리 끓는 것과 비슷하다고 데일리 메일은 설명했다. NWS는 미 서부의 여러 지역에서 6월 초 기온이 평년보다 10도 이상 높게 오를 수 있다고 경고했다. 특히 캘리포니아 중남부 내륙부터 뜨겁게 달아오를 것으로 예상됐다. 광활한 농장 지대가 있는 캘리포니아 센트럴밸리에서 샌프란시스코 베이 북부의 나파밸리, 로스앤젤레스(LA)의 북쪽 내륙인 팜데일 등 지역에도 4일부터 폭염 주의보가 발효된다. 평소 기온이 크게 오르지 않아 와인 산지로 유명한 나파밸리는 4일 최고 기온이 화씨 96도(섭씨 36도)로 예보됐다. 캘리포니아 주도(州都)인 새크라멘토는 4일 최고 기온이 올해 처음으로 섭씨 38도를 넘을 것으로 예상된다. 이 같은 캘리포니아 중부 지역의 이상 고온은 오는 6일 밤까지 이어질 전망이다. 세계에서 가장 더운 곳으로 알려진 데스밸리 사막 지대는 오는 6일 예상 기온이 섭씨 49도 이상 오를 것으로 관측됐다. 데스밸리는 보통 6월 중·하순에 이렇게 뜨거워지지만, 올해는 더 일찍 고온 현상이 나타나고 있다. 캘리포니아는 최소 1주일 동안 평균 기온보다 섭씨 11도 이상 기온이 높아질 수 있으며, 텍사스 국경 근처 일부 지역은 최대 섭씨 45.5도까지 올라갈 수 있다. 뉴욕 타임스 보도에 따르면, 열돔 현상으로 캘리포니아 센트럴밸리의 기온은 최대 섭씨 43.3도까지 올라갈 것으로 예상된다. 이는 6월 평균 기온보다 섭씨 11도 높은 수치다. 열돔으로 미국 전역 기온 상승 미 기상청은 남서부 지역의 열돔으로 인해 중서부에서 북동부에 이르는 미국 전역의 기온도 상승할 것으로 예상된다고 경고했다. 악시오스 보도에 따르면 일부 지역에서는 열돔이 6월 8일까지만 지속될 것으로 예측하지만, 다른 지역은 이 현상이 6월 내내 지속될 수 있다. 미 기상청은 10일까지 극심한 열파 발생 확률이 40~60%라고 밝혔다. 미 내무부에 따르면, 캘리포니아주 센트럴밸리 지역은 과일, 견과류, 곡물 등 미국 식량의 25%를 생산한다. 이 극심한 열파는 약 14만6400명의 농장 노동자들에게 위험을 초래할 수 있다. 캘리포니아 환경보호국은 성명을 통해 "극심한 열기는 기후변화의 보이지 않는 위험이며, 캘리포니아의 노인과 어린이들은 특히 취약하다"고 공지했다. 이 열파는 또한 아몬드, 토마토, 호두, 견과류, 와인 포도 등 농작물의 생산에 크게 영향을 미칠 수 있다. 텍사스, '열파 주의보' 발령 텍사스에서는 멕시코 국경 근처 남부 및 서부 지역에 열돔이 집중될 것으로 예상된다. 텍사스 주 일부 지역은 앞으로 며칠 동안 최고 기온이 섭씨 43.3도에서 45.5도 사이에 이를 것으로 예상되며, 이는 6월 평균 기온보다 최대 섭씨 5.5도 높은 수치다. 텍사스는 1998년에 기록된 최고 기온 섭씨 42.2도를 뛰어넘어 5월 30일에 섭씨 46.1도를 기록했다. 이러한 극심한 고온은 주 전역에 걸쳐 폭풍우를 유발했다. 텍사스 당국은 라사라, 카메론파크, 브라운즈빌 등 멕시코 국경 근처 도시들을 대상으로 '열파 주의보'를 발령했다. 애리조나 남부와 네바다 남부 일부 지역은 오는 5일부터 낮 최고 기온이 섭씨 43도에 가까워진다. 애리조나주 피닉스는 오는 6일 낮에 섭씨 43도를 찍을 것으로 예상된다. 피닉스의 최고 기온이 화씨 110도(섭씨 43도) 이상으로 예보된 것은 올해 들어 처음이다. 지난해 피닉스에 이 정도 기온의 폭염이 덮친 것은 6월 말부터였다. 이번 열파는 이번 달 멕시코에서 시작되어 20명 이상의 사망자와 심각한 정전을 초래했다. 평균 이상의 기온은 치명적인 위험도 초래할 수 있다. 2023년 미국에서는 최소 1만1000명이 열파로 사망했다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 폭염은 체온 조절 능력의 저하로 인해 심장과 신장에 부담을 주고 심장 마비, 뇌졸중, 신장 기능 장애를 유발할 수 있다. 미국 질병관리본부(CDC)는 매년 약 1220명이 폭염으로 사망한다고 추정하고 있다. 그러나 실제 사망자 수는 이보다 더 높을 가능성이 있다. 미국 기상 전문가 크리스티 달 박사(Climate and Energy program at the Union of Concerned Scientists 소속 주요 기후 과학자)는 영국 일간지 가디언에 "우리는 또 다른 기록적인 날씨를 맞이할 것으로 예상된다. 이미 텍사스와 플로리다 일부 지역에서는 일일 기록이 깨지고 있다"고 우려했다. 지난해 같은 시기 뉴욕시 기온은 섭씨 18.3도에서 21.1도 사이였지만, 올해는 섭씨 22.2도에서 26.7도 사이에 이르고 있다. 2023년 6월 4일 플로리다 마이애미 기온은 섭씨 29.4도였지만, 올해는 섭씨 30도에 이를 것으로 예상된다. 올 여름도 기록적인 폭염 예상 전문가들은 올 여름에도 극심한 열파와 더 많은 기록적인 폭염이 발생할 가능성이 있다고 경고하고 있다. 이번 열파는 열돔의 영향을 크게 받았다. 이번 경우 멕시코 만에서 상승한 뜨거운 공기가 고기압에 의해 텍사스와 캘리포니아 위에 머무르면서 열돔을 형성했다. 태평양 적도부 해수면 온도 변화와 관련된 라니냐(La Niña) 현상도 이번 열파에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 라니냐 현상은 태평양 적도부 동쪽 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 이는 북미 지역에서 겨울철 기온이 낮아지고 여름철 기온이 높아지는 경향을 초래할 수 있다. 실제로 2023년 겨울 북미 지역은 평년보다 추운 겨울을 보냈고, 이는 이번 여름철 극심한 열파 발생 가능성을 높였을 가능성이 있다. 한편, 북미 뿐만 아니라 동남아시아 지역에서도 폭염 피해가 심각하다. 인도에서는 최근 북부와 서부 중심으로 섭씨 50도 아팍의 기록적인 폭염이 계속되고 있다. 인도과학대학(IIS)의 구프란 베이그 교수는 로이터통신에 최근 기록적인 기온 상승 등은 결국 기후 변화와 관련돼 있다고 말했다. 전문가들은 기후변화로 인해 홍수 등 남아시아의 자연재해가 해를 거듭할수록 강해지고, 예측하기가 더욱 힘들어진다고 지적했다.
