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2024-11-13 (수)

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[퓨처 Eyes(23)] 콘크리트보다 강하고 환경친화적인 차세대 건축자재 '페록'

기존 콘크리트보다 5배 강하고 이산화탄소(CO₂)를 흡수하는 환경친화적인 건축 자재 페록이 개발됐다. 콘크리트가 건축 자재로 사용되기 시작한 시기는 고대 로마 시대로 거슬러 올라간다. 로마인들은 기원전 3세기경부터 콘크리트를 사용하기 시작했으며, 이를 활용해 수많은 건축물, 교량, 도로 등을 건설했다. 로마 콘크리트는 화산재와 석회석을 혼합한 것으로, 현대 콘크리트의 전신이라 할 수 있다. 그 당시에 건설된 많은 구조물들이 오늘날까지도 남아 있어 그 내구성을 입증하고 있다. 미국 애리조나 대학에서 개발된 '페록(Ferrock)'이라는 새로운 건축 자재가 과학 저널을 통해 최근 또 다시 주목받고 있다. '페록(Ferrock)'은 '철'과 '돌'이 결합된 용어다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 미국 매체 쿨다운(TCD)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 강하면서 환경친화적이라는 특징을 지니고 있어 건물이나 인프라 구조물 설계에 혁신을 가져올 수 있다는 평가를 받고 있다. 강철 분진과 실리카의 혼합물을 철암 및 물과 혼합하고 고농도의 이산화탄소에 노출시키면 페록 경화 과정이 진행된다. 페록의 강도는 일반 포틀랜드 시멘트로 만든 콘크리트의 5배에 달한다. 또한 기존 콘크리트에 비해 더 유연하다. 균열 없이 움직임과 압력을 견디는 페록은 콘크리트에 비해 지진에 의한 압축 하중을 더 많이 견딘다. 일반적으로 페록 강도는 34.5 Mpa(메가파스칼)에서 48 Mpa 사이이며 일부 페록 테스트에서는 69 Mpa에 도달했다. 갓 만들어진 페록은 빠르게 굳으며 최대 강도에 도달하는 데 약 1주일이 걸린다. 페록의 개발은 10여 년 전, 데이비드 스톤 박사 연구원이 시멘트 대체재 개발 대회에서 폐철강 분진을 사용해 우승하면서 시작됐다. 2013년 특허를 획득한 스톤 박사는 '아이언쉘(Iron Shell)' 회사를 설립해 페록 상용화에 나섰다. 스톤 박사는 "실험실에서의 우연한 발견에서 시작됐다"라고 말했다. 보다 지속 가능한 건축 산업 혁신은 짚을 포함한 모든 종류의 재료를 사용하는 전 세계 연구자들의 관심사다. 폐 철강도 바로 여기에 속한다. 건설업계 전문지 사이언스다이렉트(ScienceDirect)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 압축 강도 13.5%, 인장 강도 20%, 휨 강도 18%가 강하다. 또한 주재료인 철강 분진과 유리 분말을 포함해 페록 제조 과정에 사용되는 재료의 95%는 재활용 재료로 이루어져 비용 효율이 높은 것으로 알려졌다. 아울러 경화 과정에서 특별한 화학 반응을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수해 오염을 줄이는 효과도 있다. 전 세계 시멘트 연간 생산량은 40억 톤이며, 제조 과정에서 지구 대기 오염의 8%를 차지한다고 로이터통신은 전했다. 현재 공개된 페록 사진은 벽돌 모양의 슬라브와 굳어서 벽을 형성하는 슬러리 형태를 보여준다. 보고서는 폐철강 확보 등 과제가 아직 남아있지만 소규모 프로젝트부터 적용 가능하다고 전했다. 페록 외에도 콘크리트보다 더 강한 신소재에 대한 연구는 다양한 분야에서 활발히 이루어지고 있다. 그래핀이나 탄소 나노튜브, 고성능 폴리머,금속 매트릭스 복합 재료 등의 신소재들은 건축, 항공, 자동차 등 여러 산업에서의 응용 가능성을 탐색하고 있다. 먼저 그래핀은 탄소 원자가 2차원 평면상에서 벌집 모양의 격자를 이루는 형태로, 강철보다 약 100배 강하면서도 매우 가벼운 물질이다. 그래핀은 높은 전도성, 유연성, 투명성을 가지며, 이러한 특성으로 인해 전자기기, 에너지 저장 장치, 심지어 건축재료에 이르기까지 광범위한 응용이 기대되고 있다. 탄소 나노튜브(Carbon Nanotubes, CNTs)는 그래핀을 원통형으로 말아 만든 나노스케일의 튜브 형태로, 뛰어난 인장 강도와 탄성 모듈러스를 가지고 있다. 이러한 속성으로 탄소 나노튜브는 항공우주, 군사, 스포츠 용품 등의 고성능 재료에 유용하게 활용될 수 있다. 고성능 폴리머 등 여러 고분자 재료들은 새로운 제조 기술과 결합해 콘크리트보다 훨씬 강하면서도 가벼운 신소재를 만드는 데 사용된다. 이들은 높은 내구성, 우수한 열 저항성 및 화학 저항성을 제공한다. 금속 매트릭스 복합재료(Metal Matrix Composites, MMCs)는 금속을 기반으로 해 다른 금속이나 비금속 재료를 강화재로 추가하여 제작된다. 이러한 복합재료는 원래 금속의 좋은 성질에 강화재의 특성을 더해, 더 높은 강도와 경도, 개선된 내구성을 제공한다. 그밖에 세라믹 매트릭스 복합재료(Ceramic Matrix Composites, CMCs)는 세라믹을 기반으로 하며, 강화재로 탄소 나노튜브나 그래핀 같은 나노물질을 사용할 수 있다. 이들은 높은 온도에서의 안정성, 낮은 밀도, 뛰어난 내마모성 등을 제공한다. 이러한 신소재들은 각각의 독특한 특성으로 인해 콘크리트와 같은 전통적인 건축 재료를 대체하거나, 그 성능을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구와 개발이 계속됨에 따라, 페록과 그래핀 등 신소재들의 생산 비용이 절감되고, 더 넓은 적용 범위와 함께 실용화될 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-02-15
WHO, 암 발병률 2050년까지 77% 급증 전망

세계보건기구(WHO)는 2050년까지 전 세계적으로 암 발병률이 77% 증가할 것이며, 특히 저소득 국가에서의 암 사망률이 두 배 이상 증가할 것으로 예상한다고 경고했다. 호주 과학 전문 매체 사이언스 얼럿에 따르면 세계보건기구 산하 국제암연구소(IARC)는 지난 2일 "2050년에는 새로운 암 사례가 3500만 건 이상 발생할 것으로 예상된다"라고 발표했다. 이는 2022년에 진단된 약 2000만 건에서 77% 증가한 수치다. 국제암연구소는 이러한 증가의 주된 원인으로 담배, 알코올 사용, 비만, 대기 오염 등을 지목했다. 선진국에서는 인구의 고령화와 위험 요인 노출의 증가로 신규 암 확진자 수가 크게 증가할 것으로 예상된다. 2022년 추정치와 비교했을 때, 2050년에는 선진국에서 약 480만 명의 추가 신규 암 확진자가 발생할 것으로 추정된다. 그러나 증가율 측면에서는 저소득 국가들이 가장 높은 상승률을 보일 것으로 예상되며, UN 인간개발지수(HDI)가 가장 낮은 국가들은 142% 증가, 중간 범위의 국가들은 99% 증가할 것으로 예상된다. 국제암연구소의 암 감시 부서장 프레디 브레이(Freddie Bray)는 "이러한 암 발병률의 증가가 각국에 미치는 영향은 다양할 것"이라고 말했다. 그는 특히 "암 부담을 관리할 수 있는 자원이 가장 부족한 저소득 국가의 사람들이 가장 큰 영향을 받을 것"이라고 강조했다. 전문가들은 암 발병률의 증가를 줄이기 위한 다양한 방안을 제안하고 있다. 여기에는 담배와 알코올 소비를 줄이는 것, 건강한 식습관과 규칙적인 운동을 장려하는 것, 대기 오염을 줄이기 위한 정책을 강화하는 것, 조기 검진 및 예방 접종 프로그램을 확대하는 등의 노력이 포함된다. 저개발 국가에서는 암 치료 접근성을 개선하기 위해 더 많은 투자와 지원이 필요하다. WHO는 암 예방과 관리를 위한 국제적 협력을 강화해야 할 것을 촉구했다. 암은 전 세계적인 건강 위협이며, 지속적인 노력 없이는 앞으로 더욱 심각한 문제로 발전할 수 있다. 우리는 개인의 생활 습관 개선과 더불어 정부와 국제 사회의 노력을 통해 암 발병률 증가를 막고 암 치료 환경을 개선해야 할 것이다. 암은 전 세계적으로 건강을 위협하는 주요 문제이며, 지속적인 관심과 노력 없이는 향후 더욱 심각한 문제로 진행될 위험이 있다. 암의 발병률을 줄이고 치료 환경을 개선하기 위해서는 개인의 생활 습관 개선뿐만 아니라 정부와 국제 사회의 적극적인 노력이 필수적이다.
- IT/바이오
2024-02-08
우주에서 기른 양상추, 식중독 위험 높아

