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2024-11-22 (금)

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[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견

휴스턴 대학교(UH)가 토성에 엄청난 에너지 불균형이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 행성 과학의 발전을 촉진하고, 태양계의 가스 거대 행성인 토성에 대한 기존의 기후 모델에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션에 게재됐으며, 대학 공식 홈페이지에도 실렸다. UH 물리학 리밍 리 교수를 중심으로 한 연구팀은 "토성에서 계절적 규모의 거대한 글로벌 에너지 불균형이 관찰된 것은 이번이 처음"이라며 "이는 천문학계에 행성의 형성과 진화에 대한 새로운 시각을 제시할 뿐만 아니라, 행성 및 대기 과학에 대해 정의하는 방식까지 변화시킨다“고 말했다. 연구진이 발견한 토성 에너지 불균형은 카시니 토성 탐사선이 미션을 수행하며 얻은 데이터를 토대로 한 분석을 통해 나타났다. 연구진은 “태양계의 모든 행성은 태양 복사의 형태로 태양으로부터 에너지를 얻고, 열을 방출하며 에너지를 소비한다. 그러나 거대 가스 행성인 토성은 열 구조와 기후에 영향을 미치는 깊은 내부 열의 형태로 또 다른 에너지를 갖고 있다"고 지적했다. 불균형은 원일점(태양에서 가장 먼 궤도 지점)에서 근일점(태양에 가장 가까운 궤도 지점)까지 거의 20%나 달라지는 토성의 큰 궤도 이심률로 인해 발생했다. 이로 인해 흡수된 태양 에너지에 계절적 변화가 크게 나타났다. 지구의 경우 궤도 이심률이 매우 작기 때문에 심각한 계절적 에너지 불균형은 나타나지 않는다. 따라서 지구의 내부 열은 미미하며, 지구 계절은 토성에서 몇 년 동안 지속되는 것에 비해 대단히 짧아 불과 수개월 지속될 뿐이다. 데이터는 또한 토성의 불균형한 에너지가 토성 대기의 지배적인 기상 현상인 거대 폭풍의 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 보여 주었다. 이 데이터는 지구의 날씨에 대한 분석도 간접적으로 제공할 수 있다고 한다. 나사(NASA), 유럽우주국(ESA), 이탈리아우주국(ASI)의 공동 프로젝트인 카시니 탐사선은 1997년에 발사돼 거의 20년 동안 토성과 거대한 고리 및 위성을 탐사했다. 연구진의 리 교수는 토성의 복사 에너지를 관찰하는 세 가지 탑재 장비를 모니터링하기 위한 과학자로 참여하고 있다. 연구팀은 향후 10년 내에 탐사 임무가 계획되어 있는 천왕성을 포함한 다른 가스 거대 행성을 대상으로 관측을 지속한다는 계획이다. 이들 행성 역시 심각한 에너지 불균형을 나타낼 것이며, 특히 천왕성은 궤도 이심률과 매우 높은 경사도로 인해 가장 큰 에너지 불균형을 나타낼 것으로 예상하고 있다. 한편, 이번 연구에는 UH 외에도 나사, 위스콘신 대학교, 메릴랜드 대학교, 센트럴 플로리다 대학교, 캘리포니아 주립대 산타크루즈 캠퍼스와 프랑스 및 스페인의 학자들이 대거 참여했다.
- IT/바이오
2024-06-20
[기후의 역습(15)] 과학자들, 해수면 60cm 이상 상승 경고

해수면 상승은 남서 태평양의 여러 섬에서부터 이탈리아의 베니스와 같은 운하 기반 도시에 이르기까지 전 세계 해안을 위협하고 있다고 지구 온난화를 막기 위한 비영리기관 TCD(쿨다운)이 전했다. 미국에서는 보스턴을 비롯한 많은 해안 도시들이 해수면 상승에 대비하고 있으며, 미국 국립해양대기청(NOAA)은 30cm의 해수면 상승을 어떻게 관리할 것인지에 대한 대화형 지도를 공유하기에 이르렀다. NOAA의 2022년 해수면 상승 기술 보고서는 2022년의 오염 수준이 유지된다고 가정할 경우, 2020~2100년 사이에 해수면이 60cm 이상 상승할 가능성이 더 높아질 것이라고 설명하고 있다. NOAA는 또 운송, 농업, 산업, 기타 원인으로 인한 오염과 지구 온난화를 줄이지 못하면, 같은 기간 동안 해수면의 높이가 2m10cm까지 올라갈 수 있다고 경고했다. 해수면이 60cm 상승하면 미국에서는 동부와 서부 해안에 접한 모든 주들과 루이지애나, 텍사스, 미시시피, 앨라배마까지 위험에 처하게 된다. 오리건은 가장 큰 영향을 받을 수 있는 주 중의 하나다. '오리건 라이브'에 따르면 해수면이 1m80cm 상승하면 주 경계를 따라 흐르는 컬럼비아 강에 있는 섬들이 물에 잠기게 될 것이며, 강 인근에서 가장 큰 섬인 소비아일랜드를 완전히 수장할 가능성도 높다. 이 정도 상승이면 해안을 따라 광범위한 피해가 발생할 것이며, 워렌턴, 씨사이드, 톨레도와 같은 곳도 대부분 물에 잠기게 된다. 높아지는 수위는 무엇보다도 해안 지역 사회를 심각한 홍수의 위험에 빠뜨린다. 가정과 일터를 파괴하고, 일부 지역에서는 사람이 거주할 수 없게 되며, 시민들은 생존의 위험에 노출된다. 미국 국립자원보호협의회(NRDC)에 따르면 해수면 상승의 다른 주요 영향 중에는 기상 이변, 토지 상실 및 해안 침식, 염수 침입 및 담수 오염, 기후 이주 가능성 증가 등이 있다. 여기서 기후 이주는 혹독한 기후로 바뀜에 따라 인간이 거주할 수 없게 돼 강제로 이주할 수밖에 없는 경우를 말한다. 해수면이 60cm 상승한다면 한국 영토의 약 10.8%가 침수될 것으로 예상된다. 이는 약 2600㎢에 해당하는 넓이다. 침수 예상 범위는 해안 지형, 지표고, 조류, 방파제 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다. 인천광역시, 경기도, 충청남도, 전라남도, 경상남도 등 해안 저지대에 위치한 지역들이 주로 영향을 받게 될 것이다. 해수면 상승의 가장 큰 원인은 지구 온난화다. NRDC가 지적했듯이, 더 따뜻한 날씨는 매년 2700억 톤의 그린란드 빙하를 녹인다. 그린란드 얼음 덩어리가 사라지고 있는 것이다. 이는 그대로 바다로 흘러들어 해수면을 높인다. 바다는 또 이산화탄소와 메탄과 같은 가스의 차단(커튼 효과)에 의해 대기에 갇힌 과잉 열의 약 90%를 흡수한다. 이것은 물의 팽창으로 이어진다. NOAA 과학자들은 2004년 이후 세계 해수면 상승의 3분의 1이 해수 온난화로 인해 발생하는 것으로 추정한다. 따라서 지구 온난화를 유발하는 오염을 줄이는 것이 지구의 건강과 인간의 안전을 위해 필수적이라는 지적이다. 국가와 기관, 기업의 대책도 중요하지만 주민들의 생활 방식 변화도 이에 기여할 수 있다. 자동차를 버리고 걷거나 자전거와 같은 마이크로모빌리티를 타는 것이 권장되며, 식물성 식단으로 전환하는 것도 세계 최대 오염원 중 하나인 육류 산업의 수요를 줄인다. 습지는 자연적인 방수 기능을 제공하며, 해수면 상승에 대한 완충 역할을 한다. 습지 보호 및 복원을 통해 해안선의 자연적 방어력을 강화해야 한다. 또한 염수에 강한 작물과 나무를 개발하여 해수면 상승으로 인한 농업 및 임업 피해를 최소화해야 한다.
- 포커스온
2024-06-19
[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시