- 생활경제
2024-06-04
[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?

화성 표면에 신비한 구멍이 포착돼 우주 과학자들의 주목을 받고 있다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선이 화성에서 신비한 구멍을 포착했다고 사이언스얼럿과 위온 등 다수 외신이 최근 보도했다. 위의 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선 MRO에 있는 HiRISE(고해상도 이미징 과학 실험) 카메라로 캡처됐다. 신비한 구덩이 폭은 몇 미터에 불과하며 화성의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 지역에 위치하고 있다. 아르시아 몬스는 3개의 화산으로 구성된 타르시스 몬테스(Tharsis Montes)군에 속한 휴화산 중 하나다. 타르시스 벌지(Tharsis Bulge)의 타르시스 지역은 수천 킬로미터에 이르는 광활한 화산 평원이다. 화성의 다른 지역에 비해 고도가 높으며 평균적으로 화성의 평균 고도보다 약 10km(3만3000피트) 높다. 이 지역은 과거에 화산 활동이 활발했던 곳으로, 이번에 포착된 구덩이와 같은 지형은 고대 화산 활동의 직접적인 결과물이다. 구덩이에 대한 과학자들의 다양한 추측 중에 하나는 지하 용암 동굴로 가는 채광창이 될 수도 있다는 것이다. 이 이론은 지구상의 하와이 같은 화산 지역에서 유사한 지형이 목격 되었다는 사실에 근거한다. 이러한 유형의 채광창은 옹암 동굴의 지붕이 무너지고 구멍이 생길 때 형성된다. 화성의 구덩이가 과학자들의 추정과 같이 실제로 채광창이라면 미래에 우주 비행사들에게 자연적인 피난처가 될 수 있다. 이 구덩이는 방사선과 극한 온도, 먼지 폭풍과 같은 극한의 우주 환경에서 우주 비행사들을 보호해 줄 수 있다. 구멍이 지각이나 화산 활동에 의해 형성되었을 가능성도 있다. 이러한 구덩이는 지구에서 흔히 발견되며, 화산 활동으로 생긴 공극(토양이나 암석 속의 비어 있는 부분) 뒤에 있는 땅이 붕괴된 후에 만들어진다. 아르시아 몬스 지역의 몇몇 구덩이는 지하 용암 동굴로 이어지는 것일 수도 있지만 불확실하다. 지하 훨씬 더 깊은 곳에서 일어난 붕괴의 결과일 수도 있다. 화성에 용암동굴이 존재하지 않을 이유는 없다. 화성의 중력은 지구보다 훨씬 약하기 때문에 더욱 큰 용암 동굴이 존재할 수도 있다. 화성 화산의 구덩이 중 하나인 파비스 몬스는 더욱 특이하다. 구덩이 아래에는 일종의 빈 공간이 있지만 그 정체를 파악하기는 어렵다. 용암 동굴로 보기에는 지구상 대부분의 용암 동굴보다는 왜소하다는 지적이다. 앞에서 설명했듯이 구멍이 실제로 용암 동굴로 이어진다면 미래의 우주 탐험가들을 위해 이상적인 거주 가능 지역이 될 가능성이 있다. 더 큰 용암 동굴은 영구 기지 건설에 가장 적합한 광대하고 안정적인 환경을 제공할 가능성이 높다. 또 농업에 적합한 환경을 제공하고 화성에서 인간이 장기적으로 거주하는 데 중요한 생명 시스템을 지원할 수도 있다. 과학자들은 화성에 용암 동굴이 풍부하다는 형태학적 증거를 많이 발견했지만 이번에 발견된 신비한 구덩이가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 미스터리로 남아있다고 말했다.
- IT/바이오
2024-06-04
[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03
[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.
- 포커스온
2024-05-27
드림 체이서 우주선, 국제우주정거장 발사 앞두고 플로리다 도착…세계 첫 상업용 우주선

지구 저궤도 위성의 상업적 활용을 확대한다는 나사(NASA) 전략의 일환으로, 시에라 스페이스(Sierra Space)의 무인 우주선이 국제우주정거장으로의 발사를 앞두고 플로리다주에 있는 나사 케네디 우주센터에 도착했다. 22일(현지시간) 나사 홈페이지에 따르면 테나시티(Tenacity)라는 이름의 드림 체이서(Dream Chaser) 우주선은 오하이오주 샌더스키에 소재한 나사의 닐 암스트롱 시험시설에서 기후 제어 운송 컨테이너를 타고 18일 케네디 우주센터에 도착했으며, 지난 11일 이미 도착한 슈팅 스타 화물 모듈에 합류했다. 케네디 센터에 도착하기 전 우주선과 화물 모듈은 나사의 실험 시설에서 우주선 발사 및 대기권으로의 재진입 시 일어날 수 있는 진동 테스트를 받았다. 진동 테스트 후 모듈은 나사의 우주 추진 시설로 이동, 낮은 주변 압력과 화씨-150(섭씨 약 -101도)~300도(섭씨 약 149도)의 극한 온도에 노출하는 시험도 시행했다. 케네디에 도착한 드림 체이서 테나시티 우주선은 우주시스템 시설 내 고층으로 이동, 올해 하반기로 예정된 발사에 앞서 최종 테스트와 발사 전처리를 받게 된다. 우주선은 ULA(United Launch Alliance)의 벌칸 로켓을 타고 케이프커내버럴 우주 기지의 스페이스 론치 콤플렉스-41에서 발사돼 7800파운드(약 3538kg)의 화물을 궤도상의 연구소에 전달할 예정이다. 케네디 센에서의 비행 전 잔여 실험은 음향 및 전자기 간섭 및 호환성 테스트, 우주선의 열 보호 시스템 작업 완료 및 최종 페이로드 통합 등이다. 드림 체이서는 길이 30피트(9.144m), 폭 15피트(4.572m)의 승강체 디자인의 우주선이다. 독특한 날개 디자인으로 화물을 지구 저궤도로 수송할 수 있으며, 나사의 우주왕복선처럼 활주로에 착륙하는 능력을 갖고 있다. 15피트짜리 슈팅 스타 모듈은 내부적으로 최대 7000파운드의 화물을 운반할 수 있으며 3개의 비 가압 외부 페이로드 마운트를 갖추고 있다. 부분적으로 재사용 가능한 운송 시스템은 지구 저궤도에서의 상업용 재공급 서비스를 확대하려는 나사 전략의 핵심 중 하나다. 이를 통해 우주정거장까지 최소 7회의 화물수송 임무를 수행할 예정이다. 향후 임무는 최장 75일간 지속되며, 최대 1만 1500파운드( 6804kg)의 화물을 운반할 수 있다. 드림 체이서 우주선은 재사용이 가능하고 최대 3500파운드(약 1587kg)의 화물을 지구로 가져올 수 있다. 다만 슈팅 스타 모듈은 재진입 중에 버려져 소각된다. 각 임무마다 최대 8500파운드(약 3855kg)의 쓰레기를 처리하게 된다. 미래 나사의 재보급 임무를 수행하기 위한 과정의 일환으로, 나사와 시에라·스페이스는 저궤도에 진입한 우주선을 실제로 테스트할 예정이다. 드림 체이서 테나시티는 우주정거장에 접근하면서 자세 제어, 병진 및 중지 기능을 입증하는 일련의 시연을 수행할 예정이다. 기동성 시연을 마치면 우주정거장 우주비행사들은 카나담2(Canadarm2) 로봇 팔을 사용해 우주선을 잡고 지구를 향한 포트에 도킹한다. 우주선은 궤도상의 실험실에 약 45일간 머무른 후 우주정거장에서 지구로 향해 케네디 우주 시설로 다시 돌아온다. 착륙 후 시에라 스페이스는 필요한 검사를 하기 위해 드림 체이서를 처리 시설로 되돌려 나머지 나사 화물을 하역하고 다음 임무를 준비하는 프로세스를 시작한다.