우주 무중력 환경에서 재배한 상추가 지구에서보다 대장균 등 세균에 감염되기 쉬워 식중독 위험이 놓다는 충격적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 델라웨어 대학 연구팀은 우주 공간에서 자란 상추가 지구의 상추보다 대장균과 살모넬라 같은 박테리아 감염에 더 취약하다고 발표했다고 포브스 재팬(Forbes JAPAN)이 최근 보도했다. 지난 1월 9일 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'와 'npj 극미세중력(npj Microgravity)'에 게재된 이 연구는 국제우주정거장(ISS)의 무중력 환경을 모방한 조건에서 재배한 상추가 박테리아에 감염되기 쉽다는 것을 보여주었다. 상추는 지금까지 ISS의 수경재배실에서 3년 이상 재배되어 우주비행사들의 식량으로 사용되어 왔다. 하지만 연구진은 식중독이 발생하면 임무가 중단될 수 있다고 우려하고 있다. 델라웨어대 연구팀은 ISS의 무중력 환경을 모방한 조건에서 양상추를 재배했다. 그 결과 식물이 숨을 쉬기 위해 잎과 줄기에 있는 기공은 박테리아와 같은 스트레스 요인을 감지하면 보통 식물을 보호하기 위해 닫힌다는 것을 발견했다. 그러나 미세중력 시뮬레이션을 통해 상추에 박테리아를 넣었을 때 잎채소는 기공을 닫는 대신 크게 열어놓는 것으로 나타났다. 델라웨어대 식물토양과학과 졸업생이자 논문의 주저자인 노아 토트라인(Noah Totline)은 "스트레스라고 생각되는 것을 주었음에도 불구하고 (상추의 기공이) 열려 있었다는 것은 정말 예상치 못한 일이었다"고 말했다. 연구팀은 결국 살모넬라균이 지구상의 일반적인 조건보다 극미세중력 조건에서 잎 조직에 더 쉽게 침투할 수 있다는 것을 발견했다. 델라웨어대학교 생명공학연구소의 미생물 식품안전학 교수인 칼리 쿠니엘(Kari Knier)은 "우리는 현재 ISS에 살고 있는 사람들과 미래에 우주정거장에서 살게 될 사람들을 위해 우주에서의 위험을 줄여야 한다"고 말했다. 그는 "우리는 우주에서 재배되는 식물과 인간 병원균의 상호작용을 더 잘 이해할 필요가 있다"고 덧붙였다. 연구팀에 따르면 가까운 미래에 더 많은 사람들이 우주에서 생활하게 될 것이지만, 수경재배로 상추를 재배하는 것은 비교적 쉬운 일로 여겨진다. 쿠니엘 교수는 "이 위험을 줄이기 위해 멸균된 종자를 사용하는 것이 한 가지 대책으로 생각된다. 하지만 미생물이 우주 재배 공간에도 존재하고, 식물에 부착될 가능성도 있다"고 지적했다. 이번 연구 결과는 우주에서 식량을 생산하는 데 있어 새로운 과제를 제시한다. 무중력 환경에서 식물이 박테리아에 감염되기 쉽다는 사실은 우주 식량 생산의 안전성을 높이기 위한 새로운 기술 개발이 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀은 앞으로 우주 환경에서 식물의 면역 체계를 강화하는 방법, 우주 재배 공간의 미생물 오염을 줄이는 방법 등에 대한 연구를 진행할 계획이다.
- 산업
2024-02-06
우주비행사, 달의 물 마실 수 있을까

최근 달에 가장 먼저 착륙한 미국뿐만 아니라 러시아, 중국, 인도, 일본 등 강대국이 달 탐사 경쟁을 벌이고 있다. 지난해 8월 인도는 달 탐사선 찬드라얀 3호를 달에 착륙시켜 남극으로 보내는데 성공했다. 반면, 일본은 소형 달 탐사선 '슬림'은 지난 1월 20일 착륙 도중 전복되어 임무를 수행하지 못했다. 1969년 미국 우주비행사 닐 암스트롱(Neil Armstrong)이 달 표면을 처음 밟은 이후로, 달은 지속적으로 우주 탐사 분야에서 중요한 연구 대상으로 자리잡고 있다. 강대국들의 달 탐사 목적은 주로 광물 자원과 달의 남극에 존재하는 물 자원을 개발하는 것으로 알려져 있다. 물은 인류 생존에 필요한 중요한 요소다. 스페인 과학 매체 엔세데시엔시아(ensedeciencia)는 달은 탐사에 적합하며 필수 자원의 잠재적 원천이지만, 과학자들은 우주비행사들이 달의 물을 섭취할 수 있는지에 대한 의문을 제기하고 있다고 전했다. 과학자들은 달의 남극에서 상당량의 물을 발견했으며, 이는 미래의 우주 임무에서 이 자원을 활용하는 데 큰 관심을 불러일으키고 있다. 달의 물, 수은 등 유해 물질 함유 여기서 가장 중요한 질문은 우주 비행사들이 달의 물을 안전하게 섭취할 수 있는지 여부다. 지구에서 경험하는 물과 유사하다고 가정할 수 있지만, 달의 물은 구성이 매우 다르다. 2009년 나사의 LCROSS 탐사선이 달의 분화구를 관찰하면서 발견한 바에 따르면, 달의 물은 수소, 마그네슘, 칼슘뿐만 아니라 일산화탄소 및 수은 같은 위험한 성분도 포함하고 있다. 이러한 유해 원소의 존재는 우주비행사들이 달에서 물을 마시는 것이 안전한지에 대한 의문을 제기한다. 이제 과학자들은 달의 물을 여과하고 정화하여 위험한 성분을 제거하는 방법을 개발해야 한다. 그러나 이것은 현재 지구상의 여과 기술로 직접 해결할 수 있는 문제가 아니다. 혁신이 필요하며 달의 독특한 조건에 맞는 해법을 찾아야 하는 과제가 남았다. 이제 필요한 것은 달의 물을 여과하고 정화하여 위험한 성분을 제거하는 방법을 찾는 것이다. 그러나 이는 현재 지구상의 여과 기술만으로는 해결될 수 없는 문제다. 혁신적인 접근이 필요하며, 달의 독특한 환경에 적합한 해결책을 모색해야 한다. 달의 물 정화, 독성 원소 제거 이상의 기술 필요 달의 물을 정화하는 과정은 단순히 유해 원소를 제거하는 것을 넘어선다. 이 과정은 지구에서 사용하는 기본적인 정화 방식과는 다르다. 연구팀은 암모니아, 에틸렌, 일산화탄소, 메탄올, 황화수소, 이산화황, 메탄, 심지어 달 토양 파편 등 다양한 오염 물질을 처리할 수 있는 솔루션을 개발해야 한다. 달의 낮은 중력과 토양의 부식성은 이러한 문제를 해결하기 위한 포괄적인 접근 방식을 찾는 데 큰 도전을 제시한다. 특히, 지구의 6분의 1밖에 되지 않는 달의 중력은 우주비행사들이 정화 작업을 수행하는 데 있어 복잡한 문제를 제기한다. 또한, 달의 물을 정화하기 위해 개발되는 기계나 장비는 우주선의 제한된 공간을 고려하여 작고 효율적이어야 한다. 비록 달의 물을 정화하는 것이 기술적인 도전으로 보일 수 있지만, 이 문제의 해결은 미래 우주 임무의 성공 및 달에서의 지속 가능한 존재 구축에 필수적이다. 이러한 성공은 과학적인 이정표를 설정하는 것뿐만 아니라, 달의 물을 지구로 되돌려 보낼 수 있는 가능성을 열어줄 것으로 예상된다. 한국 달 탐사선 '다누리호' 한편, 2023년 8월, 인도의 찬드라얀3호가 세계 최초로 달 남극에 착륙하는 데 성공한 후, 이를 달까지 운송한 우주선 추진 모듈이 지구 궤도로 재배치되었다고 보고됐다. 이 추진 모듈은 남은 연료를 사용하여 운영되며, 앞으로 달의 시료를 지구로 운반하는 데 기여할 것으로 기대된다. 미국은 첫 번째 민간 달 착륙선의 발사를 준비하고 있다. 아스트로보틱이 개발한 '페레그린'은 오는 2월 23일 지구를 출발하여 달 표면에 착륙할 예정이다. 이 프로젝트가 성공할 경우, 아스트로보틱은 1969년 인류의 첫 달 탐사 이후 달에 착륙한 첫 번째 민간 기업이 될 것이다. 한국의 첫 달 탐사선 '다누리호'는 달 궤도 상공 100km 지점에서 임무를 수행하고 있다. '다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)'는 한국항공우주연구원(KARI)이 개발했으며, 스페이스X의 팰컨 9 로켓을 사용하여 미국 플로리다주 케이프 커내버럴의 케네디 우주센터에서 2022년 8월 5일 발사됐다. 이 임무는 한국이 독자적으로 수행한 최초의 달 탐사 임무로, 달 궤도에서 과학적 탐사를 수행하고 있다.
- 산업
2024-01-30
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
KAIST, 웨어러블 로봇 제어 센서 마이크로니들 개발