물과 펩타이드를 조합해 자가 조립 뿐만 아니라 자가 치유되는 유리가 개발돼 관련 업계의 이목을 집중시키고 있다. 이스라엘 텔아비브 대학교 및 네게브 벤구리온 대학교의 재료과학자 팀은 미국 캘리포니아 공과 대학 소속 연구팀과 협력해 특정 펩타이드와 물을 혼합하면 자가 조립 및 자가 치유가 가능한 유리가 생성되는 것을 발견했다고 PHYS가 전했다. '자가 치유 유리'는 외부 충격이나 손상으로 균열이나 파손됐을 경우, 특별한 조치를 취하지 않고도 스스로 원래 상태로 복구되는 능력을 가진 유리를 말한다. 마치 살아있는 생명체가 스스로 상처를 치유하는 것과 비슷한 개념이다. 자가 치유 유리는 특수한 화학 물질이나 구조를 활용해 개발된다. 예를 들면, 특정 물질이 균열 부위로 이동해 틈을 메우거나, 미세한 캡슐에 담긴 치유 물질이 파손시 방출돼 손상 부위를 복구하는 방식 등이 있다. 연구팀은 다른 단백질의 특성을 조사하던 중 우연히 자가 치유 유리를 발견한 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이탈리아 트리에스테 대학교의 실비아 마르케산(Silvia Marchesan)은 같은 저널에서 해당 유리의 특성과 잠재적 응용 분야를 설명하는 기고글을 실었다. 연구팀은 짧은 펩타이드를 복잡한 거대 분자의 기존 구성 요소와의 대체 가능성을 조사하던 중, 두 개의 페닐알라닌 잔기로 구성된 디펩타이드 분자와 물을 혼합했을 때, 상온에서 물이 증발하면서 스스로 조립(자가 조립)되는 초분자 비정질 유리가 생성되는 것을 발견했다. 이 발견은 과거 펩타이드 자가 조립 연구에서 주로 결정질 구조의 물질이 생성되었던 것과는 달리, 투명하고 유리와 유사한 특성을 보였다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 새로운 유리의 특성을 분석하여 높은 강성과 더불어 자가 치유 및 접착력을 가지고 있음을 확인했다. 또한, 기존 유리와 동일한 수준의 투명도를 나타냈으며, 유리창이나 친수성 표면 코팅, 다양한 배율의 광학 렌즈 제작 등 정밀한 용도에도 활용될 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 이 유리의 다양한 응용 분야를 탐색할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 기존 상용 유리 제조 과정에서 요구되는 많은 에너지가 필요하지 않다는 점을 강조했다. 한편, 지난해 여름에는 자가 치유되는 금속이 발견됐다. 진공 환경에서 백금 나노 결정이 균열을 자가 복구하는 과정이 실험실에서 처음으로 관찰된 것. 미국 텍사스 A&M 대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 2013년 에측했던 금속의 자가 치유 현상이 10년만에 발견되는 영화와 같은 일이 실제로 일어난 갓이다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 지난해 여름 나노 결정의 균열 실험 중 금속의 자가 치유 현상을 발견했으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 자가 복구는 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어질 수 있는 '금속의 피로' 현상을 막을 수 있다.
- 포커스온
2024-06-17
[기후의 역습(14)] 태평양 연안 회색 고래, 20년 새 13% 작아져