- IT/바이오
2024-05-23
[퓨처 Eyes(37)] 양자 컴퓨팅, 초순수 실리콘 개발로 큰 도약

과학자들이 실리콘 동위원소 제거를 통해 정제된 초순수 실리콘을 만들어 양자 컴퓨팅 구현에 한 발 더 다가섰다. 최근 영국과 호주의 과학자들이 고성능 큐비트 장치를 구성할 수 있는 초순수 실리콘을 생산해 양자 컴퓨팅 발전에 새로운 가능성을 열었다고 어스닷컴과 인디펜던스 등 다수의 외신이 보도했다. 이번 연구는 호주 멜버른 대학교와 영국 맨체스터 대학교의 첨단 전자 재료 그룹이 주도했다. 실리콘은 전자 제품과 컴퓨팅에서 매우 중요한 소재로, 반도체 기술의 동의어처럼 사용된다. '실리콘 밸리'라는 지명도 실리콘의 중요성을 반영한다. 실리콘은 다양한 조건에서 전기를 전도하도록 만들 수 있으며, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다. 지난 수십 년 동안 실리콘은 컴퓨터의 엄청난 확장을 촉진했지만, 실리콘의 순도 문제는 슈퍼컴퓨터 등 고급 시스템에서 제한 요소로 작용했다. 실리콘은 자연 상태에서 실리콘-28(Si-28), 실리콘-29(Si-29), 실리콘-30(Si-30) 등 세 가지 안정적인 동위원소로 존재한다. Si-28은 전체 실리콘의 약 92.23%를 차지하며, Si-29는 약 4.67%, 희귀한 Si-30은 약 3.10%를 차지한다. 이번 연구의 공동 감독자인 데이비드 제이미슨 교수는 "자연적으로 발생하는 실리콘은 대부분 Si-28이지만, 약 4.5% 존재하는 동위원소 Si-29가 문제를 일으킨다"고 지적했다. 그는 "실리콘-29는 각 원자의 핵에 여분의 중성자가 있어 작은 불량 자석처럼 작용해 양자 일관성을 파괴하고 컴퓨팅 오류를 일으킨다"고 설명했다. 연구팀은 이온 주입기를 사용해 컴퓨터 칩에 Si-28 빔을 발사해 Si-29의 불순물을 제거했다. 그 결과 Si-29 함량이 4.5%에서 0.0002%로 감소했다. 제이미슨 교수는 "이온 주입기를 조정해 실리콘을 이 수준으로 순수하게 정제할 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 리처드 커리 교수는 "이 획기적인 발전으로 양자 컴퓨팅을 구축하는 작업이 상당히 가속화될 것"이라고 말했다. 커리 교수는 "우리는 실리콘 기반 양자 컴퓨터를 구성하는 데 필요한 중요한 ‘벽돌’을 효과적으로 만들었다"라고 비유하면서, "이 기술은 인류를 변화시킬 잠재력을 가진 기술(양자 컴퓨팅)을 실현 가능하게 만드는 중요한 단계"라고 덧붙였다. 이번 발견은 과학 학술지 커뮤니케이션 머티리얼스-네이처에 게재됐다. 양자 컴퓨터는 큐비트 수가 많을수록 더 강력하지만, 오류에 더 취약하다. 양자 컴퓨팅의 구성 요소인 큐비트는 매우 민감하여 안정적인 환경이 필요하기 때문이다. 온도 변화 등 환경의 아주 미세한 변화도 컴퓨터 오류를 일으킬 수 있다. 다시 말하면, 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 무한한 영역을 활용해 일반 컴퓨터가 할 수 없는 일을 수행할 수 있다. 그러나 정보를 처리하고 저장하는 양자 비트(큐비트)는 미세한 온도 변동이나 실리콘 불순물과 같은 사소한 간섭으로 인해 '일관성'을 잃을 수 있다. 그로 인해 오늘날 과학자들이 사용하는 양자 컴퓨터는 절대 온도(-273도)에 가까운 냉장고에 넣어 두는 경우에만 오류 없이 작동할 수 있다. 큐비트는 중첩과 얽힘 같은 고유한 특성을 가지며, 이를 통해 많은 계산을 병렬로 수행할 수 있다. 하지만 큐비트는 환경에 매우 민감하여 쉽게 양자 상태를 잃을 수 있다. 이를 디코히어런스라고 한다. 이러한 취약성 때문에 양자 오류 수정 기술이 필요하다. 실리콘은 기존 컴퓨팅의 기반이 되는 물질로, 연구자들은 실리콘이 확장 가능한 양자 컴퓨터의 해답이 될 것으로 기대하고 있다. 천연 실리콘의 동위원소 문제를 해결한 멜버른 대학교의 과학자들은 Si-29와 Si-30의 원자를 제거하여 양자 컴퓨터에 적합한 고품질의 초순수 실리콘을 만들어냈다. 슈퍼 컴퓨터를 능가하는 양자 컴퓨터는 단 30개의 큐비트로 작동된다. 이 프로젝트에서 실험을 수행한 라비 아차리아 박사는 "고품질 실리콘 큐비트를 생성하는 능력은 지금까지 사용된 실리콘의 순도에 의해 제한되었다. 우리가 보여준 획기적인 순도는 이 문제를 해결한다"고 설명했다. 제이미슨 교수는 "우리의 기술은 인공지능, 보안 데이터, 통신, 백신 및 의약품 설계, 에너지 사용, 물류 및 제조 등 사회 전반에 걸쳐 획기적인 변화를 약속하는 안정적인 양자 컴퓨터로 가는 길을 열어준다"고 밝혔다. 그는 "이제 우리는 매우 순수한 실리콘-28을 생산할 수 있게 됐다. 다음 단계는 많은 큐비트에 대해 동시에 양자 일관성을 유지할 수 있음을 입증하는 것이다. 큐비트가 30개에 불과한 양자 컴퓨터는 일부 응용 분야에서 오늘날의 슈퍼컴퓨터 성능을 능가할 것"이라고 덧붙였다. 새로운 의약품 설계나 정확한 일기 예보는 오늘날의 슈퍼 컴퓨터로는 계산이 너무 어려운 영역이다. 커리 교수는 "대규모 데이터를 처리할 수 있는 능력을 재고할 수 있는 기술을 통해 우리는 기후 변화의 영향을 해결하고, 보안 통신과 백신 설계 등 의료 문제를 해결하는 등 복잡한 현실 문제에 대한 솔루션을 찾을 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 1917년 어니스트 러더퍼드의 '원자 쪼개기' 발견, 1948년 '더 베이비'의 전자 저장 프로그램 컴퓨팅 최초 시연 등 맨체스터 대학교의 과학 혁신 역사와 맞물려 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 연구팀은 이번에 발견한 초순수 실리콘이 큐비트가 많은 양자 컴퓨터가 더 오랫동안 안정적으로 작동하는 데 도움이 될 것이며, 다음 단계는 이를 테스트하는 것이라고 말했다.
