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2024-11-24 (일)

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중앙대, 그린수소 생산 혁명 루테늄 촉매 개발

수소경제 시대를 앞두고 친환경적인 수소 생산 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 이 가운데 최근 중앙대학교 첨단재료공학과 연구팀이 차세대 수소 전극 촉매로 주목받는 루테늄 촉매의 성능을 획기적으로 향상시킨 연구 결과를 발표했다. 미국 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 중앙대학교 첨단재료공학과 장해성 교수 연구팀이 아연으로 도핑한 루테늄 산화물(SA Zn-RuO2) 촉매를 개발했다고 지난 21일(현지시간) 자세히 소개했다. 아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매는 기존 루테늄 산화물 촉매에 비해 안정성과 반응성이 향상된 것이다. 수소는 화석연료 대체 에너지원으로 각광받고 있지만, 현재까지 주로 천연가스 개질을 통해 생산되는 '회색 수소'는 환경오염 문제를 해결하지 못하고 있다. 반면, 물과 전기를 이용하여 생산되는 '녹색 수소'는 온실가스 배출 없이 순수한 수소를 확보할 수 있는 친환경 에너지원으로 각국 정부와 기업들의 핵심 투자 분야로 떠오르고 있다. 하지만 현재 녹색 수소 생산 기술은 아직 초기 단계에 머물러 있다. 가장 큰 걸림돌은 산성 전해수를 이용하는 '양극 산화반응(OER)' 촉매의 효율성과 안정성이 부족하기 때문이다. 이 때문에 경제적인 녹색 수소 생산량을 늘리기 어려운 상황이다. 루테늄 촉매로 획기적인 성능 향상 연구팀은 기존 상용 루테늄 촉매에 아연(Zn) 원자를 도핑하는 기술을 개발하여 기존 촉매에 비해 훨씬 높은 반응성과 안정성을 확보했다. 기존 루테늄 촉매는 전류밀도를 높이면 빠르게 성능이 저하되는 반면, 연구팀이 개발한 촉매는 높은 전류밀도에서도 지속적으로 안정적인 수소 생산을 가능하게 한다. 뿐만 아니라, 이 신소재 촉매는 이리듐(Ir)과 같은 귀금속 대신 상대적으로 저렴한 루테늄을 사용함으로써 녹색 수소 생산 비용을 크게 낮출 수 있는 장점도 지니고 있다. 결과적으로 연구팀의 성과는 녹색 수소 경제 실현에 한 걸음 더 다가선 중요한 결과라 할 수 있다. 차세대 전극 촉매의 길을 여는 돌파구 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 더욱 효율적이고 안정적인 차세대 촉매 개발에 힘을 쏟을 계획이다. 이를 통해 친환경 수소 생산 기술 발전을 촉진하고 우리나라 수소경제 선두 국가 진출에 밑바탕을 마련할 것으로 기대된다. 연구팀은 기존 루테늄(RuO2) 촉매에 단일 아연(Zn) 원자를 도핑하고 산소 공백을 도입하는 이중 기술을 개발하여 안정성과 활성을 동시에 높이는 데 성공했다. 'SA Zn-RuO2(단일 아연 도핑 루테늄 산화물)' 촉매라고 명명한 신소재는 산소 공백과 Zn-O-Ru(아연 산소 루테늄) 결합을 통해 기존 촉매의 한계를 효과적으로 극복했다. SA Zn-RuO2 촉매는 유기 골격 구조물을 루테늄과 아연 원자로 가열하여 합성하는데, 이 과정에서 산소 공백과 Zn-O-Ru 결합이 형성된다. 이러한 결합은 두 가지 방식으로 촉매를 안정화한다. 첫째, Ru-O 결합을 강화하여 촉매 구조를 지탱한다. 루테늄-산소 결함은 촉매의 구조적 안정성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 루테늄-산소 결합이 강하면 촉매가 쉽게 분해되는 것을 방지할 수 있다. 둘째, 아연 원자로부터 전자를 공급하여 산화 과정에서 루테늄의 과도한 산화를 막는다. 또한 향상된 전자 환경은 반응 물질이 촉매 표면에 흡착하는 데 필요한 에너지를 낮춰 반응 속도를 증진시킨다. 장 교수는 연구 배경에 대해 "산성 전해수를 이용하는 수소 생산 기술에서 효율적이고 저렴한 대체 촉매 개발 필요성에 따라 연구를 시작했다"고 밝혔다. 그는 "이번 연구를 통해 단일 아연 도핑과 산소 공백 도입이라는 이중 기술을 통해 산성 환경에서 안정성과 활성을 균형 있게 높이는 전략을 제안한다"고 덧붙였다. 수소 생산 비용 절감 장 교수 연구팀의 실험 결과 아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매는 기존 루테늄 산화물 촉매에 비해 과전위가 57mV 낮고, 43시간 동안 안정적으로 작동하는 것으로 나타났다. 과전위는 촉매가 반응을 일으키는 데 필요한 전기 에너지의 양으로, 과전위가 낮을수록 효율이 높아진다. 즉, 아연 도핑 루테늄 산화물 촉매는 기존 루테늄 산화물 촉매에 비해 더 적은 에너지를 사용하여 수소를 생산할 수 있다는 의미이다. 또한, 아연 도핑 루테늄 산화물 촉매는 43시간 동안 안정적으로 작동하는 것으로 나타났는데, 이는 기존 루테늄 산화물 촉매의 수명에 비해 크게 향상된 것이다. 연구팀은 "아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매는 비용 효율적이고 활성 및 내산성 전기 촉매의 개발에 영향을 미칠 가능성이 있다"며 "이는 수소 생산 비용을 절감하고 녹색 수소 생산을 향상시켜 청정 에너지원으로의 전환과 지속 가능한 기술의 발전에 도움이 될 것"이라고 기대했다. 아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매의 개발은 지속 가능한 수소 생산에 새로운 돌파구를 마련했다는 평가를 받고 있다. 기존 루테늄 산화물 촉매는 안정성 문제가 있어 실용화 가능성이 낮다는 지적을 받아왔다. 하지만 이번에 개발된 아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매는 안정성과 반응성이 모두 향상돼 상용화에 한 걸음 더 가까워졌다. 연구팀은 "향후 아연으로 도핑한 루테늄 산화물 촉매의 성능을 개선하고 대량 생산 기술을 개발해 실용화를 앞당길 계획"이라고 밝혔다. 이 연구는 지난 1월 '에너지 화학 저널(Journal of Energy Chemistry)' 88권에 발표됐다.
- 산업
2024-01-26
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.
- IT/바이오
2024-01-23
해당화·지충이 등 해양생물 추출물, 국제 화장품 원료로 인정

해당화와 지충이 같은 해양생물 추출물이 국제적인 화장품 원료로 인정받았다. 국립해양생물자원관은 22일 바닷가 모래땅이나 갯벌 주변 염분이 많은 곳에서 자라는 해당화와 갯메꽃, 그리고 갈조류인 지충이 추출물이 미국화장품협회가 발간하는 국제화장품원료집(ICID)에 정식으로 등재됐다고 밝혔다. 해양생물자원관 소재개발연구실은 해당화가 콜라겐과 엘라스틴 분해효소 활성 억제를 통한 주름 개선 효능, 갯메꽃은 항염증 효능, 지충이는 피부미백 효능을 지녔음을 확인했다. 해양생물자원관의 소재개발연구실에서 실시한 연구에 따르면, 해당화는 콜라겐과 엘라스틴 분해 효소의 활성을 억제해 주름 개선에 효과적임이 입증됐다. 갯메꽃은 항염증 효능을, 지충이는 피부 미백에 효과가 있는 것으로 확인되었다. 지충이는 갈조식물 모자반과의 바닷말로 국내 전 연안의 조간대 암반 및 조수웅덩이, 조하대에 서식한다. 지충이는 수많은 비늘잎으로 둘러싸인 가지가 특징으로 서식 환경에 따라 형태 차이가 크게 나타난다. 최완현 관장은 "해양생명자원에서 유래한 유용한 소재를 발굴하고 그 기능성에 대한 연구를 통해, 이러한 해양소재가 화장품 산업을 비롯하여 다양한 해양바이오 산업에서 광범위하게 활용될 수 있도록 지속적인 노력을 기울이겠다"고 강조했다. 한편, 해양소재를 화장품 원료로 사용하는 것은 지속가능하고 혁신적인 코스메틱 산업의 추세 중 하나다. 갈조류 등 해양 소재들이 그들의 독특한 특성과 효능으로 인해 화장품 원료로 인기를 얻고 있다. 해조류, 특히 갈조류와 녹조류의 추출물은 피부의 수분 보유 능력을 향상시키고, 항염증 및 항산화 효과를 가지고 있다. 이들은 피부 탄력과 수분 공급에 도움을 준다. 진주 분말은 피부에 미네랄을 공급하고, 미백 효과를 제공한다. 또한, 피부 재생과 노화 방지에도 효과적이다. 물고기 비늘 또는 피부에서 추출한 해양 콜라겐은 인간의 피부와 구조가 유사하여 피부 보습과 탄력 향상에 도움을 준다. 바닷물에 포함된 미네랄은 피부의 수분 밸런스를 조절하고, 피부 진정 및 청정 효과를 제공한다. 해양 심층수는 미네랄이 풍부하고 순수한 특성을 가지고 있어 피부 보습과 진정에 도움을 준다. 해양 머드(잠토)는 피부 독소를 제거하고, 모공을 정화하며 피부 진정과 영양 공급에도 효과적이다. 비건 화장품 플랫폼 케이-코스랜드(K-COSland)를 운영하는 김성범 대표는 "해당화, 겟메꽃, 지충이 등의 해양생물 추출물이 국제화장품원료집(ICID)에 정식으로 등재되었다는 사실은 여러 면에서 중요한 의의를 가지고 있다"면서 "ICID에 등재되면 해당 원료에 대한 국제적 인정과 신뢰성이 확보된다. 이는 해당 원료를 사용하는 화장품 제품의 품질과 안전성에 대한 글로벌 인식을 높이는 데 기여할 수 있다"고 말했다. 김 회장은 또 "한국 원료가 국제 시장에서 화장품 원료로서 인정받음으로써 해외수출과 글로벌 시장 진출에 있어서의 접근성이 강화된다"며 "이는 해당 원료를 기반으로 하는 화장품 제품의 수출 증가로 이어질 수 있다"고 기대했다.
- 생활경제
2024-01-22
나노봇, 남성 방광암 종양 90% 제거⋯기존 치료법의 혁신