태평양 북서부 연안의 얕은 바다에서 여름을 보내는 회색 고래의 몸 길이가 2000년 경부터 크게 줄었다는 사실이 오리건 주립대(OSU)의 새로운 연구에서 밝혀졌다. 오리건 주립대 홈페이지에 게재된 연구결과에 따르면, 회색 고래의 크기가 작아지면 고래의 건강과 번식에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 고래들이 공존하는 먹이사슬에 경종을 울린다고 연구팀은 지적했다. 연구팀을 이끈 OSU 해양 포유류 연구소의 K.C 비를리히 교수는 "이번 연구 결과는 회색 고래의 개체수가 감소하기 시작했거나 건강하지 않다는 조기 경고일 수 있다"고 말했다. "고래는 해양 생태계의 파수꾼으로 간주되는데, 고래 개체수가 유지되지 않으면 환경 자체에 위협이 될 수 있다"는 것이다. 이 연구는 '글로벌 생물학 변화(Global Change Biology)' 학술지에 발표됐다. 이 연구는 약 1만 4500마리의 동부 북태평양(ENP) 개체군 내 약 200마리의 하위 그룹인 PCFG(태평양 연안 섭식 그룹)를 조사한 결과다. 이 하위 그룹은 오리건 해안에 가까이 머물며 회색 고래 개체군이 1년의 대부분을 보내는 북극해보다 더 얕고 따뜻한 바다에서 먹이를 찾는다. OSU의 최근 연구는 이 하위 그룹에 속한 고래들이 ENP 고래들보다 더 작고 전반적으로 더 나쁜 신체 상태에 있다는 것을 보여주었다. 이들 고래의 크기가 최근 수십 년 동안 점점 작아지고 있는 것으로 나타난 것이다. 회색 고래 길이 13% 짧아져 해양 포유류 연구소는 2016년부터 회색 고래의 크기를 측정하기 위해 고래 위로 드론을 띄워 관측하는 등 회색 고래 하위 그룹을 연구해 왔다. 연구팀은 나이가 알려졌거나 추정되는 고래 130마리의 2016~2022년 이미지를 사용해 분석한 결과, 2020년에 태어난 성숙한 회색 고래의 몸 길이는 2000년 이전에 태어난 고래의 길이보다 1.65m 짧은 것으로 추정됐다. 완전히 성숙했을 때 고래의 길이가 11.58~12.5m로, 13% 이상이 줄어든 것이다. 연구팀원인 스코틀랜드 세인트앤드루스 대학의 엔리코 피로타 연구원은 "동물의 크기는 매우 중요하다. 그들의 행동, 생리, 생활사에 영향을 미치며, 그들이 속한 생태계에 연쇄적인 변화를 일으킨다"고 지적했다. 피로타는 ”젖을 뗄 시기의 작은 고래의 생존율에 영향을 미치며, 독립에 따르는 불확실성에 대처하지 못할 수도 있다"고 강조했다. 성체 회색 고래의 가장 큰 본능은 번식이다. 그런데 이 연구는 "PCFG 회색 고래가 몸체를 키우고 건강을 유지하기 위해 얼마나 효과적으로 에너지를 저장하고 활용할 수 있는지에 대한 의문이 있다"고 지적했다. 회색 고래가 개체수를 유지할 수 있는 충분한 에너지가 유지되기 어려울 수 있다는 것이다. 기후 변화 등 인간 활동에 기인 회색 고래의 크기가 줄어드는 것은 인간 활동으로 인한 것일 수도 있다. 선박 운전과 낚시 도구 등의 사용으로 PCFG 고래에 피해가 생기고, 그 결과 몸집이 작아지며, 에너지 비축량의 감소로 건강이 악화될 수 있다는 우려다. 특히 고래가 부상을 당하면 회복력이 약해질 수 있다. 연구는 또한 바다의 용승과 이완 주기를 추적함으로써 태평양 연안에서 회색 고래의 먹이 가용성을 변화시킬 수 있는 해양 환경의 패턴도 조사했다. 용승은 깊은 바다에서 표면으로 물을 밀어 올리는 현상이며 이완은 그 반대다. 용승은 영양분을 더 깊은 지역에서 얕은 지역으로 쓸어버리며, 이완 기간은 빛이 플랑크톤과 유기체가 얕은 지역에 남아 성장하도록 한다. 바다의 용승과 이완 사이의 균형은 회색 고래가 생존할 수 있는 생태계를 유지하는 핵심 중의 하나다. 그런데 연구 데이터는 용승과 이완 사이의 균형에 변화가 생겼으며, 이것이 고래 크기의 감소에도 영향을 미쳤음을 보여준다. 용승과 이완의 균형이 어긋난 것은 기후 변화 때문이다. 기후 변화는 바람 패턴과 수온의 변화를 일으켜 북동 태평양의 해양에 큰 영향을 미쳤다. 그리고 이러한 변화가 복합적으로 작용해 용승과 이완의 역학을 변화시켰다. 연구팀은 그간 축적된 데이터 세트를 활용, 현재 회색 고래 크기 감소와 환경적 인과관계를 추적하고 있다.
- 포커스온
2024-06-17
[먹을까? 말까?(26)] 식이 보충제 오메가-3, 공격성 28% 급감 효과

인간의 공격성을 약 30% 감소시키는 식이 보충제가 발견됐다. 미국 펜실베니아 대학교 과학자들의 새로운 연구에 따르면 생선 기름 캡슐인 오메가-3가 공격성을 28%나 줄일 수 있다고 사이언스얼럿이 최근 보도했다. 오메가-3 지방산은 이전 연구에서 정신분열증 예방과 연관성을 보였다. 공격성이나 반사회적 행동은 부분적으로 영양 부족에서 기인하는 것으로 알려져 있다. 펜실베니아 대학교 연구팀은 오메가-3 보충제가 공격성에 미치는 영향에 대한 기존의 소규모 연구들을 바탕으로 메타 분석을 실시했다. 총 3918명의 참가자를 대상으로 29건의 무작위 대조 시럼을 분석한 결과, 모든 시험에서 적지만 눈에 띄는 단기 효과가 나타났다. 다양한 변수(연령, 성별, 의학적 진단, 치료 기간 및 복용량 포함)를 고려해도 공격성이 최대 28% 감소하는 것으로 확인됐다. 아드리안 레인(Adrian Raine) 신경범죄학자는 "지역사회, 임상 현장 또는 형사 사법 시스템 등 어떤 환경에서든 오메가-3 보충제를 활용해 공격성을 줄여야 할 시기가 왔다고 생각한다"고 말했다. '주도적 공격성'도 감소해 1996년부터 2024년까지 진행된 연구를 포함한 이번 분석은 평균 16주 동안 다양한 인구 통계학적 특성을 가진 참가자들을 대상으로 이루어졌다. 특히, 공격성 감소에는 자극에 대한 반응으로 나타나는 '반응적 공격성'과 계획된 행동인 '주도덕 공격성' 모두 포함되어, 오메가-3가 다양한 유형의 공격성에 도움이 될 수 있음을 시사했다. 이러한 관계를 더욱 확실하게 규명하기 위해서는 장기간에 걸친 대규모 연구가 필요하지만, 이번 연구는 어유 정제와 그 안에 함유된 오메가-3가 뇌에 어떻게 유악한 영향을 미칠 수 있는지에 대한 이해를 넓히는 데 기여했다고 한다. 레인은 "최소한 공격적인 아이를 치료하려는 부모들은 아이가 받는 다른 치료 외에도 매주 한 두번 생선을 더 섭취하는 것이 도움이 될 수 있다는 사실을 알아야 한다"고 강조했다. 연구팀은 오메가-3가 염증을 줄이고 필수적인 뇌 기능을 유지하는 방식이 공격성 조절에 도움을 줄 수 있다고 추정했다. 생선 기름에서 추출한 보충제가 치명적인 심장 마비와 뇌졸중 및 기타 심장 질환 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다는 연구 결과를 고려하면, 식단에 오메가-3를 추가하는 것은 많은 이점을 가져다 줄 수 있다고 연구팀은 제안했다. 레인은 "오메가-3가 사회의 폭력 문제를 완전히 해결하는 마법의 해결책은 아니지만, 이번 연구 결과를 토대로 우리는 확신하며, 우리가 얻은 새로운 지식을 바탕으로 행동해야 한다"고 말했다. 이번 연구는 '공격과 폭력적 행동(Aggression and Violent Behavior)' 저널에 게재됐다.
- 생활경제
2024-06-17
[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견