- 포커스온
2024-05-23
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.
- 생활경제
2024-05-21
[기후의 역습(6)] 기후변화로 뇌 질환 악화…치매·우울증·뇌전증 등에 악영향

기후 변화와 기상 재해가 치매나 뇌졸중 등 뇌 질환과 정신 질환을 앓는 환자들의 건강에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높다는 연구 결과가 나와 주목된다. 이 분석은 UCL(유니버시티 칼리지 런던)이 주도하는 연구팀이 밝힌 것으로, 결과는 영국 의학 전문지 '랜싯 신경학(Lancet Neurology)'에 게재됐다고 메디칼익스프레스가 전했다. 보고서에서 연구팀은 기후 변화가 뇌와 신경 질환을 앓고 있는 사람들에게 큰 영향을 미칠 수 있다고 전제하고, 건강 유지 및 불평등 악화를 막기 위해 기후 변화에 대한 이해도를 높이는 것이 시급하다고 강조했다. 해당 연구는 1968~2023년까지 전 세계에 걸쳐 발표된 332편의 논문을 종합 검토하는 방대한 작업을 통해 이루어졌다. 팀은 뇌졸중, 편두통, 알츠하이머병, 수막염, 간질 및 다발성 경화증 등 19가지의 신경계 질환과 함께 불안, 우울증, 정신분열증 등 흔하지만 심각한 여러 정신 질환에 대한 기후 변화의 영향을 다각도로 진단했다. 산제이 시소디야 교수(UCL 퀸스퀘어 신경학 연구소)가 이끈 연구팀은 기후 변화가 신경 질환에 미치는 영향과 규모가 상당하다고 밝혔다. 시소디야 교수는 "기후 변화가 뇌 상태, 특히 뇌졸중과 신경계 관련 질환에 미치는 영향에 대한 명확한 증거가 나왔다. 극단적으로 높거나 낮은 온도를 포함한 기후 변화는 뇌 질환에 영향을 미쳤으며 특히 계절적으로 특이한 기상의 경우에 더욱 그렇다“고 설명했다. 연구팀은 주변 온도가 높거나 열파가 심한 환경에서 뇌졸중으로 인해 입원, 장애 또는 사망률이 증가했다는 사실을 발견했다. 이는 2010~2019년 사이 보험금 청구 사례를 분석한 논문에서 밝혀진 것이다. 인지 장애는 환경 변화에 적응하는 행동을 제한한다. 이 때문에 치매 환자의 경우 극한 기온 변화 또는 홍수나 산불과 같은 기상 재해로 인해 피해를 입기 쉽다고 연구팀은 지적했다. 이는 허약해지는 체력, 복합 질병 및 향정신성 약물 등으로 인해 더욱 악화되며, 더 큰 기온 변화나 폭염 등으로 인해 치매 환자들의 입원 및 사망률이 높아진다. 뇌졸중으로 이어지기도 하며, 수면 부족으로 인해 뇌전증에도 악영향을 미친다는 것이다. 연구팀은 또 악천후의 심각성 증대, 지구 온도 상승 등 악화되는 환경으로 뇌잘환 위험 노출은 갈수록 높아지고 있다고 지적했다. 시소디야 교수는 지금까지 기후 변화를 연계해 사람들의 건강을 추정하는 연구는 많이 이루어지지 않았다고 말했다. 기후 변화가 뇌 질환에 미치는 영향은 향후의 정책적 대응을 어렵게 만드는 만큼 개인과 조직 건강 모두에 유용한 정보를 생성하려면 역동적으로 움직여야 한다는 지적이다. 그는 "기후 변화와 기상 재해에 따른 뇌질환과 정신질환 분야의 영향은 기후 정책을 더욱 복잡하게 만들 것”이라며, 취해야 할 조치를 시급히 진행해야 한다고 강조했다.