나노로봇을 이용해 방광암을 90% 이상 줄일 수 있는 치료 방법이 개발됐다. 방광암은 주로 60~70대에서 발병하며, 방광 내에 악성 세포가 형성되는 질환으로 알려져 있다. 이 질환은 남성에게서 여성보다 34배 더 높은 발병 위험을 보이며, 비뇨기계 암 중 가장 흔한 형태로 알려져 있다. 또한 방광암은 대부분 5년 이내에 재발한다. 현재는 절제 수술이나 전신 혹은 국소적인 항암제 투여를 통한 치료가 진행되고 있으나, 높은 재발률로 인해 지속적인 관리가 요구되는 상태이다. 그러나 최근 나노로봇 기술의 발달로 방광암 종양을 현저히 줄일 수 있는 새로운 치료방법이 개발됐다. 영국 매체 데일리메일은 스페인 바르셀로나의 과학자들이 개발한 450나노미터 크기의 작은 로봇이 혈류를 통해 이동하면서 치료제를 전달하는 방식으로 방광암의 종양을 줄일 수 있다고 보도했다. 쥐를 대상으로 한 실험에서는 이 작은 나노로봇이 단 한 번의 시도로 종양의 크기를 줄임으로써, 여러 번의 치료 절차 없이도 종양을 제거할 수 있는 가능성을 보여줬다. 현재 방광암 치료법은 수술과 화학 요법을 포함하며, 종양의 크기를 줄이기 위해 약 4~6번의 병원 방문이 필요하다. 이 과정은 환자에게 약 6만5000달러(한화 약 8690만원) 이상의 치료 비용을 발생시킬 수 있다. 그러나 최근의 연구에 따르면, 나노로봇을 사용한 새로운 치료법은 단 한 번의 병원 방문만으로도 종양의 크기를 줄일 수 있다. 이번 혁신적인 연구는 카탈로니아 생명공학연구소(IBEC)와 스페인 생체재료연구센터(CIC biomaGUNE)의 과학자들이 생물의학연구소(IRB 바르셀로나), 바르셀로나 자치대학(UAB)과 함께 공동으로 수행했다. 나노로봇의 직경은 450나노미터이며, 배율을 2000만 배로 높여야 볼 수 있는 크기다. 개발된 나노로봇의 직경은 불과 450나노미터로, 이는 2000만 배 확대해야만 볼 수 있는 극히 작은 크기다. 이 로봇은 표면이 금 나노 입자(AuNP)로 덮여 있어, 연구원들이 로봇이 혈류를 통해 어떻게 이동하고 종양을 공격하는지 관찰할 수 있었다. 연구팀은 방광암을 앓고 있는 쥐의 혈류에 나노로봇을 주입한 후, 이 금색 기계가 작동하여 종양에 도달하고 몸 전체로 퍼지는 과정을 관찰했다. 이 나노로봇은 실리카 구체로 설계되었으며, 효소 우레아제와 방사성 요오드를 포함하는 다양한 구성 요소를 가지고 있다. 우레아제는 소변의 요소와 반응해 나노로봇의 움직임을 촉진시키며, 방사성 요오드는 암 세포를 치료하는 데 사용된다. 연구팀은 나노로봇이 종양 주변의 세포외 기질을 분해하고 pH 균형을 변화시켜 조직의 기계적 특성을 변화시킨다는 사실을 발견했다. 나노로봇이 요로 조직에 도달하면, 이는 마치 벽에 부딪히는 것처럼 행동한다. 그러나 종양의 해면 같은 구조로 인해, 나노로봇은 종양 내부로 흡수되어 방사성 요오드를 전달했다. 이 방사성 요오드는 국소 종양 및 갑상선암 치료에 일반적으로 사용되는 방사성 동위원소로, 암 세포를 효과적으로 치료하는 데 사용된다. 연구팀은 나노로봇이 종양 내부로 어떻게 진입할 수 있는지에 대해 초기에는 명확하지 않았다며 나노로봇이 종양의 성장을 감지하는 특정 항체가 부족하고, 일반적으로 건강한 조직보다 더 단단한 종양 조직의 특성 때문에 진입이 어려울 수 있다고 지적했다. 이 연구의 공동 제1저자이자 IBEC의 연구원인 메리트셀 세라 카사블랑카(Meritxell Serra Casablancas) 박사는 "그러나 우리는 나노로봇이 자체 추진 화학 반응을 통해 pH를 국부적으로 증가시킴으로써 종양의 세포외 기질을 분해할 수 있다는 사실을 관찰했다"고 말했다. 그는 "이 과정은 종양 내부로의 침투를 촉진했으며, 나노로봇이 종양 내에 우선적으로 축적되는 데 도움을 주었다"고 덧붙였다. 방광암 치료의 초기 회복률은 대체로 성공적이지만, 환자의 약 30~70%에서 종양이 재발해 추가 치료와 비용이 필요한 경우가 있다. 또한 약 10~30%의 환자에서는 종양이 더 진행될 수 있다. IRB 바르셀로나 어드밴스드 디지털 현미경 플랫폼의 리더인 줄리엔 콜롬벨리(Julien Colombelli) 박사는 "우리 팀이 개발한 혁신적인 광학 시스템은 종양 자체에 의해 반사된 빛을 제거함으로써, 전례 없는 해상도로 사전 표지 없이도 기관 전체에서 나노입자를 식별하고 위치를 정확하게 찾을 수 있도록 도와주었다"고 설명했다. 미국 국립암연구소(National Cancer Institute)의 자료에 따르면, 방광암 치료 비용은 2015년의 84억 달러(약 11조 2434억 원)에서 2020년 현재 약 94억 달러(약 12조 5819억 원)로 증가했다. 나노로봇 연구를 진행한 과학자들은 아직 나노로봇 치료가 종양의 재발을 방지할 수 있는지 확신할 수 없지만, 나노로봇의 성공 여부에 따라 장기적인 효과를 평가하기 위한 추가 연구를 이미 진행하고 있다. 이 연구의 공동 저자인 크리스티나 시모(Cristina Simó) 박사는 "이 연구 결과는 치료 효과를 증대시킬 수 있는 다른 방사성 동위원소의 사용 가능성을 탐구하는 새로운 길을 열었다"고 말했다. 한편, 한국은 약 20여 년 전인 2013년, 세계 최초로 암 치료를 위한 나노로봇을 개발했다. 이 나노로봇은 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 능동형 박테리아를 활용한 것으로, 그 당시 세계 최초의 능동형 나노로봇으로 인정받았다. 이 나노로봇, 일명 '박테리오봇'은 박테리아의 특성인 인식 능력과 운동성을 활용하여 암을 타겟팅하고, 약물 전달체와 결합된 치료 성능을 가진 새로운 개념의 의료 나노로봇이다. 이러한 통합적인 접근 방식은 박테리오봇이 암 세포를 정확하게 인식하고, 적극적으로 치료제를 전달할 수 있게 함으로써, 당시 의학 분야에서 중요한 혁신으로 평가됐다.
- IT/바이오
2024-01-19
파킨슨병, 단백질 응집체 분해 메커니즘 규명...치료제 개발 기대

독일 과학자들이 α-시누클레인 단백질의 분해 과정에 숨겨진 메커니즘을 발견함으로써 파킨슨병 치료에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 독일에서는 약 20만 명이 파킨슨병을 앓고 있다. 이 병은 치매와 같이 퇴행성 신경 질환으로 분류되며, 현재까지는 완치가 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나 최근 이루어진 과학적 진전은 파킨슨병을 이해하고 치료하는 데 있어 중요한 단계를 나타낸다고 볼 수 있다. 독일의 매체 24vita는 보흠 루르 대학교(Ruhr University Bochum·RUB)의 연구원들은 α-시누클레인 단백질이 분해되는 과정에서 중요한 메커니즘을 발견했다고 최근 보도했다. 파킨슨병의 주요 특징 중 하나는 특정 뇌 영역에서 단백질 응집체(주로 α-시누클레인 단백질로 구성)가 형성되는 것이다. 막스플랑크학회의 정보에 따르면, 인체 세포 내 노폐물을 처리하는 시스템에 결함이 발생하거나 과부하가 걸리면 이러한 응집체가 축적되기 시작한다. 이는 결국 신경 세포의 기능 상실과 사멸로 이어지며, 궁극적으로 파킨슨병을 유발한다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실린 연구 보고서에 따르면, 콘스탄즈 윙클호퍼(Konstanze Winklhofer) 박사는 세포 내 단백질 분해 과정에 관여하는 유비퀴틴 분자 사슬의 존재를 밝혀냈다. 유비퀴틴이라는 작은 단백질이 특정 단백질에 부착되어 그것을 분해 대상으로 식별하는 데 중요한 역할을 한다는 것이다. 유비퀴틴은 76개 아미노산으로 구성된 단백질로, 세포 내에서 다양한 기능을 수행한다. 윙클호퍼 박사는 유비퀴틴 분자 사이의 연결 유형과 유비퀴틴 사슬의 길이 및 구조에 따라 세포의 폐기물 처리 시스템이 어떤 프로세스를 사용해야 할지 결정할 수 있다고 설명했다. 특히, 소위 선형 유비퀴틴 사슬은 신경세포 내 단백질 응집체에 풍부하게 존재하며, 이는 단백질 응집체의 독성을 줄이는 데 도움이 된다. 이러한 보호 메커니즘의 배경에는 과학자들이 밝혀낸 중요한 요소가 있다. 네모(NEMO) 단백질이 단백질 응집체에 존재하는 선형 유비퀴틴 사슬에 결합하여 α-시누클레인 단백질의 분해를 촉진하는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환의 치료법 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있다. 연구팀에 따르면, 네모(NEMO) 단백질의 보호 효과는 자가포식(autophagy)이라는 세포의 폐기물 처리 과정을 억제함으로써 제한될 수 있다. 자가포식은 세포 내 노폐물과 손상된 구성 요소를 제거하는 중요한 기능을 한다. 연구원들은 네모 단백질이 자가포식 과정에 관여하는 다른 단백질과 상호 작용하는 것을 발견했다. 윙클호퍼 박사는 이번 연구가 미국의 한 신경과 전문의가 치료한 환자의 사례에서 출발했다고 밝혔다. 해당 환자는 40대 초반에 진행성 파킨슨병을 진단받았다. 유전자 검사 결과, 이 환자의 네모 유전자에는 희귀한 돌연변이가 존재했으며, 이 변이된 네모는 선형 유비퀴틴 사슬과 결합할 수 없었다. 결과적으로, 이 돌연변이로 인해 환자의 뇌에서 α-시누클레인 단백질 응집체의 현저한 침착이 관찰됐다. 연구에 따르면, 네모(NEMO) 단백질은 알츠하이머병에서 발생하는 것과 유사한 다른 형태의 단백질 응집체도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 윙클호퍼 박사는 "이 발견은 네모와 관련된 질병의 병리학적 과정을 설명하고, 단백질 응집체의 품질 관리에서 네모가 수행하는 일반적인 역할을 강화한다"고 말했다. 한편, α-시누클레인은 140개의 아미노산으로 구성된 작은 단백질로, 주로 뇌에서 발견되며 심장과 근육을 비롯한 다른 조직에서도 소량 발견된다. 특히 파킨슨병이나 치매 환자의 뇌에서는 루이 소체라고 불리는 특정 부위에 섬유소의 형태로 집중되어 나타난다. 이러한 특성 때문에 과학자들은 α-시누클레인과 퇴행성 신경 질환 간의 연관성에 대해 적극적으로 연구를 진행하고 있다. 이 연구는 파킨슨병, 알츠하이머병, 그리고 기타 신경퇴행성 질환의 이해와 치료법 개발에 중요한 기여를 할 수 있다.
- 생활경제
2024-01-05
술 마시고 자면 새벽에 깨는 이유

술을 마시고 자면 왜 새벽에 깨는 걸까. 연말연시에는 잦은 사회적 모임에서 술을 마시는 경우가 많아진다. 연말연시가 아니더라도 술을 마시고 난 후 새벽에 잠에서 깨는 경험을 한 적이 누구나 한 번쯤은 있을 것이다. 호주 과학 전문 매체 '사이언스얼럿(ScienceAlert)'은 술을 마신 후 밤중에 깨어나는 이유와 이를 해결하기 위한 방법에 대해 최근 보도했다. 술을 마시면 몸에서 어떤 일이 일어나는지, 그리고 모임에서 술을 마시고도 숙면을 취하기 위한 몇 가지 팁을 알아보자. 술을 마시면 우리 몸에서는 어떤 변화가 일어날까. 그리고 모임에서 술을 마셔도 숙면을 취하는 방법은 무엇일까. 술을 마시면 알코올이 혈액을 통해 뇌로 이동한다. 알코올은 뇌의 신경 전달 물질에 영향을 미쳐, 신경 세포 간의 소통을 느리게 만든다. 이는 뇌의 이완을 촉진하고, 억제력을 감소시키며, 말을 어눌하게 하고, 졸음과 무기력증을 유발한다. 또한, 알코올은 심장과 혈관계에 영향을 미쳐 혈관을 확장시켜 혈압을 낮추고, 어지러움을 느끼게 할 수 있다. 술 한잔을 마신 후 얼마 지나지 않으면 몸에 어떤 변화가 일어날까. 술을 마시면 처음에는 알코올이 진정 효과를 발휘한다. 알코올은 뇌의 신경 전달 물질을 억제하여 졸음을 유발한다. 따라서 술을 마시고 나면 쉽게 잠에 들 수 있다. 그러나 밤이 깊어가면서 혈중 알코올 농도가 감소하기 시작한다. 이 시점에서 알코올의 진정 효과가 줄어들고, 뇌는 이전의 졸음 상태에서 회복된다. 결과적으로 술을 마신 후에는 밤 중에 자주 깨거나, 깊은 수면을 취하지 못할 수 있다 그날 밤에는 어떻게 될까. 밤의 후반부에는 보통 렘(REM) 수면이 증가한다. 그러나 술을 마시고 잠들면 깊은 수면인 REM 수면의 양이 줄어든다. REM 수면은 감정 조절과 인지 기능에 중요한 역할을 하므로, 이를 충분히 취하지 못하면 다음 날 아침에 피로감이나 두통과 같은 숙취 증상을 경험할 수 있다. 또한, 술은 수면 무호흡증을 악화시킬 수 있다. 수면 무호흡증은 수면 중 호흡이 멈추거나 불규칙해지는 증상으로, 술을 마시면 근육이 이완되어 수면 무호흡증이 심해질 수 있다. 따라서 취침 전 술을 마시면 수면의 질이 떨어지고, 다음 날 숙취가 심해질 수 있다. 술을 마시고자 한다면 취침 3시간 전까지는 마시지 않는 것이 바람직하다. 그럼 연초에 많은 회식 자리에서 술을 마시고도 숙면을 취하려면 어떻게 해야 할까. 몇가지 유용한 팁을 소개한다. 첫째, 술 대신 무알코올 음료를 선택해보자. 술을 많이 마실수록 수면 장애의 위험이 증가하므로, 술의 양을 줄이면 수면에 미치는 부정적인 영향을 최소화할 수 있다. 둘째, 취침 시간 가까이에 술을 마시는 것은 피하는 것이 좋다. 취침 직전에 술을 마시면, 알코올이 체내에서 분해되는 동안 잠을 자야 하므로 수면 장애가 더 악화될 수 있다. 취침 2~3시간 전에는 음주를 자제하는 것이 좋다. 셋째, 술을 마실 때는 음식과 함께 마시는 것이 좋다. 공복에 술을 마시면 혈중 알코올 농도가 빠르게 상승하여 수면 장애를 일으킬 수 있다. 음식을 함께 섭취하면 알코올의 흡수 속도를 늦춰 수면에 더욱 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 넷째, 카페인 음료를 피하는 것이 좋다. 카페인은 수면을 방해하는 성분으로 술을 마실 때는 카페인 음료를 피해야 한다. 다섯 번째, 수면 무호흡증을 가진 사람들은 음주로 인해 더 심각한 영향을 받을 수 있으므로, 음주량을 제한하는 것이 중요하다. 마지막 팁은 충분한 양의 물을 마시는 것이다. 적절한 수분 섭취는 숙면을 취하는 데 도움이 되며, 다음 날 심한 숙취를 예방하는 데에도 유익하다. 술을 마시면 잠들기는 쉽지만, 수면의 질을 저하시켜 다음 날의 컨디션을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 연초 다양한 모임에서 술을 마실 때는 이러한 팁들을 참고하면 건강한 숙면을 취하는데 도움이 된다.
- 생활경제
2024-01-03
도시바, 코발트 대체 신형 리튬이온배터리 개발