화성 탐사선이 바위 지대를 우회하는 경로라고 생각했던 화성의 네레트바 계곡(Neretva Vallis)이 연구팀에 새로운 지질학적 정보를 다수 제공했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지에 따르면 나사의 퍼시비어런스(Perseverance) 화성 탐사선은 바위를 피하기 위해 모래 언덕으로 우회, '브라이트 엔젤(밝은 천사)'이라는 별명을 가진 조사 대상 지역에 도착했다. 탐사선의 바퀴가 바위로 인해 손상될 것을 우려한 우회 조치였던 것. 그런데 경로 변경으로 인해 의외의 성과를 거두는 행운이 따라왔다. 브라이트 엔젤에 도달하는 예상 소요 시간을 몇 주 단축했을 뿐만 아니라, 고대 강 수로에서 지금까지 나타나지 않았던 암석을 찾아 새로운 지질학적 특징을 발견할 수 있었던 것이다. 퍼시비어런스는 '예제로 분화구(Jezero Crater)'의 가장자리 안쪽 지역인 '마진 유닛(Margin Unit)'에서 탄산염과 감람석(마그네슘-철 성분의 규산염광물) 퇴적물 증거를 찾고 있다. 북쪽 강 기슭에 위치한 브라이트 엔젤은 강 침식으로 노출됐거나 수로를 채운 퇴적물일 가능성이 있는 밝은 톤의 고대 암석 표면을 특징으로 한다. 연구팀은 탄산염과 감람석이 풍부한 마진 유닛 지역의 암석들을 찾고 예제로 분화구의 역사를 규명하는 작업을 진행하고 있다. 브라이트 엔젤로 가는 길에 퍼시비어런스 탐사선은 수십억 년 전 예제로 분화구로 많은 양의 물을 공급했던 네레트바 계곡 강 수로를 따라 운전했다. 나사의 퍼시비어런스 경로 계획 책임자 에반 그레이서는 "수로를 따라 이동하는 중 바위군이 장애물로 나타났고 이로 인해 하루 평균 100m를 넘던 주행 거리가 불과 수십 미터로 줄었다. 이에 따라 탐사선의 자동경로 탐색기(AutoNav)는 우회 경로를 찾게 됐고, 팀은 강 수로에 있는 400m 길이의 모래 언덕을 횡단하는 새로운 길을 찾았다“고 말했다. '아토코 포인트(Atoko Point)' 최초 발견 퍼시비어런스 연구팀은 그 과정에서 과거에는 관찰된 적이 없었던 바위로 뒤덮인 언덕 '워시번 산(Mount Washburn)'을 탐사할 수 있는 기회를 얻었다. 워시번 산의 질감과 구성의 다양성은 연구팀으로서는 흥미로운 발견이었다. 특히 이곳의 다양한 암석들 중 연구팀의 관심을 사로잡은 바위가 하나 발견됐다. 연구팀은 이곳을 '아토코 포인트(Atoko Point)'라고 명명했다. 발견된 바위는 넓이 45cm, 높이 35ccm로 얼룩덜룩하고 밝은 톤이었고, 어두운 주변의 바위들 사이에서 뚜렷이 구분됐다. 퍼시비어런스는 이 바위를 대상으로 슈퍼캠(SuperCam) 및 마스터캠-Z(Mastcam-Z) 장비를 사용해 분석에 나섰고, 결과 이 암석은 휘석과 장석 광물로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 광물 알갱이와 결정의 크기, 모양, 배열, 그리고 화학적 구성 요소 면에서 아토코 포인트는 그 자체로 독보적이었다. 이에 대한 퍼시비어런스 과학자들의 의견은 갈린다. 일부는 아토코 포인트를 구성하는 광물이 분화구 가장자리에 노출된 지하 마그마 몸체에서 생성되었다고 추측했다. 다른 일부는 그 바위가 예제로 분화구의 훨씬 멀리에서 오래전 생성돼 화성의 수로를 따라 이동해 이곳으로 옮겨졌을 가능성을 점쳤다. 어느 쪽이든 연구팀은 아토코 포인트가 최초의 발견이며, 앞으로 이와 유사한 것을 더 찾을 수 있을 것으로 기대했다. 워시번 산을 떠난 퍼시비어런스 탐사선은 응회암 절벽의 지질을 조사하기 위해 북쪽으로 132m 떨어진 곳을 향했고, 605m 길이의 브라이트 엔젤 여정을 시작했다. 퍼시비어런스는 이 지역의 암석을 분석해 샘플을 수집할 것인지 평가하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-17
미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다

빨간색과 파란색 등 밝은 색상의 플라스틱 제품이 더 빨리 분해되는 것으로 나타났다. 대부분의 플라스틱 제품은 자연 환경에서 분해되지 않고, 아주 작은 플라스틱 조각인 미세플라스틱으로 분해돼 토양과 바다를 오염시키는 주범으로 작용하고 있다. 플라스틱 품목의 색상이 마세플라스틱으로 분해되는 속도에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 입증되었다고 영국 일간지 더 가디언이 최근 보도했다. 영국과 남아프리카 과학자들은 다양한 색상의 플라스틱을 영국 레스터 지역의 지붕 쥐에 3년 동안 방치해 둔 뒤 남아프리카 해변에서 발견된 플라스틱 품목과 비교 분석했다. 실험 결과 빨간색, 파란색, 녹색 플라스틱은 다른 색상보다 더 빨리 분해되는 것으로 알려졌다. 논문의 수석 연구원인 사라 키(Sarah Key) 박사는 가디언에 "영국 레스터의 옥상에 방치된 샘플과 아프리카 대륙 남단의 바람이 많이 부는 해변에서 수집한 샘플이 비슷한 결과를 보여주는 것은 놀랍다"라고 말했다. 최근 연구에 따르면 미세플라스틱은 외딴 산꼭대기와 대기 상층부, 심해, 심지어 남극 대륙 등 지구 구석구석에서 발견되고 있다. 대기 중의 미세플라스틱은 호흡을 통해 인체 내부로 들어오고 있으며, 인간의 뇌와 태반, 고환과 정액에서도 미세플라스틱이 검출돼 충격을 안겼다. 최근 '전체 환경과학' 저널에 따르면 중국에서 진행된 실험 결과 건강한 남성 36명의 모든 정액 샘플에서 미세 플라스틱이 발견됐다는 충격적인 결과가 보고됐다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 사람들이 이제 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 사실상 불가능하다고 말했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각이 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다. 특히 재활용되지 않고 바다로 흘러들어가는 플라스틱과, 비닐 포장재 등을 통해 식품 시스템에서 플라스틱과 미세 플라스틱 오염이 더욱 심각해지고 있다. UN 환경프로그램(UNEP)의 보고서는 미세플라스틱이 환경에 미치는 영향과 해양, 토양, 담수, 수돗물 등 어디에나 존재하고 있다고 강조했다. UNEP에 따르면 이러한 미세 플라스틱은 동물과 인간에게 염증을 유발하고 신경계를 뱅해하는 등 건강에 해를 끼치고 있다. MIT 테크놀로지 리뷰에 다르면 매년 생산되는 플라스틱의 5~6%만이 재활용되고 있는 실정이다. 이번 연구 결과 빨간색과 파란색, 녹색 플라스틱 제품이 더 빨리 분해된다는 점은 해당 색상의 플라스틱 사용을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 실제로 페기물 방지 자선 단체인 Wrap은 플라스틱을 더 쉽게 재활용할 수 있도록 제조업체에 색소 사용을 피해달라고 이미 조언하고 있다고 가디언은 전했다. 일반적으로 플라스틱의 재활용율이 낮다는 점을 고려하면 플라스틱 포장재로 된 제품 구매나 사용을 피하는 방법도 있다. 여기서는 청소용품을 가정용으로 대체하거나 재사용 가능한 품목의 우선 순위를 정하는 것도 포함된다.
- 생활경제
2024-06-16
[신소재 신기술(59)] 질화갈륨-마그네슘 초격자, 새로운 합성법으로 탄생