- IT/바이오
2024-05-20
[먹을까? 말까?(15)] 희귀 햄버거, 미국 젖소 조류독감 감염으로 안전 점검 필요

최근 미국에서 젖소의 조류독감 감염으로 양이나 사슴 등 동물의 고기로 만든 희귀 햄버거의 위생 안전 문제가 수면위로 떠오르고 있다. 양고기 햄버거는 양고기 특유의 독특한 풍미와 약간의 지방 함량이 특징이다. 일반적으로 양파, 마늘, 허브 등 양념을 듬뿍 넣어 만들며, 페타 치즈, 후무스 등 양오긱와 잘 어올리는 토핑을 추가하기도 한다. 미 농무부(USDA)는 미국에서 젖소에서 H5N1 조류독감 바이러스가 검출된 후 생고기에 대한 즉각적인 조류독감 실험실 테스트에 나섰다. CNN은 지난 16일(현지시간) 젖소에서 검출된 H5N1 조류 독감 바이러스에 대한 새로운 USDA 테스트 결과에 대해 보도했다. 미국 농무부의 실험실 테스트 결과, 생 소고기에서 H5N1 조류 독감 바이러스는 발견되지 않았다. 그러나 이 테스트는, 희귀 햄버거를 먹는 것이 왜 위험한지를 상기시켜주었다. 햄버거 패티, 얼마나 익히는 게 안전할까? 농무부는 최근 젖소에서 H5N1 조류 독감 바이러스가 검출된 후 안전한 식품 취급 요령을 확인하기 위해 실시한 일련의 테스트의 일환으로, 대체 바이러스를 갈은 소고기에 섞은 다음 다양한 시간과 온도에서 패티를 조리하는 실험을 진행했다. 연구원에 따르면 중간 크기의 햄버거 패티를 섭씨 145도까지 조리한 햄버거나 160도까지 조리한 웰던 버거에서는 바이러스가 발견되지 않았다. 그러나 120℃ 이하로 익힌 패티에서는 살아있는 바이러스가 일부 발견됐다. USDA의 고병원성 조류 인플루엔자 수석 고문 대행인 에릭 디블은 "바이러스는 '훨씬, 훨씬 낮은 수준'으로 존재했다"고 말했다. 그러나 낮은 온도에서 익힌 햄버거 패티에 존재하는 소량의 바이러스가 사람을 병에 걸리게 할 수 있는지는 아직 알려지지 않았다. 디블은 USDA는 이미 살모넬라균이나 대장균과 같은 박테리아에 의한 감염을 피하기 위해 식품 온도계로 측정한 내부 온도를 160℃까지 조리할 것을 소비자에게 권고하고 있다고 지적했다. 그는 "이미 권장되고 있는 안전한 식품 취급이나 안전한 조리 관행을 바꿀 필요는 없다고 생각한다"고 말했다. 디블은 지난 5월 6일부터 5월 12일까지 전국 실험실에서 소의 H5N1 조류 독감에 대한 1100건의 검사를 처리했으며, 그 중 278건이 양성으로 추정된다고 말했다. 그는 같은 동물에서 여러 샘플을 채취하거나 검사를 합칠 수 있기 때문에 검사 건수가 검사한 동물의 수나 양성 판정을 받은 동물의 수를 반영하지 않는다고 경고했다. 약 600건의 검사는 주(Stste)를 이동하는 젖소에 대한 검사를 의무화하는 USDA의 새로운 명령에 따라 수행됐다. 또 다른 450건의 검사는 감염 증상을 보이는 젖소를 대상으로 실시됐다. 희귀 햄버거, 먹어도 안전한가? 그렇다면 소고기가 아닌 사슴 고기 등으로 만든 희귀한 햄버거 패티는 어떨까. 사슴고기 햄버거는 소고기보다 높은 단백질 함량과 낮은 지방 함량을 가지고 있다. 사슴 고기 특유의 맛을 살리기 위해 소금, 후추와 같은 간단한 양념으로만 맛을 내기도 하고, 버섯이나 베이컨, 크랜배리 소스 등 다양한 토핑을 활용해 풍미를 더하기도 한다. 그러나 미국에서는 지난 4월 만성소모성질병(CWD: Chronic wasting disease), 즉 '좀비사슴병(광록병)'을 앓고 있던 사슴 고기를 먹은 사냥꾼 2명이 비슷한 신경 질환을 앓고 사망한 소식이 뒤늦게 알려지면서 CWD가 동물에서 인간으로 전염될 수 있다는 우려가 제기됐다. CWD에 감염된 사슴은 체중 감소, 균형 조정력 상실, 무기력증, 체중 감소, 침흘림, 사람에 대한 두려움 부족 등의 현상이 나타나기 때문에 '좀비사슴병'이라고도 불린다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강과학센터의 연구원들은 지난 2022년 CWD를 앓고 있었던 사슴 고기를 먹은 두 명의 사냥꾼이 CWD와 같은 신경 질환인 산발성 크로이츠펠트야콥병(CJD) 발병한 후 어떻게 사망했는지를 보고했다. 연구진은 두 번째로 사망한 남성이 77세였으며 정신적인 혼란과 공격성을 나타냈고, 치료를 진행했지만 한 달 안에 사망했다고 밝혔다. 올해 4월 초 미국 신경과 학회 연례 회의에서 발표된 사례 보고서에서 연구원들은 "사망한 환자의 병력은 CWD가 동물로부터 인간으로의 전염 가능성을 시사한다"라고 적어 사슴고기 섭취에 주의보를 내렸다. 연구 결과는 ‘노롤로지’ 저널에 게재됐다. 그밖에 사슴고기 외에도 악어고기, 말고기, 코끼리고기 등 다양한 희귀 고기로 만든 햄버거가 있다. 미국 뉴욕에 있는 바이트 카페(Bite Cafe)는 특이한 재료를 사용한 햄버거를 제공하는 곳으로 악어고기, 사슴 고기 등을 햄버거 메뉴에 포함시켰다. 호주 루버거(RooBerger)는 캥거루 고기를 사용한 햄버거를 파는 매장으로 유명하지만 사슴고기 등 다른 희귀 고기를 사용하는 햄버거도 있다. 희귀 햄버거 패티의 맛에 대한 호기심 때문에 건강을 잃지 않도록 주의하는 것이 바람직하다. 한편, 미국에서는 젖소의 조류독감 바이러스 검출로 우유를 마시는 것이 안전한가에 대한 우려도 제기됐다. 미 연방 식품의약국(FDA)에 따르면 저온살균처리된 우유는 마셔도 안전하다는 대답이다. 저온살균공정은 1860년대에 발명됐다. 1860년대에 프랑스 미생물학자 루이 파스퇴르는 와인과 맥주를 가열하면 부패를 일으키는 미생물이 죽는다는 사실을 발견했다. 이는 당시 프랑스에서 매우 심각한 문제였다. 섭씨 63도(화씨 143)도에서 30분간 가열하는 방법으로 '저온살균법'으로 알려지게 된 이 가열 과정은 제2차 세계대전 이전에 미국에서 채택됐다. 당시 미국에서 발생하는 식중독 질병의 23%가 우유로 인해 발생했다. 1973년에 연방 정부는 미국 내 전역에서 판매되는 모든 우유를 저온 살균하도록 요구했고, 1987년에는 원유의 주 간 판매를 금지했다.