도시바가 코발트를 사용하지 않는 새로운 형태의 이차전지를 개발하는 데 성공했다. 일본 매체 이타임스(eetimes)는 도시바가 코발트를 사용하지 않는 5V급 고전위 양극재를 활용한 새로운 리튬이온 이차전지를 개발했다고 최근 보도했다. 코발트는 지각에서 주로 화합물 형태로 존재하며, 철운석에서 소량의 합금 형태로 발견된다. 코발트는 특히 배터리의 양극재 원료로 사용되며, 중국이 이를 가장 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황 속에서 일본의 도시바가 코발트를 사용하지 않는 신형 리튬이온 배터리 개발에 성공한 것은 주목할 만한 사건이다. 도시바는 오는 2028년 이 기술을 상용화해 미래 자동차 애플리케이션으로 확장하는 것을 목표로 하고 있다. 이 리튬이온 이차전지의 시제품은 3V 이상의 출력전압, 5분 만에 80%까지 충전할 수 있는 고속 충전 성능, 60°C의 고온에서 우수한 수명 특성을 보여준다고 회사 측은 밝혔다. 이러한 이차전지 개발 배경은 탄소 중립 달성을 위해 산업 장비와 상용차의 전기화가 시급한 상황이기 때문이다. 승용차와 달리, 버스, 트럭, 중장비와 같은 상용차량은 긴 운행 시간과 열악한 환경에서 사용된다. 기존의 리튬이온 배터리는 충전 시간이 짧다는 단점이 있고, 열악한 환경에서 수명이 단축되어 상용차의 전기화 요건을 만족시키기 어렵다. 또한, 기존의 리튬 이온 배터리는 재료 공급망에서도 문제를 가지고 있다. 코발트와 같은 희귀 금속은 수요 증가, 생산국의 불균형, 채굴 및 정제 과정에서의 환경적 문제로 인해 공급 부족과 비용 변동의 문제에 직면해 왔다. 이로 인해 세계 각국은 양극재의 코발트 사용을 줄이려고 노력하고 있다. 이러한 상황 속에서, 코발트를 사용하지 않는 5V급 고전위 양극재에 대한 관심이 높아지고 있다. 리튬 이온 배터리의 전압은 양극과 음극 사이의 전위차에 의해 결정되므로, 높은 양극 전위는 전압을 증가시키고 전력 성능을 향상시키는 데 기여할 수 있다. 그러나 높은 전극 전위는 실제로 몇 가지 문제를 야기한다. 이는 전해질과 반응하여 가스를 생성하는 것뿐만 아니라, 금속 이온이 양극에서 전해질로 용해되는 현상을 포함한다. 전해질의 내산화성을 개선하려는 시도들이 있었지만, 가스 생성을 억제하고 리튬 이온의 전도성을 유지하는 것 사이의 상충관계로 인해 이러한 문제를 해결하기 어려웠다. 5V급 고전위 음극 전해질 분해 메커니즘 밝혀 도시바는 5V급 고전위 양극이 전해질을 분해하는 메커니즘을 분석했다. 연구에서는 전해액이 음극 입자의 표면에서 분해되어 가스를 발생시키고, 음극에서 용출된 금속 이온이 음극 표면에 작용하여 가스 발생을 증가시키는 것을 발견했다. 이 연구를 바탕으로, 도시바는 양극의 입자 표면을 변형시켜 금속의 용출을 줄이는 기술과 음극 표면에서 용출된 이온을 중화하는 기술을 개발했다. 이 두 가지 기술의 결합을 통해, 기존 전해질을 사용하면서도 5V급 고전위 양극에서 발생하는 가스 문제를 크게 줄일 수 있었다. 니오븀-티타늄 산화물 양극과 결합 도시바는 이 음극을 니오븀-티타늄 산화물 양극과 결합하여 리튬 이온 이차전지를 개발했다. 산화물 음극은 수명이 길고 안전성이 높아 빠르게 충전할 수 있는 특징이 있어, 도시바는 이를 'SCiB'로 상품화했지만, 전위가 높기 때문에 배터리의 전압이 낮다는 단점이 있다. 이번 연구에서는 고전위 5V급 고전위 양극과 조합하여 양극과 음극의 전위차를 증가시켜 배터리 전압을 향상시켰다. 충방전 사이클 테스트에서의 도시바의 성능 시연은 흥미로운 결과를 보였다. 가스 발생 억제 기술이 적용되지 않은 배터리에서는 가스 발생으로 인한 팽창이 관찰되었으나, 가스 발생 억제 기술이 적용된 배터리에서는 팽창이 전혀 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 새로운 기술의 효과성을 입증하는 것으로 볼 수 있다. 평균 출력 전압이 3.15V인 이 배터리는 기존 SCiB보다 높은 전압을 제공한다. 또한, 이 배터리는 5분 만에 80%까지 급속 충전이 가능한 성능을 보유하고 있다고 한다. 고온 환경에서의 내구성 또한 뛰어나, 60°C의 환경에서 100회의 충방전 후에도 용량 유지율이 99.2%에 달했다. 도시바 나노소재 및 프론티어 연구소 R&D센터의 선임연구원 하라다 야스히로(原田康弘)는 "5V급 고전위 양극을 가진 기존 전해액을 사용하는 배터리로서는 탁월한 성능"이라며 고온 내구성에 대한 자신감을 드러냈다. 도시바는 이 기술을 2028년 실용화하는 것을 목표로 하고 있으며, 향후 용량을 더욱 늘리기 위해 검증을 실시할 예정이다.
- 산업
2024-01-03
알츠하이머, 미세아교세포 염증 유발 메커니즘 규명

알츠하이머병은 치매의 가장 흔한 원인으로, 뇌의 퇴행적인 질환 중 하나다. 이 질환은 독일의 정신과 의사 알로이스 알츠하이머(Alois Alzheimer) 박사에 의해 1907년에 처음으로 보고되었으며, 서서히 발병하여 기억력을 비롯한 인지 능력의 저하가 점진적으로 진행되는 특징을 갖고 있다. 아직까지 알츠하이머병에 대한 정확한 치료법은 없지만, 이 병에 대항할 수 있는 새로운 치료법이 곧 나타날 것으로 기대된다. 과학 전문매체 '사이언스얼럿(ScienceAlert)'은 워싱턴 대학교 연구팀이 인간 뇌 조직을 분석한 결과, 알츠하이머병 환자의 뇌에서 면역 세포의 행동이 건강한 뇌와 비교해 다른 방식으로 작용함을 발견했다고 최근 보도했다. 이러한 발견은 새로운 치료 대상을 제시하는 중요한 징조로 간주된다. 2023년 8월 발표된 워싱턴 대학교 주도의 연구에서는 알츠하이머병 환자의 뇌 조직에서 소교세포가 염증 초기 단계에 더 빈번하게 나타나며 이로 인해 보호 기능이 감소하는 것으로 나타났다. 소교세포는 노폐물을 청소하고 정상적인 뇌 기능을 유지하는 데 도움을 주는 면역 세포다. 이 특별한 소교세포는 감염에 대응하거나 죽은 세포를 제거하기 위해 더 민첩하게 움직여 침입자와 불필요한 물질을 소멸시킨다. 또한 발달 과정에서는 시냅스를 '가지치기'하여 뇌가 원활한 회로를 형성하는 데 도움을 준다. 알츠하이머병과 소교세포의 관련성은 여전히 확실하지 않지만, 이 신경퇴행성 질환을 앓고 있는 일부 개인들에서는 소교세포가 지나치게 활성화되어 뇌 세포의 염증과 죽음을 유발할 수 있다는 연구 결과가 있다. 안타깝게도, 알츠하이머병에 대한 항염증 치료에 대한 임상 시험에서는 유의미한 효과가 나타나지 않았다. 알츠하이머병에서 소교세포의 역할을 연구하기 위해 워싱턴 대학의 신경과학자 캐서린 프라터(Katherine Prater)와 케빈 그린(Kevin Green)은 여러 미국 기관의 협력 연구자들과 함께 연구 기증자(알츠하이머 환자 12명과 건강한 대조군 10명)의 뇌 부검 샘플을 분석했다. 연구팀은 새로운 단일핵 RNA 시퀀싱 기술을 활용하여, 세포에서 어떤 활동을 수행하는지에 대한 고유한 유전자 발현 패턴을 기반으로 뇌 조직에서 10개의 서로 다른 미세아교세포 클러스터를 깊게 식별할 수 있었다. 이 중 3개의 클러스터는 이전에 발견되지 않은 것이었으며, 그 중 하나는 알츠하이머병 환자에서 보다 더 빈번하게 나타났다. 이러한 유형의 소교세포는 염증 및 세포 사멸과 관련된 유전자가 활성화되어 있음이 확인됐다. 전체적으로, 연구자들은 알츠하이머병 환자의 뇌에 있는 미세아교세포 클러스터가 염증 초기 단계에 더 높다는 것으로 발견했다. 이는 뇌세포를 손상시키고 알츠하이머병의 진행에 기여할 수 있는 염증 분자를 생성할 가능성이 더 높다는 것을 시사한다. 알츠하이머병 환자의 뇌에 있는 소교세포 유형은 보호 기능이 더 적어 죽은 세포와 노폐물을 제거하며 건강한 뇌 노화를 촉진하는 역할을 손상시킬 수 있다. 과학자들은 또한 시간이 지남에 따라 소교세포의 형태가 변할 수 있다고 추정했다. 개별 개인의 뇌에서 어떤 종류의 소교세포가 존재하는지 정확히 알기 어렵다. 다만 미세아교세포의 변화를 추적함으로써, 알츠하이머병에 기여하는 방식을 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 아직 초기 단계이지만 알츠하이머병에서 이들 세포의 역할에 대한 이해를 높이고 특정 소교세포 클러스터가 새로운 치료법의 표적이 될 수 있는 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 이러한 연구 결과가 알츠하이머병 환자의 삶을 개선할 수 있는 새로운 치료법의 개발로 이어질 것으로 기대하고 있다. 프라터 박사는 "이제 우리는 이러한 소교세포의 유전적 특성을 파악했기 때문에 그들의 정확한 기능과 알츠하이머병에 기여할 수 있는 행동을 식별하려고 노력할 수 있다"며 "이들의 작용 방식을 이해한다면 이 질병을 예방하거나 진행을 늦출 수 있는 치료법으로 그들의 작용을 조절하는 데 기여할 수 있을 것이다"라고 설명했다. 한편, 서울대학교병원 의학 정보에 따르면, 알츠하이머병의 근본적인 치료법은 아직 개발되지 않았다. 그러나 증상을 완화시키고 진행을 지연시킬 수 있는 약물이 임상 현장에서 사용되고 있다. 대표적인 약물 중 하나로 아세틸콜린 분해 효소 억제제가 있다. 이 약물 계열은 질병의 진행을 완전히 막을 수는 없지만, 약 6개월에서 2년 정도 진행을 늦추는 효과가 있다. 이러한 약물은 알츠하이머병 환자의 뇌에서 감소한 아세틸콜린이라는 신경전달물질의 양을 증가시킴으로써 작용하며, 뇌 손상이 심하지 않은 경도 및 중등도 환자에게 특히 효과적이다.
- IT/바이오
2023-12-29
국내 10인 이상 기업 10곳 중 3곳, 인공지능 활용⋯클라우드 활용률 70%