과학자들이 질화갈륨(GaN)과 금속 마그네슘(Mg)을 가열해서 초격자가 형성되는 것을 발견했다. 일본 나고야 대학 연구팀은 질화갈륨과 마그네숨 간의 열 반응을 통해 톡특한 조격자 구조가 형성되는 것을 실험 과정 중에 우연히 발견했다고 PHYS가 보도했다. 이는 벌크 반도체에 2차원 금속층이 삽입되는 현상이 최초로 확인된 사례이다. 초격자는 인공적으로 만들어진 주기적인 구조를 가진 물질로, 고성능 트랜지스터, 레이저 다이오드, 광검출기 등 다양한 분야에 활용된다. 연구팀은 최첨단 분석 기술을 통해 물질을 정밀하게 관찰해 반도체 도핑 및 탄성 변형 공학에 대한 새로운 통찰력을 얻었으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 질화갈륨(GaN)은 높은 전력 밀도와 빠른 작동 주파수를 요구하는 분야에서 기존 실리콘 반도체를 대체할 것으로 기대되는 광대역 갭 반도체 물질이다. GaN의 이러한 특징은 LED레이저 다이오드, 전력 전자 장치(전기 자동차 및 고속 충전기의 핵심 부품 포함) 등 다양한 분야에서 활용 가치가 높다. GaN 기반 장치의 성능 향상은 에너지 절약 사회 실현과 탄소 중립 미래를 실현하는 데 기여할 수 있다. 반도체에는 p형 및 n형이라는 두 가지 필수적이고 상호 보완적인 전기 전도 유형이 존재한다. p형 반도체는 주로 양전하를 운반하는 자유 캐리어인 정공을 특징으로 하며, n형 반도체는 자유 전자를 통해 전기를 전도한다. 반도체는 도핑이라는 과정을 통해 p형 또는 n형 전도성을 획득한다. 도핑은 순수 반도체 물질에 특정 불순물(도펀트)을 의도적으로 도입하여 전기적 및 광학적 특성을 크게 변화시키는 것을 의미한다. GaN 반도체 분야에서 p형 전도성을 생성하는 것으로 알려진 유일한 원소는 Mg이다. 그러나 Mg 도핑의 성공 이후 35년이나 지났음에도 불구하고, GaN에서 Mg 도핑의 전체 메커니즘, 특히 Mg의 용해도 한계 및 분리 거동은 여전히 명확하지 않다. 이러한 불확실성은 광전자 및 전자 분야에서의 최적화를 제한한다. 이 연구의 제1 저자인 지아 왕과 그의 동료들은 p형 GaN의 전도도를 개선하기 위해 GaN 웨이퍼에 증착된 금속 Mg 박막을 패턴화하고 고온에서 가열하는 어닐링이라는 기존 공정을 수행하는 실험을 진행했다. '어닐링(Annealing)'은 금속이나 유리 등의 재료를 가열한 후 천천히 식혀 내부 응집력을 제거하고 재료의 성질을 변화시키는 열처리 과정을 말한다. 금속을 가열하고 천천히 식히면 재료의 결정 구조를 변화시켜 강도, 경도, 내식성 등의 특징을 개선할 수 있다. 왕 연구원은 "GaN은 이온 결합과 공유 결합이 혼합된 광대역 갭 반도체이고 Mg는 금속 결합을 특징으로 하는 금속이지만, 이 두 이질적인 물질은 동일한 결정 구조를 가지고 있으며 육각형 GaN과 육각형 Mg의 격자 차이가 무시할 정도로 적다는 것은 놀랍도록 자연스러운 우연"이라고 말했다. 이어 "우리는 GaN과 Mg사이의 완벽한 격자 일치가 구조를 만드는 데 필요한 에너지를 크게 줄여 이러한 초격자의 자발적인 형성에 중요한 역할을 한다고 생각한다"라고 설명했다. 연구팀은 최첨단 전자 현미경 이미징을 사용해 GaN 및 Mg 층이 번갈아 나타나는 초격자의 자발적인 형성을 관찰했다. GaN과 Mg는 물리적 특성이 크게 다른 물질이므로 이처럼 초격자가 자발적으로 형성된 것은 매우 특이한 현상이다. 연구팀은 이 독특한 삽입 거동을 '틈새 삽입(interstitial intercalation)'이라고 명명하고, 이것이 모재에 압축 변형을 유발한다는 것을 밝혀냈다. 특히 Mg 층이 삽입된 GaN은 20GPa 이상의 높은 응력을 견뎌냈다. 이는 대기압의 20만배에 해당하며, 박막 물질에서 기록된 가장 높은 압축 변형이다. 이는 실리콘 필름에서 일반적으로 발견되는 압축 응력(0.1~2GPa)보다 훨씬 크다. 전자 박막은 이러한 변형으로 인해 전자 및 자기 특성에 상당한 변화를 겪을 수 있다. 연구팀은 변형된 방향을 따라 정공 수송을 통한 GaN의 전기 전도도가 크게 향상되었음을 발견했다. 한편, 이 연구는 'GaN 기술의 요람'으로 알려진 나고야 대학에서 이루어졌다는 데 의미가 있다. 이번 연구의 교신 저자인 아마노 히로시와 나고야 대학의 아카사키 이사무는 1980년대 후반에 Mg가 도핑된 GaN을 사용해 최초의 청색 LED를 개발했다. 이들의 공헌은 2014년 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다. 이번 연구에서는 2차원 Mg 도핑의 새로운 메커니즘을 밝혀냄으로써 III-질화물 반도체 연구 분야의 잠재적으로 새로운 길을 열 것으로 기대된다. 왕 연구원은 "마그네슘이 삽입된 GaN 초격자 구조의 발견과 2D-Mg 도핑의 새로운 메커니즘 규명은 질화 3족 반도체 연구 분야의 선구적인 업적을 기릴 수 있는 어렵게 얻은 기회"라고 말했다. 노벨상 수상 후 10년 만에 Mg 도핑의 기술을 발전시킨 왕 연구원은 "이 시기적절한 발견이 이 분야의 새로운 길을 열고 더 많은 기초 연구에 영감을 줄 수 있는 '자연의 진정한 선물'"이라고 밝혔다. 이 연구에는 나고야 대학에서 지아 왕, 카이 웬타오, 순 루, 에미 카노, 비랩 사르카, 와타나베 히로타카, 이카라시 노부유키, 혼다 요시오, 아마노 히로시 등이 참여했다. 외에도 메이지 대학교의 연구진과 오사카 대학교의 나카지마 마코토 교수가 이끄는 광학 그룹이 이 연구의 다른 공저자로 참여했다.
- 포커스온
2024-06-14
4족 로봇개, 달 탐사 임무용 고강도 훈련 진행