- 생활경제
2024-05-20
[기후의 역습(5)] 대기 중 이산화탄소 축적, 과거 어느 때보다 10배 이상 빨라져

오늘날 대기 중 이산화탄소 증가 속도는 지난 5만 년 어떤 시점보다도 최소 10배나 빠르다는 사실이 밝혀졌다. 고대로부터 쌓인 남극 얼음에 대한 상세한 화학적 분석을 통해 이 같은 사실이 드러났다고 연구 결과를 인용해 PHYS가 보도했다. 이번 연구는 미국 오리건 주립대학교 연구팀이 수행했으며, 결과 보고서는 미국 '국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)' 최신호에 실렸다. 연구 결과는 과거 지구의 급격한 기후 변화에 대한 중요한 새로운 지식을 제공하는 동시에 오늘날 기후 변화의 영향에 대처할 수 있는 새로운 기회를 제공한다. 연구를 이끈 오리건 주립대 지구, 해양 및 대기과학대학의 캐슬린 웬트(Kathleen Wendt) 교수는 "과거를 연구하면 오늘날이 어떻게 다른지를 알 수 있는데, 연구 결과 나타난 오늘날의 이산화탄소 변화는 전례가 없는 규모다"라고 말했다. 웬트 교수는 "우리 연구는 지금까지 관찰된 과거의 자연적 이산화탄소 증가 속도를 크게 뛰어넘는 가장 빠른 속도임을 확인했으며, 이는 과거와 달리 주로 인간에 의한 배출로 인해 발생하는 것으로 그 속도는 과거 어느 때보다 최소 10배 더 높다"고 지적했다. 이산화탄소는 대기 중에 자연적으로 발생하는 온실가스다. 이산화탄소가 대기에 유입되면 온실효과로 인해 기후가 따뜻해지고 지구 온도가 올라간다. 과거에는 빙하기 주기 및 기타 자연적 원인으로 인해 이산화탄소 수준이 변동했지만, 오늘날에는 인간의 배출로 인해 그 수준이 급격히 상승하고 있다. 수십만 년에 걸쳐 남극에 쌓인 빙하에는 기포 상태로 갇혀 있는 고대 대기 가스가 포함되어 있다. 연구팀은 최대 3.2km 깊이까지 코어를 뚫어 수집한 얼음 봉 샘플을 채취, 그 속에 포함된 미량 화학물질을 분석하고 과거 기후에 대한 기록을 수행했다. 과거의 연구에서는 약 1만 년 전에 끝난 마지막 빙하기 동안 이산화탄소 수준이 평균보다 훨씬 더 높은 기간이 여러 번 있었던 것으로 나타났다. 그러나 과거의 측정은 급격한 변화의 전체 특성을 밝힐 만큼 상세하지 않았다. 웬트에 따르면 이는 과거에 무슨 일이 일어났었는지를 이해하는 데 제한적인 데이터였다. 웬트 박사팀은 과거 빙하기 등의 기간에 무슨 일이 일어났는지를 알아보기 위해 더욱 자세한 화학적 측정을 수행했다. 팀은 서남극 빙상에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특정한 패턴이 있었음을 확인했다. 대기 중 이산화탄소의 급증이 전 세계의 급격한 기후 변화와 관련된 하인리히이벤트(Heinrich Events)와 함께 발생했다는 것이다. 하인리히이벤트란 마지막 빙하기 동안 총 6번 발생한 것으로 알려진 기후 한랭화 사건으로, 빙산에 의해 운반된 다량의 암석 파편이 북대서양 해저에서 발견되면서 밝혀졌다. 연구팀은 하인리히이벤트는 빙상의 급격한 붕괴에 의해 발생했으며, 이는 열대 몬순, 남반구 서풍 및 바다에서 나오는 대량의 이산화탄소의 변화를 포함한 연쇄 반응으로 이어졌다고 추정했다. 이산화탄소 농도의 자연적인 상승 중 가장 긴 기간은 55년 동안 약 14ppm이 증가한 것이었다. 이런 이산화탄소 급증은 약 7000년에 한 번씩 발생했다. 그러나 오늘날의 이산화탄소 증가 속도로 계산하면 이 정도 이산화탄소가 증가하는 데는 5~6년밖에 걸리지 않는다. 과거 가장 증가 폭이 컸던 기간에 비해 10배나 빠른 것이다. 이산화탄소 증가 폭이 상대적으로 적었던 다른 기간에 비하면 그 이상이라는 것을 의미한다. 수집된 증거에 따르면 과거 자연적인 이산화탄소 상승기 동안 심해 순환에 중요한 역할을 하는 서풍도 강화돼 남극해에서 이산화탄소가 빠르게 방출됐다. 다른 연구에서는 기후 변화로 인해 이러한 편서풍이 다음 세기 동안 강화될 것이라는 예상도 나왔다. 만약 그런 일이 일어난다면, 남극해의 이산화탄소 흡수 능력이 크게 감소할 것이라고 연구팀은 지적했다. 웬트는 "우리가 방출하는 이산화탄소의 흡수를 일부 남빙양에 의존하지만, 남풍이 급격히 증가하면 흡수 능력이 크게 약화되고 기후 변화는 가속할 것이며 지구 온난화는 더 심해질 것"이라고 우려했다.
- 경제
2024-05-16
[기후의 역습(4)] 기후 과학자 77%, "2.5°C 지구 온난화 피할 수 없다" 경고

기후 과학자 중 약 80%가 2100년까지 지구 온도가 최소 섭씨 2.5도 상승할 것으로 예상했다. 지구 온난화를 산업화 이전 수준 대비 1.5도로 제한하는 데 성공할 것이라고 생각한 과학자는 6%에 불과했다고 가디언이 전했다. 거의 4분의 3에 달하는 응답자는 세계 지도자들의 부족한 행동을 ‘의지 부족의 소치’라고 비난했으며, 60%는 화석연료 회사와 같은 기업의 이익이 온난화를 늦추는 기후 대응 조치의 진전을 방해하고 있다고 답했다. 남아프리카공화국의 한 과학자는 가디언지에 "남반부 주민들이 막대한 고통과 고난을 겪게 될 디스토피아에 가까운 미래를 우려한다"면서 "현재까지 세계의 반응은 비난받아 마땅하며, 우리는 바보들의 시대에 살고 있다"고 비판했다. 이번 설문 조사는 가디언의 대미언 캐링턴이 2018년부터 IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 패널) 보고서의 선임 저자로 활동한 모든 전문가를 대상으로 실시했다. 연락처 정보가 제공되는 843명의 과학자 중 383명이 설문에 응답했다. 설문은 2100년까지 지구의 기온이 얼마나 상승할 것이라고 생각하는지를 물었다. 77%는 최소 2.5도 이상을 예측했고, 거의 절반은 3도 이상까지 예측했다. 캐링턴은 소셜미디어에 "기후 연구에 일생을 바친 전문가들의 개인적 고뇌가 너무 크다는 사실이 놀랍다"며 "답변에서는 ‘희망이 없다’, ‘망가졌다’, ‘격분했다’, ‘겁이 났다’, ‘압도당했다’ 등의 어구가 많이 사용됐다"고 적었다. 1.5도는 2015년 파리 협약에서 합의된 지구 온난화 목표다. 