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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
- 지구 상공에 위성을 포함해 약 3만 개의 물체가 돌고 있는 것으로 나타났다. 천문학자들은 스푸트니크 발사 이후 약 70년이 지난 현재 수많은 기계가 우주를 날아다니면서, 이들 공해 물질로 인해 지상 망원경으로 다른 은하계를 연구하는 것이 불가능해질까 우려하고 있다. CNN은 지난 21일 더 큰 문제는 우주 쓰레기라며 야구공 크기 이상의 약 3만 개의 물체가 지구 상공 수백 마일에 걸쳐 총알의 10배 속도로 날아다니고 있다고 전했다. 1957년 10월 4일, 러시아 스푸트니크(Sputnik) 1호 인공위성이 로켓에 실려 우주를 향해 날아갔다. 무게 약 83㎏의 금속구 형태의 스푸트니크 1호는 타원형의 지구 제궤도로 발사한 세계 최초의 인공위성이었다. 당시 미소 냉전 시대에 쏘아 올린 이 위성은 이후 인류의 우주시대와 우주경쟁의 방아쇠를 당겼다. 미 국립해양대기국(NOAA)은 최근 최초로 고공 항공기로 성층권 시료를 채취해 새로운 과학적 사실을 발견했다. 이에 따르면 영리적인 우주 경쟁은 측정 가능한 방식으로 하늘을 변화시키고 있으며 오존층과 지구 기후에 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있다. NOAA 화학 과학 연구소의 연구 물리학자인 토리 손베리(Troy Thornberry)는 지구 저궤도를 돌고 있는 우주 쓰레기를 포함한 물체에 대해 "우리는 인간 우주 교통의 지문을 성층권 에어로졸에서 볼 수 있다"고 말했다. 그는 "우리는 이전에는 없었던 많은 물질을 성층권에 추가하는 것을 고려하고 있으며, 우리가 우주에 넣는 물질의 순수 질량도 고려하고 있다"고 덧붙였다. 연구에 따르면 현재 상층 대기의 입자 중 10%는 궤도를 벗어나고 불타는 로켓이나 위성에서 나온 금속 조각을 포함하고 있다. 보고서는 인류가 위성에서 내려오는 정보에 점점 더 의존하게 되면서 향후 수십 년 동안 인공 쓰레기가 성층권 에어로졸의 50%를 차지하게 될 것이라고 예측했다. 우주 탐사선, 새로운 화석 연료 배출물 추가 이러한 변화가 오존층에 어떤 영향을 미칠지는 불확실하지만 이미 위기에 처한 기후 시스템에 대한 영향은 복잡하다. 미 항공우주국(NASA·나사)의 스페이스 셔틀에서 사용된 고체 로켓 부스터에서 스페이스X 로켓의 연료를 케로신으로 전환한 것은 모든 로켓 발사 시 엄청난 양의 새로운 화석 연료 배출물을 추가했다. 오래된 위성들이 궤도 이탈 과정에서 연료로 인한 쓰레기 구름을 만들고 있다. NASA 관계자들은 지구를 둘러싼 우주 쓰레기를 나타내는 점들은 크기가 정확하지 않지만 "매년 혼잡 상태는 악화되고 있다"고 말했다. 과학자들은 결국 지구는 지구 고유의 가시적인 고리를 갖게 될 것이라고 이론화했다. 다른 몇몇 행성처럼 얼음과 우주 암석 조각 대신 이 고리는 우주 쓰레기로 만들어질 것이라는 경고다. 손베리는 CNN에서 "우리는 수천 개의 위성으로 구성된 별자리를 말한다. 각각 1톤 정도 무겁고 지구로 떨어질 때 운석처럼 작용한다"고 말했다. 현재 궤도 상공에 8300개 이상의 위성이 있으며 앞으로 얼마나 많은 위성이 추가될지에 대한 예측은 크게 달라진다. 300개 이상의 상업 및 정부 기관은 2030년까지 47만8000개의 위성을 발사할 계획이라고 발표했지만 이 수치는 과대추정이라는 지적이 이어지고 있다. 미국 정부 책임부는 향후 6년 동안 5만8000개의 위성이 발사될 것이라고 예측했다. 다른 분석가들은 궤도에 진입할 가능성이 있는 수치는 2만 개 보다 훨씬 적다고 추정했다. 케슬러 증후군 스푸트니크 발사 이후 미국과 구소련은 우주 탐사 경쟁을 벌였다. 미국 우주 비행사 닐 암스트롱은 1969년 7월 인류 최초로 달에 발을 디디기에 이르렀다. 1979년 NASA 과학자 도널드 케슬리(Donald Kessler)가 "인공 위성의 충돌 빈도: 쓰레기 벨트의 생성"이라는 제목의 논문을 발표하기 전까지는 거기 도달하기 위해 만들어진 궤도 쓰레기는 거의 고려되지 않았다. 궤도 쓰레기 교통 체증은 '케슬러 증후군'에 대한 두려움을 다시 불러일으켰다. 영화 '그래비티'(2013년)에서 묘사된 케슬러 증후군은 지구 궤도가 너무 혼잡해져서 결국 더 많은 쓰레기가 발생해 더 많은 충돌을 초래하고, 발사가 불가능해지는 악순환이 만들어질 것이라는 우려를 간결하게 표현한 용어다. 궤도 쓰레기 무려 1억 개 전체적으로 연필심 크기의 인공 쓰레기가 1억 개 이상 궤도를 돌고 있으며 이는 우주 사업에서 발생하는 주요 위험이다. NASA에 따르면, 최소 야구공 크기의 물체 약 2만5000개와 훨씬 더 작은 물체를 포함하면 1억 개 이상이 지구를 돌고 있다. 하늘에는 최대 총알 속도의 10배까지 이동할 수 있는 9000톤의 쓰레기가 떠다니고 있어, 로켓 및 장비 발사는 재앙적인 결과를 초래할 수 있다고 관계자들은 경고했다. 전문가들은 저궤도에서는 심지어 작은 쓰레기 조각이 시속 3만7000km 이상의 속도로 우주를 통과하여 국제 우주 정거장(ISS)의 창문을 깨뜨릴 수도 있다고 지적했다. 스페이스X는 최근 3만개의 스타링크 위성을 추가로 투입하기 위해 신청했으며, 현재 이미 5000개 이상의 대형 물체가 소유한 위성이다. 2023년 가디언 보고서에 따르면, 통제되지 않는 우주 쓰레기가 지속적으로 늘면서 천문학자들은 빛 공해로 인해 망원경으로 밤하늘을 관측하는 데 방해를 받고 새로운 발견을 하는 능력이 저하될 수 있다고 우려하고 있다. 또한, 더 많은 위성이 민감한 천문 관측 장비와 라디오 방해를 일으킬 수 있다는 우려도 있다. 론 로페즈는 CNN에 "10년 전에는 우리 창립자가 우주 쓰레기 이야기를 하다니 미쳤다고 생각했다"고 말했다. 로페즈는 '궤도 쓰레기 제거'라는 새로운 사업분야에서 시장 점유율을 경쟁하는 일본 기업 아스트로스케일(Astroscale)의 미국 지사 사장이다. 그는 "하지만 지금은 우주 지속 가능성과 쓰레기 문제에 대한 패널이나 일련의 강연 없이는 우주 컨퍼런스에 참석할 수 없다"고 전했다. 로페즈는 자신의 회사가 쓰레기 트럭, 궤도 재활용 센터 및 '우주 순환 경제'를 구축하는 데는 아직 거리가 멀다고 인정하지만, 아스트로스케일은 2022년 강력한 자석을 장착한 위성을 사용해 동일한 3년 임무에서 발사된 이동 목표물을 포착했다. 그는 "이것은 도킹 및 다른 위성과의 랑데뷰를 수행하는 데 필요한 많은 기술을 시연한 최초의 상업적으로 자금이 조달된 우주선이었다. 우리는 이들을 이동시키고, 결국에는 연료를 보급하거나, 어떤 경우에는 쓰레기 문제를 해결하기 위해 궤도를 이탈시킬 수도 있다"고 말했다. 지난 2월 18일 항공우주 회사 로켓 랩(Rocket Lab)이 뉴질랜드에서 발사한 두 번째 아스트로스케일 임무는 우주 쓰레기를 자세히 조사할 예정이다. 일본 정부와 민간 기업이 공동으로 추진하는 우주쓰레기 제거 기술 개발 프로젝트 ADRAS-J는 2009년 저궤도에 남겨진 로켓 단계의 움직임을 관찰할 계획이다. 2023년 11월 22일 발사된 ADRAS-J 위성은 2024년 2월 22일 목표 쓰레기와 성공적인 랑데뷰를 마쳤다. 아스트로스케일의 임무는 카메라와 센서를 사용하여 로켓 쓰레기를 연구하고 궤도에서 제거하는 방법을 파악하는 것이다. 일본 목조 위성 제작 한편, 올 여름 일본과 NASA 과학자들이 대부분 목재로 만든 세계 최초의 생분해 위성을 발사할 때 예정이다. 이는 스푸트니크 이후 참으로 작은 한 걸음이다. 일본의 과학자들이 우주 오염 문제에 대응하기 위해 세계에서 가장 독특한 우주선 중 하나를 개발했다. 이는 목재로 제작된 소형 위성 리그노샛(LignoSat)으로, 목련 나무를 사용해서 제작됐다. 지난 18일 야후에 따르면, 커피 머그잔 크기의 소형 리그노샛 위성은 국제 우주 정거장에서 실시된 실험에서 안정성과 균열 저항성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 교토 대학과 스미토모 임업(Sumitomo Forestry)의 연구팀은 생분해성 재료인 목재를 사용하여 현재 금속으로 제작되는 위성에 대한 환경친화적인 대안을 모색하기 위해 이 위성을 제작했다. 교토 대학의 일본 우주 비행사이자 항공 우주 공학자인 타카오 도이(Takao Doi) 교수는 지구 대기권으로 재진입하는 위성이 연소되면서 작은 알루미나 입자를 생성하고, 이 입자들이 대기 상층부에 오랜 기간 동안 머물면서 결국 지구 환경에 영향을 미친다고 설명했다. 올해 여름, 이 목재 위성은 미국의 로켓에 실려 우주로 발사될 예정이다. 매년 약 2000개 이상의 우주선이 발사될 것으로 예상되는 가운데, 재진입 시 연소되면서 대기 상층부에 침착될 수 있는 알루미늄 사용은 곧 심각한 환경 문제를 초래할 수 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학의 과학자들이 실시한 최근 연구에 따르면, 인공위성이 재진입할 때 알루미늄이 오존층에 심각한 피해를 입힐 수 있으며, 지면으로 도달하는 햇빛의 양에도 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기됐다. 하지만, 리그노샛과 같은 목재로 만들어진 위성의 경우, 이러한 문제가 발생하지 않는다. 임무를 마친 후 대기권으로 재진입하며 연소될 때, 오직 생분해성 재료의 미세한 입자만을 생성한다. 한국, 포획 위성 개발 착수 한국 정부는 임무를 완수한 후 우주에서 떠도는 국내 위성들을 회수하여 지구 대기권으로 다시 진입시켜 소멸시키는 '위성 포획' 프로젝트에 착수한다. 과학기술정보통신부는 지난 27일 '우주 물체의 능동적 제어를 위한 선행 기술 개발 사업'의 온라인 설명회에서, 이 기술을 적용한 소형 위성을 개발하고 이를 2027년에 발사 예정인 누리호를 통해 실제 우주에서 테스트할 계획이라고 발표했다. 우주 물체의 능동적 제어 기술은 위성이나 소행성과 같은 우주물체에 접근해 로봇 팔이나 그물을 사용해 이들의 위치나 궤도를 조정하는 기술이다. 이 기술은 우주에서 임무를 마친 채 우주 쓰레기로 전락한 위성들을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소각 처리하는 데 활용될 수 있으며, 최근에는 위성에 연료를 추가로 공급하거나 수리를 진행하고, 궤도를 변경하여 임무 기간을 연장하는 등의 다양한 용도로 관심을 받고 있다. 과기정통부가 공개한 과제 제안요구서(RFP)에 따르면 이번 프로젝트의 목표는 능동적 제어 기술, 특히 위성 포획 및 지구로의 재진입 기능을 갖춘 500kg 미만의 소형 위성을 개발하여 2027년 누리호의 6차 발사 때 이를 실증하는 것이다. 이 기술은 2027년 기준으로 지구 상공 500km에 위치한 우리별 1, 2, 3호, 과학기술 위성 1호, 국내 대학들의 큐브위성 등의 우주 잔해물을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소멸시키는 능력을 우주에서 직접 검증하는 것을 목적으로 한다. 이 프로젝트에는 2028년까지 총 447억 원의 예산이 할당되어 있으며, 프로젝트 첫 해인 올해에는 25억 원이 투입될 예정이다. 지구, 바다, 그리고 이제는 우주에서도 오염 위기가 분명하게 드러나고 있으며, 우주 쓰레기 문제를 해결하기 위한 국제 협력이 필요한 시기다.