지난해 국내 기업 10곳 중 3곳정도만 인공지능(AI) 기술이나 서비스를 업무에 활용했던 것으로 나타났다. 과학기술정보통신부와 한국지능정보사회진흥원(NIA)은 지난해 국내 기업의 정보화 현황을 담은 '정보화 통계 조사' 결과를 28일 발표했다. 종사자 수 10인 이상의 기업 1만 2500곳을 대상으로 지능정보기술 활용, 정보화 기반, 정보화 응용, 정보화 투자·효과 등 4개 분야 35개 지표를 조사하는 국가승인 통계조사다. 지능정보기술은 AI, 클라우드, 사물인터넷(IoT), 데이터 분석 등 4종으로 구분해 기업들의 활용률이 조사됐다. 우선 지난해 AI 활용률은 28%였다. 종사자 49인 이하 소기업이 28.8%, 50~249인 규모의 중기업이 21.2%, 250인 이상의 대기업이 36.4%였다. 구체적으로 광학문자인식(OCR), 지능형 보안카메라 등과 같은 이미지 인식·처리(69.4%), 판매데이터 분석 및 재고 관리 등 의사결정 지원(50.3%)을 위한 기술 및 서비스를 많이 이용하는 것으로 나타났다. 클라우드 활용률은 69.5%, IoT는 53.2%, 데이터 분석은 39.2%로 AI보다 비교적 높게 집계 됐다. 또 기업의 인터넷 이용률은 100%, 웹사이트 운영률은 70.2%였다. 강도현 과기정통부 정보통신정책실장은 "조사결과는 디지털 활용이 일상화되고 있는 현상이 반영된 것이라 할 수 있다"라며 "이번 개편 결과와 관련 통계를 국제기구 등과 공유해 우리나라의 디지털 이용현황이 각 지표에 잘 반영될 수 있도록 하겠다"고 말했다.
- IT/바이오
2023-12-28
루테늄 나노 입자로 녹색 수소 생산 비용 절감

최근 전 세계적으로 탄소 중립을 위한 노력이 활발해지면서, 녹색 수소의 중요성이 더욱 커지고 있다. 녹색 수소는 태양광, 풍력 등 재생 가능 에너지를 이용해 물을 전기분해하여 생산한 수소로, 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지원이다. 그러나 기존의 녹색 수소 생산 기술은 백금이나 이리듐과 같은 귀금속을 촉매로 사용하기 때문에 생산 비용이 높아, 대규모 생산과 활용에 어려움이 있었다. 이에 따라, 저렴한 촉매를 사용하여 녹색 수소 생산 비용을 낮추기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근 에너지 전문매체 오일프라이스(OILPRICE)에 따르면 이탈리아의 이노바티브 테크놀로지 연구소(Istituto Italiano di Tecnologia, IIT)와 스핀오프 기업 비디멘션즈(BeDimensions)는 작은 루테늄 입자와 태양열 전해조를 이용한 녹색 수소 생산 기술을 개발했다고 발표했다. 기존의 녹색 수소 생산 방법은 백금이나 이리듐과 같은 귀금속을 촉매로 사용하기 때문에 생산 비용이 높다는 단점이 있다. 반면, 이번에 개발된 기술은 루테늄만을 사용하기 때문에 생산 비용이 크게 낮아질 것으로 기대된다. IIT와 비디멘션즈의 연구진은 루테늄 나노 입자를 전해조 음극의 활성상으로 사용해 전체 전해조의 효율성을 향상시켰다. 루테늄 나노 입자는 백금과 유사한 촉매 작용을 하지만 가격은 백금의 약 3분의 1로 저렴하다. 따라서 킬로와트당 40mg의 루테늄만을 사용하면 기존의 양이온 교환막(Proton Exchange Membrane,PEM) 전해조에 비해 생산 비용을 약 75% 절감할 것으로 예상된다. 녹색 수소 생산이 중요한 이유 녹색 수소는 태양광, 풍력 등 재생 가능 에너지를 이용해 물을 전기분해하여 생산한 수소를 말한다. 화석 연료를 이용해 생산한 수소(회색 수소, 파란 수소)와 달리 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는다. 녹색 수소는 탄소 중립 사회로의 전환을 위한 핵심 에너지원으로 주목받고 있다. 수소는 연료전지, 연료 저장, 화학 공정 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 이번에 개발된 기술은 녹색 수소 생산 비용을 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다. 이는 녹색 수소의 대규모 생산과 활용을 앞당기는 데 도움이 될 것으로 보인다. 에너지 단위당 수소 생산량은? IIT와 비디멘션즈의 연구진은 이번 기술이 기존의 양이온 교환막 전해조에 비해 에너지 단위당 수소 생산량이 높다고 밝혔지만, 구체적인 수치는 언급하지 않았다. 에너지 단위당 수소 생산량은 녹색 수소 생산 비용의 중요한 요소 중 하나다. 따라서 이 기술이 상용화될 경우 에너지 단위당 수소 생산량이 얼마나 되는지 확인하는 것이 중요하다. 루테늄 공급량은 충분할까? 루테늄은 백금 추출의 부산물로 얻어지기 때문에 연간 생산량이 백금의 7분의 1 수준이다. 따라서 이번에 개발된 기술이 상용화될 경우 루테늄의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 루테늄의 수요 증가에 따라 가격이 상승할 가능성도 있다. 따라서 루테늄의 공급과 수요를 고려해 기술의 경제성을 평가하는 것이 필요하다. 한국, 루테늄 개발 사업 추진 한국도 루테늄 개발을 위해 노력하고 있다. 과학기술정보통신부 산하 한국과학기술연구원(KIST)은 2021년부터 루테늄의 효율적인 추출 및 정제 기술 개발을 추진하고 있다. 이 기술이 개발되면 루테늄의 생산량과 품질을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 한국수소산업진흥협회는 루테늄의 국내 자급률을 높이기 위한 연구개발(R&D) 사업을 추진하고 있다. 이 사업을 통해 루테늄의 국내 생산 기술을 개발하고, 루테늄의 수요를 창출하기 위한 노력을 기울이고 있다. 이러한 기술 개발을 통해 우리나라도 녹색 수소 생산 비용을 낮추고, 루테늄의 국산화를 추진할 수 있을 것으로 기대된다. 이번에 개발된 기술은 녹색 수소 생산 비용을 크게 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다. 이는 녹색 수소의 대규모 생산과 활용을 앞당기는 데 도움이 될 것으로 보인다. 그러나 에너지 단위당 수소 생산량과 루테늄 공급 문제 등은 추가적인 연구와 개발이 필요하다.
- 산업
2023-12-27
양자컴퓨터, 실용화까지 '멀고 험난한 길'