한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 땀, 각질 등 피부 상태에 영향을 받지 않고 장기간 안정적으로 작동하는 웨어러블 로봇 제어용 근전도 센서를 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구는 노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자 등의 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇의 제어 성능을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다. KAIST에 따르면 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 피부 상태에 영향받지 않는 고품질 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들(Microneedle·머리카락과 굵기와 유사한 수준의 미세한 바늘로 구성된 패치) 센서를 개발했다. 연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판에 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 마이크로니들은 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 땀, 이물질로 오염된 피부에서도 고품질의 전기 생리 신호를 받을 수 있다. 마이크로니들 센서는 미세한 바늘 모양의 장치로, 주로 생체 신호를 측정하거나 피부를 통한 약물 전달에 사용된다. 이 기술은 의료 분야에서 매우 유용하며, 특히 통증을 최소화하면서도 효과적인 약물 전달이나 신체 상태 모니터링이 가능한 방법으로 주목받고 있다. 이 바늘들은 일반적인 주사 바늘에 비해 훨씬 작기 때문에, 사용 시 통증이 거의 없거나 전혀 없는 것이 큰 장점이다. 다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 기존 센서들은 오래 쓰면 신호 품질이 떨어지거나 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받는다. 이러한 단점은 장시간 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다. 연구팀은 사람의 움직임으로 인한 피부 늘어남에 맞춰 편안한 착용감과 함께 동작 잡음을 최소화하기 위해 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용, 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 저항이 큰 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 받을 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임의 크기나 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱을 기반으로 한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조할 수 있음을 확인했다. 한편, 마이크로니들 센서는 다양한 재료로 제작될 수 있으며, 이들은 각각의 특성에 따라 다양한 용도로 사용된다. 예를 들어, 피부 아래로 약물을 전달하는 경우에는 약물이 포함된 마이크로니들이 사용될 수 있으며, 신체의 생체 신호를 측정하는 경우에는 전기 신호를 감지할 수 있는 재료로 제작된 마이크로니들이 사용된다. 마이크로니들 센서 기술은 현재 다양한 의료 분야뿐만 아니라, 웨어러블 기기, 건강 모니터링 시스템 등에서도 활발히 연구되고 있으며, 미래 의료 기술의 중요한 부분으로 여겨지고 있다. 정재웅 교수는 "이번에 개발된 신축성이 뛰어나고 접착력을 갖춘 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향을 받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 보다 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능하게 함으로써, 로봇을 활용하는 환자의 재활을 용이하게 할 수 있다"고 말했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 최지난 17일 게재됐다. 이 연구는 웨어러블 로봇 기술의 발전에 중요한 기여를 했으며, 향후 재활 치료와 관련된 기술 개발에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-01-23
중국, '전기차 모터 핵심' 희토류 영구자석 기술 수출 금지 대상 포함

중국이 서방의 공급망 '탈중국'에 맞서 희토류 영구자석 제조기술 수출 금지로 희토류 가치사슬 강화에 나섰다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 22일 보도했다. 이 신문은 중국이 2020년 희토류 추출과 분리 기술에 대한 수출 금지를 한 데 이어 지난해 12월에는 희토류 영구자석 제조기술에 대한 수출금지 조치를 하면서 글로벌 희토류 가치사슬 상류부문(upstream)에서 하류부문(downstream)으로 장악력 전환을 꾀하고 있다고 분석했다. 중국의 새로운 수출금지 대상에는 사마륨 코발트, 세륨, 네오디뮴 등 세가지 유형의 희토류 영구자석 제조 기술이 포함됐다. 영구자석은 전기차 구동모터의 핵심 소재다. 희토류 공급망에서 가장 많은 부가가치를 창출한다. 네오디뮴 자석은 희토류 영구자석 중 가장 강력하고 가장 수요가 많으며 전기차의 필수 부품이다. 전기차의 80% 이상이 모터에 네오디뮴을 주축으로 한 희토류 영구자석을 쓴다. 중국은 이미 2001년 네오디뮴 자석 생산에서 일본을 추월해 세계 최대 생산국이자 수출국이 됐다. 희토류는 스마트폰용이나 전기차용 배터리를 비롯해 스텔스 전투기 등 최첨단 산업에 사용되는 핵심 물질로 '산업의 비타민'이라 불린다. 환경 오염, 채산성 악화 등의 문제로 미국 등 선진국들이 희토류 생산을 그만두면서 중국은 세계 희토류 공급의 70% 이상을 점유하고 있는 것으로 알려졌다. 중국은 오랜 기간 희토류 공급망에서 희토류 원료를 추출 등 가공해 희토류 산화물과 금속으로 전환하는 상류부문을 장악해왔다. 그러다 그렇게 가공한 희토류를 영구자석 등 최종제품으로 제조하는 공급망의 하류부문 역시 지배하게 됐다. 중국 세관 자료에 따르면 중국의 희토류 자석 수출은 2016년 약 2만7000 톤에서 지난 2년간 두배 이상이 됐고 이는 중국에서 가장 많이 수출된 희토류 제품이 됐다. 반면 중국의 희토류 산화물 수입량은 2016년 2759톤에서 지난해 상반기 10배 이상 증가했다. 희토류 공급망의 하류부문 생산이 늘어나면서 이에 필요한 상류부문 제품의 수입이 늘어난 것이다.
- 포커스온
2024-01-23
투명 TV 'LG 시그니처 올레드 T', CES 2024 최고상 수상

투명 TV로 호평받은 LG 시그니처 올레드 T가 11일(현지시간) CES 2024 공식 어워드 파트너인 '엔가젯'으로부터 TV 제품으로는 유일하게 최고상(The Best of CES 2024)을 수상했다. 'LG 시그니처 올레드 T'는 블랙 모드와 함께 투명한 스크린을 갖춰 제품 뒤를 볼 수 있어서 CES 기간 내내 참관객의 이목을 끌었다. 엔가젯은 "올레드 TV도 훌륭하지만 투명 올레드 TV는 정말 놀라운 제품"이라며 "다른 투명 디스플레이 제품과는 달리 고객이 구매 가능한 최초의 제품"이라고 평가했다. 미국 경제 매체 '포브스'는 "LG전자가 투명 올레드 TV로 CES 2024로 큰 화제를 모았다"며 "투명 모드와 블랙 스크린 모드를 동시에 제공하는 것은 오직 LG전자만이 해낼 수 있는 기술로 느껴진다"고 높이 평가했다. '톰스가이드' 역시 "LG 시그니처 올레드 T는 LG전자가 지난 몇 년간 이루어낸 성과의 절정"이라는 찬사를 보냈다. 와이어드는 "LG는 눈에 거슬리지 않고 창문 앞을 포함해 거의 모든 곳에 배치할 수 있도록 하는 것이 이 제품의 탄생 배경 아이디어라고 말했다"고 전했다. LG 시그니처 올레드 T는 작년 11월 CES 출품목을 대상으로 주관 업체인 미국 소비자기술협회(CTA)가 수여하는 'CES 혁신상'의 최고상 등 4개 부문에서 5개상을 수상했다. 인공지능(AI)이 탑재된 반려 로봇 '스마트홈 AI 에이전트' 등 LG전자의 다른 제품도 호평받았다. 미 매체 '마샤블'은 LG전자가 선보인 AI 로봇 '스마트홈 AI 에이전트'에 대해 "로봇 가사도우미가 등장하는 공상 과학 소설이 현실이 됐다"고 평가했다. 톰스가이드는 LG 시그니처 세탁건조기를 '최고 생활가전 제품(Best Appliance)'으로 꼽으며 "LG전자의 인버터 히트펌프 기술력과 세탁물 종류와 오염도를 분석하는 인공지능을 탑재해 빨래 시간을 단축한다"고 전했다. LG전자는 이날 기준으로 LG 시그니처 올레드 T를 포함한 2024년형 LG 올레드 TV가 CES 혁신상 12개와 엔가젯 최고상, 유력 매체가 선정한 어워드 등 총 90개를 수상했다. LG전자 전체 제품으로 범위를 넓히면 역대 최다 33개 CES 혁신상을 포함해 총 130개 어워드를 받았다.
- IT/바이오
2024-01-12
인간이 만들어 낸 인공 암석, 플라스티스톤