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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
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[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발
- 미국 과학자들이 청정 지열에너지를 이용해 대기 중 이산화탄소를 직접 회수하는 획기적인 기술을 개발했다. 지열에너지는 지구 내부의 열을 활용하는 지속 가능한 에너지원 중 하나다. 지구 내부의 열은 주로 지구의 형성 과정에서 발생한 열, 방사성 붕괴로 인해 발생하는 열, 그리고 마그마의 이동 등 지구 내부의 압력으로 인한 열 등이 있다. 26일(현지시간) 싱크 지오에너지에 따르면 오하이오 주립대 연구팀이 개발한 'DACCUS'라는 시스템은 회수를 위한 에너지를 지열로 충당함으로써 깨끗하고 안전하게 공기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다고 한다. 연구팀이 수행한 연구에 따르면 직접 공기 CO₂ 포집 기술(DACC)과 CO₂ 플룸 지열을 결합한 시스템을 개발하는 방법을 제안했다. 이들은 CO2 배출량이 거의 없이 대규모 CO2 제거가 가능한 기후 친화적인 직접 공기 CO₂ 포집, 활용 및 저장(DACCUS) 시스템을 만들 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 회수해 지하에 가두는 기술은 대량의 에너지를 필요로 하기 때문에 잘 못하면 오히려 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래할 수 있다. 사례 연구 분석 결과, 지층의 두께가 100미터 이상이며 최대 CO₂ 주입 속도가 연간 1MtCO2/유정으로 제한되는 조건에서, 5년간의 초기 활성화 기간(priming period)이 충분한 것으로 나타났다. 보다 두꺼운 지층의 경우, CO₂ 플룸의 지열 시스템 활용에 앞서, 5년 이상의 기간 동안 지질학적 CO₂를 저장해야 한다. 이산화탄소 포집-지하 저장 기술 지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 화석 연료의 연소로 인해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소다. 따라서 지구 온난화를 억제하기 위해서는 탄소 중립, 즉 탄소 배출을 줄이거나 제로(0)로 만드는 것이 중요하다. 그러나 인간의 활동에는 에너지가 필수적이기 때문에, 이산화탄소 배출을 완전히 제로로 줄이는 것은 현실적으로 어려운 과제다. 이 문제에 대한 창의적인 접근 방법 중 하나는 배출된 이산화탄소를 포집하여 지하에 저장하는 기술, 즉 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술이다. 이 기술은 대기 중으로의 이산화탄소 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다. 그러나 기존의 CCS 기술은 이산화탄소 포집 효율이 낮아, 실제로는 예상과 다르게 이산화탄소 배출을 증가시킬 수 있는 역효과를 낳을 가능성이 있다. 지열에너지를 활용하면 이산화탄소를 포집하면서 동시에 발전을 진행할 수 있다. 오하이오 주립대 연구팀은 이 점에 착안해 '이산화탄소 포집 및 저장(CCS)' 기술에 지열 에너지를 통합하여 운영하는 새로운 접근 방식을 개발했다. 이들이 도입한 시스템은 'DACCUS'(직접 공기 중 이산화탄소 포집 및 활용 저장)로, 대기 중에서 직접 이산화탄소를 분리해내고 이를 지하에 저장하는 동시에, 지열을 활용해 이 과정에 필요한 에너지를 충당한다. 지열은 지속가능하고 청정한 에너지원으로, DACCUS 시스템은 이를 활용하여 대기 중의 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 지하에 안전하게 저장한다. 이 과정에서 포집된 이산화탄소는 지하의 지열을 활용하여 지표면으로 열을 전달하는 데 사용한다. DACCUS의 혁신적인 장점은 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에서 그치지 않고, 이를 활용하여 지열 발전을 촉진하고 발전 과정에서 에너지를 생산한다는 점이다. 이로 인해 지속 가능한 에너지 생산과 온실가스 감축이라는 이중의 이점을 동시에 달성할 수 있다. 멕시코만서 실증 실험 연구팀은 이 획기적인 시스템의 가능성을 증명하기 위해 지열이 풍부한 미국 멕시코만 지역에서 실증 실험을 진행하고 있다. 연구팀에 따르면, 멕시코만 연안에는 석탄 및 천연가스 발전 시설과 같은 CO₂의 점 공급원이 존재하며, 이산화탄소를 저장하기에 적합한 지질과 DACCUS를 가동하기에 충분한 지열이 있다. 이 시스템을 설치하면 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 2050년까지 멕시코만 연안의 한 지층에 25개의 DACCUS 시스템을 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 이 획기적인 기술의 가능성을 보여줄 수 있다. 그러나, 현재 DACCUS 시스템의 구축에는 몇 가지 도과제가 있다. DACCUS 기술을 효과적으로 활용하기 위해서는 초기 5년간 공장 등의 이산화탄소 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 저장하는 과정이 필수적이다. 이 과정은 마치 펌프에 물을 채워야 물이 나오는 마중물과 같아서, 초기 단계에서 필요한 '프라이밍' 작업으로 볼 수 있으며, 이 단계를 완료해야만 대기 중 이산화탄소의 포집이 가능해진다. 2025년까지 DACCUS 기술을 적용할 수 있다면, 실제로 대기에서 이산화탄소를 제거하기 시작하는 시점은 2030년경이 될 것으로 예상된다. 마르티나 레베니와 제프리 M. 비엘리키의 이번 연구 전체 논문은 '환경 연구 편지 저널(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(6)] 지열로 대기 중 이산화탄소 직접 회수하는 기술 개발
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새 깃털에 숨겨진 비밀, 공룡 비행 진화 밝히나?
- 전 세계 박물관 소장품인 수백 종의 조류 표본을 분석한 결과, 비행 능력은 특정 깃털 패턴에 의해 결정된다는 사실이 밝혀졌다. 이 새로운 연구 결과는 과학자들이 공룡의 비행 능력도 더 정확하게 예측할 수 있도록 도움을 줄 것으로 보인다. 호주 과학전문 매체 사이언스 얼럿(science alert)은 25일(현지시간) 전 세계 박물관에서 수집한 수백 마리 조류의 표본 분석 결과, 모든 비행하는 조류가 9~11개의 비대칭 비행 깃털을 갖고 있었다는 일관된 규칙이 발견됐다고 보도했다. 필드 자연사 박물관 고생물학자인 징마이 오코너 박사는 "새를 포함한 수각류 공룡은 지구상에서 가장 성공적인 척추 동물 계통 중 하나다. 그들의 성공적인 이유 중 하나는 비행이며, 다른 이유 중 하나는 다양한 기능을 가진 깃털 때문이라고 할 수 있다"라고 말했다. 이 연구 결과는 공룡에서 비행 능력이 두 번 이상 진화했을 지에 대한 오래된 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 필드 자연사 박물관 조류학자인 요세프 키앗(Yosef Kiat) 박사는 전 세계 박물관에서 346종의 조류 깃털을 조사하면서 흥미로운 경향을 발견했다. 가장 작은 벌새부터 맹금류인 독수리까지 모든 비행 조류는 9~11개의 비대칭 비행깃털, 즉 일차깃털을 가지고 있었다. 하지만 날지 못하는 조류의 일차깃털 수는 매우 다양했다. 에뮤는 일차깃털이 완전히 없고, 펭귄은 40개나 가지고 있었다. 키앗 박사는 "현대 조류에서 발견되는 다양한 비행 스타일에도 불구하고, 모든 비행 조류가 9~11개의 일차깃털을 공유하고 있다는 것은 정말 놀라운 일이다. 또한 이 사실이 지금까지 아무도 알아차리지 못했다는 것도 놀랍다"라고 말했다. 일차깃털 수는 깃털 대칭성과 날개 비율과 함께 모든 알려진 현대 조류의 비행 능력을 정확하게 반영한다. 연구팀은 최대 1억 6천만 년 전의 화석을 조사하여 이러한 특징을 공유하는 조상 새가 어떤 종인지 파악했으며, 따라서 비행 능력이 있었을 가능성이 높다고 밝혔다. 연구 결과 35종의 멸종 조류 중 키앗 박사와 오코너 박사는 비행에 적합한 깃털을 가진 종과 그렇지 않은 종을 구분했다. 비행 능력이 있었을 가능성이 큰 종에는 초기 조류 중 하나로 간주되는 시조새(Archaeopteryx, 아르카이오프데릭스 1억5000만년 전에 존재한 것으로 여겨지는 새)가 포함된다. 시조와 조류 간의 정확한 관계에 대한 논쟁이 있지만, 새와 직접적인 관련이 없음에도 불구하고 4개의 날개를 가진 미크로랍터(Microraptors) 라는 작은 공룡도 이러한 특징을 가지고 있었다. 오코너 박사는 "과학자들은 최근에야 새만이 비행하는 공룡이 아니라는 사실을 깨달았다"라고 설명했다. 흥미롭게도 카우디프텍스(Caudipteryx)는 적절한 수의 일차깃털을 가지고 있었지만 거의 완전히 대칭적이어서 거의 확실하게 비행 능력이 없었던 것으로 추정된다. 연구진은 카우디프텍스의 조상은 비행 능력이 있었지만 이 속은 이후 비행 능력을 잃었을 가능성이 있다고 추정했다. 오코너 박사는 "우리의 연구 결과는 공룡에서 비행 능력이 한 번만 진화했음을 시사한다"라고 말했다. 이 연구는 모든 페나랍토란 그룹이 다양화되기 전 조상 종에서 비행 능력에 필요한 해부학 구조가 진화했음을 시사한다. 카우디프텍스와 같은 일부 종은 초기부터 날 수 없게 되었고, 미크로랍터와 같은 종은 비행 능력을 유지했다. 키앗 박사와 오코너 박사는 이전 연구들이 공룡의 비행 능력을 판단할 때 뼈 구조만을 고려했다고 지적하며, "비행 능력을 평가하기 위해서는 날개를 형성하는 깃털 구조를 살펴보지 않고는 불가능하다"라고 주장했다. 화석 기록에서 날개 진화의 초기 단계를 찾지 못했기 때문에, 공룡의 비행 진화에 대한 논쟁은 여전히 남아 있다. 하지만 이번 연구는 새 깃털에 숨겨진 비밀을 밝혀냄으로써 공룡의 비행 진화에 대한 새로운 통찰력을 제공했다는 평을 받고 있다. 이 연구는 미국 과학아카데미 회보(PNAS)에 게재됐다. 공룡은 어떻게 날게 됐나? 한편, 학계에서는 공룡이 나는 능력을 갖게 된 것을 진화론적 관점에서 해석하고 있다. 이는 주로 조류의 조상인 일부 공룡에서 나타난다. 공룡의 나는 능력의 진화를 설명하는 주요 이론은 다음과 같다. 1) 나무 아래로 가설(Tree-down hypothesis) 이 가설은 나는 조상들이 처음에는 나무에 올라가는 능력을 발달시켰고, 이후 높은 곳에서 낮은 곳으로 뛰어내리거나 활공하면서 점차적으로 비행 능력을 갖게 되었다고 보는 관점이다. 굥룡의 깃털이 있는 팔이나 날개는 활공과 비행을 돕기 위해 진화했을 것으로 보인다. 2) 지상-위로 가설(Ground-up hypothesis) 지상-위로 가설은 초기 조류가 지상에서 달리는 동안 날개를 사용하여 추진력을 얻어, 점차적으로 비행 능력을 개발했다고 주장한다. 이 이론은 날개가 달리기, 뛰기, 혹은 먹이를 잡는 데 도움이 되는 도구로서 시작했을 수 있음을 시사한다. 3) 발달 및 행동적 적응 또한, 깃털의 발달은 처음에는 단열이나 구혼 행위와 같은 다른 기능들을 위해 발달했을 수 있으며, 이후 비행에 적합하게 진화했다는 이론도 있다. 일부 공룡의 나는 능력은 다양한 환경적 압력과 생존 전략의 결과로 여겨진다. 이처럼 학계에서는 공룡의 나는 능력의 진화를 복잡한 진화론적 '실험'의 결과로 보고 있다. 여러 종류의 공룡과 초기 조류가 다양한 방식으로 활공, 비행, 혹은 이와 관련된 행동을 시도했을 것으로 보며, 이 중 일부 전략이 성공적으로 진화하여 현대 조류의 비행 능력으로 이어졌을 것으로 추정한다. 또한 과학계에서는 이러한 가설들을 화석 기록, 비행 역학, 발달 생물학, 그리고 현대 조류의 비교 연구를 통해 지속적으로 탐구하고 있다.