나사(NASA)의 존슨우주센터와 대학 컨소시엄의 연구팀이 미국 오레곤주의 주도 포틀랜드 인근의 마운트 후드에서 획기적인 프로젝트를 시작했다. 예측할 수 없는 달 표면의 지형을 탐색하고 이동하는 복잡하고 어려운 작업을 수행할 달 탐사 로봇개 ‘스피릿(Spirit)의 고강도 훈련이 진행됐다고 폭스뉴스가 전했다. 5일 동안 지속된 테스트 기간 동안, 스피릿은 수많은 난관에 봉착했고 이를 해결했다고 한다. 가늘고 긴 금속 다리를 장착한 4족 보행 로봇개는 울퉁불퉁한 땅, 탁한 눈, 바위가 많은 장애물을 횡단했다. USC(서던 캘리포니아 대학교) 비터비 공학대학의 프로젝트 책임자 페이페이 첸은 "다리 달린 로봇은 고르지 않은 지면과 접촉할 때 일어나는 일을 감지하고, 그에 따라 이동 전략을 신속하게 조정할 수 있어야 한다"라고 설명했다. 노면 상태에 따라 적절하게 반응함으로써 균형을 유지하고 전진해야 한다는 의미다. 스피릿 실험은 엔지니어, 인지 과학자, 지구 및 행성 과학자가 포함된 대규모 프로젝트인 LASSIE의 일환으로 실행됐다. LASSIE(Legged Autonomous Surface Science in Analog Environments)는 실제 환경에서 자율 주행으로 걸을 수 있는 다리를 연구하는 프로그램이다. 프로젝트의 목표는 이동하고자 하는 지표면의 다양한 특성을 이해하고, 까다로운 표면을 걷는 로봇의 성능을 향상시키는 것이다. 마운트 후드에서 촬영한 영상을 보면, 이곳은 달과 매우 유사한 초현실적인 환경을 일부 갖추고 있는 것으로 보인다. 이곳에서의 고강도 실험을 통해 스피릿은 귀중한 학습 경험을 쌓음은 물론 미래의 우주 탐험을 준비할 수 있다. 연구진은 다양한 우주 임무를 수행하기 위해 더 많은 4족 로봇을 개발할 계획이다. 이를 위해 시작된 TRUSSES(Temporarily, Robots Unite to Surmount Sandy Entrapments, Then Separate) 프로젝트는 나사로부터 200만 달러의 보조금을 받기도 했다. TRUSSES는 발 달린 로봇이 일시적으로 모래 함정과 같은 장애를 극복하는 기술을 연구한다. 이 로봇은 경험치로 얻은 지식을 공유하고 달을 비롯한 행성 탐사에 도움이 되는 이동 위험 추정 지도를 만든다. 한편 마운트 후드에 있는 팔머 빙하는 달과 유사한 환경을 연습하기에 좋은 장소다. 스피릿을 비롯한 미래의 행성 탐사 로봇들은 이곳에서 극한 지형을 이동하는 방법을 배우고 장애물을 극복하기 위해 피라미드와 같은 구조물로 변신한다. 이 실험은 기술의 경계를 넓히고 장애에 맞서는 방법을 개발하는 해결책을 제시한다는 평가다.
- IT/바이오
2024-06-12
미세플라스틱, 모든 정액 샘플에서도 발견

중국에서 미세플라스틱이 모든 인간의 정액에서 발견됐으며, 정자 운동에도 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 중국의 여러 기관과 연계된 공중보건 연구팀은 테스트한 모든 샘플의 정액에서 미세플라스틱을 발견했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '전체 환경과학((Science of the Total Environment)' 저널에 발표됐다. 연구팀은 직업상 플라스틱에 노출되지 않은 개인을 대상으로 △ 미세플라스틱 폴리머(Polimer, 고분자량 화합물)의 존재와 △ 어떤 유형의 플라스틱이 얼마나 많이 들었는지, △ 정액에 영향을 미치는 매개변수와의 관계를 조사하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 중국 동부 산동성의 성도인 지난(Jinan, 濟南)에 살고 있는, 플라스틱 산업에 종사하지 않는 건강한 성인 남성 36명으로부터 정액 샘플을 수집했다. 이전 연구에 따르면 미세플라스틱은 산꼭대기, 외딴 섬, 대기 상층부, 깊은 해양과 남극 등 거의 모든 곳에 존재하는 것으로 나타났다. 또한 심장과 뇌, 태반, 개와 인간의 고환 등 인체의 모든 기관에서도 미세플라스틱이 발견됐다. 이번 연구에서 각 샘플은 화학 용액과 혼합한 뒤 현미경 분석을 위해 필터링(여과)했다. 미세플라스틱 폴리머를 식별하고 정량화하고 뷴류하기 위해 라만 현미경을 사용했다. 연구에 따르면 정자 운동성은 컴퓨터 보조 성분을 통해 평가됐으며, 형태는 Diff-Quik 염색을 통해 평가됐다. 최근 연구에서 과학자들은 사람들이 평균적으로 매주 신용 카드 1장에 해당하는 양의 플라스틱을 소비한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 이제 사람들이 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 실질적으로 불가능하다고 말했다. 8가지 유형의 폴리머 확인 연구팀은 모든 정액 샘플에서 샘플당 평균 2개의 입자(0.72~7.02μm 범위)의 미세플라스틱을 발견했다. 또한 8개의 서로 다른 플라스틱 폴리머가 확인되었으며, 포장용 스티로폼에 흔히 사용되는 폴리스티렌(31%)이 가장 많이 발견됐다. 연구에 따르면 정자 형태학적 이상이 발견됐지만 특정 플라스틱 유형과 유의미한 관련은 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 또한 섭취된 미세플라스틱이 전 세계 출산율 감소의 원인이 될 수 있는지 테스트했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각에 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는데 도움이 될수 있음을 시사한다. 폴리스티렌에 노출된 정액은 폴리염화비닐 노출 그룹에 비해 더 높은 정자 진행성 운동을 보였다. 건강에 미치는 영향은 아직 알려지지 않았지만 전 세계 많은 과학자들은 미세플라스틱 섭취가 많은 염증성 질환의 원인이 될 수 있다고 추정하고 있다. 연구팀은 다양한 미세플라스틱 폴리머에 대한 노출이 정자의 진행성 운동에 미치는 영향이 다양하다고 설명했다. 이는 광범위하게 존재하고 잠재적인 생식 독성을 지난 미세플라스틱이 남성 생식 능력에 어떤 영향을 미치는 지 추가 조사의 필요성을 강조했다.
- 생활경제
2024-06-11
[기후의 역습(13)] 네덜란드 과학자, 녹아내리는 북극 빙하 재동결 프로젝트 가동