"양자컴퓨터의 성능은 과장됐고, 실용화는 아직 요원하다"는 지적이 나왔다. 일본 기술 전문 매체 기가진에 따르면 일본의 양자컴퓨터의 성능과 실용화 가능성에 대한 과장된 기대감이 있으며, 실제 실용화까지는 여전히 멀고 험난한 길이 남아 있다는 지적이 제기됐다. 마이크로소프트와 인텔을 포함한 여러 기업들이 양자 역학의 원리를 활용한 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있다. 이들 기업은 양자 컴퓨터가 일반 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그러나 일부 전문가들은 양자 컴퓨터의 실현이 대중적인 예상보다 훨씬 더 미래의 일이 될 수 있다고 경고하고 있다. 양자 컴퓨터는 소립자의 세계에서 발견되는 '중첩'과 '양자 얽힘' 등의 특성을 활용하여, 기존 컴퓨터로는 불가능한 처리를 수행할 수 있다고 여겨진다. 이는 금융 모델링, 물류 최적화, 머신러닝 가속화 등 다양한 실제 문제 해결에 응용될 수 있는 잠재력을 지니고 있어 주목받고 있다. 그러나 이러한 가능성에도 불구하고, 양자컴퓨터의 실용화에는 아직 많은 연구와 개발이 필요한 상황이다. 양자 컴퓨터를 개발하고 있는 IBM과 같은 일부 회사는 양자 컴퓨터가 몇 년 안에 실제 문제에 영향을 미칠 것이라는 낙관적인 전망을 제시하고 있다. 하지만 이와 동시에 일부 전문가들은 양자 컴퓨팅 기술이 현실적인 적용에 회의적인 입장을 보이고 있다. 메타의 AI 연구 책임자인 양루쿤은 양자 컴퓨팅 기술에 대해 "매력적인 과학적 주제이지만 실제로 유용한 양자 컴퓨터를 생산할 가능성에 대해 확신하기 어렵다"고 말했다. 이는 양자 컴퓨터의 실용화에 대한 기대와 불확실성을 동시에 나타내는 발언으로 해석될 수 있다. 아마존웹서비스(AWS)의 양자 하드웨어 책임자인 오스카 페인터는 양자 컴퓨터 산업에 대해 "엄청난 양의 과대 광고가 존재한다. 현재 상황에서 낙관적인 접근과 비현실적인 기대를 구분하기가 점점 어려워지고 있다"고 지적했다. 이는 양자컴퓨터 분야의 빠른 발전과 그에 따른 과대 광고의 증가가 업계 내에서 어떻게 인식되고 있는지를 보여준다. 결과적으로, 양자 컴퓨터 개발은 과학과 기술의 빠른 발전 속에서도 여전히 현실과 기대 사이의 간극을 좁히는 데 어려움을 겪고 있는 분야로 여겨진다. 현재 양자컴퓨터 개발의 근본적인 문제 중 하나는 오류 발생의 취약성이다. 대다수의 현재 개발 중인 양자컴퓨터들은 '노이즈(잡음)가 있는 중간 규모 양자 컴퓨터'(NISQ)로 분류되며, 이들은 몇 년에서 수십 년 내에 개발될 것으로 예상된다. 일부 전문가들은 이러한 컴퓨터들이 오류에도 불구하고 유용한 기능을 제공할 수 있을 것으로 보고 있다. 그러나 오스카 페인터 박사는 이러한 가능성에 대해 회의적인 입장을 보이며, 실용적인 양자 컴퓨터의 실현은 오류 처리 능력에 달려있다고 강조했다. 아울러 페인터 박사는 또한 "수천 개의 큐비트를 갖춘 대규모 양자 컴퓨터 구현을 위해서는 아직 해결해야 할 기술적 과제가 많다"며 "개발 완료까지 최소 10년이 소요될 것으로 예상한다"고 말했다. 양자컴퓨터의 발전과 관련하여, 마이크로소프트의 양자 컴퓨팅 부문 책임자인 마티아스 트로이어(Matthias Troyer)는 양자 컴퓨터가 실제로 유용한 결과를 제공할 수 있는 애플리케이션의 범위가 일반적으로 생각하는 것보다 훨씬 제한적일 수 있다고 지적했다. 이러한 견해는 양자 컴퓨터의 실용적인 적용과 관련하여 여전히 많은 도전과제가 존재한다는 것을 시사한다. 양자컴퓨터는 복잡한 문제를 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그로 인해 양자 컴퓨터는 암호 해독, 물질과 분자의 구조 예측, 최적화 문제 등 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려운 복잡한 문제들을 효과적으로 처리할 수 있다. 또 분자와 화학 반응을 시뮬레이션하는 데 양자 컴퓨터가 사용될 경우, 약물 개발과 재료 과학 분야에서 혁신적인 발전을 이룰 수 있다. 현재 양자컴퓨터는 오류률이 높은 편이다. 양자 상태는 매우 불안정하며 외부 환경의 영향을 쉽게 받기 때문에, 정확한 계산을 위한 오류 수정이 어렵다. 아울러 양자컴퓨터는 극도로 낮은 온도에서 작동해야 하며, 이를 위한 복잡하고 비용이 많이 드는 냉각 시스템이 필요하다. 또한 양자컴퓨터를 위한 프로그래밍 언어와 알고리즘은 전통적인 컴퓨터 시스템과는 매우 다르다. 이로 인해 새로운 종류의 전문 지식과 기술이 필요하다. 그로 인해 현재로서는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 우월한 실용적인 성능을 보이는 분야가 제한적이다. 양자 우위를 달성하려면 아직 많은 연구와 개발이 필요하다. 트로이어에 따르면, 양자 컴퓨팅이 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 것으로 알려진 응용 프로그램에는 '큰 숫자의 인수분해'와 '제약 설계 및 유체 역학 시뮬레이션' 등이 포함된다. 그러나 이러한 응용 프로그램의 가속화가 항상 효과적인 것은 아니며, 경우에 따라 기존 컴퓨터가 더 빠를 수도 있다고 한다. 트로이어는 양자컴퓨터가 복잡한 연산 과정을 수행함에 따라 큐비트의 연산이 매우 복잡해지며, 이는 기존 컴퓨터의 '트랜지스터 스위칭' 속도보다 느릴 수 있다고 설명했다. 실제로, 그는 '엔비디아(NVIDIA) A100'을 사용하는 컴퓨터와 10,000 큐비트를 탑재한 양자 컴퓨터의 성능을 비교하는 이론적 실험을 수행했다. 그 결과 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터의 성능을 능가하기 위해서는 수백 년 또는 수천 년에 걸친 연구가 필요할 것으로 나타났다. 이러한 분석을 바탕으로, 트로이어는 "양자컴퓨터는 소규모 데이터 문제에서 기하급수적으로 빨라질 수 있지만, 현재의 양자 컴퓨터는 실용적이지 않다"고 지적했다. 이는 양자컴퓨터 개발의 현실적인 한계를 드러내며, 향후 연구와 개발이 직면한 도전과제를 보여주는 중요한 지표로 여겨진다. 스타트업 퀀텀에라(QuEra)의 최고 마케팅 책임자인 유발 보시어(Yuval Bossier)에 따르면, 회사의 큐비트 개발을 포함한 양자 컴퓨팅 분야는 현재 많은 변화를 겪고 있다. 보시에는 "일부 기업들이 양자 컴퓨팅 연구에서 AI 연구로 리소스를 전환하고 있다"고 말했다. 이는 양자 컴퓨팅 분야에 대한 투자와 관심이 AI 분야로 이동하는 현상을 반영한 것으로 보인다. 보시에는 또한 양자 컴퓨팅에 대한 과대 광고가 많은 재능 있는 사람들을 분야로 끌어들였지만, 현재 양자 컴퓨터가 세계의 다양한 문제를 해결하기 어렵다는 사실이 밝혀지면서 실망감을 불러일으키고 있다고 지적했다. 그 결과, 많은 연구자들이 이 분야를 떠나고 있다는 것이다. 이러한 현상은 양자 컴퓨팅 기술의 발전과 실용화에 대한 과도한 기대가 현실과 맞닥뜨리면서 생기는 문제로, 연구자들과 투자자들 사이에서 재평가가 필요한 시점임을 시사한다. 양자 컴퓨팅의 발전은 여전히 중요하지만, 그 기대치와 현실 사이의 균형을 찾는 것이 중요해 보인다. 독일의 유명 제약회사 '머크 KGaA'의 디지털 혁신 그룹 글로벌 책임자 필립 헤르바흐(Philip Herbach)는 양자 컴퓨터에 대해 현실적인 견해를 제시했다. 그는 "양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대되지만, 실제로는 새로운 지평을 여는 것보다는 기존 프로세스의 속도를 개선하는 데 더 자주 사용된다"고 언급했다. 이는 양자 컴퓨터의 실질적인 활용 가능성에 대한 보다 현실적인 평가를 나타낸다. 마이크로소프트의 마티아스 트로이어도 양자컴퓨터에 대한 회의론적인 견해를 표명했다. 그는 "이 분야에 대한 관심을 줄이려는 것이 아니라, 연구자들이 양자 컴퓨팅의 가장 유망한 응용 분야에 자원을 집중할 수 있도록 하기 위함"이라고 말했다. 트로이어의 이러한 발언은 양자 컴퓨팅 분야의 연구와 개발이 실질적인 결과를 낳기 위해서는 목표와 방향성을 명확히 하는 것이 중요함을 시사한다. 이러한 전문가들의 견해는 양자 컴퓨팅 기술의 미래가 여전히 불확실성을 내포하고 있으며, 실용화를 향한 길이 단순하지 않음을 보여준다.
- IT/바이오
2023-12-26
뉴질랜드 스타트업, 우드칩으로 전기차 배터리용 흑연 생산

뉴질랜드에 본사를 둔 한 스타트업이 우드칩을 사용하여 전기자동차(EV) 배터리에 사용할 수 있는 인조 흑연을 만들었다. 미국 매체 비즈니스인사이더(businessinsider)는 스타크업 카본스케이프(CarbonScape)가 목재 제조 폐기물을 가열해 대체 흑연을 생산한다고 보도했다. 이 업체는 탄소가 풍부한 재료인 바이오 숯을 만들기 위해 열분해로 알려진 공정을 통해 목재 제조 폐기물을 가열하여 대체 흑연을 생산하고, 그 다음 원료를 밀링해 흑연 형태로 변형시킨다. 회사는 이것을 "지속 가능한 옵션"이라고 말했다. 카본스케이프 이반 윌리엄스(Ivan Williams) CEO는 "우리의 임무는 배터리 산업의 탄소 배출을 줄이는 것"이라며 "이는 공급망 현지화를 포함한 다른 문제도 해결라는 데 도움이 된다"고 말했다. 흑연에 대한 대체 가능한 솔루션을 개발하는 것은 중국산 전기차(EV) 배터리에 대한 의존도를 줄이려는 서방 국가들에게 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 모건스탠리 애널리스트들은 7월 보고서에서 "현재 중국은 많은 전기차가 사용하는 리튬, 철, 인산염 등 LFP 배터리의 최대 생산국 중 하나"라며 "전기차 배터리 공급망의 최대 90%가 중국에 의존하고 있다"고 밝혔다. 중국은 이러한 공급망 지배력을 활용하여 경쟁사보다 배터리를 더 저렴하게 생산하고 결과적으로 더 낮은 가격으로 제공할 수 있다. 그러나, 최근 몇 년간 긴장된 미·중 관계로 인해 서방 국가들은 향후 공급망 중단을 피하기 위한 대안을 모색하고 있다. 미국에 진출한 한국 배터리 업체들은 더욱 타격을 받을 것으로 전망되고 있다. 한국무역협회의 ‘중국 흑연 수출 통제의 영향 및 대응 방안’ 보고서에 따르면, 중국은 첨단 반도체 제조 때 쓰는 갈륨·게르마늄 관련 품목의 수출을 지난 8월부터 통제한 데 이어 12월부터는 흑연 수출도 통제할 계획이다. 흑연은 전기차 배터리에 들어가는 음극재의 핵심 소재로 한국은 올해 1~9월 천연 흑연 제품의 중국 수입 의존도가 97.7%, 인조 흑연은 94.3%에 달하는 등, 사실상 전량을 중국에서 수입하고 있다고 봐도 과언이 아니다. 도원빈 무역협회 연구원은 "중국의 흑연 수출 통제 조치는 미국에 대한 보복성 조치로 해석되는데, 미·중 관계가 더욱 나빠지면 미국에 공장을 둔 우리 배터리 기업이 중국산 흑연을 들여오는 과정이 지연되거나 허가가 반려될 수 있다"고 우려했다. 카본스케이프의 아이디어가 수입을 대처할 수 있다는 주장에 설득력이 있어 보인다. 하지만, 일부 비평가들은 카본스케이프의 아이디어에 대해 의문을 제기했으며, 너무 많은 우드칩이 필요하고 흑연만큼 비용면에서 효율적이지 않다고 지적했다. 그럼에도 불구하고 뉴질랜드 스타트업은 글로벌 EV 생산이 확대됨에 따라 국제적인 주목을 받고 있다. 카본스케이프는 올해 초 유럽의 임산물 회사인 스토라 엔소(Stora Enso)로부터 1800만 달러(약 234억4500만원)의 자금을 확보해 유럽에 새로운 공급망을 열었기 때문이다. 로이터에 따르면 윌리엄스 장관은 "이번 투자는 글로벌 탈탄소화를 위한 배터리 소재의 지속 가능한 조달에 대한 강력한 지지를 표명한 것"이라고 말했다. 홍콩에 본사를 둔 배터리 제조업체인 암페렉스 테크놀로지(Amperex Technology )도 이 회사에 투자했다. 흑연은 미국과 유럽연합(EU)의 핵심 광물이며, 관계자들은 더 많은 현지 광산 생산을 장려하기를 희망하고 있다. 한편, 한국의 경우 중·장기적으로 모잠비크, 브라질, 일본 등으로 흑연 수입처를 다변화해야 하며, 배터리산업에서 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 음극재 기술을 개발해 공급망 리스크를 낮추는 것이 필요하다.
- 산업
2023-12-22
뮌헨공대, 태양광 수소 생산 세계 최고…경제성 확보 과제

독일 뮌헨대학교 연구팀이 태양광 수소 생산 분야에서 세계 기록을 경신했다. 이들은 햇빛을 활용하여 포름산으로부터 수소를 생산하는 플라즈몬 나노구조를 개발하여 녹색 수소 개발에 획기적인 발전을 이루어냈다. 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'는 뮌헨대학교 연구팀의 이 발견이 획기적이라면서도 고가의 원자재를 사용하는 한계로 인해 경제적인 측면에서 더 효과적인 대안을 모색해야 한다고 지적했다. 뮌헨대학교 연구팀은 녹색 수소 생산 분야에서 세계적인 기록을 경신했으며, 이러한 성과를 이루어낸 고성능 나노구조를 개발했다. 뮌헨대학교 실험물리학 및 에너지 변환 교수인 에밀리아노 코르테스(Emiliano Cortés)는 나노우주로의 도약을 이루어냈다. 코르테스 교수는 "태양광의 고에너지 입자가 원자 구조와 상호 작용하는 지점에서 연구가 시작되었다"라며 "태양에너지를 더 효율적으로 활용하기 위한 소재 솔루션을 연구 중"이라고 설명했다. 이러한 발견은 새로운 태양전지와 광촉매의 가능성을 열어두고 있다. 그러나 코르테스 교수는 "햇빛이 희석돼 지구에 도달하기 때문에 면적당 에너지가 상대적으로 낮다"는 문제에 직면하고 있다고 말했다. 헤란 박사는 "먼저, 우리는 플라즈몬 금속(우리 경우에는 금)에서 10~200나노미터 범위의 입자를 생성했다"라며 "이 크기에서 가시광선은 금 전자와 매우 강하게 상호작용하여 공명 진동을 유발한다"라고 설명했다. 이러한 현상을 통해 나노입자는 더 많은 햇빛을 포착하고, 매우 높은 에너지의 전자로 변환할 수 있다는 것을 밝혔다. 헤란 박사는 "이러한 과정에서 매우 국지적이고 강한 전기장이 핫스팟에서 발생한다"고 말했다. 이러한 핫스팟은 금 입자 사이에서 형성되며, 따라서 두 사람은 백금 나노입자를 이러한 핫스팟 사이 공간에 직접 배치하는 아이디어를 얻었다. 오늘날 수소는 주로 화석 연료, 주로 천연가스에서 생산된다. 그러나 두 사람은 "플라즈몬 금속과 촉매 금속의 결합을 통해 이산화탄소를 유용한 물질로 변환하는 등 다양한 산업 응용 분야를 위한 강력한 광촉매를 개발 중이다"라고 밝혔다. 이들은 이미 이러한 물질 개발에 대한 특허를 취득했다. 또한, 이전에 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들이 태양열을 활용하여 온실가스 배출 없이 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다. MIT, 태양열 최대 40% 활용 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 태양열을 최대 40%까지 효율적으로 활용할 수 있다. 이 시스템은 태양열을 활용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 생성된 수소를 청정 연료로 사용할 수 있게 한다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 다수의 거울을 활용하여 태양광을 집중시켜 열을 발생시킨다. 이렇게 집중된 열은 수소 생산에 활용된다. 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 게다가 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용함으로써, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용할 수 있는 방법을 제시한다.
- 산업
2023-12-18
SK에코플랜트·한국남동발전, UAE·오만서 그린수소 사업 본격화