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새 깃털에 숨겨진 비밀, 공룡 비행 진화 밝히나?
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[신소재 신기술(2)] 박테리아, 극한 환경서 이산화탄소 암석화 가속
- 일부 박테리아가 극한 조건에서 이산화탄소를 암석으로 변환하는 데 기여할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 미국의 과학 전문 매체 뉴스사이언티스트는 지난 14일(이하 현지시간) 미국 사우스다코타 연구팀의 박테리아 연구 결과를 인용, 이산화탄소를 신속하게 암석으로 전환시킬 수 있는 미생물이 폐유정이나 버려진 가스 저장소와 같은 깊은 지하 공간에 온실가스를 저장하는 데 활용될 수 있다고 전했다. IFL사이언스는 지하 1250미터 깊이에서 발견된 특정 박테리아가 이산화탄소를 결정 형태로 변환할 수 있으며, 이러한 탄소 포집 기능을 가진 박테리아를 사용해 버려진 화석 연료 저장소에 온실가스를 안정적으로 저장할 수 있다고 지난 15일 보도했다. 미국 사우스다코타 광업기술대학의 고크체 우스투니식(Gokce Ustunisik) 교수와 그의 동료들은 워싱턴주의 퇴비 더미에서 고온과 고압을 견디는 것으로 알려진 지오바실러스 박테리아 종을 분리했다. 연구팀에 따르면 극한 환경에서 작동하는 박테리아를 활용해 이산화탄소의 광물화 과정을 가속화함으로써, 포집된 이산화탄소를 지하에 주입하고 이를 통해 온실가스를 장기간 안정적으로 저장할 수 있는 가능성이 제시됐다. 사우스다코타의 블랙힐스 지역 깊숙한 곳에는 CO₂를 고체 광물로 신속하게 변환할 수 있는 잠재력을 지닌 박테리아가 서식하고 있다. 과학자들이 이 독특한 미생물을 활용하는 방법을 개발한다면, 고갈된 화석 연료 저장소에서 온실가스를 포집하는 새로운 접근법을 제안할 수 있게 될 것으로 전망된다. 이번 연구는 이러한 박테리아가 이산화탄소를 암석으로 전환하는 과정에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 미생물, 단 10일 만에 고체 탄산염 변환 실험실 실험에서 연구팀은 해당 미생물이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우에 이산화탄소가 물에 용해됐을 때의 광물화 속도를 비교했다. 연구팀은 CO₂가 저장될 수 있는 지하 깊은 곳에서 발견될 수 있는 극한의 조건, 즉 다양한 온도, 압력, 그리고 염분 조건에서 이 과정을 시험했다. 이와 함께, 여러 종류의 현무암을 사용하여 이 과정을 검증했다. 이들 미생물이 없을 경우, 연구팀은 CO₂의 광물화 과정을 관찰하지 못했다. 우스투니식 교수는 이 과정이 이상적인 지질학적 조건에서조차 보통 수년이 소요될 수 있다며, "실질적으로 영원히 걸릴 수도 있다"고 말했다. 그러나 미생물이 있을 때는 상황이 달라졌다. 우스투니식 교수에 따르면, 80°C(176°F)의 온도와 해수면 압력의 약 500배에 해당하는 극한의 조건에서 CO₂가 광물 결정 형태를 이루는 데 단 10일이 걸렸다고 한다. 유망한 미생물 후보 3 종류 소더 지오사이언스 LLC와 사우스다코타 광업기술대학의 연구팀은 최근 유전의 극심한 온도와 압력을 견딜 수 있는 탄소 격리용 미생물을 탐색하는 데 주력했다. 이 과정에서 세 가지 유망한 후보 미생물을 발견했다. 이들 중 하나는 미국 내에서 가장 깊은 곳에 위치한 사우스다코타 블랙힐스의 샌포드 지하 연구 시설의 지하 1250미터(4100피트)에서 발견된 바실러스 박테리아 종이다. 다른 두 종은 각각 고온과 고압 조건을 견딜 수 있는 지오바실러스 종과, 최대 110°C(230°F)의 고온과 바닷물의 염분 그리고 고압을 견뎌낼 수 있는 태평양 열수구에서 발견된 고온성 페르세포넬라 마리나(Persephonella marina)이다. 이들 박테리아는 압력, 온도, 산도의 극한 조건을 다루는 일련의 실험실 실험을 성공적으로 견뎌냈다. 위에서 지적했듯이 예비 연구 결과에 따르면, 이 미생물이 CO₂를 방해석 결정으로 전환하는데 최적의 조건은 해수면 압력의 약 500배 높은 압력과 80°C(178°F)온도였다. 이러한 극한의 환경에서, 해당 박테리아는 10일 이내에 CO₂를 탄산염 결정으로 변환할 수 있었다. 이 박테리아가 CO₂와 물과의 반응을 촉매하는 데에는 탄산탈수효소라는 효소가 핵심 역할을 했다. 이 효소 덕분에 박테리아는 CO₂를 효과적으로 광물화할 수 있었다. 이 연구는 작년 말 샌프란시스코에서 열린 미국 지구물리연합 회의(American Geophysical Union conference)에서 발표됐다. 폐유전·가스전, CO₂ 저장에 이상적 장소 폐유전이나 고갈된 가스전에 남겨진 공간은 포집된 CO₂를 저장하는 데 이상적인 장소로 여겨지며, 이 방법을 통해 CO₂가 대기 중으로 방출되어 온실가스로 작용하고 기후 변화를 촉진하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 박테리아는 고갈된 유전이나 가스전의 까다로운 조건에서도 CO₂를 안정적으로 격리하고, 지하 공간에 효과적으로 저장함으로써 영구적인 탄소 격리의 가능성을 제시한다. 또한 고체 탄산염은 버려진 유정에 남아 있는 액체와 가스가 새어 나오는 것을 막는 '플러그' 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 현재 이러한 탄소 포집 기술은 여전히 가설적인 단계에 있지만, 이 기술의 발전은 기후 위기 대응에 있어 중요한 역할을 할 수 있다. 하지만 이 기술만으로는 기후 변화 문제를 해결할 수 없으며, 화석 연료 사용 감소를 위한 노력과 함께 지속 가능한 에너지 시스템 구축을 위해 노력이 필요하다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(2)] 박테리아, 극한 환경서 이산화탄소 암석화 가속
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2024년 지구 평균 기온, 산업화 이전 수준보다 1.5°C 상승 예상
- 2023년은 기록적으로 가장 더운 해로 확인되었으며, 이로 인해 이번 해에는 지구 연평균 기온이 산업화 이전 수준보다 처음으로 1.5°C 상승이라는 임계치를 넘어설 것으로 우려되고 있다. 실제로 작년에는 기후변화로 인해 지구의 허파이자 최대 탄소저장소 역할을 해온 아마존이 극심한 가뭄으로 인해 여러 지역에서는 화재가 발생하고, 동물들이 멸종 위기에 처하는 등 심각한 문제가 발생했다. 스페인 매체 라보즈(lavoz)는 유럽 중기예보센터(ECMWF)가 1850년 이후 기후를 측정한 결과로, 지난해가 역사상 가장 더운 해로 기록되었다고 최근 보도했다. 이 매체에 따르면, 지난해 지구 평균 표면 기온은 14.98°C에 도달해 지금까지 가장 따뜻한 해로 기록된 지난 2016년보다 0.17°C 높아져 역사상 최고로 기록됐다. 현재로서는 올해가 더울 것으로 예측되고 있다. 스페인 바르셀로나 슈퍼컴퓨팅 센터(BSC)의 기후 변동성 및 변화 그룹이 최근 발표한 데카달(10년) 예측에 따르면, 이번 해의 지구 표면 연평균 기온은 이전 기간보다 높을 것으로 예상된다. 게다가, 온실가스 배출이 계속되는 한, 다음 해에도 기온은 계속 상승할 것으로 예상된다. BSC 지구과학부의 기후 변동성 및 변화(CVC) 그룹의 기후학자들은 지구 표면 연평균 온도 상승이 산업화 이전 수준보다 1.43°C에서 1.69°C 사이로 예상된다고 예측했다. 또한, BSC의 CVC 그룹은 올해부터 오는 2033년까지 10년 동안의 기후 변화 예측을 발표했다. BSC의 수석 10년 예측 책임자인 로베르토 빌바오(Roberto Bilbao) 연구원은 "우리의 데카달(10년) 예측 시스템은 온실가스와 에어로졸 배출의 영향뿐만 아니라 기후 시스템에 내재된 자연적 변동성을 고려하여 연도별 변동과 장기적인 온난화 추세를 모두 예측할 수 있게 해준다"고 설명했다. BSC의 예측 시스템에 따르면, 향후 20년(20242028년 및 20292033년) 동안 지구 평균 기온은 산업화 이전 수준보다 각각 1.49°C에서 1.79°C 또는 1.67°C와 1.94°C 사이에 도달할 것으로 예측된다. BSC의 아이크레아(Icrea·카탈루냐연구소)교수이자 BSC CVC 그룹 공동 리더인 마르쿠스 도낫(Markus Domat) 교수는 "특정 연도가 전년도보다 약간 더워지거나, 추워질 수 있는 연도 변동 가능성에도 불구하고, 지구 기후는 여전히 우려스러운 온난화 궤도에 있으며, 이로 인해 2015년 세계 지도자들이 파리에서 합의한 목표치를 달성하지 못할 가능성이 더 커지고 있다"고 우려했다. 지구 또는 지구 온난화는 수년에 걸쳐 생성된 지구 표면 전체의 악화된 온도 상승으로 삼림 벌채나 토양의 과잉 개발과 같은 환경에 영향을 미치는 다양한 인간 활동의 결과로 나타난다. 이러한 이유로 매년 1월 28일은 세계 이산화탄소 또는 이산화탄소 배출 감소의 날로서, 세계 지구 온난화 방지 행동의 날을 기념하고 있다. 이산화탄소는 지구의 생물학적 과정에 필수적이며, 생명의 균형과 웰빙을 유지하는 데 필요한 가스로 지구에 농축되어 있다. 그러나 최근 몇 십 년 동안 산업 사회의 활동과 관련하여 대기 중 이산화탄소 농도가 극적으로 증가하여 지구의 기후에 큰 불균형을 초래하고 있다. 이에 많은 기업들은 이산화탄소 감축을 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 예를 들면, RE100과 탄소제로와 같은 활동이 있다. 'RE100'은 기업이 사용하는 전력량의 100%를 2050년까지 풍력, 태양광 등 재생에너지로 충당하는 국제 캠페인이다. 재생에너지는 석유화석연료를 대체하는 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 지열 등에서 발생하는 에너지를 의미한다. 이를 통해 이산화탄소 감축을 목표로 하고 있다. '탄소제로'는 기업이 모든 활동에서 발생하는 이산화탄소를 최대한 감축하고, 부득이한 절감이 어려운 부분에 대해서는 탄소배출권을 자발적으로 매입하여 궁극적으로 이산화탄소 발생을 '0'으로 만드는 것을 의미한다.