플라스틱으로 만들어진 새로운 형태의 인공 돌, '플라티스스톤(Plastiglomerate)'이 발견되었다는 소식이 전해졌다. 특히, 태평양 거대 쓰레기 섬(Great Pacific Garbage Patch)의 모습이 담긴 사진들은 플라스틱 폐기물과 해양 쓰레기 문제의 심각성을 여실히 보여준다. 플라스틱은 단순히 버려진 쇼핑백이나 맥도날드 빨대의 형태를 넘어서, 우리의 일상생활 속 깊숙이 침투해 있을 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 산업 관련 매체 파퓰러메커닉스(popularmechanics)는 최근 중국 칭화대학교의 부교수 데이 호유(Deyi Hou) 부교수와 동료 리우웨이 왕(Liuwei Wang) 교수가 발표한, 플라스틱 암석 융합에 대한 연구 논문을 소개했다. 플라스틱이 지구의 지질학적 구조에 영향을 미치고 있으며, 전문가들은 이를 퇴적암의 새로운 유형인 '플라스티스톤'으로 공식 인정해야 한다고 주장하고 있다. 최근 발표된 논문에 따르면, 퇴적암은 지구 표면에서 흔히 발견되며 인간 활동에 의해 쉽게 영향을 받는 암석 유형이다. 연구진은 이 새로운 형태의 플라스틱이 퇴적암의 조건을 충족한다고 보고, 이를 포괄적으로 설명하기 위해 '플라스티스톤'이라는 용어를 채택할 것을 제안했다. 플라스티스톤은 인간의 활동에 의해 생성된 새로운 형태의 암석으로, 자연적인 암석과 플라스틱 쓰레기가 혼합되어 형성된다. 이 용어는 2014년경에 처음으로 사용되었으며, 주로 해변에서 발견되는 플라스틱과 다른 재료들이 열에 의해 융합되어 형성된 암석을 가리킨다. 플라스티스톤은 지질학적 기록에 인간 활동의 영향을 나타내는 중요한 증거로 간주된다. 2023년 3월, 지질학자 페르난다 아벨라 산토스(Fernanda Avelar Santos)는 브라질의 트린다데(Trindade) 섬에서 주목할 만한 발견을 보고했다. 이 외딴 섬에서 그녀는 플라스틱 쓰레기가 돌과 융합되어 새로운 유형의 암석을 형성한 것을 발견했다. 이러한 발견은 인간의 영향을 거의 받지 않은 것으로 여겨지던 지역에서 이루어져 더욱 충격적이었다. 인간이 지구의 지질학적 기록에 명확한 흔적을 남겼다는 사실은 부정할 수 없다. 호유와 왕 교수는 이러한 새로운 암석이 주로 육상 플라스틱(병 및 용기 등)이 캠프파이어나 폐기물 처리 과정에서 연소될 때 형성된다고 지적했다. 이 녹은 플라스틱 조각들은 '속생'이라는 과정을 통해 미네랄 매트릭스 내에 고정되어 남는다. 이런 플라스티스톤은 해양 생태계에 심각한 피해를 줄 수 있다. 예를 들어, 논문에서는 대서양 마데이라 섬의 복족류 텍타리우스 스트라이투스(Tectarius striatus)가 플라스틱과 자연적인 먹이를 구별하는 데 겪는 어려움을 지적했다. 트리니다드 섬에서 플라스티스톤을 발견한 산토스는 당시 "인간의 개입이 너무 널리 퍼져 있어서 무엇이 진정 자연적인 것인지 의문을 제기해야 한다"고 당시 혼란한 상황을 설명했다. 인간, 복족류, 암석 등 모두 변화하고 있는 것은 분명하다. 플라스티스톤의 연구는 인간 활동이 자연 환경에 미치는 영향을 더 잘 이해하고, 이러한 영향을 최소화하기 위한 방안을 모색하는 데 기여할 수 있다.
- 생활경제
2024-01-10
생수 속 나노플라스틱, 리터당 수천 개…체내 침범 우려

연구원들이 생수 속에서 이전 추정치보다 10~100배 더 많은 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 사실을 발견했다고 CNN이 8일(현지시간) 보도했다. 미국 컬럼비아 대학의 연구원들은 생수에 있는 나노입자의 화학 구조를 보고, 계산하고, 분석할 수 있는 새로운 기술을 제시했다. 새로운 연구에 따르면, 표준 크기 생수 2개에 해당하는 1리터의 물에는 7가지 유형의 플라스틱에서 평균 24만 개의 플라스틱 입자가 포함되어 있으며, 이 중 90%는 나노플라스틱이고 나머지는 마이크로플라스틱인 것으로 확인됐다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 이날 발표됐다. 나노 입자는 너무 작아서 현미경으로 볼 수 없다. 전문가들은 인간 머리카락 평균 너비의 1000분의 1인 나노플라스틱은 너무 작기 때문에 소화관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동하여 잠재적으로 유해한 합성 화학 물질을 몸 전체와 세포에 퍼트릴 수 있다고 지적했다. 미세 플라스틱은 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 폴리머 조각이다. 그보다 더 작은 것은 10억분의 1미터 단위로 측정해야 하는 나노 플라스틱이다. 이 연구를 주도한 연구팀은 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 실제 플라스틱 조각 수가 리터당 300개가 아니라 11만 개에서 37만 개 사이라는 사실을 발견했다. 단, 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 언급하지 않았다. 공동 저자이자 환경 화학자인 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구 천문대의 부교수인 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 "이 새로운 기술은 실제로 물속에서 수백만 개의 나노 입자를 볼 수 있었으며, 이는 무기 나노 입자, 유기 입자 및 우리가 연구한 7가지 주요 플라스틱 유형이 아닌 다른 플라스틱 입자일 수 있다"고 말했다. 이 연구는 나노 플라스틱이 인간 건강에 미치는 잠재적 위험을 탐구하는 새로운 방향을 제시했다. '건강한 아기, 밝은 미래'라는 비영리단체의 연합체에서 일하는 연구 책임자 제인 헐리한은 이 연구에 직접 참여하지는 않았지만, 나노 플라스틱의 인간 건강에 대한 잠재적 위험을 더 깊이 이해하기 위한 추가적인 연구가 필요하다고 강조했다. 이 단체는 아기들이 신경독성 화학물질에 노출되는 것을 줄이기 위해 노력하는 과학자들과 기부자들로 구성되어 있다. 헐리한은 "이 연구는 미세 플라스틱 입자에 대한 광범위한 인체 노출이 거의 연구되지 않은 위험을 초래할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 그녀는 "특히 영유아가 이러한 위험에 가장 크게 노출될 수 있는데, 그 이유는 영유아의 발달이 더디기 때문"이라고 덧붙였다. 펜실베이니아주립대 베렌드 캠퍼스의 지속가능성 책임자인 셰리 '샘' 메이슨(Sherri 'Sam' Mason)은 이 연구에 참여하지 않았지만, "이 연구는 인상적이며, 투입된 노력이 매우 심오하다. 나는 이를 획기적이라고 부르고 싶다"라고 평가했다. 이 새로운 발견은 수돗물 유해 물질 노출을 줄이기 위해 유리나 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 강조한다고 메이슨은 말했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 9개국 11개 브랜드에서 판매되는 생수 샘플의 93%에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱의 존재를 처음으로 발견한 2018년 연구의 공동 저자였다. 과거 연구에서 메이슨은 오염된 물 1리터에 인간의 머리카락보다 넓은 평균 10개의 플라스틱 입자와 300개의 작은 입자가 포함되어 있음을 발견했다. 그러나 5년 전인 2018년 기술로는 그 작은 입자를 분석하거나 더 많은 것이 있는지 알아낼 방법이 없었다. 메이슨은 "우리가 나노플라스틱의 존재를 몰랐던 것은 아니다. (당시) 우리는 그것들을 분석할 수 없었다"라고 설명했다. 나노 플라스틱, 인간 건강 위협 전문가들은 나노 플라스틱이 인류 건강에 가장 큰 위협을 주는 플라스틱 오염 유형 중 하나로 지목하고 있다. 이는 나노 플라스틱의 미세 입자가 주요 기관의 세포와 조직을 침입해 세포 활동을 방해하고, 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불소화 물질(PFAS), 중금속 등의 내분비 교란 화학물질을 축적할 수 있기 때문이다. 러트거스 대학교 어니스트 마리오 약학대학의 독성학 박사이자 약리학 부교수인 피오피 스태플튼(Phoebe Stapleton) 박사는 쥐를 대상으로 한 연구에서 임신한 쥐가 플라스틱 입자를 섭취하거나 흡입한 후 24시간 만에 그들의 태아의 뇌, 심장, 간, 신장 및 폐에서 플라스틱 화학물질을 발견했다고 보고했다. 스태플튼 박사는 "이 시점에서 인간 태반에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱이 발견됐다"고 말했다. 그는 "인간의 폐 조직과 인간의 대변, 인간의 혈액에서 (미세 플라스틱이) 발견됐다"고 덧붙였다. 생수에서 나노입자를 식별하는 새로운 연구 방법은 라만 분광법의 개선된 형태에 기반을 두고 있다. 이 기술은 분자가 빛에 반응하여 진동하는 방식을 측정함으로써 세포의 화학적 구성을 분석한다. 이 기술의 공동 발명자이자 컬럼비아 대학교 화학과 교수인 웨이 민(Wei Min) 교수는 “이 변형된 라만 분광법, 자극 라만 산란 현미경(SRS)은 두 번째 레이저를 추가해 이전에는 감지하기 어려웠던 나노입자를 여러 자릿수로 증폭된 신호를 통해 탐지할 수 있다"고 말했다. 민 교수는 2008년 SRS를 공동 개발했다. 민 교수는 "이 연구는 자극 라만 산란 현미경을 나노플라스틱 세계에 적용한 최초의 연구"라고 말했다. SRS는 이미지를 획기적으로 향상시킴으로써 기존 기술에서 몇 시간이 걸리던 나노 입자의 이미지를 마이크로초 단위로 명확하게 식별하고 캡처할 수 있으며, 촬영 대상 조직에 손상을 주지 않고도 이미지를 캡처할 수 있다. 해당 연구에서 개발된 알고리즘은 출판 당시 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 그리고 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 일곱 가지 주요 플라스틱 유형을 식별할 수 있었다. 컬럼비아 대학교 화학 박사과정 학생이자 이 연구의 수석 저자인 나이신 치안(Naixin Qian)은 "다른 연구들을 통해 우리는 생수에 존재하는 대부분의 미세 플라스틱이 주로 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 병에서 누출된 것으로 추정했다"고 말했다. 다양한 유형의 플라스틱 존재 연구팀의 발견에 따르면, 플라스틱 물병 안에는 예상과 달리 다양한 유형의 플라스틱이 존재하며, 각 플라스틱 유형마다 입자 크기가 다르다. 연구팀은 "PET 플라스틱 입자는 크기가 컸지만, 다른 플라스틱 입자는 200나노미터에 불과해 훨씬 더 작았다"고 밝혔다. 연구에 따르면, PET 입자는 병 뚜껑을 반복적으로 여닫거나, 병이 파손되거나, 자동차 안에서 높은 온도에 노출될 때 부서질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 컬럼비아 대학교 연구팀은 앞으로 생수에 떠다니는 나노 플라스틱의 출처를 더 깊이 연구할 계획이다. 이들은 나노 플라스틱이 제조 과정 중 오염된 원수에서 유래했을 가능성을 조사하고 있다. 한편, '건강한 아기, 밝은 미래' 재단의 헐리안은 과학이 이와 같은 문제를 탐구하는 동안 사람들이 플라스틱 노출을 줄이기 위해 취할 수 있는 조치들에 대해서도 밝혔다. 그녀는 "플라스틱 용기에 담긴 음식과 음료 섭취를 피하고, 천연 직물로 만든 옷을 입으며, 천연 소재의 소비자 제품을 구매하는 것이 좋다. 일상에서 플라스틱 사용을 줄이고 대안을 찾는 것이 중요하다"고 말했다.
- 생활경제
2024-01-10
벤젠 검출 진통제 스프레이, 전량 리콜