SK에코플랜트가 한국남동발전과 협력해 중동 지역에서의 그린수소 사업 확장할 계획이다. SK에코플랜트는 15일 서울 종로구 본사에서 한국남동발전과 '그린수소-그린암모니아 사업개발 공동협력을 위한 업무협약(MOU)'을 체결했다고 발표했다. 이 협약에 따라 두 회사는 아랍에미리트(UAE)와 오만에서 그린수소와 그린암모니아 사업 개발을 공동으로 추진할 예정이다. SK에코플랜트는 그린수소 프로젝트 사업개발 예비타당성조사를 총괄하고 주도하며, 한국남동발전은 사업개발을 지원한다. 한국남동발전은 향후 그린수소, 그린암모니아를 국내로 들여와 혼소 발전용으로 활용하는 방안도 검토할 계획이다. 두 회사는 이를 위해 UAE 수도 아부다비에 위치한 경제자유구역 산업단지에서 그린수소 및 그린암모니아 생산을 위한 인프라 구축에 대한 예비타당성조사를 시작한다. SK에코플랜트는 경제자유구역 산단 내 부지에서 태양광 발전으로 생산한 전기로 물을 분해해 연간 그린수소 5만t(톤), 그린암모니아 25만t을 생산하는 것을 목표로 하고 있다. 이번 예비타당성조사를 통해 사업의 세부적인 규모와 그린수소 등의 생산 가능 용량 등도 종합적으로 검증할 계획이다. 앞서 SK에코플랜트는 지난 7월 현지 기업과 재생에너지 기반 그린수소 및 그린암모니아 사업에 대한 예비타당성조사 사전 협의를 진행했다. 또한 경제자유구역 산업단지와 함께 항만시설 및 터미널을 운영 중인 현지 기업과도 업무협약(MOU)을 체결했다. UAE와 오만 등 중동 지역은 풍부한 일조량 덕분에 태양광을 통한 전력 생산이 용이하며, 이미 구축된 항만시설과 터미널은 생산된 그린수소 및 그린암모니아 운송이나 유통에도 유리한 조건을 제공한다. 두 회사는 오만에서도 추가적인 사업 기회를 모색할 예정이다. 배성준 SK에코플랜트 에너지전략 담당임원은 "에너지 다소비 산업을 중심으로 증가하는 그린수소 수요에 적극 대응해 나갈 것"이고 밝혔다. 한편, SK에코플랜트는 2020년 폐기물처리업체인 '환경시설관리'(EMC)를 인수하면서 환경업에 본격 진출했다. 3년 새 SK에코플랜트의 환경 자회사 숫자는 24개로 늘었고, 사업 구조도 소각·매립·수처리 등의 전통적인 사업부터 폐플라스틱, 전자전기폐기물, 폐배터리 등의 재활용 사업까지 환경업 전 영역을 포괄하게 됐다. 위탁운영을 포함한 국내 수(水)처리장 운영 숫자는 1295개에 달하며, 1년간 정화하는 하수 및 폐수의 양은 서울시민의 연간 수돗물 사용량을 초과하는 약 11억 700만 톤에 이른다. 일반 소각 부문에서도 연간 약 35만 1495톤의 폐기물을 처리하며, 점유율 1위를 차지하고 있다. 의료 소각 용량을 포함할 경우 연간 전체 소각 처리량은 40만 톤을 넘어선다.
- 산업
2023-12-15
전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산

환경 오염을 주범으로 여겨지는 가축 분뇨에서 친환경적으로 전기를 생산하는 기술이 개발됐다. 매년 전 세계 축산농가에서 30억톤 이상의 동물 배설물이 발생하고 있다. 이는 미국 엠파이어 스테이트 빌딩 9000개 이상에 해당하는 양이다. 모든 분뇨는 수질을 악화시키며 유독한 연기와 온실가스를 방출한다. 그러나 저렴한 전기를 이용해 동물 배설물을 재활용하고 귀중한 화학물질을 회수할 수 있는 기술이 개발돼 환경 오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에서는 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 발표된 연구를 소개했다. 이 연구는 전기를 이용하여 동물 배설물에서 유기 영양소를 분해하고, 동시에 가치 있는 화학물질을 회수하는 새로운 방법을 제시한다. 초기 예측에 따르면, 이 방법으로 얻어지는 화학물질의 경제적 가치가 기술 구현 비용을 상회할 것으로 예상된다. 이는 농부들에게 수익성이 높은 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 클락슨 대학의 김태영 화학자는 이번 연구에는 참여하지 않았지만 "풍력, 태양열 발전소에서 발생하는 값싸고 재생가능한 전기를 결합하면 거름이 풍부한 시골 농업 지역에서도 찬환경 전기가 생산될 수 있다"고 말했다. 많은 축산업자들은 이미 동물 배설물을 재활용하기 위해 노력하고 있다. 이들은 배설물을 분뇨 라군(연못)에 저장하여, 바닥에 침전된 암모니아가 풍부한 고형물을 준설하여 비료로 재사용한다. 또한, 남은 유기 화합물을 미생물이 메탄으로 분해하게 하여 이를 수집, 태워 전기를 생산할 수 있다. 이러한 방식은 지속 가능한 에너지와 농업 사이의 상호 작용을 보여주는 예이다. 그럼에도 불구하고, 엄청난 양의 암모니아와 기타 화합물이 자연환경으로 방출되어 해조류가 번성하고 물고기가 죽게 되는 환경오염이 발생한다. 이에 최근 몇 년 동안 몇몇 연구팀에서는 분뇨 라군에서 암모니아와 기타 귀중한 화학물질을 포착하기 위한 전기화학적 방법을 탐색하기 시작했다. 예를 들어, 2021년 실험실 연구에서 김태영 교수와 그의 동료들은 전류를 사용해 막을 통해 양으로 하전된 암모늄 이온을 유도하여 비료 전구체를 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 배터리 유형 설정을 보고했다. 그러나 멤브레인(두께가 얇은 막) 설정은 운영하기 어렵고 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 위스콘신 매디슨 대학교 환경 엔지니어인 모한 킨(Mohan Qin)과 동료 송진이 이끄는 연구팀은 2단계 접근 방식을 채택해 멤브레인을 없앨 수 있는 가능성을 확인했다. 두 단계 모두 KNiHCF(칼륨·니켈·헥사시아노철산염)라는 배터리 전극 재료를 사용한다. KNiHCF는 이온이 들어오고 나갈 수 있는 간격이 있는 층 구조를 가지고 있다. 연구원들은 KNiHCF의 층 간격이 나트륨이나 칼슘과 같이 분뇨에서 일반적이지만 가치는 떨어지는 이온 대신 암모늄 및 칼륨 이온을 끌어들이는 데 이상적이라는 것을 발견했다. 연구진은 이후 이온으로 채워진 KNiHCF 전극을 폐수 용액에서 제거하고, 이를 이온 전도성 전해질을 첨가한 깨끗한 물이 담긴 두 번째 용기에 두 번째 전극과 함께 배치했다. 전압을 가하면 전자가 두 번째 전극으로 흘러 들어갔고, 이로 인해 KNiHCF 전극에서 양전하를 띤 암모늄 및 칼륨 이온을 용액으로 끌어당겨 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 음전하가 생성됐다. 이 설정에는 보너스가 있다. 두 번째 전극의 음전하는 용액의 물과 산소를 유발하여 수소 가스나 과산화수소로 반응했는데, 두 가지 모두 회수된 암모니아 및 칼륨과 함께 판매될 수 있는 귀중한 화학물질이다. 연구팀은 KNiHCF 전극은 반복적으로 사용하면 성능이 저하되는데, 이 문제는 이미 해결 방안을 찾았다고 밝혔다. 연구원들은 또한 1000마리의 젖소가 있는 낙농장의 폐기물을 확장하고 관리하기 위한 설정의 잠재력을 평가하기 위한 분석을 수행했다. 그들은 전기 가격이 미국 평균인 킬로와트시(kWh)당 약 0.08달러(약 100원)로 책정될 경우 해당 운영에서 연간 최대 20만달러(약 2억6320만원)의 이익을 창출할 수 있을 만큼 귀중한 화학 물질을 생성할 수 있다는 사실을 발견했다. 송진 연구원은 재생 가능 전력이 일부 농촌 지역의 전기 비용을 2030년까지 kWh당 약 0.03달러(약 39원)로 낮출 수 있을 것으로 예상했다. 풍력이나 태양열 발전소는 종종 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기를 생산하므로 엔지니어는 전력을 버리거나 터빈을 꺼야 했다. 이에 송진은 "풍력, 태양광과 결합할 수 있다면, 가격이 저렴할 때만 전기를 사용하도록 설계할 수 있다"고 말했다. 모한 킨은 "전체 공정이 얼마나 효율적인지 고려할 때, 전기화학적 처리는 거름에 있는 암모니아의 거의 70%를 포착하고 비슷한 양만큼 농장에서 배출되는 암모니아를 줄일 수 있다"며 "이것은 오래된 (가축 분뇨)문제를 처리하는 매우 간단하고 효율적인 방법"이라고 주장했다.
- 산업
2023-12-14
美 노스웨스턴대 "바다 쓰레기 주범 나일론, 촉매로 순식간에 '분해'"