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- 생활경제
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2024년 지구 평균 기온, 산업화 이전 수준보다 1.5°C 상승 예상
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아마존 위협하는 '기후변화'...2023년 파괴적인 가뭄의 원인과 영향
- 2023년 아마존 열대우림을 강타한 가뭄은 기후 위기의 파괴적인 영향을 여실히 보여주는 사건이었다는 연구 결과가 발표됐다. 영국 매체 가디언은 2023년 아마존 가뭄은 여러 지역에서 기록된 최악의 가뭄이었으며, 과학적 규모에서 '예외적'이라는 최대치를 기록했다고 전했다. 연구에 따르면 석유, 가스, 석탄 연소로 인한 지구 온난화 배출이 없었다면 가뭄은 훨씬 덜 극심했을 것이다. 지구 온난화는 아마존 가뭄 발생 가능성을 30배 더 높아졌다. 과학자들은 자연적인 엘니뇨 기후 현상의 복귀가 더 건조한 조건과 관련이 있지만, 이번 가뭄에서 차지하는 비중은 작았다고 분석했다. 기후 위기는 전 세계적으로 극심한 날씨를 부추기고 있다. 특히 열대 우림은 이미 더 건조한 상태로 전환되는 티핑 포인트에 가까워진 것으로 생각되기 때문에 극심한 아마존 가뭄은 극명하고 우려스러운 예다. 이로 인해 세계에서 가장 중요한 탄소 저장고인 열대우림의 나무가 대량 고사하여 대량의 이산화탄소를 배출하고 지구의 기온을 더욱 상승시킬 수 있다. 기후 위기는 전 세계에 극단적인 기후 현상을 일으키고 있으며, 그 중 아마존의 심각한 가뭄은 극명하고 걱정스러운 예시로 떠오르고 있다. 이는 단순한 자연 재해가 아니라, 지구 온난화라는 암울한 그림자가 우리에게 다가오고 있음을 보여주는 절박한 외침과 다름없다. 이미 더 건조한 상태로 변화하고 있는 아마존은 기후 변화의 임계점에 도달했다. 아마존에 사는 수백만 명의 사람들이 가뭄으로 식수 부족, 농작물 실패, 정전 등의 어려움을 겪고 있으며, 강의 수위는 100년 이래 가장 낮은 수준까지 떨어졌다. 이는 단순한 불편함을 넘어, 인간의 생존을 위협하는 심각한 문제다. 가뭄은 또한 산불을 악화시키고, 높은 수온은 멸종 위기에 처한 분홍돌고래를 포함한 하천 생물들의 대량 죽음을 초래했다. 이는 단순히 지역적인 문제가 아니라, 세계 전체에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 심각한 위협이다. 브라질 산타카타리나 연방대학교 교수이자 이번 분석을 수행한 세계 기상 기여 팀의 일원인 레지나 로드리게스(Regina Rodrigues)는 "아마존은 기후 변화에 맞서는 우리의 싸움을 성사시킬 수도 있고 무너뜨릴 수도 있다"라고 말했다. 이는 단순한 경고가 아니라, 우리 미래를 결정하는 중요한 선택점에 서 있다는 것을 의미한다. 그녀는 "우리가 숲을 보호한다면 숲은 계속해서 세계 최대의 육상 탄소 흡수원 역할을 하게 될 것이다"라며 "그러나 인간이 유발한 배출과 삼림 벌채로 인해 전환점을 넘으면 엄청난 양의 이산화탄소가 배출될 것이므로, 우리는 열대 우림을 보호하고 가능한 한 빨리 화석연료에 의존하는 것에서 벗어나야 한다"고 강조했다. 네덜란드 적십자 적신월 기후 센터의 연구원이자 팀의 일원인 심피위 스튜아트(Simphiwe Stewart)는 "아마존에 살고 있는 많은 지역 사회는 이전에 이런 가뭄을 경험한 적이 없다"며 "사람들은 식량, 의약품, 기타 필수품을 얻기 위해 배를 끌고 메마른 강 위로 먼 길을 가야 했으며, 기후 변화로 지역 사회가 가뭄 심화에 대비하기 위해 정부의 적극적인 개입이 중요하다"고 지적했다. 연구팀은 1.2℃ 더 높아진 오늘날 기후와 산업화 이전 시대의 시원했던 기후에서 발생했던 가뭄을 비교 분석했다. 특히 농업 가뭄에 초점을 맞춰 낮은 강우량과 고온이 토양과 식물의 수분 증발에 미치는 영향을 조사했다. 연구 결과, 지구 온난화로 인한 강우량 감소와 아마존 지역의 극심한 열기가 결합하여 2023년 6월부터 11월까지 발생한 가뭄의 확률이 약 30배 더 높아졌다는 사실이 밝혀졌다. 엘니뇨 현상이 일부 강수량 감소에 영향을 미쳤지만, 가뭄의 주요 원인은 기후 변화로 인한 고온이었다. 2023년 극심한 가뭄은 오늘날의 기후에서 약 50년에 한 번씩 발생할 것으로 예상된다. 하지만 지구 온도가 2도 상승한다면, 이러한 가뭄은 13년마다 발생할 가능성이 높아진다. 이는 기후 변화가 아마존 지역에 미치는 심각한 영향을 보여주는 지표다. 과학자들은 최근 수십 년 동안 쇠고기와 콩 생산을 위한 열대 우림 파괴가 가뭄 악화에 큰 영향을 미쳤다고 주장했다. 초목이 사라지면 땅에 남아 있는 수분이 감소하고, 이는 토양 건조와 기온 상승을 가속화한다. 최근 데이터에 따르면 아마존 열대 우림은 전환점에 가까워지고 있으며, 그 이후에는 열대우림이 사라지고 지구 기후와 생물 다양성에 심각한 영향을 미칠 것으로 보인다. 인간의 손길이 닿지 않은 숲의 75% 이상이 2000년대 초반 이후 안정성을 잃었으며, 이는 가뭄과 산불 이후 회복하는 데 더 오랜 시간이 걸린다는 것을 의미한다. 최근 데이터 분석 결과에 따르면, 아마존 열대 우림은 전환점에 가까워지고 있다. 이는 열대 우림이 사라지고 지구 기후와 생물 다양성에 심각한 영향을 미칠 수 있는 위험한 상황을 의미한다. 2000년대 초반 이후 인간의 영향을 받지 않은 숲의 75% 이상이 안정성을 잃었으며, 이는 가뭄과 산불 이후 회복하는 데 더 오랜 시간이 걸린다는 것을 뜻한다. 영국 에너지 및 기후 정보 부서의 가레스 레드먼드-킹(Gareth Redmond-King)은 "아마존 열대 우림은 지구의 기후를 조절하는 데 중요하지만, 남미의 이 지역은 훨씬 더 즉각적인 의미에서 영국에도 중요하다"라고 말했다. 이어 "우리가 수입하는 식품의 약 절반은 페루, 콜롬비아, 브라질을 포함한 기후 영향 핫스팟에서 나온다"며 "이들 국가는 바나나, 아보카도, 멜론 및 기타 과일은 물론 영국 가축 사료용 대두의 최고 공급업체"라고 덧붙였다. 그는 따라서 2023년 남미 농민들에게 미친 기후변화의 파괴적인 영향은 슈퍼마켓 진열대에 격차가 생기고 식품 가격이 상승한 것으로 해석될 수 있다고 강조했다. 열대 우림의 파괴는 자연재해로 인한 손실도 있지만 인위적 벌목과 개발에 의한 열대림 파괴는 더욱 심각하다. 인구증가, 경제발전, 농업개발, 공업화 등을 위한 난개발 때문인데, 최근에 이르러 열대 우림은 지난 한 해 상반기에만 서울의 6.6배가 사라졌다. 열대 우림 파괴는 자연 재해로 인한 손실도 존재하지만, 인위적인 벌목과 개발에 의한 파괴가 훨씬 더 심각한 문제다. 인구 증가, 경제 발전, 농업 개발, 공업화 등을 위한 무분별한 개발로 인해 열대 우림은 급격하게 파괴되고 있다. 최근 데이터에 따르면, 지난 한 해 상반기만 서울의 6.6배에 해당하는 규모의 열대 우림이 사라졌다. 한번 훼손된 열대 우림의 생태계는 복원하기 매우 어렵다. 열대 우림은 지상 최대 탄소 저장소 역할을 하고 지구의 허파로 불릴 만큼 중요한 생태계다. 따라서 아마존 우림을 보존하기 위해서는 전 세계적인 노력이 절실히 필요하다.
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아마존 위협하는 '기후변화'...2023년 파괴적인 가뭄의 원인과 영향
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체코 신규원전 입찰, 한수원· 프랑스 2파전
- 체코 정부가 추진 중인 신규 원전 사업 입찰이 한국과 프랑스의 양국 기업 간 대결 구도로 정리됐다. 이번 경쟁에서 한국수력원자력과 프랑스의 EDF만이 남게 되며, 미국의 원전 기업 웨스팅하우스는 입찰 과정에서 탈락한 것으로 확인됐다. 지난달 31일(현지시간) 로이터·AP·AFP 통신에 따르면 체코 정부는 체코 정부는 신규 원전 사업의 원자로 수를 당초 계획했던 1기에서 4기로 확대하겠다고 발표했으며, 이에 따라 한국수력원자력과 프랑스 전력공사(EDF)에 입찰 참여를 요청했다. 한국에게는 이번 발표가 원전 사업 수주의 긍정적 신호로 받아들여지고 있다. 체코 정부는 원래 한수원, EDF, 그리고 웨스팅하우스 3곳이 입찰에 참여한 가운데, 웨스팅하우스는 체코 정부의 입찰 조건을 충족시키지 못해 최종적으로 경쟁에서 배제됐다고 밝혔다. AFP는 "체코 원자로 입찰에서 웨스팅하우스가 받은 모욕"이라는 제목의 기사를 통해 체코 정부가 신규 원전 프로젝트에 대해 법적 구속력 있는 입찰을 원했으나, 웨스팅하우스가 이러한 요건을 만족시키지 못한 것이 탈락의 주된 이유라고 분석했다. 체코의 요제프 시켈라 산업통상부 장관은 언론과의 만남에서 웨스팅하우스의 입찰 제안이 법적 구속력을 갖추지 못해 요구 조건을 충족시키지 못했다고 밝혔다. 그는 "체코 정부는 한국수력원자력(한수원) 및 프랑스 전력공사(EDF)와의 협력을 계속 이어갈 것"이라며 두 기업과의 작업을 우선시할 뜻을 명확히 했다. 이와 관련하여, 웨스팅하우스는 2022년 한수원의 독자적인 원전 수출을 저지하기 위해 미국 연방법원에 법적 조치를 취한 전례가 있다. 웨스팅하우스는 한수원이 폴란드와 체코로 수출하려는 한국형 원전이 미국의 원자력에너지법에 의해 규제되는 웨스팅하우스 기술을 사용했다고 주장하며, 미국 정부의 허가 없이는 해당 원전을 수출할 수 없도록 요청하는 소송을 제기했다. 그러나 법원은 웨스팅하우스가 소송을 제기할 적합한 주체가 아니라며 이를 기각했다. 그러자 웨스팅하우스는 "미국 연방법원의 판결은 수출통제 집행 권한이 미국 정부에 있다고 판결한 것에 불과하다"며 각하 판결에 대한 항소장을 작년 10월에 제출했다. 웨스팅하우스는 법원의 기각 결정에 대해 "미국 연방법원의 결정은 단지 수출통제의 집행 권한이 미국 정부에 있음을 확인한 것일 뿐"이라며, 기각 결정에 불복해 지난해 10월 항소장을 제출했다고 밝혔다. 이러한 법적 공방은 국제 원전 시장에서의 경쟁 구도와 각국의 기술 수출 관련 법적 요구 사항의 복잡성을 드러내는 사례로 평가되고 있다. 체코 정부는 당초 두코바니 지역에 1200메가와트(MW) 규모의 가압 경수로 원전 1기 건설을 계획했었다. 1200MW 규모의 발전기는 대규모 전력 생산 설비에 속하며, 큰 도시나 여러 도시들을 포함한 광역 지역의 전력 수요를 충당할 수 있는 상당히 큰 용량이다. 예를 들어, 1200MW의 발전 용량은 대략 100만 가구 이상에 전력을 공급할 수 있으며, 이는 가구당 평균 전력 소비량을 고려했을 때의 추정치이다. 이러한 규모의 발전기는 주로 대형 화력 발전소, 원자력 발전소, 혹은 대규모 수력 발전소에서 볼 수 있다. 원자력 발전소의 경우, 하나의 원자로가 1200MW 이상의 출력을 낼 수도 있으며, 이는 고출력으로 안정적인 기저(load) 전력을 공급하는 데 적합하다. 기저 전력은 전력망이 24시간 동안 안정적으로 작동하도록 지속적으로 공급되어야 하는 기본 전력을 의미한다. 1200MW 발전기가 있는 발전소는 고도의 기술과 안전 관리가 요구되며, 전력망에 대한 중요한 기여를 하는 핵심 설비로 간주된다. 체코가 계획하고 있는 1200MW 원자로 4기는 약 400만 가구에 전력을 공급할 수 있는 규모이다. 이날 페트르 피알라 체코 총리는 "입찰 과정을 통해 공급 업체를 선정한 뒤 추가 원자로 건설 여부를 결정하겠다"고 말했다. 피알라 총리는 "입찰 발표 이후 에너지 시장의 변화를 고려할 때, 단 1기의 신규 원자로로는 불충분하다"며 원자로 수 증가 필요성을 강조했다. 이에 따라 체코 정부는 원자로를 4기까지 늘릴 경우, 원자로당 건설 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이러한 계획의 일환으로, 체코 정부는 한수원과 EDF에 오는 4월 15일까지 입찰 수정안을 제출할 것을 요청했다고 밝혔다. 이는 체코가 에너지 안보와 지속 가능한 발전을 위해 원전 건설을 중요한 전략으로 보고 있음을 시사한다. 앞서 한수원은 2022년 11월, 체코 두코바니에 계획된 신규 원전 건설 사업에 참여하기 위해 초기 입찰서를 제출한 이후, 작년 10월 최종 입찰서를 제출했다. 외신에 따르면 체코 정부는 오는 5월 말까지 입찰 평가를 완료하고 6월 중에는 원전 건설 프로젝트의 수행 업체를 선정할 예정이라고 밝혔다. 추가로 계획된 3기의 원자로 건설에 대한 결정은 그 이후에 이루어질 것으로 전망된다. 새로운 원전은 2036년 가동 개시를 목표로 하고 있다. 체코는 석탄 화력 발전소의 폐쇄 및 노후 발전소 교체 과정에서 증가하는 전력 수요를 충족시키는 동시에 탈화석연료 전환을 가속화하는 과제에 직면해 있다. 이러한 배경에서 체코 정부는 원자로 수를 기존 계획된 1기에서 4기로 확대할 계획을 발표했다. 요제프 시켈라 산업통상부 장관은 "2050년까지 우리의 전력 소비는 최대 66%까지 증가할 수 있으며, 이러한 증가분을 충당하기 위해 저탄소 에너지원인 원자력의 역할이 중요하다. 이를 위해서는 최소 1기 이상의 신규 원자로가 필요하다"고 강조했다.