지구 온난화로 인해 눈 덮인 북극의 빙하가 녹아 내리는 것을 막기 위해 과학자들이 이 지역 전체의 기후를 획기적으로 바꿀 계획을 세우고 있다. 월스트리트저널(WSJ)이 운영하는 동영상 채널에 따르면, 네덜란드의 과학자 팀이 기후 변화와 지구 온난화로 인해 치명적으로 줄어들고 있는 북극 빙하를 보전하기 위한 얼음 재동결 프로젝트를 시작했다. 그렇다고 이 프로젝트가 북극 전체를 아우를 정도로 거창한 것은 아니다. 북극을 거대한 냉동고에 넣는 것과 같은 엄청난 실행 계획은 아니지만, 햇빛을 반사함으로써 북극 온도를 낮추고 냉각시킴으로써 얼음을 늘린다는, 이론적으로나 실제적으로 실현 가능한 프로젝트라는 지적이다. 프로젝트들 중 일부는 이미 진행 중이라고 한다. 한 실험은 물을 얼음 표면으로 퍼 올려 얼게 해 북극의 눈 위에 보호층을 형성하는 것이다. 다른 실험은 과학자들이 태양에서 내리쬐는 직사광선을 반사할 수 있도록 눈 위에 반사 유리 구슬을 흩뿌리는 것이었다. 이들 프로젝트는 모두 지구공학의 한 솔루션으로서, 기후 변화로 인한 피해를 상쇄하기 위해 환경의 특정한 측면을 다루는 기술이다. 과학자들이 이런 프로젝트를 심각하게 고려하고 실행하는 것은 국가나 기업, 기관과 단체의 기후 변화 완화 노력이 충분하지 않기 때문이다. 지난해는 북극에서 기록상 역대 가장 따뜻한 해였다. WSJ 동영상에서 네덜란드의 스타트업 악틱리플렉션(Arctic Reflections)은 북극해 전역에서 전략적으로 선택된 장소에 바닷물을 퍼 올려 얼림으로써 얼음층을 두껍게 만들고, 북극 얼음을 열 차폐로 복원하는 실험을 진행하고 있다. 악틱리플렉션은 "빙상 경기를 위한 아이스링크를 건설하는 방식을 차용해 '들판에 물 뿌려 얼리기'와 같은 작업을 반복했다"고 밝혔다. 회사는 "아이스링크 건설 업체들의 얼음 얼리는 방식에서 영감을 얻어 이 프로젝트를 수행함으로써, 탄소 배출을 줄일 획기적인 기술이 적용되기까지 북극 얼음을 조금이라도 더 두껍게 복원하고 유지할 수 있을 것"이라고 기대했다. 얼음은 재생할 수 있다고 회사는 희망적인 메시지를 전하고 잇다. 이런 노력으로 빙하가 녹는 속도를 30% 정도 감소시킬 수 있지만, 여기에는 막대한 투자 및 국제적인 상호 협력과 공동 운영이 매우 중요하다는 지적이다. 유사한 프로젝트를 북극권에서 대폭 확장하는 데 드는 비용은 대략 5000억 달러에 이른다는 추산이다. 그러나 한 연구에서는 북극의 해빙으로 인해 기후 변화가 가속화하면 향후 3세기 동안 무려 130조 달러의 경제적인 손실이 발생할 수 있다고 경고하고 있다. 그러나 이 프로젝트는 기본적으로 1회용 반창고와 같이 일시적으로 상처를 가리는 솔루션일 수밖에 없다. 환경 변화에 대한 광범위한 대응책을 준비하는 임시방편의 의미가 크다는 지적이다.
- 포커스온
2024-06-11
[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.
- 포커스온
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
해양 폐플라스틱 폴리에틸렌 분해 곰팡이 발견

바다에 서식하는 곰팡이 파렝지오돈티움 앨범(Parengyodontium album)이 햇빛에 의한 UV(자외선)에 일정 시간 노출된 플라스틱 폴리에틸렌(PE)을 분해할 수 있는 것으로 나타났다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)의 해양 미생물학 연구팀은 이 같은 사실을 밝힌 연구 결과를 '종합환경과학(Science of the Total Environment)' 저널에 발표했다. 연구팀은 더 많은 플라스틱 분해 곰팡이가 깊은 바다에 살고 있을 것으로 예상하고 있다. 이 곰팡이는 바다의 플라스틱 쓰레기 위에 얇은 층을 이루며 다른 해양 미생물과 함께 공존하고 있다. NIOZ의 해양 미생물학자들은 이 곰팡이가 바다에 유입된 모든 플라스틱 중에서도 가장 많은 PE 입자를 분해할 수 있다는 사실을 규명했다. 연구는 NIOZ 연구팀이 위트레흐트 대학, 해양정화재단(Ocean Cleanup Foundation) 및 파리, 코펜하겐, 스위스 세인트 갈렌 등에 소재한 연구기관의 과학자들과 협력해 수행했다. 이번 발견으로 이 곰팡이는 플라스틱을 분해하는 소수의 해양 곰팡이 목록에 합류하게 됐다. 현재까지 발견된 곰팡이는 4종뿐이지만, 더 많은 수의 박테리아가 플라스틱을 분해할 수 있는 것으로 알려져 있다. 플라스틱 분해과정 정확하게 추적 연구팀은 북태평양의 플라스틱 오염 집중지역에서 플라스틱 분해 미생물을 추적했다. 수집된 플라스틱 폐기물에서 탄소가 포함된 특수 플라스틱을 실험실에서 배양해 해양 곰팡이를 분리했다. 연구팀원인 백스마(Vaksma)는 "13C 동위원소는 먹이 사슬에서 추적 가능한 상태로 유지되며 이는 탄소가 어디로 가는지 파악할 수 있게 해주는 태그와 같은 것이고, 연구를 통해 이를 추적했다"고 밝혔다. 이 연구가 과학적으로 뛰어난 이유는 분해 과정을 정량화할 수 있다는 점이라고 백스마는 강조했다. 실험실에서 연구팀은 이 곰팡이에 의한 PE 분해가 하루 약 0.05%의 비율로 발생한다는 것을 관찰했다. 연구팀의 측정에 따르면 곰팡이는 PE를 분해할 때 PE에서 발생하는 탄소를 많이 내보내지는 않았다. 곰팡이가 분해하는 PE의 대부분은 이산화탄소로 변환되어 다시 배출된다. 배출되는 이산화탄소가 강력한 온실가스이지만 환경 등에 새로운 문제를 일으키지는 않는다. 곰팡이가 방출하는 양은 인간이 호흡할 때 방출하는 것처럼 소량에 지나지 않기 때문이다. 자외선의 영향을 받는 경우에만 작용 연구팀은 곰팡이가 PE를 에너지원으로 사용하려면 햇빛의 존재가 필수적이라고 지적했다. 실험실에서 이 곰팡이는 일정한 시간 동안 자외선에 노출된 PE만 분해한다는 것이다. 이는 바다에서 곰팡이가 처음에 해수면 근처에 떠 있던 플라스틱만 분해할 수 있다는 것을 의미한다는 설명이다. 자외선이 플라스틱 자체를 기계적으로 분해한다는 것은 이미 알려져 있지만, 이번 연구 결과는 해양 곰팡이에 의한 생물학적 플라스틱 분해도 활발해질 수 있음을 보여준다. 그 밖의 다른 곰팡이들 많은 양의 다양한 플라스틱이 햇빛에 노출되기 전에 더 깊은 층으로 가라앉기 때문에 곰팡이가 이를 모두 분해할 수는 없다. 연구팀은 바다의 더 깊은 부분에도 플라스틱을 분해하는 아직 알려지지 않은 다른 곰팡이가 있을 것으로 예상했다. 연구진은 해양균류는 탄소로 이루어진 복잡한 물질을 분해할 수 있으며, 해양균류의 양이 많기 때문에 지금까지 확인된 4종 외에 다른 종들도 플라스틱을 분해할 가능성이 높다고 보고 있다. 더 깊은 층에서 플라스틱 분해가 어떻게 일어나는지에 대한 역학에 대해서는 많이 알려지지 않았다. 해저, 폐 플라스틱 집하지 플라스틱을 분해하는 유기체를 찾는 것이 시급하다. 매년 인간은 4000억kg 이상의 플라스틱을 생산하며, 2060년에는 이 양이 적어도 3배 이상 늘어날 것으로 예상된다. 플라스틱 폐기물의 대부분은 바다로 흘러간다. 극지방에서 열대지방에 이르기까지 플라스틱 폐기물은 표층수를 떠돌다가 바다의 더 깊은 곳까지 도달한 후 결국 해저에 묻힌다. 대량의 플라스틱은 결국 바닷물이 거의 정지해 있는 고리 모양 해류인 아열대 환류에 이르게 되는데, 플라스틱이 일단 그곳으로 운반되면 그대로 갇히게 된다. 그 양은 약 8000만kg에 달한다는 추정이다. 떠다니는 거대한 플라스틱의 양은 이미 태평양의 북태평양 아열대 환류에 축적되어 있는데, 이는 전 세계 6대 환류 중 하나일 뿐이다. 그 만큼 해저에 쌓이는 플라스틱의 양이 막대하다는 뜻이다. 해저 플라스틱 분해 박테리아는 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 현재 발견된 박테리아는 분해 속도가 느려 플라스틱 오염 해결에 효과적이지 못하다는 문제점이 있다. 지속적인 연구와 투자를 통해 해저 플라스틱 분해 박테리아 기술이 발전한다면 우리는 더욱 깨끗하고 건강한 바다 환경을 유지할 수 잇을 것으로 보인다.
- IT/바이오
2024-06-07
[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.
- 포커스온
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
[먹을까? 말까?(20)] 오렌지 껍질, 심혈관 질환 위험 감소 효과