바닷속 쓰레기로 전 세계가 몸살을 앓고 있다. 특히, 어망 등이 고래나 바다거북, 물개 등 해양생물을 칭칭 감싸고 있는 모습은 충격을 던져줬다. 나일론 어망 등은 뛰어난 내구성 때문에 자연 분해가 불가능해 해양동물과 산호초, 새, 바다 등을 위험에 빠뜨리고 있다. 해양 환경에 유입된 이들 물질은 분해되지 않고 수천 년 동안 머무를 수 있어 더욱 큰 폐해가 예상되고 있다. 그러나 최근 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 나일론을 분해하는 새로운 촉매를 개발해 이 같은 해양오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이 촉매는 몇 분 만에 내구성 높은 플라스틱 오염을 완전히 분해하는 것으로 알려졌다. 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'는 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 개발한 새로운 나일론 분해 촉매에 대해 최근 보도했다. 연구팀은 유해한 부산물을 생성하지 않고 몇 분 만에 나일론-6을 빠르고 깨끗하며 완전히 분해하는 새로운 촉매를 개발했다. 더 좋은 점은 이 공정에는 독성 용매, 고가의 재료 또는 극한 조건이 필요하지 않아 일상적인 응용 분야에 실용적이라는 점이다. 연구팀은 이 촉매를 활용해 해양 플라스틱 오염을 줄이는 것은 물론, 폐기물 재활용과 순환경제 활성화에도 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '켐(chem)'에 게재됐다. 이번 연구의 수석 저자인 노스웨스턴 대학의 토빈 마크스(Tobin Marks) 교수는 "전 세계가 플라스틱 문제의 심각성을 인식하고 있다"며 "우리는 플라스틱을 재활용하기 위해 폴리머를 분해하여 원래 형태로 되돌려 재사용할 수 있는 촉매를 개발하고 있다"고 말했다. 어망, 태평양 쓰레기 46% 차지 나일론-6은 의류, 카펫, 안전벨트 등 매일 사용되는 다양한 제품에 사용되는 소재다. 하지만 사용 후에는 매립되거나 해양을 포함한 환경에 방치되는 경우가 많다. 세계야생생물연맹(World Wildlife Federation) 보고에 따르면 매년 약 45만3592kg(약 100만 파운드)의 낚시 장비가 해양에 버려지며, 이 중 나일론-6로 만들어진 어망이 태평양의 거대한 쓰레기 더미에서 차지하는 비율이 최소 46%에 이른다. 현재 나일론-6 처리 방법은 주로 매립에 의존하고 있다. 나일론-6가 연소될 때는 질소산화물 같은 독성 오염물질을 배출해 조기 사망과 온실가스인 이산화탄소 배출 등의 문제를 야기한다. 마크스 교수는 플라스틱을 분해하는 과정에서 발생하는 오염물질 문제를 지적하며, 친환경 용매의 사용이 중요하다고 강조했다. 그는 "플라스틱을 분해하면 오염된 물이 남게 되며, 친환경 용매의 사용은 필수적"이라며 "어떤 종류의 용매가 환경에 더 적합한지 연구해야 한다"고 말했다. 업사이클링을 위한 나일론 복구 마크스 교수와 연구팀은 실험실에서 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 이트륨(지구상에 풍부한 경제적인 금속)과 란탄족 이온을 활용한다. 나일론-6를 녹는 온도까지 가열한 뒤 촉매를 추가하자, 용매 없이도 플라스틱이 분해되어 부산물 없이 원래의 빌딩 블록으로 복구됐다. 마크스 교수는 이 과정을 목걸이와 진주에 비유하며 설명했다. 그는 "폴리머는 목걸이와 같으며, 각 진주는 하나의 단위체, 즉 단량체다. 우리는 이 목걸이를 해체하여 진주, 즉 빌딩 블록을 회수하는 방법을 찾은 것"이라고 말했다. 실험을 통해 연구팀은 플라스틱의 원래 모노머를 99% 회수할 수 있었다. 원칙적으로 이러한 모노머는 현재 강도와 내구성에 대한 수요가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 이 실험을 통해 연구팀은 나일론의 원래 모노머를 99% 회수하는 데 성공했다. 이러한 모노머는 내구성과 강도가 높은 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있다. 마크스 교수는 재활용된 나일론이 일반 나일론보다 경제적 가치가 더 높다고 강조했다. 나일론-6를 효율적으로 타깃팅 새롭게 개발된 촉매는 높은 수율의 단량체 회수뿐만 아니라, 선택성도 뛰어나 나일론-6 중합체에만 작용한다. 이는 폐기물 중에서도 나일론-6를 효과적으로 분리해낼 수 있다는 것을 의미하며, 업계에 대량의 분류되지 않은 폐기물에도 적용 가능함을 보여준다. 마크스 교수는 이 과정의 경제성과 효율성을 강조했다. 그는 "나일론 폐기물을 사람이 일일이 분류하는 것은 비용이 많이 들고 비효율적이다. 하지만 이 촉매가 나일론만을 대상으로 하고 다른 물질은 그대로 두기 때문에 효율적이다"라고 설명했다. 이 기술을 통해 회수된 모노머를 재활용하면 신규 플라스틱 생산의 필요성도 줄어들 수 있다. 마크스 교수와 연구팀은 이 새로운 공정에 대한 특허를 출원했으며, 이미 여러 산업 파트너로부터 관심을 받고 있다. 이들은 자신들의 촉매가 대규모로 활용되어 글로벌 플라스틱 문제 해결에 기여하기를 기대한다. 현재 이 연구는 폴리머 재활용 및 지속 가능한 재료 관리 분야에서 중요한 진전을 보이고 있다. 이러한 접근 방식은 현재 재활용 기술의 중요한 격차를 해결하고 나일론 폐기물 문제에 대한 실용적이고 효율적인 솔루션을 제공한다. 이는 플라스틱의 환경 발자국을 줄이고 순환경제에 기여하는 데 영향을 미칠 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-11
GH파워, 그린 수소 생산 원자로 개발

캐나다 기업이 재활용 알루미늄 캔을 활용해 그린 수소를 생산하는 원자로를 선보였다. 수소는 지구 전체 에너지 구성의 90%를 차지하는 중요한 자원이지만, 현재 대부분 화석 연료에서 추출되어 환경에 큰 부담을 주고 있다. 전 세계적으로 재생 가능 에너지를 활용하여 생산한 그린 수소에 대한 관심이 증가하고 있다. 그린 수소는 탄소 배출이 없는 친환경 에너지원으로서 미래의 에너지원으로 각광받고 있다. 그러나 기존의 그린 수소 생산 방식은 높은 비용과 낮은 효율성이라는 문제를 안고 있었다. 이에 대한 해결책으로, 캐나다에서 새로운 원자로 설계가 개발되어 이 분야에서 큰 주목을 받고 있다. 최근 에너지 전문 매체 오일프라이스(OILPRICE)의 보도에 따르면, 캐나다 기업 지에이치 파워(GH Power)가 개발한 원자로는 재활용 알루미늄과 물만을 사용하여 수소, 알루미나, 열을 생산하는 방식해 주목받고 있다. GH파워의 원자로는 기존의 그린 수소 생산 방식보다 비용이 60% 저렴하고 효율성이 85% 높다는 장점이 있다. 이 혁신적인 원자로 설계는 모듈식으로 제작되어, 소규모 설비에서부터 대규모 발전소까지 확장 가능하다. 이는 그린 수소 시장의 확장에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. GH 파워는 현재 온타리오주 해밀턴에 2MW 규모의 실증 상업용 원자로를 건설 중이며, 이는 내년 2분기부터 수익을 창출할 것으로 예상된다. 또한, 회사는 북미와 유럽에서 대규모 수소 발전소 건설하기 위해 우량 전략 파트너와 협력 관계를 구축하고 있다. GH 파워는 캐나다와 독일 정부가 후원하는 독일의 RWTH 아헨 대학교(RWTH Aachen University)와의 협력을 통해 이 기술을 개발했고, 녹색 기술 보조금을 받는 등 세계적으로 기술력을 인정받았다. GH 파워의 기술은 재활용 알루미늄을 원자로에서 열을 발생시키는 연료로 사용하며, 물은 알루미늄과 반응하여 수소와 산화알루미늄을 생성한다. 이렇게 생성된 수소는 연료로 사용되거나 다른 화합물의 제조에 활용될 수 있다. 또한, 산화알루미늄은 재활용되어 다시 원자로에서 연료로 사용될 수 있어, 자원 순환을 통한 지속 가능한 생산 체계를 구축하는 데 중요한 역할을 한다. 저비용 수소 GH 파워의 원자로 기술은 기존 화석 연료와의 가격 경쟁력을 갖춘 점에서 혁신적이다. 현재 전기 분해를 통해 생산되는 녹색 수소는 천연 가스에서 추출된 수소보다 약 3배 비싼 반면, GH 파워의 기술은 기존 전기 분해 방법으로 생산하는 것보다 이미 60% 저렴한 비용으로 수소를 생산할 수 있다. 이 원자로는 두 가지 중요한 녹색 출력물을 생산한다. 첫 번째는 발열이며, 이 열은 수소 생산뿐만 아니라 지역난방이나 산업용 열원으로도 활용될 수 있다. 두 번째는 녹색 알루미나로, 기존의 알루미나 생산 공정이 염산을 사용하여 알루미늄을 추출하는 방식에서 발생하는 염산 누출과 대기 오염 문제를 해결한다. GH 파워의 기술은 물과 재활용 알루미늄을 주요 원료로 하여, kg당 약 1.50달러(약 1960원)의 저렴한 비용으로 수소를 생산한다. 이는 기존의 염산 침출 및 가수분해 공정에 비해 약 85% 저렴한 비용으로, 수소 생산의 경제성을 크게 높인다. 27MW 규모의 발전소는 연간 약 120만 톤의 탄소 상쇄를 생산할 수 있는데, 이는 탄소 상쇄 비용이 톤당 40달러(약 5만2300원)에서 80달러(약 10만4600원) 사이인 것을 고려할 때, 상당한 탄소 상쇄 수익 잠재력을 의미한다. 수소 산업은 아직 초기 단계에 있지만, 급속한 성장세를 보이고 있다. 글로벌 시장조사기관 리서치앤마켓(Research and Markets)의 보고에 따르면, 수소 산업의 시장 규모는 2022년 1230억달러(약 160조 7610억원)에서 2030년에는 5580억달러(729조 3060억원)로 성장할 것으로 예측되며, 이는 연평균 11.4%의 성장률을 의미한다. 수소 산업의 주목받는 기업들 수소 산업은 다양한 분야의 기업들이 진출하고 있다. 그 중에서도 주목할 만한 기업으로는 다음과 같은 기업들이 있다. 에어 프로덕츠 앤 케미칼스(Air Products and Chemicals, Inc.)는 산업용 가스 부문에서 확고한 입지를 구축한 기업으로, 현재 수소 시장에서 상당한 발전을 이루고 있다. 발라드 파워 시스템즈(Ballard Power Systems Inc.)는 연료 전지 산업의 선구자로, 첨단 양성자 교환막(PEM) 기술로 잘 알려져 있다. 쉘(Shell)은 전통적인 석유 메이저에서 다각화된 에너지 회사로 전환한 기업으로, 수소 이니셔티브에 대한 그들의 진출은 지속 가능성과 혁신을 향한 광범위한 변화를 반영하는 중요한 부분이다. BP는 과거 회사명을 '브리티시 페트롤리움(British Petroleum)'에서 '비욘드 페트롤리움(Beyond Petroleum)'으로 리브랜딩을 통해 변화를 상징한다. 이러한 기업들은 모두 그린 수소 생산 분야에서 혁신적인 기술과 비즈니스 모델을 개발하고 있으며, 향후 이 시장의 성장을 주도할 것으로 기대된다. 한국의 수소 기업들 한국원자력연구원(KAERI)은 한국 최초의 원자로를 개발한 연구기관으로, 다양한 원자력 기술을 연구하고 개발하고 있다. 한국원자력연구원은 재활용 알루미늄과 물을 사용하여 수소를 생산하는 원자로 개발을 추진하고 있다. 이 원자로는 지에이치 파워의 원자로와 마찬가지로 두 가지 녹색 출력물인 발열과 녹색 알루미나를 생산한다. 한국원자력연구원의 원자로는 현재 개발 초기 단계에 있으며, 2025년경 실증 상업용 원자로를 건설할 계획이다. 이외에도 한국에는 수소 생산을 위한 다양한 기술을 개발하고 있는 기업들이 있다. 대표적으로 현대자동차, SK그룹, 포스코 등이 있다. 현대자동차는 수소연료전지 자동차를 생산하는 기업으로, 수소 생산 기술 개발에도 적극적으로 투자하고 있다. SK그룹은 수소 생산, 저장, 운송, 활용 등 수소 산업의 전 분야에 진출하고 있으며 포스코는 풍력, 태양광 등 재생 에너지를 활용한 수소 생산 기술을 개발하고 있다. 수소 산업, 투자의 기회 될까 수소 산업은 빠른 성장이 기대되는 산업인 만큼, 투자의 기회가 될 수 있다는 분석도 나온다. 실제로, 수소 산업 관련 기업의 주가는 최근 들어 상승세를 보이고 있다. 그러나, 수소 산업은 아직 초기 단계인 만큼, 투자 시에는 신중한 접근이 필요하다는 지적도 있다. 수소 생산, 저장, 운송, 활용 등 다양한 분야에서 기술 개발이 진행 중이며, 시장이 성숙하기까지는 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 또한, 수소 산업은 정부의 정책에 영향을 받는 산업이기도 하다. 정부의 정책 변화에 따라 시장의 성장 속도나 방향이 달라질 수 있기 때문에, 투자 시에는 정부 정책을 면밀히 살펴볼 필요가 있다. 수소 산업은 미래 에너지원으로서 주목받고 있으며, 그 성장 잠재력이 높은 산업이다. 그러나 수소 산업은 아직 초기 단계에 있기 때문에, 이 분야에 대한 투자는 신중한 접근이 필요하다.
- 산업
2023-12-08
발효 식품, 인간의 뇌 진화의 열쇠?