제약 회사 인사이트 파마슈티컬스(Insight Pharmaceuticals)가 암을 유발할 수 있는 화학 물질 벤젠에 오염된 것으로 확인된 특정 진통제 스프레이를 리콜하기로 결정했다. 뉴스위크(Newsweek)는 인사이트 파마슈티컬스는 자사의 '아메리칸 20% 벤조카인 국소 마취 스프레이' 제품 일부를 자발적으로 리콜한다고 발표했다고 최근 보도했다. 이 스프레이는 주로 경미한 상처, 긁힌 자국, 화상 및 일광 화상에 대한 통증과 가려움증 완화에 사용되며, 일반적으로는 치질과 염증 관련 증상 완화에도 사용된다. 리콜 발표에 따르면, 오염 원인은 "제품을 캔에서 분사하는 추진제에 존재하는 낮은 수준의 벤젠"으로 밝혀졌다. 벤젠은 백혈병, 골수 혈액암 등 암과 혈액 질환을 유발할 수 있는 발암물질로 알려져 있다. 인사이트 파마슈티컬스는 현재까지 이번 리콜과 관련된 심각한 부작용 보고는 없었다고 밝혔으며, 리콜은 잠재적인 위험을 예방하기 위한 조치로 이루어졌다고 전했다. 회사는 또한 벤젠이 얼마나 흔한 화학 물질인지를 언급하며, "전 세계 사람들이 실내 및 실외 환경에서 다양한 원천으로부터 매일 벤젠에 노출되고 있다"고 공지했다. 이러한 정보는 벤젠 노출에 대한 대중의 인식을 높이는 데 기여할 수 있다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면, 벤젠은 실내 및 실외 공기에서 발견될 수 있으나, 일반적으로 실내에서의 농도가 더 높은 것으로 알려져 있다. CDC는 실내 공기 중의 벤젠이 접착제, 페인트, 가구 왁스, 세제 등의 일상적인 제품에서 유래할 수 있다고 지적했다. 또한, 담배 연기, 주유소, 자동차 배기 가스, 산업 배기 가스 등에서도 낮은 수준의 벤젠이 외부 환경에서 발견될 수 있다고 밝혔다. 회사는 리콜 대상인 오염된 제품 로트에 '코드 1A16420'이 포함되어 있으며, 제품의 용량은 2온스(약 56.7g)라고 설명했다. 회사 측은 이번 리콜 대상에 포함되지 않은 다른 스프레이 제품은 안전하게 사용할 수 있다고 덧붙였다. 인사이트 파마슈티컬스는 오염된 제품을 구입한 소비자들에게 즉시 사용을 중단하고 제품을 폐기할 것을 권고했다. 회사는 "해당 마취 스프레이 제품을 사용하거나 복용한 후 문제가 발생했을 경우 소비자는 즉시 의사나 건강 관리 전문가와 상담해야 한다"고 권고했다. 벤젠에 높은 수준으로 노출되었을 때 나타날 수 있는 즉각적인 증상으로는 졸음, 현기증, 심장 박동의 빠르거나 불규칙한 변화, 두통, 떨림, 혼란, 의식 불명 등이 있으며, 매우 높은 수준의 노출은 사망에 이를 수도 있다고 알려져 있다. 그러나 CDC는 이러한 증상이 나타난다고 해서 반드시 벤젠 노출을 의미하는 것은 아니라고 설명했다. 회사는 소비자들에게 오염된 제품을 버리기 전에 제품 바닥의 사진을 찍어 제출하면 환불을 받을 수 있다고 밝혔다. 인사이트 파마슈티컬스는 자사 제품에 대한 리콜 공지와 관련한 연락처 정보를 미국 식품의약국(FDA)의 웹사이트에 게재한 리콜 통지서에 기재했다.
- 산업
2024-01-05
[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'