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체코 신규원전 입찰, 한수원· 프랑스 2파전
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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.
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중앙대, 그린수소 생산 혁명 루테늄 촉매 개발
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에어버스, 수소 항공기 A380 2026년 시험 비행
- 프랑스의 대표 항공업체인 에어버스는 수소 연료전지 시스템인 '아이언 패드'의 테스트에 성공해 제로탄소(ZEROe) 목표에 한 걸음 더 가까워졌다. 항공전문 매체 심플플라잉(simpleflying)은 에어버스가 오는 2026년부터 F-WWOW(테스트기체)로 등록된 에어버스 380의 제로탄소 테스트 베드에 연료전지 추진 시스템을 설치해 기내 테스트를 진행할 계획이라고 지난 22일(현지시간) 보도했다. 항공업계는 탄소제로 목표에 적극적으로 동참하고 있다. 이는 기업 활동에서 발생하는 이산화탄소 배출을 최소화하고, 절감이 어려운 부분은 탄소배출권 매입을 통해 결국 이산화탄소 발생량을 '0'으로 만드는 것을 의미한다. 에어버스 연구팀은 지난해 6월 1.2MW(메가와트)의 최대 전력을 달성하는 수소 연료전지 시스템 테스트에 성공했다. 이어 지난해 말에는 수소 연료전지 시스템과 전기 모터를 결합한 추진 시스템 프로토타입이 뮌헨의 전자 항공기 하우스(E-Aircraft House)에서 1.2MW의 전력으로 구동되는 성과를 보였다. 에어버스의 ZEROe 프로젝트에 대한 최신 업데이트에 따르면, 테스트 및 시연 책임자 마디아스 안드리아미사이나(Mathias Andriamisaina)는 프로토타입이 테스트 중에 1.2MW의 전력에 도달했다고 밝혔다. 이 전력 수준은 에어버스가 A380 기내 시연에서 실시하려는 테스트 전력과도 일치한다. 이러한 성과는 ZEROe 프로젝트 팀이 비행 조건에 적합한 추진 시스템의 크기, 질량 및 사양을 최적화하는 다음 단계로 나아가는 데 중요한 진전이다. 이를 통해 프로젝트의 기내 테스트는 한층 더 구체화되고 가까워졌다고 할 수 있다. ZEROe 프로젝트는 그 이름이 의미하듯이 배출가스 제로를 목표로 하며, 지속 가능한 항공 기술에 대한 수요에 대응하는 에어버스의 중요한 프로젝트이다. 이 프로젝트의 궁극적인 목표는 혁신적인 기술과 개념을 활용하여 2035년까지 수소 동력을 사용하는 상업용 비행기를 생산하는 것이다. 이러한 노력은 항공업계의 지속 가능한 미래로의 전환을 위한 중요한 발판이 될 것으로 기대된다. 에어버스의 첫 ZEROe 비행기에 대한 구체적인 디자인과 콘셉트는 아직 확정되지 않았다. 이는 에어버스가 수소 연소와 수소 연료전지 기술을 포함한 다양한 항공기 콘셉트를 탐구하고 있기 때문이다. 2020년에 제안된 4가지 콘셉트 중 하나인 수소 연료전지 기술은 완전 전기 항공기 유형에 사용될 예정이며, A380 실증기에서 테스트될 계획이다. 특별히 지정된 ZEROe 실증기는 에어버스가 생산한 최초의 A380이자, MSN001이라는 생산 일련번호를 가진다. 이 항공기는 2005년 4월 27일 첫 비행을 시작해, 세계에서 가장 큰 상업용 항공기로서의 역사적 비행을 시작했다. MSN001의 이력은 A380 프로그램만큼이나 매력적이다. 이 항공기는 프로토타입으로서 상용 운용을 위한 기술 테스트와 인증 획득 역할을 수행했다. 물 섭취, 극한의 기후 조건에서의 작동, 고속 이륙 거부 테스트 등이 이에 포함된다. 또한 MSN001은 전 세계를 여행하며 다양한 에어쇼에 참가했고, 때로는 에어버스를 대표하는 특별한 상징으로 등장하기도 했다. A380 프로그램이 시작된 이래, MSN001은 에어버스에 의해 보존되어 왔으며, 다른 많은 초기 프로토타입들과 달리 폐기되지 않았다. 이 항공기는 A350 프로그램의 '트렌트 XWB(Trent XWB)' 엔진 테스트에 있어 핵심적인 역할을 수행했으며, 특히 2번 엔진으로 날개 아래에 트렌트 XWB 엔진을 장착하는 중요한 작업을 담당했다. 트렌트 XWB(Trent XWB)는 영국 롤스로이스엔진이 개발한 대형 항공기용 터보 엔진이다. 영어 'Trent'는 롤스로이스의 항공기용 터보 엔진 브랜드명이며, 'XWB'는 '초대형 동체(Extra Wide Body)'의 약자로 넓은 동체(Wide Body) 항공기에 탑재되는 엔진을 의미한다. 처음에는 A350-900 모델을 위해 트렌트 XWB-84 엔진을 테스트했으며, 이어서 A350-1000 모델을 위한 트렌트 XWB-97 엔진의 테스트를 수행했다. 이러한 과정은 A350 프로그램의 성공적인 발전에 기여했다고 볼 수 있다. 최근에는 MSN001이 지속 가능한 항공 연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF) 사용을 위한 여러 차례의 시험 비행에 참여했다. 롤스로이스, 프랫 앤 휘트니와의 협력 하에 진행된 첫 번째 시험 비행에서는 토탈 에너지가 제공한 혼합되지 않은 SAF 27톤을 사용해 3시간 동안의 임무를 수행했으며, 이어서 이착륙 시의 성능에 초점을 맞춘 여러 다른 시험 비행들이 진행됐다. 한편, 한국 항공업계는 친환경 항공유, 즉 지속 가능한 항공연료(SAF)의 도입에 박차를 가하고 있다. 최근 대한항공은 일본의 글로벌 물류 기업 유센로지스틱스와 SAF 사용 활성화를 위한 협약을 체결함으로써 이 분야의 선도적인 역할을 하고 있다. SAF는 동식물성 기름, 해조류, 도시 폐기물 가스 등 지속 가능한 원료를 기반으로 제조된 친환경 항공유로, 기존 화석 연료 기반 항공유에 비해 가격은 높지만, 탄소 배출량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 SAF는 항공업계의 지속 가능한 미래를 위한 중요한 대안으로 간주되고 있다. 유럽연합에서는 오는 2025년부터 자국 공항을 이용하는 항공기를 대상으로 SAF 사용을 의무화할 예정이며, 미국에서는 세액 공제 혜택을 제공하는 등 전 세계적으로 도입을 늘리는 추세다. 유럽연합(EU)은 2025년부터 자국 공항을 이용하는 모든 항공기에 대해 SAF 사용을 의무화할 계획이며, 미국에서도 세액 공제 혜택을 통해 SAF 도입을 장려하고 있다. 이러한 국제적인 움직임은 전 세계적으로 친환경 항공연료의 사용 증가 추세를 보이고 있음을 나타낸다.
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에어버스, 수소 항공기 A380 2026년 시험 비행
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지구의 얼음 다 녹으면 영국의 모습은?⋯런던·뉴캐슬 등 침수
- 지구상의 모든 얼음이 녹을 경우, 영국의 주요 도시들이 사라질 수 있다는 충격적인 가설이 제시됐다. 영국 매체 미러(mirror)는 최근 영국 런던 벤필드(Benfield) 위험 연구센터에서 지구의 얼음이 녹는다는 가정하에 제작된 영국의 지도에 대해 보도했다. 연구에 따르면, 지구의 모든 얼음이 녹는 상황을 가정할 경우 영국의 런던, 에든버러, 뉴캐슬, 브리스톨, 플리머스, 노리치, 피터버러, 본머스 등 주요 도시들이 해수면 상승으로 인해 사라질 위험이 있다. 특히, 얼음이 모두 녹으면 해수면이 무려 84미터 상승할 것으로 예측되며, 이로 인해 수백만 명의 이재민이 발생할 수 있으며 버밍엄이 영국에서 가장 큰 도시가 될 가능성도 제기됐다. 벤필드 위험 연구 센터에서 제작한 13미터 길이의 지도에 따르면, 그린란드와 서낙금 등 지구상의 모든 얼음이 녹을 경우 런던의 주요 지역들이 심각한 수중 위험에 처하게 된다. 특히 서더크, 루이셤, 그리니치, 타워 햄리츠, 벡슬리, 바킹 앤 대거넘 등 런던의 여러 지역이 물에 잠길 것으로 예측된다. 이 지도에서는 또한 남부 에식스와 북부 켄트 지역의 템스 게이트웨이 발전(Thames Gateway Development) 지역이 대부분 침수될 것으로 보여집니다. 브리스톨 역시 브리스톨 해협을 따라 위치한 대부분의 해안 도시들과 함께 물에 잠길 위험이 있는 것으로 나타났다. 이러한 예측은 빙붕(빙하가 바다를 만나 평평하게 얼어붙은 거대한 얼음 덩이) 붕괴, 폭염과 같은 극단적인 기후 현상이 전 세계에 미치는 영향과 토착종에 대한 위협을 시사한다. 과학자들은 남극 대륙의 취약한 생태계를 보호하기 위해 추가적인 환경 보호 조치가 필요하다고 강조했다. 이에 영국 외무부의 극지방 담당자 제인 럼블(Jane Rumble)은 "우리는 기후 변화에 취약한 황제펭귄을 보다 효과적으로 보호하기 위한 방안을 고려 중"이라고 밝혔다. 엑서터대학교의 빙하학자 마틴 시거트 교수는 "이번 시즌에 예상보다 적은 해빙으로 인해 과학계가 놀라움을 금치 못했다"며, "최근 남극에서 발생한 심각한 폭염과 빙붕 손실은 1990년대와는 전혀 다른 상황임을 보여준다. 화석 연료의 사용으로 인해 환경이 변화하고 있으며, 이는 앞으로도 계속될 것"이라고 우려했다.