인간의 뇌는 진화 과정에서 3배 이상 커졌다. 이러한 뇌의 확장은 인간의 지적 능력과 창의성의 발달에 중요한 역할을 했지만 뇌의 확장이 어떻게 이루어졌는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 의학전문지 '뉴스 메디컬 라이프사이언스'는 최근 미국의 연구자들이 발표한 리뷰 논문에서 외부 발효 식품이 인간의 뇌 성장을 촉진하는 데 기여했을 수 있다는 가설을 제시했다고 보도했다. 이 가설은 '외부 발효 가설'이라고 불린다. 외부 발효는 식품이 환경이나 식품 표면의 박테리아에 의해 분해되는 과정으로 대표적인 예로는 김치, 된장, 낫토, 치즈, 요구르트 등이 있다. 연구진은 외부 발효 식품의 다음과 같은 이점이 초기 호미닌의 뇌 확장에 기여했을 가능성이 있다고 주장한다. 외부 발효 식품은 장내 미생물의 다양성과 풍부함을 증가시켜 장의 기능을 개선하고, 면역력을 강화하고 소화되지 않은 섬유질에서 추가 에너지를 얻을 수 있도록 돕고, 항영양 인자를 분해하여 영양소의 생체 이용률을 높인다. 또한 외부 발효 식품은 프로바이오틱 박테리아가 풍부하여 뇌의 염증을 줄이고 뇌 기능을 향상시킨다. 연구진은 인간의 대장 크기가 진화 과정에서 약 74%의 감소한 것을 근거로, 외부 발효 식품의 섭취가 이러한 변화를 초래했을 수 있다고 주장한다. 초기 호미닌이 음식을 운반하고 저장하는 과정에서 의도치 않게 외부 발효를 시작했을 수 있다는 가능성을 제기하고 있다. 외부 발효 식품의 섭취가 장내 미생물의 다양성과 풍부함을 증가시켜 장의 기능을 개선하는 데 기여했을 것으로 연구진은 추정했다. 장내 미생물은 음식물을 분해하고 영양소를 생성하는 역할을 하며 면역 체계 강화, 염증 조절, 스트레스 해소 등 다양한 역할을 한다. 따라서 연구진은 외부 발효 식품의 섭취로 인해 장내 미생물의 다양성과 풍부함이 증가하여 장의 기능이 개선되었고, 이는 장 축소로 이어졌을 가능성이 있다고 주장하고 있다. 외부 발효 가설은 기존의 가설에 비해 몇 가지 설명적 이점을 가지고 있다. 발효 식품은 덩이줄기 채취, 육식, 요리와 같은 식이 조절에 비해 훨씬 낮은 인지 능력을 필요로 한다. 또한 발효는 조리된 음식의 모든 이점을 제공하면서도 특별한 계획, 사회적 조정 또는 주의가 필요하지 않다. 연구진은 현재의 발효 관행도 외부 발효 가설을 뒷받침하는 증거로 제시했다. 전 세계 사람들은 다양한 기후 조건과 시간 척도에 걸쳐 다양한 출처에서 모든 종류의 음식을 발효시켜 왔다. 연구진은 외부 발효 가설을 검증하기 위한 다양한 방법을 제안했다. 외부 발효에 영향을 받는 대사, 소화 및 면역 과정과 관련된 유전적 변화를 조사하고, 발효 식품 검출과 관련된 잠재적 양성 선택을 위한 후각 수용체 유전자 분석, 유인원 친척과 비교한 인간 마이크로바이옴의 변화를 조사하는 방법 등이 있다. 외부 발효 가설은 인간의 진화에서 외부 발효 식품이 중요한 역할을 했을 가능성을 제시하는 새로운 관점이다. 아직 검증되지 않은 가설이기에 가설을 검증하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하지만, 그 가능성에 주목할 필요가 있다.
- 생활경제
2023-12-07
버려진 플라스틱으로 바닐라 아이스크림을 만든다고?

플라스틱은 20세기 최대의 발명품으로 여겨지지만 자연환경에서 쉽게 분해되지 않는 성질 때문에 대량생산·대량소비가 증가함에 따라 그 처리방법이 큰 문제로 대두되고 있다. 포브스 재팬에 따르면 1950년부터 2015년 65년간 세계에서 제조된 플라스틱은 83억톤에 이르며, 일본에서도 2019년에만 850만 톤의 플라스틱이 폐기물이 발생했다. 특히, 1인당 플라스틱 용기 폐기량에서 미국에 이어 일본이 세계에서 두 번째로 높은 수치를 기록하고 있다 바다로의 플라스틱 유입도 심각한 문제로, 매 분마다 트럭 한 대 분량의 플라스틱이 바다로 유입되고 있다. 이로 인해 해양 생물이 플라스틱을 섭취하고 결국 목숨을 잃는 사례가 전 세계적으로 보고되고 있다. 유엔환경계획(UNEP)은 플라스틱으로 인해 매년 수십만 마리의 해양 생물이 죽는다고 추정한다. 예를 들어, 2018년 태국 남부에서 발견된 약해진 고래의 위에서는 80장 이상의 비닐봉지가 발견됐다. 플라스틱 문제의 심각성이 증가함에 따라 이를 해결하기 위한 획기적인 기술이 잇달아 개발되고 있다. 이탈리아 출신 디자이너 엘레오노라 오틀라니 씨와 영국의 한 대학 연구팀은 폐플라스틱에서 바닐라 향의 아이스크림을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다. 이들의 연구는 폐플라스틱을 활용해 식품을 만드는 세계 최초의 시도로 여겨진다. 연구팀은 페트병에 사용되는 플라스틱을 박테리아나 효소로 분해하여 바닐라 에센스 제조에 사용되는 화합물을 추출하는 데 성공했다. 아직 식품 안전성 검사를 받지 않았기 때문에 일반 시장에는 판매되지 않고 있으나, 연구팀은 계속해서 연구를 진행하여 폐플라스틱 활용 방안을 모색할 계획이다. 그러나 플라스틱이 인체에 미치는 영향에 대해서는 아직 많은 부분이 밝혀지지 않았기 때문에 이러한 연구는 매우 신중하게 진행되어야 한다. 일본의 대학에서도 플라스틱 문제 해결을 위한 흥미로운 기술이 개발되고 있다. 고치 대학의 아시우치 교수는 낫토의 끈적한 성분인 '폴리감마글루타민산'과 치약에 사용되는 양이온을 결합하여, 플라스틱 분해 기능을 갖는 새로운 물질 'PGAICs'를 개발했다. 일반적인 플라스틱은 바다에서 장기간 남아 있지만 PGAICs가 포함된 플라스틱은 약 5년 후에 바다에서 완전히 분해될 것으로 예상된다. 한국의 SK지오센트릭은 현실적으로 플라스틱 사용을 완전히 배제하는 것이 불가능하다고 보고, 환경에 미치는 부정적인 영향을 최소화하면서 플라스틱을 현명하게 사용하기 위한 방안을 모색했다. 이를 위해 회사는 화학적 재활용 기술을 개발했다. 세계 최초의 플라스틱 재활용 종합단지인 '울산 ARC(Advanced Recycling Cluster)'는 이러한 노력의 결실이다. 2025년에 완공될 예정인 이 단지는 가동되면 매년 500밀리리터짜리 생수병 213억 개 분량, 즉 32만 톤의 폐플라스틱을 재활용할 수 있다. 이는 국내에서 연간 소각되거나 매립되는 폐플라스틱(350만 톤)의 약 10%에 해당하는 양이다. 또한, LG화학은 충남 당진에 위치한 폐플라스틱 열분해유 공장을 2024년 상업 생산을 목표로 건설 중이다. 금호석유화학 역시 폐폴리스틸렌(PS) 열분해 사업을 추진할 계획이다. 폐플라스틱 재활용 시장은 앞으로 큰 성장세를 보일 것으로 전망된다. 컨설팅 회사 삼일PwC의 분석에 따르면, 전 세계 플라스틱 재활용 시장의 규모는 2021년 약 424억 달러(한화 약 55조2684억 원)에서 2027년에는 638억 달러(약 83조1633억 원)까지 증가할 것으로 예상된다. 이와 같은 혁신적인 발명이 세계적으로 확산되기를 기대하는 동시에, 우리는 플라스틱의 대량 생산과 폐기를 해결해야 하는 근본적인 문제에 직면해 있다. 이를 해결하기 위한 구체적인 방안으로는 에코백 사용으로 일회용 비닐봉투 소비를 줄이고, 페트병 음료 구매를 자제하고, 개인 컵을 휴대하는 등의 실천이 필요하다. 개개인의 작은 행동 변화가 큰 소비 패턴의 변화로 이어져야 한다.
- 산업
2023-12-06
박테리아 게놈서 희귀 CRISPR 시스템 188종 발견

최근의 한 연구에서 과학자들은 박테리아 게놈에서 188종의 새롭고 희귀한 CRISPR(크리스퍼, 유전자 가위) 시스템을 발견했다. 새로 발견된 이 시스템들은 인간 세포의 DNA를 편집할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, RNA를 표적으로 하는 것은 물론 다양한 기능을 가진 여러 세포를 편집할 수 있다고 알려져 있다. 사이테크데일리에 따르면 188종의 CRISPR에는 수십억 개의 단백질 서열 중에서 발견된 새로운 7형 CRISPR-Cas 시스템이 포함된다. 이 접근법의 발견은 CRISPR 시스템을 활용하고 방대한 미생물 단백질의 다양성을 탐구할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 미국의 IT전문 매체 인터레스팅 엔지니어링(INTERESTING ENGINEERING)은 CRISPR는 유전자 가위와 같은 역할을 하는 유전자 편집 도구로, 과학자들이 원하는 위치의 DNA의 원하는 위치를 원하는 방식으로 변경할 수 있게 해준다고 보도했다. 이 기술에는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA와 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9(크리스퍼 관련 단백질 9)의 두 가지 필수 구성 요소가 포함되어 있다. 하나는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA이고, 다른 하나는 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9이다. CRISPR의 두 가지 구성 요소 중 가이드 RNA는 DNA 분자에서 표적 유전자를 인식한다. Cas9는 가이드 RNA를 따라 표적 유전자에 결합한 다음, DNA를 절단한다. 이 절단은 유전자의 활성이나 발현을 변화시킬 수 있다. CRISPR 시스템은 유전자 가위처럼 작용하여 DNA를 정밀하게 편집할 수 있는 혁신적인 유전자 편집 도구이다. CRISPR는 유전적 질병의 치료에 큰 잠재력을 가지고 있으며, 유전적 질병을 유발하는 유전자를 제거하거나 교체하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 혈우병이나 암과 같은 질병의 치료에 크리스퍼 기술을 활용할 수 있다. 그러나 크리스퍼의 사용은 윤리적인 문제를 야기하고 있다. 크리스퍼를 통해 인간의 유전자와 배아를 수정할 수 있다는 점은 유전적 우월주의를 조장하거나 개인의 신체적 자율성에 대한 침해 가능성을 제기한다. 이러한 윤리적 고려사항은 CRISPR 기술의 발전과 적용에 있어 중요한 고려사항으로 남아 있다. 새로운 알고리즘 '플래시클러스터' 이 연구는 MIT와 하버드 대학교의 브로드 연구소, MIT 맥거번 뇌 연구소, 그리고 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 생명공학 정보 센터(NCBI)의 과학자들이 참여했다. 연구팀은 새로운 알고리즘인 '플래시클러스터(FLSHclust)'를 사용하여 이번 발견을 주도했다. 플래시클러스터는 대규모 게놈 데이터베이스를 신속하게 검색할 수 있는 기술로, 지역성 민감성 해시 기반으로 작동하여 유사한 개체를 클러스터링하는 방식으로 구성되어 있다. 이 기술을 활용함으로써 연구팀은 수십억 개의 단백질 및 DNA 염기서열을 훨씬 더 짧은 시간 안에 분석할 수 있게 됐다. 새로운 기능 발견 연구팀은 이 시스템 중 두 가지가 인간 세포의 DNA에 작은 변화를 일으킬 수 있다는 것을 확인했다. 또한 이러한 Type I 시스템은 CRISPR-Cas9과 크기가 유사하기 때문에 현재 CRISPR에 사용되는 것과 동일한 유전자 전달 방법을 사용하여 동물이나 인간의 세포에 전달될 수 있다. 또한, 또 다른 Type I 시스템은 셜록(SHERLOCK)과 같은 신속한 질병 진단에 사용되는 방법과 유사하게 표적화 후 광범위한 핵산 분해를 일으켰다. 이 연구는 또한 RNA 편집 및 유전자 발현 또는 세포 활동 감지에 유용한 Type IV 및 Type VII CRISPR 시스템의 새로운 기능을 발견했다. CRISPER의 잠재적 응용 이 연구는 CRISPR 시스템의 다양성과 게놈 편집, 진단 및 세포 활동 이해와 같은 다양한 분야에서의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 이 새로운 알고리즘을 통해 과학자들이 결과를 복구하고 생물학적 가설을 세울 수 있을 만큼 충분히 짧은 시간 프레임에 데이터를 분석할 수 있다고 설명했다. 연구소에 따르면 알고리즘은 분석 시간을 몇 달에서 몇 주로 단축했다. 이 연구는 박테리아 게놈에 존재하는 다양한 CRISPR 시스템의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 데 중요한 단계이다. 새로운 알고리즘은 과학자들이 이러한 시스템을 더 빠르고 효율적으로 연구할 수 있도록 하여 새로운 치료법과 기술 개발에 도움이 될 수 있으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-12-05

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