기후 변화로 인한 폭주 온실 효과로 지구가 금성화 위기에 처했다는 연구 결과가 나왔다. 제네바대학교(UNIGE)의 천문학자 연구팀은 파리와 보르도의 프랑스 국립과학연구소(CNRS)의 지원을 받아 온실효과 폭주의 모든 단계를 시뮬레이션 한 최초의 연구 결과를 발표했다고 과학 매체 '사이언스얼랏'이 최근 보도했다. 연구원들은 처음으로 온실 효과의 모든 단계를 시뮬레이션하여 앞으로 몇 세기 안에 우리의 녹색 행성을 사람이 살 수 없는 '지옥'으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 미국 우주항공국(NASA)에 따르면 지구는 폭주 온난화를 촉진하기 위해 수십도만 가열하면 평균 표면 온도가 섭씨 464도(화씨 867도)인 금성만큼 살기 어려운 행성이 될 것이라고 한다. 온실 효과는 지구 대기의 특정 가스가 태양의 열을 가두는 과정을 말한다. 폭주 온실 효과란? 일부 온실 가스는 수증기처럼 자연적으로 발생한다. 이산화탄소와 같은 다른 온실가스는 인간이 석탄, 석유, 가스 등 오염 물질인 화석 연료를 태울 때 생성될 수도 있다. UNIGE-CNRS 연구에서 조사된 폭주 온실 효과는 태양 조사가 증가하여 지구의 온도가 눈덩이처럼 급격하게 상승할 때 발생한다. 천문학자들은 성명에서 "이 과정의 초기 단계부터 대기 구조와 구름의 범위가 크게 변화하여 거의 멈출 수 없고 되돌리기 매우 복잡한 폭주 온실 효과를 초래한다"라고 말했다. 돌이킬 수 없는 기후 변화 이 연구는 부분적으로 다른 행성, 특히 소위 외계 행성의 기후를 연구하는 도구를 제공하기 위해 설계됐다. 또한 앞으로 수 세기 동안 지구 기후에 미칠 위험에 대한 통찰력도 제공한다. 연구진은 바다와 생명체로 뒤덮인 멋진 파란색과 녹색 점인 지구와 태양계에서 가장 뜨거운 무균 상태의 유황 행성인 금성의 차이점을 강조했다. 그러나 천문학 및 천체물리학 리뷰에 게재된 이 연구에 따르면 "지구 온도를 수십도만 상승시키는 아주 작은 태양 복사량 증가만으로도 지구에서 돌이킬 수 없는 폭주 과정을 촉발하고 지구를 금성처럼 살기 힘든 곳으로 만들 수 있다"는 사실이 밝혀졌다. 온실 효과의 폭주라는 개념은 새로운 것이 아니다. 이 개념은 지구와 같은 온대 상태에서 표면 온도가 섭씨 1000℃(화씨 1832℃)가 넘는 행성으로 진화하는 것을 상상한다. 연구진은 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 영하로 떨어지고 지구는 생명체에 적대적인 얼음으로 덮인 공이 될 것이라고 지적하면서 어느 정도의 온실 효과는 유용하다고 말했다. 그러나 이 효과가 너무 크면 해양의 증발이 증가하여 대기 중 천연 온실가스인 수증기의 양이 증가하여 구조 담요처럼 열에 갇히게 된다. 임계값 전 UNIGE 박사후 연구원이며 이 연구의 수석 저자인 기욤 샤베로(Guillaume Chaverot)는 "이 정도의 수증기에는 지구가 더 이상 식을 수 없는 임계점이 있다"라고 말했다. 샤베로는 "거기서부터 바다가 완전히 증발하고 온도가 수백도에 도달할 때까지 모든 것이 사라진다"라고 설명했다. 이전의 시뮬레이션은 폭주 효과가 시작되기 전의 온화한 상태나 폭주 후의 사람이 살 수 없는 상태에만 초점을 맞췄지만, 연구진은 전체 과정을 시뮬레이션 한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전체 과정을 보여줌으로써 처음부터 높은 대기에서 폭주 효과를 증가시키고 그 과정을 되돌릴 수 없게 만드는 매우 특이하고 밀도가 높은 구름 패턴이 어떻게 나타나는지 설명할 수 있었다. 차베로는 "대기의 구조가 크게 바뀌었다"고 했다. 그는 현재 인간이 배출하는 온실 가스가 태양 광도의 약간의 증가와 동일한 폭주 과정을 유발할 수 있는지 여부를 조사하고 있다고 성명을 통해 밝혔다. 기후 과학자들은 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상 상승하면 통제할 수 없는 기후 변화를 촉발할 위험이 있다고 경고했다. 이는 온실 폭주 과정과는 다르지만, 연구자들은 지구가 '종말 시나리오'에서 멀지 않았다고 경고했다. 한편, 3일 기상청 기상자료개방포털 자료에 따르면 지난해 한국의 전국 평균기온은 13.7℃를 기록, 전국에 기상관측망이 대폭 확충돼 각종 기상기록의 기준으로 삼는 시점인 1973년 이후 가장 높았다. 지난해 제주도의 평균기온은 역대 두 번째로 높았던 것으로 나타났다. 제주도의 연평균 최고기온은 20.4℃로, 2021년(20.6℃)에 이어 두 번째로 높았다. 게다가 지난 12월 공개된 해양기후예측센터의 자료에 따르면 지난 8월 동아시아 해역의 해면 수온은 평년보다 0.9℃높아 역대 2위를 기록했으며, 전 지구 해역의 해면 수온은 평년보다 0.6℃높아 역대 최고치였다. 올해 전 지구 표면온도가 사상 최고치를 기록할 것이라는 전망은 이젠 '기정사실'로 받아들여지고 있다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 지구의 평균 온도를 높이며 폭풍우, 가뭄 등의 기상 이변을 유발한다. 엘리뇨는 2월께 최고조에 이르며 6개월은 더 갈 것이라는 예측이다.
- 포커스온
2024-01-04
美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
- 산업
2023-12-28
[퓨처 Eyes(17)] 세계 최대 화물기 '드론 라이너', 10년 내 취항 전망…온라인 쇼핑 혁신 기대

영국 항공 스타트업 '드론라이너'는 무한정 공중에 머물 수 있는 자율주행 화물기를 개발 중이라고 밝혔다. 드론라이너는 기존 화물기의 한계를 극복하고, 화물 운송의 혁신을 예고하고 있다. 물론 자동화된 항공기는 새로운 개념은 아니다. 지난 몇 년 동안 많은 기업들이 자율 비행을 실현하기 위해 노력해 왔다. 이러한 기업의 성장은 조종사 부족과 항공 산업의 지속가능성 개선에 대한 필요성과 밀접한 관련이 있다. 이에 따라 여러 기업이 안전하고 지속 가능한 자율주행 항공기를 개발하는 과정에 있다. 영국 일간지 더 선(The Sun)에 따르면 드론라이너는 최근 DL200과 DL350이라는 두 가지 자율주행 화물 항공기의 컨셉을 공개했다. 더 작은 DL200은 전기로 구동되는 단일 부스트 엔진으로 40개 이상의 화물 컨테이너를 실을 수 있다. 최대 화물 중량은 200톤, 최대 이륙 중량은 350톤이다. 반면에 더 큰 버전인 DL350은 세계에서 가장 무거운 항공기로, 두 개의 하이브리드 터보팬 엔진으로 구동된다. DL350은 최대 80개의 컨테이너를 적재할 수 있으며, 최대 화물 중량은 350톤이다. 또한 DL350의 최대 이륙 중량은 600톤이다. 지금까지 비행한 화물기 중 가장 큰 보잉 747-8의 적재 용량은 약 137톤이다. 드론라이너 DL200과 DL350은 모두 6500해리의 항속거리를 자랑한다. 작은 비행기인 DL200에는 터보팬 엔진이 하나, 큰 비행기인 DL350에는 두 개가 장착되지만 항속 거리는 대략 6500해리로 동일하다. 이는 베이징에서 로스앤젤레스까지의 거리보다 길고 지구 둘레의 3분의 1에 해당하는 거리다. 드론라이너의 디자인 디렉터인 마이크 데번스는 더 선과의 인터뷰에서 이 항공기를 "점보 제트기 이후 가장 흥미로운 새 비행기"라고 평가했다. 데번스는 "드론라이너의 취항을 위해서는 수십억 달러의 비용이 들겠지만, 10년 안에 이 항공기가 하늘을 날게 될 것이라고 믿는다. 드론라이너는 점보 제트기 한 대의 무게를 화물칸에 실을 수 있을 정도로 큰 크기와 강력한 엔진 덕분에 많은 양의 화물을 운송할 수 있다"고 덧붙였다. 기존 화물기의 한계 기존 화물기는 항공기의 크기와 연료 효율성의 한계로 인해 장거리 화물 운송에 적합하지 않았다. 먼저, 화물기는 여객기보다 크기가 크고 무거워 연료 소모가 많다. 이에 따라 장거리 화물 운송 시 비용이 많이 들고, 탄소 배출도 증가한다. 또한, 화물기는 탑재 중량이 제한되어 있어 대용량 화물 운송에 어려움이 있다. 현재, 취약한 공급망과 항만 혼잡은 배송을 지연시키는 주요 원인으로 지적되고 있다. 최근의 사건들은 공급망이 얼마나 쉽게 중단될 수 있는지를 보여 주었다. 코로나19 팬데믹과 감염, 또한 전쟁에 대한 우려로 인해 기존 항만과 운송 수단은 취약한 생태계를 형성하고 있다. 국제 교역의 주요 항로 중 파나마 운하와 수에즈 운하는 기후 변화와 전쟁의 영향으로 제 기능을 못하고 있으며, 이로 인해 선박들의 혼잡이 더욱 심각해지고 있다. 파나마 운하는 태평양과 대서양을 연결하며, 수에즈 운하는 지중해와 홍해를 이어준다. 전 세계 상품 교역량의 5%가 지나가는 파나마 운하가 올해 들어 전례 없는 가뭄에 따른 수위 하락으로 선박 통행량을 제한했다. 이에 미국 선박 퍼시픽 웨이하이호는 10일이 더 걸리지만 운하 통과 시 병목 현상이 없는 이집트 수에즈 운하를 이용하기로 결정했다. 수에즈 운하는 지중해와 홍해를 잇는 최단거리 바닷길로 전 세계 상품 교역량의 12%가 이곳을 통과한다. 그런데 예멘의 친이란 반군 세력인 후티가 이스라엘-하마스 전쟁 이후 '팔레스타인 지지'의 표시로 홍해에서 상선 공격을 확대하자 퍼시픽 웨이하이호의 수에즈 운하 통과 계획은 순식간에 무산됐다. 결국 이 배는 지난 18일 수에즈 해협에서 경로를 우회해 파나마 운하 이용보다 15일이나 더 걸리는 아프리카 희망봉 우회 경로를 선택했다. 지난 26일 발표된 스탠더드앤드푸어스(S&P) 글로벌 마켓 인텔리전스 보고서에 따르면, 이러한 우회 항로는 운송 비용을 15% 이상 증가시킨다. 드론항공기를 이용하면 이런 선박 혼잡도를 피할 수 있다. 드론 라이너의 특징 반면에 드론라이너는 이러한 기존 화물기의 한계를 극복하기 위해 다음과 같은 세 가지 특징을 갖추고 있다. 첫째, 드론라이너는 기존 화물기와 달리 직사각형 모양의 기체를 채택하고 있다. 이는 컨테이너를 효율적으로 실을 수 있도록 설계된 것으로, 화물 공간의 낭비를 줄일 수 있다. 둘째, 드론라이너는 하이브리드 전기 비행을 목표로 하고 있다. 이는 연료 효율성을 높이고, 탄소 배출을 줄이기 위한 것이다. 셋째, 드론라이너는 무한정 공중에 머물 수 있는 능력을 갖추고 있다. 이는 드론라이너가 승무원 없이도 자율적으로 운항할 수 있기 때문이다. 드론라이너의 미래형 기능과 전망 드론라이너는 택시 기능과 착륙, 이륙에 필요한 연료와 탑재하중을 지원하는 하이브리드 시스템을 갖춘, 연료 효율이 가장 높은 장거리 항공기로 설계됐다. 초저저항 기체는 항력을 줄이고 연료 효율적 운항이 가능하도록 설계되어 한 번의 비행으로 장거리를 이동할 수 있다. 또한 이 항공기는 지속 가능한 항공 연료(SAF)와 수소 연료로 구동되어 탄소 배출량을 95% 감축하고, 핸드링을 90% 이상 줄여 운영 비용을 절감할 수 있다. 또한 드론라이너는 완전 자율 비행이 가능하여 조종사 없이도 스스로 비행할 수 있다. 따라서 조종석이나 기내 가압장치가 필요하지 않으므로 더 빠른 적재와 하역이 가능하다. 게다가 비행기의 앞면과 뒷면을 열 수 있어 컨테이너를 더 빠르게 넣고 뺄 수 있다. 드론라이너의 상용화는 화물 운송 산업에 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다. 드론라이너의 등장으로 화물 운송이 더욱 빠르고 저렴해지고, 온라인 쇼핑과 식료품 배송의 대중화가 촉진될 것으로 전망된다. 온라인 쇼핑과 식료품 배송 분야의 변화 특히 드론라이너는 온라인 쇼핑과 식료품 배송 분야에 큰 변화를 가져올 것으로 예상된다. 드론라이너는 화물 운송 시간을 크게 단축함으로써, 고객이 주문한 상품을 더 빠르게 받을 수 있게 해준다. 또한, 기존의 배송 방식에 비해 비용을 크게 절감할 수 있다. 이는 온라인 쇼핑업체들이 해외에서 상품을 빠르게 배송할 수 있는 기반을 마련해 주며, 고객들의 만족도를 높이는 데 기여할 것으로 보인다. 식료품 배송 업체들은 드론라이너를 활용해 신선한 식품을 빠르게 배송할 수 있게 되어, 고객들의 불만을 해소하고 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 전망된다. 예를 들어, 드론라이너가 상용화되면 고객이 온라인으로 주문한 상품을 당일 또는 익일 배송받을 수 있게 된다. 또한, 드론라이너를 이용하면 채소, 과일 등 신선식품이나 식료품과 같은 상품을 더욱 신속하고 안전하게 배송할 수 있을 것이다. 환경 문제 해결에 기여 드론라이너는 환경 문제 해결에도 기여할 것으로 기대된다. 드론라이너는 하이브리드 전기 비행을 통해 연료 효율성을 높이고, 탄소 배출을 줄일 수 있다. 이에 따라 화물 운송으로 인한 환경 오염이 감소할 것으로 예상된다. 드론라이너에 따르면 DL200과 DL350 두 기체 모두 하이브리드 전기 비행을 지향하며 지속 가능한 제트 연료를 사용한다. 안전성 확보가 관건 그러나 드론라이너의 상용화에는 안전성 문제가 해결되어야 할 과제로 남아 있다. 600톤에 달하는 대형 항공기가 승무원 없이 하늘을 날아다니는 것은 안전상의 우려가 있기 때문이다. 드론라이너 측은 안전성 확보를 위해 다양한 기술을 개발하고 있으며, 기존 공항을 사용하지 않고 폐쇄된 공항이나 사용하지 않는 공군 기지 등을 활용할 방침이라고 밝혔다. 이 회사는 10년 내 상용화를 목표로 하고 있다. 드론라이너의 상용화는 앞에서 살펴보았듯이 화물 운송 산업에 큰 변화를 가져올 것으로 전망된다. 화물 운송의 속도와 효율성이 크게 개선되면서, 식품 배송 산업 등의 성장을 촉진하고, 소비자들의 편익을 증진시킬 것으로 기대된다. 다만, 드론라이너 측은 안전 문제는 여러 번 강조했지만 소음 발생에 대해서는 별다른 언급이 없어서 이 또한 상용화에 앞서 선결 과제로 남았다.
- 포커스온
2023-12-28
나사, 지구 표면 광물 분포 지도 최초 공개…지하자원 개발·환경오염 예측에 활용