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지구의 얼음 다 녹으면 영국의 모습은?⋯런던·뉴캐슬 등 침수
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하버드대 연구팀, 고체 배터리 재충전 10분대로 단축
- 미국 스타트업이 가격이 저렴하면서도 충전 시간을 획기적으로 줄인 전기자동차(EV)용 전고체 배터리를 개발했다. 현대 사회에서 탄소 중립을 향한 움직임이 활발해지면서, 전세계 에너지 기업들은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 데 집중하고 있다. 이러한 상황에서 전기차용 배터리의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 특히 환경 친화적이고 에너지 효율이 높은 전고체 배터리 개발이 업계의 중요한 과제로 부상했다. 기술 전문 매체 클린테크니카(cleantechnica)는 최근 하버드 대학의 스핀오프 기업인 아덴 에너지(Adden Energy)가 충전 시간을 10분대로 낮춘 새로운 전고체 배터리를 개발했다고 보도했다. 이 배터리는 최대 6000사이클 동안 사용 가능하며, 재충전 시간은 단 10분에 불과하다. 이는 연료 탱크를 채우는 시간과 유사하다고 한다. 비용에 대한 구체적인 언급은 없었으나, 이 회사의 배터리는 수명이 길어 전기차의 제조 비용을 줄이는 데 크게 기여할 것으로 전망된다. 새로운 고체 에너지 저장 기술은 기존 리튬 이온 배터리의 액체를 폴리머, 첨단 세라믹 또는 기타 고체 재료로 대체하는 차세대 기술이다. 리튬 이온이 고체를 통과해 이동하게 하는 것은 어려운 기술이지만, 그로 인해 더 긴 사용 범위와 더 빠른 충전 시간을 제공한다. 새로운 고체 에너지 저장 기술은 기존 리튬 이온 배터리에서 사용되는 액체 전해질을 폴리머, 첨단 세라믹, 또는 다른 고체 재료로 대체하는 혁신적인 접근법이다. 리튬 이온이 고체를 통과해 이동하는 것은 기술적으로 어려운 과제이지만, 이를 통해 배터리의 사용 가능 범위를 확장하고 충전 시간을 단축할 수 있다. 아덴 에너지는 여러 고체 배터리 혁신 기업 중 하나로, 이온 이동의 장애를 극복하는 데 중점을 두고 있다. 특히 이 회사는 리튬 이온 배터리의 양극에서 발생하는 수상돌기 문제에 대한 강력한 해결책을 제시했다. 덴드라이트(일종의 수지상의 골격을 형성한 결정)는 리튬 이온 배터리의 양극에서 발생하는 작은 양치류의 돌기처럼 생긴 현상으로, 배터리 성능을 저하시키고 화재 위험을 증가시키는 요인이다. 2018년, 아덴 에너지는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 황화물 기반의 고체 전해질 연구 결과를 발표하며 고체 배터리 분야에서 중요한 발전을 이루었다. 아덴 에너지는 "우리 논문의 목표는 LGPS와 LSPS라는 두 가지 유형의 결정질 황화물 고체 전해질의 미세 구조를 조절하고 수정함으로써 전압 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 입증하는 것이다"라며 두 가지 유형의 결정질 황화물 고체 전해질에 대해 밝혔다. 더 나아가, 회사는 "황화물 고체 전해질의 미세 구조와 성능 간의 기본 메커니즘을 밝히는 것이 중요하다"며 "이는 미래 재료 및 배터리 셀 설계에 대한 지침이 될 수 있다"고 기대했다. 덴드라이트 현상은 과거에는 주로 액체 전해질을 사용하는 배터리에서만 관찰되었지만, 최근 연구에 따르면 고체 배터리에서도 문제가 될 수 있음이 밝혀졌다. 이 문제를 해결하기 위한 여러 방법이 연구되고 있는 가운데, 하버드 대학 SEAS(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)의 재료과학 부교수 신 리(Xin Li) 팀은 이 현상을 완전히 멈추는 데 성공했다. 하버드 대학의 언론 담당자 레아 버로우스(Leah Burrows)는 리 팀의 새로운 연구에 대해 "연구팀은 리튬화 반응을 제어하고 균일한 리튬 금속층의 도금을 촉진하기 위해 양극에 마이크론 크기의 실리콘 입자를 사용하여 덴드라이트 형성을 방지했다"고 설명했다. 버로우스는 "이 코팅된 입자가 전류 밀도가 균일하게 분포되는 표면을 만들어 덴드라이트의 성장을 막는다"고 설명했다. 또한, "이런 설계 덕분에 도금과 박리 과정이 평평한 표면에서 더 빠르게 일어날 수 있어 배터리를 약 10분 만에 재충전할 수 있다"고 덧붙였다. 리 부교수는 "우리의 설계에서 리튬 금속이 실리콘 입자를 감싸는 것은 초콜릿 트러플에 있는 헤이즐넛 코어를 단단한 초콜릿 껍질이 감싸는 것과 유사하다"라고 비유했다. 이 혁신적인 새 배터리는 현재 상업적 생산을 위한 확장 단계에 있다. 연구팀은 우표 크기의 파우치 셀을 사용하여 이번 실험을 진행했다. 이는 일반적인 대학 연구실에서 만들어진 배터리보다 10~20배 정도 크며, 실제 사용 환경에서의 데이터 수집에 충분한 크기라고 할 수 있다. 버로우스는 이 배터리의 내구성에 대해서도 언급했다. 그녀는 "배터리가 6000사이클을 거친 후에도 초기 용량의 80%를 유지하며, 이는 현재 시장에 나와 있는 다른 파우치 셀 배터리보다 우수한 성능을 나타낸다"고 말했다. 한편, 아덴 에너지는 2022년에 하버드 대학교의 기술개발실(Office of Technology Development)로부터 이 기술에 대한 독점 라이선스를 획득했다. 또한, 회사는 515만 달러(한화 약 68억원)의 시드 자금을 조달하는 데 성공했다. 이 자금은 창업 아이템을 구체화하고 개발하여 시제품을 생산하는 과정에 사용될 예정이다. 회사 측은 라이선스 획득과 벤처 자금 조달을 통해 하버드 대학의 실험실 프로토타입을 상업적 규모로 확장할 수 있게 되었다고 설명했다. 이를 통해 아덴 에너지는 전기자동차(EV) 시장에 빠르게 충전되고 안정적인 고체 리튬-금속 배터리를 제공할 수 있게 될 것으로 기대된다. 아덴 에너지는 2022년에 손바닥 크기의 파우치 셀을 개발하는 것을 첫 단계로 삼고, 향후 3~5년 이내에 전기자동차(EV)용 풀사이즈의 전고체 배터리 개발을 목표로 하고 있다. 이 회사는 2030년 이전에 이러한 배터리를 시장에 출시될 것으로 예상하고 있다. 리 부교수는 전기차의 중요성에 대해 강조하며, "전기차가 말 그대로 도로 위의 1%에 불과한 단순한 고급 패션 아이템으로 여겨져서는 안 된다"고 말했다. 그는 "청정에너지 미래를 향해 나아가기 위해서는 전기차가 일반 대중에게도 접근 가능해야 한다"고 강조했다. 그는 또한 "만약 전기차 배터리가 3년에서 5년만 지속된다면, 미국은 중고차 시장을 갖지 못할 것"이라고 지적했다. 이어 "기술은 모든 사람이 접근할 수 있어야 하며, 우리가 하고 있는 것처럼 배터리 수명을 연장하는 것은 그 과정에서 매우 중요한 부분이다"라고 덧붙였다.
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하버드대 연구팀, 고체 배터리 재충전 10분대로 단축
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삼성SDI, 북미 전기차 배터리 소재 확보 나선다
- 삼성의 배터리 제조 부문인 삼성SDI가 캐나다에서 니켈 채굴에 나선다. IT 전문 매체 샘모바일(SamMobile)에 따르면, 삼성SDI가 이차 전지 제조에 필요한 핵심 소재 확보를 위해 캐나다니켈과 투자 계약을 체결했다고 잔했다. 지난 15일(현지시간) 캐나다 토론토 증권거래소 홈페이지에 게시된 캐나다니켈 발표에 따르면 삼성SDI는 1850만달러(약 245억원) 규모의 캐나다니켈 지분을 인수하는 계약을 최근 이 회사와 체결했다. 이에 따라 삼성SDI는 캐나다니켈 지분 8.7%(1560만주)를 보유하게 된다. 캐나다니켈은 캐나다 온타리오주에서 니켈 광산을 개발하는 '크로퍼드 프로젝트'를 진행하고 있다. 이차 전지, 또는 충전식 배터리는 에너지를 전기 형태로 저장하고 필요할 때 다시 사용할 수 있는 장치다. 이차 전지는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 이 과정을 반복할 수 있다. 이차 전지의 가장 큰 특성은 재충전이 가능하다는 점이다. 이는 일회용 배터리(일차전지)와는 다른 점으로 여러 번 충전하여 반복해서 사용할 수 있다. 이차 전지의 발전은 화석 연료 의존도를 줄이고, 재생 가능 에너지의 활용을 증가시키는 데 중요한 역할을 하고 있다. 이를 통해 에너지 효율성을 향상시키고, 탄소 배출을 줄이는 데 기여하고 있다. 이차 전지 기술의 지속적인 발전은 미래 에너지 시스템에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이전에는 니켈-카드뮴 배터리가 널리 사용되었지만, 중금속인 카드뮴의 독성으로 인해 사용이 줄어들고 있다. 최근에는 비교적 긴 수명과 환경 친화성으로 인해 니켈-수소 배터리가 하이브리드 자동차 등에서 사용되고 있다. 이차 전지는 휴대용 전자기기, 전기자동차(EV), 에너지 저장 시스템, 비상 전원 공급 장치 등 다양한 분애에서 활용된다. 북미 전기차 배터리 소재 확보 샘모바일에 따르면, 삼성SDI는 온타리오에 위치한 캐나다 니켈의 크로포드(Crawford) 프로젝트로부터 니켈-코발트 10% 생산량도 확보하게 된다. 또 15년 동안 생산량의 20%에 대한 권리를 갖게 되며, 이는 기업 간의 상호 합의를 통해 연장 가능하다고 삼성SDI는 설명했다. 삼성SDI는 그동안 배터리 생산공장을 북미로 이전하려고 노력해 왔으며, 이차 전지 생산에 필요한 소재 확보 움직임을 보이고 있다. 또한 삼성 SDI는 미국에 전기 자동차용 배터리 공장을 짓기 위해 스텔란티스(Stellantis)와 대규모 계약을 체결했으며, 양사는 미국에 두 번째 배터리 공장 건설을 시작했다. 김익현 삼성SDI 부사장은 "이번 기회를 통해 캐나다니켈과 협력을 시작하게 되어 기쁘다"며 "배터리 제조업계의 성장에 캐나다니켈과 함께 기여할 수 있기를 기대한다"고 밝혔다. 마크 셀비(Mark Selby) 캐나다니켈 최고경영자(CEO)는 삼성SDI 투자 이후 메이저 광산회사가 회사를 인수할 수도 있다고 말했다. 캐나다니켈은 온타리오 북동부 티민스-코크레인 지역에 위치한 광산 캠프에서 대규모 노천 니켈 및 코발트 광산 건설을 계획 중이다. 이 광산에서 생산되는 재료는 전기차용 배터리 제조에 사용될 예정이다. 이러한 협력은 전기차 배터리 공급망 강화에 중요한 역할을 할 것으로 보인다.