세계 지도자들은 온난화를 2도보다 훨씬 낮은 수준으로 유지하겠다고 약속했다. 그러나 현재 시행 중인 정책은 지구를 3도 이상으로 올려 놓을 것이라는 전망이다. 이번 조사는 기록적인 캐나다 산불과 극심한 폭염, 치명적인 홍수를 겪는 등 극한의 재난 직후에 이루어졌다. 2024년 첫 4개월은 모든 달이 역대 가장 더웠으며, 올해는 이미 전 세계적인 산호초 백화 현상이 네 번째로 발생했다. 호주의 태즈메이니아 대학 그레타 페클 교수는 “향후 5년 안에 우리는 심각한 사회적 혼란을 겪게 될 것”이라고 우려하고 "정부는 극단적인 사건의 연속으로 압도될 것이고, 식량 생산도 중단될 것이다. 미래에 대해 이보다 더 큰 절망을 느낄 수는 없다"고 토로했다. 과학자들은 화석연료 연소로 이익을 얻는 정부와 기업이 기후 대응 조치를 방해했다고 지적했다. 많은 과학자는 "불평등을 창출한 부유한 세계가 자국의 배출량은 줄이면서도 기후에 취약한 국가에 대한 지원은 거부하고 있다“고 비난했다. 런던 경제 대학의 스티븐 험프리스는 "특히 영미권(미국, 캐나다, 영국, 호주), 러시아와 중동의 주요 화석연료 생산국의 의사 결정권자들이 취약한 사람들이 고통받는 구조로 몰아가고 있다”고 말했다. 암울한 예측에도 불구하고 많은 과학자들의 연구는 이어지고 있다. 멕시코 국립자치대학교에서 기후 모델링을 연구하는 루스 세레소-모타 박사는 "연구가 계속되고 있기 때문에 권력자들이 몰랐다고 말할 수는 없다. 신경 쓰지 않는다는 것이 정확한 표현일 것"이라고 지적했다. 학자들은 젊은 세대의 인식과 기후 운동에서 희망을 찾는다. 온난화를 0.1도만 방지해도 1억 4000만 명을 보호할 수 있다는 사실을 강조하면서 공격적 대응을 주문하고 있다. 영국 엑서터 대학교의 피터 콕스 교수는 "기후 변화로 1.5도 이상으로 올라도 지구가 갑자기 위험해지지는 않는다. 2도를 넘기더라도 '게임 끝'은 아닐 것"이라고 말했다. 1.5도를 유지할 수 있다고 답한 과학자들은 재생 가능 에너지 및 전기자동차와 같은 기후 친화적 기술의 출시 속도와 가격 하락을 핵심 원인으로 꼽았다. 에너지 싱크탱크인 엠버(Ember)는 2023년 전 세계 전력의 30%가 재생에너지라고 보고하면서, 전력 부문 배출량이 감소하기 시작하는 '분기점'이 될 것이라고 예측했다. 다만, 낙관적인 과학자들조차도 기후 위기의 예측 불가능성에 대해서는 경계해야 한다고 경고했다. 유엔 코펜하겐 기후 센터의 헨리 뉴펠트 박사는 "우리는 1.5도 제한에 필요한 모든 솔루션을 갖고 있으며 향후 20년 안에 이를 구현할 것이라고 확신한다"고 말했다. 단 공격적인 대응으로 실기하지 않는다는 것이 전제라고 못박았다. 한편 과학자들은 기후에 변화를 가져오기 위해 인류가 할 수 있는 일에 대한 권장 사항도 제시했다. 험프리스는 ‘시민 불복종 운동’을 제안했고, 프랑스 과학자는 "더 공정한 세상을 위해 사람들이 싸워야 한다"고 강조했다. 콜롬비아 국제열대농업센터의 루이스 베르쇼 박사는 "전 인류가 합심해 협력해야 한다“고 말했다. 요컨대 기후 대응에 시민들이 더 공격적으로 나서야 한다는 의미다. 카디프 사회과학대학원 연구원인 애런 티에리는 이번 설문 조사 결과가 네이처지에 발표된 다른 과학적 의견 조사와 일치한다고 지적했다. 다른 조사에서도 2100년까지 3도 이상의 온난화가 예상된다고 예측했다.
- 경제
2024-05-13
[우주의 속삭임(6)] 게자리 소재 '슈퍼지구' 행성 둘러싼 두꺼운 대기 발견

지구로부터 41광년 떨어진 게자리 지역에 존재하는, 지구보다 8배나 무거운 암석 행성 슈퍼지구(Super Earth) 주변에서 두꺼운 대기층이 감지됐다는 보고서가 발표됐다. ‘55 켄크리 e’로 알려진 소위 슈퍼지구는 이산화탄소와 일산화탄소로 뒤덮인 상당한 대기를 지닌 태양계 외부의 몇 안 되는 바위 행성 중 하나다. 대기층의 정확한 양은 불분명하다. 지구의 대기는 질소, 산소, 아르곤 및 기타 가스가 혼합되어 있다. 캔자스 대학의 천문학자 이안 크로스필드 교수는 "이번 연구는 아마도 이 행성에 대기가 있다는 가장 확실한 증거일 것"이라고 말했다. 이번 연구는 켈리포니아공대 연구팀이 미국 항공우주국(나사·NASA)과 협력해 진행했으며, 결과는 '네이처' 저널에 게재됐다. 슈퍼지구는 지구보다 크지만 해왕성보다는 작은 행성의 크기를 나타낸다. 화씨 4200도(섭씨 2315도)까지 올라가는 행성의 고온은 이 곳에 생명체가 살 가능성이 매우 낮다는 것을 의미한다. 다만 과학자들은 이번 발견이 생명체가 살기 좋은 다른 행성이 존재할 수 있다는 유력한 신호라고 지적한다. 이 외계 행성은 지구보다 8배 더 무겁고, 코페르니쿠스 항성을 너무 가깝게 돌기 때문에 낮과 밤의 면이 영구적으로 존재한다. 1광년은 6조 마일(96조km)에 달한다. 행성 표면은 마그마로 덮여 있다. 연구팀은 대기의 구성을 확인하기 위해 행성이 별 뒤로 지나가기 전과 후의 웹 우주 망원경 관측 결과를 연구했다. 그들은 행성에서 방출되는 빛과 별을 분리하고 그 데이터를 사용해 행성의 온도를 계산했다. 행성의 열은 표면 전체에 고르게 분포되고 있었으며 이는 두터운 대기가 존재함을 알려 준다. 행성에 덮인 마그마에서 나오는 가스는 대기를 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 우주과학자들은 이 슈퍼지구를 탐구하면 지구와 화성이 냉각된 마그마와 함께 어떻게 먼저 진화했는지에 대한 단서를 얻을 수 있다고 밝혔다. 나사 제트 추진 연구소의 행성 과학자이기도 한 렌위 후 박사는 "이번 결과로 우리는 행성 진화의 초기 단계를 들여다 볼 수 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-05-13
[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?