미국 항공우주국(NASA)이 최근 지구 표면 광물 분포 지도를 처음으로 공개했다. 이 지도는 지하자원 개발과 환경 오염 예측 등에 활용될 것으로 전망된다. 나사의 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation, 지표면 광물 분진 출처 조사) 임무는 2023년 11월 종료된 연도의 데이터를 활용하여 지구의 건조한 지역에 존재하는 적철광, 괴철광, 카올리나이트와 같은 광물들에 대한 최초의 세계 지도를 제작했다. EMIT는 나사가 진행하는 미션으로, 지표에서 대기를 향해 상승하는 미네랄 분진의 근원을 조사하는 것을 목표로 한다. 이 미션은 2022년 4월, 국제 우주 정거장(ISS)에 장착된 EMIT(Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) 분광기의 운영을 시작으로 본격적으로 진행되고 있다. EMIT은 나사의 제트추진연구소에서 개발한 이미징 분광계를 사용하며, 이 임무를 통해 지구 표면의 광물 구성에 대한 더 자세한 정보를 제공한다. 이 미션은 먼지가 공중에 떠 있는 때에 기후에 미치는 영향을 평가하기 위해 3가지 광물과 추가로 7가지 다른 광물에 대한 수십억 개의 측정값을 수집했다. 약 250마일(410km) 상공에서 지구 표면을 측량하는 EMIT은 지구의 지질학자나 항공기로는 측정하기 어려운 광범위한 지역을 스캔하면서 동시에 동등한 수준의 세부 정보를 효과적으로 수집한다. 현재까지, 이 임무는 지구 중심에서 약 6900마일(11,000km) 너비의 벨트 내 건조 지역을 포함한 연구 영역에서 55,000개 이상의 "장면" [50 x 50마일(80 x 80km) 표면 이미지]를 촬영했다. 이 임무는 또한 17개월 동안 궤도에서 매립지, 석유 시설, 그리고 기타 기반 시설에서 배출되는 메탄과 이산화탄소 기둥을 감지하는 등 다양한 추가 기능을 입증했다. 과학자들은 이 지도를 통해 기후 변화 및 다른 환경적 요인에서 미세 입자의 역할을 모델링하고 연구할 수 있게 됐다. EMIT 과학팀의 일원인 애리조나주 투산에 위치한 행성 과학 연구소의 로저 클라크(Roger Clark) 선임 과학자는 "표면의 화학적 특성을 이해하기 위해서는 이미징 분광학을 활용할 수 있다. 이미징 분광학은 빛의 반사와 흡수를 측정하여 표면의 구성을 파악하는 기술이다"라고 설명했다. 클라크 박사는 이어 "EMIT는 이미징 분광학을 통해 지구 표면의 광물 분포를 조사하는 임무다. EMIT의 데이터는 지구의 기후 변화와 생태계에 미치는 먼지의 영향을 보다 정확하게 이해하는 데 도움이 될 것이다"라고 덧붙였다. 기후 변화 연구 활용 먼지는 대기 중에서 태양 에너지를 흡수하거나 반사하여 지구의 기후에 영향을 미친다. 더 어둡고 산화철이 풍부한 먼지는 태양 에너지를 흡수하여 지구를 따뜻하게 만들 수 있다. 반면 철을 기반으로 하지 않는 더 밝은 먼지는 빛과 열을 반사하여 지구를 냉각시킨다. EMIT의 지도는 지구 표면에서 발생하는 먼지의 종류와 양을 보다 정확하게 파악할 수 있게 해줌으로써, 먼지가 기후에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 먼지가 생태계에 미치는 영향 먼지는 바다와 육지에 떨어져 생태계에 영향을 미친다. 바다에 떨어진 먼지는 식물성 플랑크톤의 번식을 촉진하여 수중 생태계를 풍요롭게 만든다. 또한, 육지에 떨어진 먼지는 토양을 비옥하게 하여 식물의 성장을 돕는다. EMIT의 지도는 먼지가 생태계에 미치는 영향을 더 정확하게 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 예를 들어, 먼지가 바다에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 바다 사이의 먼지 수송 경로를 추적할 수 있다. 또한, 먼지가 식물 성장에 미치는 영향을 연구하기 위해 먼지 발생 지역과 식물 성장 지역 사이의 먼지 확산 경로를 추적할 수 있다. 아울러 EMIT의 데이터는 광물 먼지 외에도 다양한 다른 연구 분야에 활용될 수 있다. 예를 들어, 희토류 원소와 리튬 함유 광물을 탐색하는 데 사용할 수 있다. 또한, 지구 표면의 식물 종류, 눈과 얼음의 분포, 인간 활동의 흔적 등을 연구하는 데 활용할 수 있다. EMIT의 연구팀은 "EMIT 데이터는 우리의 지구에 대한 이해를 크게 향상시킬 잠재력을 지니고 있음을 인식하고 있다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-12-22
트윈 기술 태양광 타워, 2배 출력으로 24시간 전력 공급