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삼성SDI, 북미 전기차 배터리 소재 확보 나선다
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SK가스·SK디앤디, 미국 에너지기업과 합작법인 설립…ESS 사업 속도
- 한국 기업 SK가스와 SK디앤디가 미국 에너지 기업 에이펙스클린에너지와 손잡고 미국 에너지저장장치(ESS) 시장 공략에 속도를 낸다. SK가스와 SK디앤디는 17일 미국 신재생에너지 업체 에이펙스클린에너지(이하 에이펙스)와 텍사스주에 ESS 설비를 구축하는 합작법인 'SA 그리드솔루션스'를 설립하고, 투자 계약을 체결했다고 밝혔다. 에이펙스는 누적 발전용량 8.6기가와트(GW), 총 40개소 규모의 신재생에너지 발전소를 준공했고 ESS 사업 확장에도 적극 뛰어든 에너지 기업이다. SA 그리드솔루션스는 SK가스·SK디앤디가 작년 12월 설립한 미국 현지법인 그리드플렉스와 에이펙스가 공동으로 출자한 합작법인이다. SK가스와 SK디앤디는 각각 697억원과 174억원을 출자했으며, 지분율은 그리드플렉스가 60%, 에이펙스가 40% 보유한다. 이 합작법인은 미국 텍사스주에 200MW 규모의 ESS 설비를 구축할 계획이며, 오는 9월부터 순차적으로 상업 가동될 예정이다. 보통 가정에서는 수십에서 수백 와트의 전력을 사용한다. 따라서 200MW 급 전력은 수십만 가구가 동시에 사용할 수 있는 전력량에 해당한다. qksais 전력 발전소의 경우 발전 용량을 MW 단위로 표현한다. 200MW는 중형 발전소에서 발전할 수 있는 전력량으로 작은 도시나 지역 전체에 전력을 공급할 수 있는 양이다. SK가스와 SK디앤디는 국내 가스·발전사업에 국한됐던 사업 영역을 해외 재생에너지로 넓혀 추가 성장 동력을 확보할 계획이다. SK가스는 올해 상업운전 예정인 액화천연가스(LNG)·액화석유가스(LPG) 겸용 발전소 울산 GPS와 코리아에너지터미널(KET)의 LNG 터미널에 이어 미국 ESS까지 포트폴리오를 확장했다. 텍사스주는 미국 내 전력 소비량이 가장 많은 지역으로, 한국 전체 소비량의 80% 수준이다. 또한 최근 미국 인플레이션 감축법(IRA) 상 보조금 제도에 따라 신재생에너지 보급이 전체 발전량의 30%를 넘는 등 ESS 수요가 급증하는 지역이다. SK가스와 SK디앤디는 이번 투자를 통해 미국 ESS 시장 진출을 본격화한다는 계획이다. 두 회사는 앞으로 미국내 다른 지역으로도 진출하며 ESS 용량을 확대하고 미국 내 재생에너지 사업 기회를 발굴할 예정이다. 윤병석 SK가스 대표는 ESS 사업의 중요성에 대해서 "ESS 사업은 신재생발전 확대에 필수적이고 장기적으로 지속 가능하며 사회적 가치도 크다"고 강조했다. 이어 "ESS 사업을 통해 전력 수급 안정화시키고 재생에너지 확대를 지원함으로써 '넷제로 솔루션 프로바이더'로서의 비전을 달성해 나갈 것"이라고 말했다. 김도현 SK디앤디 대표는 "미국 시장에서 ESS 기반의 전력 거래와 같은 새로운 기회를 창출하여 국내 ESS 시장을 선점하고 전력 중개사업의 경쟁력을 강화해 나갈 계획"이라고 밝혔다. 한편, ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 시스템) 사업은 에너지를 저장하고 필요에 따라 이를 사용하거나 분배하는 시스템과 관련된 사업 영역을 의미한다. ESS의 핵심 목적은 에너지의 효율적인 저장과 관리이다. ESS는 생산이 불규칙한 재생 가능 에너지원(태양광, 풍력 등)을 저장하고 에너지 수요가 높을 때 이를 안정적으로 공급하는 역할을 한다. 또 전력망의 부하 균형을 맞추고, 비상 전력을 공급하는 등의 역할을 한다. 미국은 전 세계 ESS 시장에서 가장 큰 규모를 차지하고 있다. 글로벌 시장조사기관 우드맥켄지에 따르면, 미국 ESS 시장은 2022년 12GWh(기가와트시)에서 2030년 103GWh까지 약 10배 가까이 성장할 전망이다. 또한 미국은 2030년까지 재생에너지 발전 비중을 50%까지 확대한다는 목표를 세우고 있다. 이에 따라 ESS는 재생에너지 발전의 변동성을 보완하고, 안정적인 전력 공급을 위한 필수적인 역할을 할 것으로 예상된다.
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- 산업
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SK가스·SK디앤디, 미국 에너지기업과 합작법인 설립…ESS 사업 속도
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북극서 5억년 전 '거대 화살벌레' 화석 발견
- 그린란드 북부에서 길이 30cm에 달하는 거대한 벌레 화석이 발견됐다. 미국 과학 전문매체 퓨처라(FUTURA)에 의하면 과학자들은 이 벌레를 '티모르베스티아(Timorbestia)'로 명명하고, 5억1800만년 전 캄브리아기 초기에 존재했던 최상위 포식자로 추정했다. 티모르베스티아는 몸 측면에 지느러미와 긴 더듬이가 달린 뚜렷한 머리, 입 안에 거대한 턱을 가지고 있다. 벌레 중에서는 매우 큰 크기로, 초기 캄브리아기의 가장 큰 수영 동물 중 하나로 꼽힌다. 영국 브리스톨 대학(University of Bristol)의 야콥 빈터(Jakob Vinther) 교수는 "티모르베스티아는 당시 해양 생태계의 먹이 사슬 상위에 위치했던 거대한 포식자였다"며 "그린란드의 극한 환경 속에서 잘 보존된 화석을 통해 캄브리아기 초기 해양 생태계의 모습을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다. 캄브리아기 초기 바다 지배 북극에서 발견된 거대한 벌레 티모레스티아 코프리(Timorebestia koprii)의 화석은 알려진 가장 큰 표본으로 길이가 약 30cm에 이른다 캄브리아기는 5억 4200만 년 전에 시작하여 4억 8830만 년 전까지를 의미한다. 캄브리아기의 시작은 고생대가 시작되는 시기이며 캄브리아기의 끝은 오르도비스기로 이어진다. 또한 캄브리아기는 해면이나 히드라종류보다 복잡한 다세포생물의 화석이 많이 발견되기 시작하는 첫 번째 시기이다. 이 시기 동안 약 15종류의 문(門·phylum)이 갑자기 생겨났다. 이러한 갑작스런 생물 문의 증가는 '캄브리아기의 대폭발'이라고 부르며, 진화의 역사에서 최대 수수께끼다. 티모르베스티아는 몸 측면에 지느러미와 긴 더듬이가 달린 뚜렷한 머리, 입 안에 거대한 턱을 가지고 있다. 벌레 중에서는 매우 큰 크기로, 초기 캄브리아기의 가장 큰 수영 동물 중 하나로 꼽힌다. 이 곤충의 화석화된 소화계에서는 당시 흔했던 쌍각류 절지동물인 이속시(Isoxys) 종의 뼈가 다량 발견됐다. 이속시의 긴 보호 가시도 티모르베스티아의 공격을 막지 못했다는 것을 보여준다. 티모르베스티아의 발견은 캄브리아기 초기 해양 생태계가 매우 복잡했다는 것을 시사한다. 당시 해양 생태계에는 티모르베스티아와 같은 거대한 포식자가 존재했을 뿐만 아니라, 이속시와 같은 다양한 먹잇감이 존재했기 때문이다. 또한, 티모르베스티아의 발견은 궁수자리 벌인 채토그나타(Chaetognatha)의 진화에 대한 중요한 단서를 제공한다. 채토그나타는 현재 작은 해양 동물성 플랑크톤을 잡기 위해 바깥쪽 갈고리를 사용하지만, 티모르베스티아는 입에 턱을 사용했다는 점에서 차이가 있다. 이번 연구는 「사이언스 어드밴스(Science Advances)」에 게재됐다. 티모르베스티아의 발견은 캄브리아기 초기 해양 생태계의 모습을 이해하는 데 새로운 단서를 제공했다는 점에서 큰 의미를 가진다.
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- 생활경제
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북극서 5억년 전 '거대 화살벌레' 화석 발견
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영국 스타트업, 화장실 오수로 친환경 제트 연료 개발
- 인간이 버린 폐기물에서 제트 연료를 개발하는 것이 가능하다면 어떨까? 실제로 화장실 오수에서 탄소 배출량을 현저히 줄인 항공 연료를 만드는 혁신적인 기술이 최근 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국의 IT 전문 매체인 엔가젯(Engadget)은 영국 스타트업 반딧불이 그린퓨엘(Firefly Green Fuels)이 크랜필드대학교(Cranfield University)의 전문가들과 협력해, 기존 항공 연료에 비해 90% 적은 탄소 배출량을 가진 연료를 개발했다고 보도했다. 반딧불이 그린퓨엘이 개발한 A1 제트 연료는 독립 규제 기관의 테스트를 통해 제품이 표준과 유사한 성능을 보이는 것으로 확인됐다. 이 회사는 2021년 지속 가능한 항공 연료 개발을 계속하기 위해 영국 교통부로부터 200만 파운드(33억4830만원)의 보조금을 받았다. 아직 상업적으로 이용 가능하지는 않지만, 회사 측은 이 연료를 세계 시장에 공급하기 위한 과정에 있으며 향후 5년 이내에 최초의 상업용 발전소를 가동하게 될 것이라고 자신하고 있다. 이 회사는 저비용 항공사인 위즈에어(Wizz Air)와 2028년부터 시작되는 연료 공급을 위한 파트너십을 이미 체결했다. 화장실 오수에서 연료 생산 반딧불이 그린퓨엘은 영국의 수자원 관리 회사로부터 폐기물을 공급받아, 정제된 하수를 얻기 위해 다음과 같은 공정을 거친다. 열수 액화 과정을 통해 액체 폐기물을 슬러지 또는 원유로 전환하고, 이 과정에서 발생하는 고체 부산물은 작물 비료로 재활용될 수 있다. 회사 측은 에너지 생산 과정에서 발생하는 총 탄소량을 측정하여, 전체 공정의 탄소 강도가 메가줄 당 이산화탄소 7.97g(gCO²e/MJ)이라고 주장한다. 이는 국제클린운송위원회(ICCT)가 밝힌 기존 제트 연료의 탄소 강도, 즉 85에서 95 gCO²e/MJ에 비해 현저히 낮은 수치다. 이 회사 데이터에 따르면 자연 상태에서 유기물이 화석 연료로 전환되는 데는 수백만 년이 걸린다. 반면에 반딧불이 그린퓨엘의 방법은 단 며칠 만에 연료를 생산할 수 있게 하며, 더욱 중요한 것은 인간의 배설물이 풍부하고 쉽게 접근할 수 있는 자원으로 활용될 수 있다는 점이다. 이 회사가 개발한 지속 가능한 항공 연료의 가격이 현재 시장에서 사용되는 연료보다 더 비쌀지, 아니면 더 저렴할지는 아직 확실하지 않다. 그러나 제임스 하이게이트 최고경영자(CEO)는 성명서에서 인간의 배설물을 연료로 사용하는 것이 '비용 효율적이고 풍부한 자원'이라며, 이 자원은 '절대로 고갈되지 않을 것'이라고 말했다. 탄소 중립 달성은 유럽과 미국의 규제 기관과 지도자들에게 오랜 목표였다. 전기 자동차는 자동차 산업에서 혁신을 가져왔지만, 배터리로 구동되는 상업용 제트기의 등장은 아직 먼 미래의 일로 보인다. 따라서, 친환경적인 대안적 제트 연료의 개발은 환영받는 솔루션으로 여겨진다. EU, SAF 2% 의무 사용 한편, 유럽연합(EU)은 2025년부터 지속 가능한 항공 연료(SAF, Sustainable Aviation Fuel)를 기존 항공유에 최소 2% 혼합하도록 의무화하는 '리퓨얼 EU' 법안을 지난해 4월 통과시켰다. SAF는 석유가 아닌 다양한 대체 원료(동식물성 바이오 오일, 합성 원유 등)로 만들어진 항공 연료로, 기존 항공유에 비해 탄소 배출을 최대 80%까지 줄일 수 있다고 알려져 있다. 또한 SAF는 기존 항공기 엔진 및 연료 공급 시스템과 호환된다. 따라서 새로운 인프라 투자 없이도 현재의 항공 시스템에 통합될 수 있다. 그러나 SAF의 비용은 일반 항공유보다 약 2∼6배 높다. 이러한 높은 비용은 항공사와 소비자에게 전가될 수 있다. SAF의 생산은 아직 초기 단계에 있으며, 대량 생산에 필요한 기술과 인프라가 완전히 구축되지 않았다. 따라서 현재의 수요를 충족시키기 위한 충분한 공급이 아직 불가능할 수 있다. 게다가 일부 SAF 원료는 식량 생산과 경쟁할 수 있다. 예를 들어, 식물성 기름의 사용이 증가하면 식량 가격 상승으로 이어질 수 있다. SAF는 항공 산업의 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있지만, 그 구현과 확산을 위해서는 여러 기술적, 경제적, 환경적 과제를 해결해야 한다.