행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
- IT/바이오
2024-05-08
[신소재 신기술(43)] 투명 소재로 광전지 새로운 가능성 열어

독일 라이프치히 물리학자들이 빛이 반투명 물질에서도 전기를 생성한다는 것을 증명했다. 반투명 소재는 빛에 노출되면 빛의 흡수량이 매우 적더라도 전기를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 일부 물질은 특정 주파수의 빛에 투명하다. 이러한 물질에 빛을 비추면 이전의 가정과는 달리 전류가 생성될 수 있다. 라이프치히 대학교와 싱가포르 난양공과대학교의 과학자들이 이를 증명하는 데 성공했다고 오일프라이스가 전했다. 이 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 저널에 발표됐다. 이번 발견은 광전자 및 광전지 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있다. 라이프치히 대학교 이론물리연구소의 인티 소데만 빌라디에고 교수는 "이는 광 증폭기, 센서, 태양전지와 같은 광전자 및 광전소자를 구성하는 데 새로운 패러다임을 열었다"고 말했다. 그의 동료인 시 리쿤은 "물질의 빛 흡수량이 매우 작은 경우에도 빛으로 전류를 구동하는 것이 가능하다. 이것은 중요한 새로운 통찰력이다"라고 전했다. 플로케 페르미 액체 인티 소데만 빌라디에고와 그의 동료들은 '플로케 페르미 액체(Floquet Fermi liquid)' 상태를 조사했다. 페르미 액체는 많은 양자 역학적 입자의 특수한 상태로, 일반적인 고전적인 입자와는 매우 다른 특성을 가지고 있다. 즉, 페르미 액체는 금이나 은과 같은 금속 속 전자의 전기 유체와 같은 일반적인 물질부터 저온에서 헬륨-3 원자의 유체와 같은 보다 이색적인 상황에 이르기까지 다양한 상황에서 발생할 수 있다. 이러한 액체는 저온에서 전기의 초전도체가 되는 등 '놀라운 특성'을 나타낼 수 있다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 영향을 받는 특수한 유형의 금속 상태다. 페르미 액체는 낮은 온도에서 전자들이 마치 자유롭게 움직이는 액체처럼 행동하는 금속 상태이다. 전자 상호작용은 약하며, 전자들은 페르미 에너지로 알려진 특정 에너지 수준에 집중된다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 페르미 액체가 영향을 받는 상태이다. 이러한 힘은 전자의 운동에 영향을 미치고 새로운 에너지 상태를 생성할 수 있다. 외부 힘은 특정 주기로 진동하며, 이를 '시간 주기성'이라고 한다. 예를 들면 레이저 빛, 자기장, 전기장 등이 외부의 힘에 해당된다. 또한 외부 힘은 전자의 에너지 스펙트럼에 새로운 에너지 상태를 생성한다. 이러한 새로운 상태는 '플로케 밴드'라고 불린다. 플로케 페르미 액체는 외부 힘에 비선형적으로 응답한다. 다시 말하면, 외부 힘의 크기에 따라 응답의 크기가 비례하지 않다. 외부 힘의 강도에 따라 플로케 페르미 액체는 절연체 또는 초전도 상태 등 다른 물질 상태로 변화할 수 있다. 플로케 페르미 액체의 응용 분야 플로케 페르미 액체는 광전자 소자, 예를 들어 태양 전지 및 LED의 성능 향상에 사용될 수 있다. 또 양자 컴퓨터 구현에 사용될 수 있는 새로운 유형의 큐비트를 제공할 수 있다. 아울러 고온 초전도 현상을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 플로케 페르미 액체는 아직 연구 초기 단계이지만, 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 가지고 있는 흥미로운 물질 상태이다. 소데만 빌라디에고 교수는 "우리 논문에서는 이러한 유체 상태의 몇 가지 특성을 설명한다"면서 "이를 연구하기 위해서는 빛에 의해 흔들리는 전자의 복잡한 상태에 대한 상세한 이론적 모델을 개발해야 했는데, 이는 결코 쉬운 일이 아니다"고 말했다.
- 포커스온
2024-05-07
[기후의 역습(2)] 북극에 내리는 비, 지구에 미치는 영향은?

지난 2021년 8월, 그린란드의 만년설 정상에 비가 내렸고 몬태나대학 빙하학자 조엘 하퍼 교수가 관련 데이터를 수집했다. 기후 변화 전문 매체 그리스트는 그린란드에서 엄청난 양의 눈이 녹아 눈선(눈이 시작되는 경계선)이 종전 높이에서 600m 이상 올라갔다고 전했다. 문제는 북극 빙하지대에 비가 자주 내리고 있으며, 이 현상이 지구에도 막대한 영향을 미치고 있다고 TCD(더쿨다운)가 보도했다. 빙하가 녹는 속도를 더욱 높인다는 것이다. 미국 지질조사국(US Geological Survey)에 따르면 그린란드 빙상을 포함한 빙하는 세계 담수의 약 4분의 3을 차지하고 있다. 이들은 철 따라 녹고 얼음을 반복하면서 해양의 해류 및 수자원을 조절한다. 빙하는 전 세계 많은 지역사회의 물 공급에 중요하며, 과도하게 녹아 내리면 해수면이 재앙적으로 상승할 것이다. 실제로 남북극의 빙하가 녹아내려 해수면 상승이 심각한 상황이기도 하다. 엎친 데 덮친 격으로 여기에 비까지 더해져 우려를 높이고 있다. 우리가 직면하고 있는 기후 변화의 상황이 더 악화될 수 있는 조짐이라는 경고다. 이런 추세가 계속된다면 빙하에 치명적인 타격을 입히게 된다. 북극의 비가 미치는 영향에 대한 연구는 비교적 최근부터 시작됐다. 과거에는 워낙 드문 현상이기 때문에 연구가 이루어지지 않았다. 하퍼 교수는 2021년 내린 비를 바탕으로 지난 2008년에도 같은 일이 벌어졌다는 것을 확인했다. 그 해 늦가을에도 무려 4일 동안 비가 내렸고 기온은 화씨 기준 50도 이상 올랐다. 북극은 강우량이 거의 없는 곳이다. 그나마 대부분이 눈이다. 그러나 지구 온난화가 진행되면서 비가 점점 더 자주 내리고 있다. 영구 동토층에 내리는 비는 눈과 다르다. 2008년 가을비가 내리는 나흘 동안 빗물은 눈과 얼음층 6m 이상까지 침투해 얼음의 기본 구조를 변화시켰다. 이는 빙하가 녹는 양과 그 물의 흐름을 변화시킨다. 또 비는 빙하를 변화에 더 취약한 구조로 바꾼다. 이는 미래에 눈과 비의 빈도와 강도가 약간만 달라져도 큰 영향을 미칠 것이라는 점을 시사한다. 이는 이미 대량으로 녹으면서 위험에 처해 있는 만년설과 빙하에 대한 또 하나의 위협이다. 인근 지역사회와 해안을 모두 위협하는 것이다. 콜로라도주립대 국립 빙설데이터센터 마크 세레즈 소장은 북극 빙하가 많이 녹을수록 날씨 변화가 가속화될 것이라고 예측했다. 그는 북극에 무슨 일이 일어나고 있는지를 관측하고 있지만 요즘은 놀라움의 연속이라고 말했다. 장기적으로 유일한 해결책은 대기 오염을 줄여 지구의 전체 온도를 낮추는 것이다. 개인은 화석연료 사용에서 청정에너지로 전환하고, 친환경을 지향하는 기업을 지원하고, 친환경 정책을 견지해야 한다는 지적이다.
- 생활경제
2024-05-07

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