탄소제로 캠페인이 전 세계적인 화두로 떠오르면서 태양광 발전이 각광받고 있다. 무한정이며 무공해의 태양에너지를 이용하는 만큼 연료비가 들지 않고 대기 오염이나 폐기물 발생이 없어서다. 하지만 태양광 발전은 밤에는 에너지를 저장할 수 없어 낮에 저장해둔 에너지를 사용해야 한다는 한계가 있었다. 태양빛으로 발전을 해야하는 특성 때문에 설치 면적이 넓어야 하는 한계도 극복해야 했다. 그런데 최근 카타르 대학과 요르단 후세인공과 대학 연구팀이 이러한 한계를 극복할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 태양과 주변 온도를 이용해 두 세트의 터빈을 통해 공기를 유도하여 전력을 생성하는 방식이다. 연구팀은 기존 태양열 상승 기류 타워의 문제점을 열효율이 낮다는 점이라고 지적했다. 즉, 건설된 구조물이 가치가 있으려면 매우 커야 하며, 이에 따른 높은 초기 비용으로 인해 실행이 어렵다는 것을 알게 됐다. 수년에 걸쳐 효율성을 높이려는 시도에는 환기 성능을 개선하고 굴뚝 높이를 높이는 것이 포함됐다. 그러나 이 같은 최선의 노력에도 불구하고 개선은 평범했다. 연구팀이 고안한 아이디어는 내부 타워 주위에 두 번째 타워를 건설하는 것이다. 외부 타워의 꼭대기에는 스프링클러가 '건조하고 뜨거운 공기'에 의해 즉시 흡수되는 '물 안개'를 분사한다. 그런 다음 공기는 더 무겁고 차가워지고, 중력은 다양한 기둥의 외부 타워 아래로 공기를 끌어당긴다. 이것은 외부 타워의 바닥에 위치한 터빈을 회전시키는 데 사용되는 '하강 기류'를 생성한다. 외부 타워는 온도가 가장 높고 습도가 제일 낮은 정오 무렵에 가장 잘 작동하지만, 연구원들은 태양 복사 조도가 작동에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문에 하루 종일 작동할 수 있음을 알게 됐다. 이는 시스템이 24시간 전력을 생산할 수 있음을 의미한다. 장점은 이 시스템이 예전 태양열 상승 기류 타워의 2.14배의 전력을 생산한다는 점이다. 또한, 기존 시스템은 태양 복사 조도에 따라 발전량이 변동하지만, 이 시스템은 온도와 습도의 계절적 변화에 더 많은 영향을 받기 때문에 태양 복사 조도에 따른 발전량 변동이 적다는 장점이 있다. 연구진은 이 개념에 대한 향후 연구에서 다른 유형의 재생 에너지 기술을 통합하는 동시에 시스템 확장성을 면밀히 검토할 예정이다. 한편, 최근에는 우주 태양광 발전이 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 우주 공간에 발전용 패널을 띄워 전력을 생산하는 기술인데 유지 보수 및 초기 배치 비용이 높다는 단점에도 불구하고, 효율과 안정적 전력 공급 측면에서 대안이 되고 있다. 실제로 2023년 6월 미국 캘리포니아 공과대학은 우주 태양광 발전 실증기(SSPD-1)에서 생산한 전력을 지구 표면으로 전송하는데 성공했다. 이에 앞서 영국은 관련 연구개발을 지원하고 일본도 우주 태양광 발전소 건립 계획을 추진 중으로 알려졌다. 한국 역시 한국전기연구원과 한국항공우주연구원이 우주 태양광 발전 시스템 연구에 착수한 상태다.
- 산업
2023-12-17
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
[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고

미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2023-12-14
플라스틱 폐기물, 새우 등 해양 소형생물 번식에 악영향

플라스틱 폐기물이 해양으로 유입되면서 해양 생물의 번식에 악영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 가벼운 쓰레기의 경우 조류를 따라 전 세계 해안에 도착하면서 또 다른 해양 환경오염까지 유발하는 등 악순환이 이어지고 있는 상황이다. 해외 매체 인콰이어러(inquirer)는 최근 영국 포츠머스 대학의 연구팀이 플라스틱 폐기물이 새우 등 작은 해양생물의 번식을 방해한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 생태 독성학자인 알렉스 포드(Alex Ford)와 그의 동료들은 특정 종에 대해 몇 가지 화학 첨가물을 테스트했는데, 플라스틱 폐기물에 포함된 화학 첨가물이 갑각류의 행동을 변화시켜 교미 성공률을 감소시키고 있다는 것을 발견했다. 인콰이어러는 인정하지 않을 수도 있지만 인류의 부주의가 환경 오염과 자연의 경로 왜곡을 야기하고 있다고 지적했다. 이 매체는 적극적인 조치가 취해지지 않으면, 우리 생태계의 상당 부분이 심각한 위험에 처할 수 있다고 경고했다. 플라스틱 폐기물, 갑각류 정자수 감소시켜 플라스틱 폐기물이 해양 생태계에 미치는 영향에 대한 연구에서, 작은 갑각류의 정자 수 감소가 관찰됐다. 대부분은 상어와 같은 대형 동물이 해양 생태계에 가장 큰 영향을 미친다고 생각하는데, 새우 등 소형 갑각류는 해양 먹이사슬에서 중요한 역할을 하며, 그들의 손상은 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 수 있다. 알렉스 포드는 “이 생물들은 유럽 해안에서 흔히 발견되며, 물고기와 새 등의 먹이의 상당 부분을 차지한다”며 “예를 들어, 고래는 보통 크릴을 주식으로 하는데 만약 이들이 손상되면 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 것”이라고 강조했다. 바로 이 점이 환경 독성학자인 비데미 그린-오조(Bidemi Green-Ojo)와 그의 동료들이 '에치노가마루스마리누스(Echinogammarus marinus)라고 불리는 작은 갑각류 종을 플라스틱에서 발견되는 4가지 화학 첨가물에 노출시킨 이유다. 그린 오조는 “이 네 가지 첨가제가 인체 건강에 미치는 위험에 대해 잘 알고 있기 때문에 이를 선택했다”며 "우리가 조사한 두 가지 화학물질(DBP와 DEHP)은 규제를 받고 있으며 유럽에서는 제품에 사용이 허용되지 않는다“고 말했다. 이어 "다른 두 화학물질은 현재 제한이 없으며 많은 가정용품에서 발견된다"며 "우리는 이러한 화학물질이 수중 짝짓기 행동에 미치는 영향을 테스트하고 싶었다"고 연구 배경을 설명했다. 테스트된 화학물질 중 3개는 영국의 지표수와 지하수에서 검출된 상위 30개 화학물질에 포함되어 있다. 이 물질들은 바다 생물의 행동에 영향을 미치며, 특히 짝짓기 성공률 감소에 기여할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 샘플 화학 물질 중 두 가지인 디부틸 프탈레이트(DBP)와 트리페닐 인산염(TPHP)은 갑각류의 정자 수를 감소시켰다. 알렉스 포드는 연구팀이 실험한 동물들이 환경에서 일반적으로 발견되는 것보다 높은 농도의 화학물질에 노출되었다고 말했다. 그는 이러한 화학물질들이 정자 수에 영향을 미칠 수 있음을 지적했다. 오랜 기간 동안 또는 생활사의 중요한 단계에서 노출된 새우에 대한 추가 실험을 통해 이러한 영향이 더 명확해질 수 있음을 나타냈다. 독도 괭이갈매기 미세플라스틱 오염 한편, 한국의 독도 괭이갈매기 깃털도 미세플라스틱에 오염된 것으로 밝혀져 충격을 안겨줬다. 국제학술지 해양오염학회지 11월호에 실린 '한국 괭이갈매기 깃털에서 미세플라스틱 검출 첫 보고' 논문에 따르면 5㎜ 미만의 미세플라스틱 170ｇ, 73개가 검출됐다. 경희대 한국조류연구소 연구진은 작년 6월 독도와 울릉도에서 괭이갈매기 17마리를 포획한 후 가슴깃을 떼어내 과산화수소수로 처리한 뒤 적외선분광기로 검사했다. 포획한 괭이갈매기의 몸무게는 평균 490ｇ으로, 몸무게의 2%를 미세플라스틱이 차지하고 있었다. 종류별로는 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 각각 26개와 21개로 가장 많이 나왔다. 폴리스타이렌(PS)도 10개, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등도 16개 발견됐다. 체내에 축적된 미세플라스틱이 소화기관에 악영향을 주며, 깃털에 붙은 미세플라스틱은 유기오염물질이나 독성화학물질과 흡착해 건강을 해칠 수 있다. 미세플라스틱이 깃털을 둘러싼 기름막을 흡수하면 방수성과 보온성을 저해해 생존력을 떨어트릴 수 있다.
- 생활경제
2023-12-11
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
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