오렌지 껍질에 심혈관 건강에 도움이 되는 성분이 함유되어 있다는 연구 결과가 나왔다고 사이언스얼럿이 보도했다. 미국 플로리다 대학교의 유 왕(Yu Wang) 박사와 농무부 연구팀은 오렌지 껍질에서 페루로일푸트레신((FP, feruloylputrescine)이라는 새로운 활성 생물학적 화합물을 발견했다. FP는 장 내의 독성 화합물인 TMAO(trimethylamine N-oxide)와 트리메틸아민(TMA)을 감소시키는 효능이 있다. TMAO는 심혈관질환 발병 위험을 증가시킬 수 있다. 연구팀은 실험에서 6주 동안 FP가 풍부한 오렌지 껍질 추출물을 섭취한 쥐에게서 혈액 지표가 개선되는 것을 관찰했다. 이 지표는 염증과 심혈관 질환과 관련이 있었다. 또한 실험 기간 동안 고지방 식단을 섭취했음에도 불구하고 FP를 섭취한 쥐는 대조군에 비해 체지방 축적이 적었다. FP는 자몽 잎과 주스에서 발견된 대사 산물이다. 일부 오렌지에도 존재하지만 라임, 레몬, 귤 등에는 없는 것으로 알려져 있다. 이 화합물은 최근 항산화 및 항염증 효능으로 많은 주목을 받고 있다. 이번 연구를 주도한 플로리다 대학교의 식품 과학자인 유 왕 박사는 "페루로일푸트레신(FP)이 심혈관 질환 위험을 감소시키는데 영향을 미친다"며 "이전에는 알려지지 않았던 건강 효능을 보여주는 새로운 발견"이라고 말했다. 오렌지는 주로 과육을 섭취하거나 오렌지 주스로 활용되지만 오렌지 껍질은 대부분 버려지고 있다. 미국에서 매년 오렌지 주스 생산과정에서 발생하는 500만톤(t)의 오렌지 껍질 중에서 절반은 가축 사료로 사용되고 나머지 절반은 폐기되고 있다. 다만 오렌지 껍질은 설탕과 함께 끓여 마아말레이드 잼으로 활용되고 있다. 과육과 비교해 오렌지 껍질은 비타민, 항산화물질, 리모덴(항염증 및 항암 특성이 있을 수 있는 화학 물질)을 풍부하게 함유하고 있다. 연구 결과에 따르면 FP는 특정 장내 박테리아가 음식을 분해하는 과정에서 생기는 트리메틸아민(TMA)이라는부산물 생성을 억제하는 것으로 보인다. 플로리다에서는 오렌지 껍질을 주로 가축의 사료로 활용하고 있다. 연구 결과에 따르면 실제로 오렌지 찌꺼기를 닭에게 먹였을 때 건강에 이점이 있는 것으로 나타났다. TMA는 주로 육류 또는 지방이 많고 단백질이 적은 식단을 섭취할 때 장내 박테리아에 의해 생성된다. 이 화합물은 장을 통해 혈류로 들어가 간에서 트리메틸아민 N-옥시드(TMAO)로 대사된다. TMAO는 동맥 플라크 축적, 심장 질환, 뇌졸중, 비만 및 2형 당뇨병 위험 증가와 관련이 있다. 연구 결과에 따르면 오렌지 껍질의 FP는 이러한 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 "대사 산물을 생성하는 박테리아가 계속 활동하더라도 이들 쥐의 TMA와 TMAO 수치는 감소했다"고 밝혔다. 쥐 실험 결과가 인간에게도 동일하게 적용되는지는 아직 명확하지 않지만, 미 농무부는 이에 대한 연구에 관심을 가지고 있다. 왕 박사는 새로운 연구 결과를 바탕으로 오렌지 껍질이 건강에 이로운 식이보충제나 새로운 식재료로 사용될 수 있을 것이라고 말했다. 왕 박사 팀의 연구는 미국 농무부로부터 50만 달러(약 7억 원)의 기금 지원을 받아 진행됐다.
- 생활경제
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
누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재

태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
- IT/바이오
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

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