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영국 스타트업, 화장실 오수로 친환경 제트 연료 개발
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북극 영구 동토층, 지구온난화로 메탄 바다 방출 위험
- 북극 영구 동토층 아래에 봉인되어 있는 메탄가스가 기후 변화로 인해 바다로 방출될 위험이 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 매체 스페이스(space)에 따르면 노르웨이 스발바르 대학 센터의 지질학자 토마스 버철(Thomas Birchall)과 연구팀은 두꺼운 영구 동토층이 수백만 입방 피트의 메탄이 뿜어져 나오는 것을 지금까지 막아왔지만, 기후 변화로 인해 영구동토층이 계속 녹으면 메탄이 바다로 흘러 나갈 수 있는 상황이 될 수 있다고 지구 과학 프론티어 저널에 발표했다. 연구팀은 이 영구 동토층이 붕괴되면 메탄의 강력한 온난화 효과로 인해 더 많은 영구 동토층이 녹고 더 많은 가스가 방출되는 연쇄 반응을 일으킬 수 있다며 이 악순환의 고리는 온난화, 해빙, 메탄 배출을 더욱 가속화할 것이라고 경고했다. 스발바르는 북극권 깊숙한 곳에 위치한 노르웨이 군도로, 북극에서 불과 500마일(800km) 떨어져 있다. 이곳은 지구온난화의 영향을 크게 받고 있으며, 영구 동토층이 광범위하게 분포하고 있다. 연구팀은 상업 및 과학 시추공의 과거 데이터를 분석해 스발바르 전역의 영구 동토층을 매핑하고, 그 안에 갇힌 천연 가스 매장량을 정확히 집계했다. 연구 결과, 스발바르의 영구 동토층에는 메탄이 풍부한 퇴적물이 생각보다 훨씬 많이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면, 스발바르의 영구 동토층은 해안, 저지대, 고지대로 세 가지로 구분된다. 해안 지역의 영구 동토층은 해류가 이동시킨 따뜻함으로 인해 얼어붙은 토양의 지각이 얇다. 반면, 저지대의 영구 동토층은 두껍고 얼음으로 포화되어 있어 매우 우수한 밀봉 특성과 자가 치유 능력을 가지고 있다. 그러나 현재 누출이 없는 영구 동토층도 지구 온난화로 인해 누출이 발생할 수 있다. 스발바르는 지구상에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나이며, 그곳의 "활성" 영구 동토층(위쪽 몇 피트는 계절에 따라 녹았다가 다시 얼어붙고 있음)은 지구 온도가 상승함에 따라 더 깊어지고 있다. 영구 동토층 아래에 얼마나 많은 메탄이 갇혀 있는지 추정하는 것은 쉽지 않다. 연구진은 가스의 흐름이 측정된 한 위치를 근거로 수백만 입방 피트 정도일 수 있다고 추정한다. 연구진은 "북극 영구 동토층이 녹으면서 메탄이 방출되면, 기후 변화가 더 가속화될 수 있다"고 말했다. 메탄은 이산화탄소보다 25배 강력한 온실 가스이기 때문이다. 만약 이 메탄이 모두 방출된다면, 지구 온도는 약 0.5도 상승할 것으로 추산된다. 이는 빙하와 해빙을 가속화하고, 해수면 상승을 일으키는 등 심각한 기후 변화를 초래할 수 있다. 연구팀은 "영구 동토층 해빙을 막기 위해서는 기후 변화에 대응해야 한다"고 강조했다. 이를 위해서는 화석 연료 사용을 줄이고 재생 에너지를 확대하는 등 온실 가스 배출을 감축해야 한다. 또한 영구 동토층 온도 상승을 막기 위한 대책도 마련해야 한다. 연구팀은 "영구 동토층 온도 상승을 막기 위해서는 해안 지역 개발 제한, 삼림 보호 등의 조치를 취해야 한다"고 제안했다. 북극 영구 동토층 아래에 갇힌 메탄은 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있는 위험 요소이다. 이를 방지하기 위해서는 세계 각국이 협력하여 기후 변화 대응에 적극적으로 나서야 한다.
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- 생활경제
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북극 영구 동토층, 지구온난화로 메탄 바다 방출 위험
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[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'
- 기후 변화로 인한 폭주 온실 효과로 지구가 금성화 위기에 처했다는 연구 결과가 나왔다. 제네바대학교(UNIGE)의 천문학자 연구팀은 파리와 보르도의 프랑스 국립과학연구소(CNRS)의 지원을 받아 온실효과 폭주의 모든 단계를 시뮬레이션 한 최초의 연구 결과를 발표했다고 과학 매체 '사이언스얼랏'이 최근 보도했다. 연구원들은 처음으로 온실 효과의 모든 단계를 시뮬레이션하여 앞으로 몇 세기 안에 우리의 녹색 행성을 사람이 살 수 없는 '지옥'으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 미국 우주항공국(NASA)에 따르면 지구는 폭주 온난화를 촉진하기 위해 수십도만 가열하면 평균 표면 온도가 섭씨 464도(화씨 867도)인 금성만큼 살기 어려운 행성이 될 것이라고 한다. 온실 효과는 지구 대기의 특정 가스가 태양의 열을 가두는 과정을 말한다. 폭주 온실 효과란? 일부 온실 가스는 수증기처럼 자연적으로 발생한다. 이산화탄소와 같은 다른 온실가스는 인간이 석탄, 석유, 가스 등 오염 물질인 화석 연료를 태울 때 생성될 수도 있다. UNIGE-CNRS 연구에서 조사된 폭주 온실 효과는 태양 조사가 증가하여 지구의 온도가 눈덩이처럼 급격하게 상승할 때 발생한다. 천문학자들은 성명에서 "이 과정의 초기 단계부터 대기 구조와 구름의 범위가 크게 변화하여 거의 멈출 수 없고 되돌리기 매우 복잡한 폭주 온실 효과를 초래한다"라고 말했다. 돌이킬 수 없는 기후 변화 이 연구는 부분적으로 다른 행성, 특히 소위 외계 행성의 기후를 연구하는 도구를 제공하기 위해 설계됐다. 또한 앞으로 수 세기 동안 지구 기후에 미칠 위험에 대한 통찰력도 제공한다. 연구진은 바다와 생명체로 뒤덮인 멋진 파란색과 녹색 점인 지구와 태양계에서 가장 뜨거운 무균 상태의 유황 행성인 금성의 차이점을 강조했다. 그러나 천문학 및 천체물리학 리뷰에 게재된 이 연구에 따르면 "지구 온도를 수십도만 상승시키는 아주 작은 태양 복사량 증가만으로도 지구에서 돌이킬 수 없는 폭주 과정을 촉발하고 지구를 금성처럼 살기 힘든 곳으로 만들 수 있다"는 사실이 밝혀졌다. 온실 효과의 폭주라는 개념은 새로운 것이 아니다. 이 개념은 지구와 같은 온대 상태에서 표면 온도가 섭씨 1000℃(화씨 1832℃)가 넘는 행성으로 진화하는 것을 상상한다. 연구진은 온실 효과가 없다면 지구의 평균 기온은 영하로 떨어지고 지구는 생명체에 적대적인 얼음으로 덮인 공이 될 것이라고 지적하면서 어느 정도의 온실 효과는 유용하다고 말했다. 그러나 이 효과가 너무 크면 해양의 증발이 증가하여 대기 중 천연 온실가스인 수증기의 양이 증가하여 구조 담요처럼 열에 갇히게 된다. 임계값 전 UNIGE 박사후 연구원이며 이 연구의 수석 저자인 기욤 샤베로(Guillaume Chaverot)는 "이 정도의 수증기에는 지구가 더 이상 식을 수 없는 임계점이 있다"라고 말했다. 샤베로는 "거기서부터 바다가 완전히 증발하고 온도가 수백도에 도달할 때까지 모든 것이 사라진다"라고 설명했다. 이전의 시뮬레이션은 폭주 효과가 시작되기 전의 온화한 상태나 폭주 후의 사람이 살 수 없는 상태에만 초점을 맞췄지만, 연구진은 전체 과정을 시뮬레이션 한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전체 과정을 보여줌으로써 처음부터 높은 대기에서 폭주 효과를 증가시키고 그 과정을 되돌릴 수 없게 만드는 매우 특이하고 밀도가 높은 구름 패턴이 어떻게 나타나는지 설명할 수 있었다. 차베로는 "대기의 구조가 크게 바뀌었다"고 했다. 그는 현재 인간이 배출하는 온실 가스가 태양 광도의 약간의 증가와 동일한 폭주 과정을 유발할 수 있는지 여부를 조사하고 있다고 성명을 통해 밝혔다. 기후 과학자들은 지구의 평균 기온이 산업화 이전 수준보다 1.5°C 이상 상승하면 통제할 수 없는 기후 변화를 촉발할 위험이 있다고 경고했다. 이는 온실 폭주 과정과는 다르지만, 연구자들은 지구가 '종말 시나리오'에서 멀지 않았다고 경고했다. 한편, 3일 기상청 기상자료개방포털 자료에 따르면 지난해 한국의 전국 평균기온은 13.7℃를 기록, 전국에 기상관측망이 대폭 확충돼 각종 기상기록의 기준으로 삼는 시점인 1973년 이후 가장 높았다. 지난해 제주도의 평균기온은 역대 두 번째로 높았던 것으로 나타났다. 제주도의 연평균 최고기온은 20.4℃로, 2021년(20.6℃)에 이어 두 번째로 높았다. 게다가 지난 12월 공개된 해양기후예측센터의 자료에 따르면 지난 8월 동아시아 해역의 해면 수온은 평년보다 0.9℃높아 역대 2위를 기록했으며, 전 지구 해역의 해면 수온은 평년보다 0.6℃높아 역대 최고치였다. 올해 전 지구 표면온도가 사상 최고치를 기록할 것이라는 전망은 이젠 '기정사실'로 받아들여지고 있다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 지구의 평균 온도를 높이며 폭풍우, 가뭄 등의 기상 이변을 유발한다. 엘리뇨는 2월께 최고조에 이르며 6개월은 더 갈 것이라는 예측이다.
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[퓨처 Eyes(18)] 지구 온난화, 폭주 온실 효과로 '금성化' 위기⋯시뮬레이션 결과 '지옥 방불'
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미국-EU-중국, 첨단부품 등 공급망 갈등 올들어 더욱 심화 전망
- 미국 정부가 중국산 배터리 부품을 사용하는 전기차를 세액공제 대상에서 제외한다. 유럽연합(EU)도 연초 중국을 겨냥한 '핵심원자재법(CRAMA)'의 시행에 들어간다. 이에 따라 미국∙EU와 중국간 첨단부품과 원자재를 둘러싼 갈등이 올들어 더욱 악화할 것으로 예상된다. 1일(현지시간) 미국 정부는 새로운 전기차 배터리 조달 요건 지침을 발효했다. 올해 미국에서 전기차를 구매할 때 인플레이션감축법(IRA)에 따라 최대 7500달러(약 972만원) 세액공제 혜택을 받을 수 있는 전기차 차종은 19개다. 작년 연말까지는 총 43개 차종이 보조금을 받을 수 있었는데 절반 이하로 줄어든 것이다. 미국 재무부는 다만 일부 제조사가 적격 차량에 대한 정보를 아직 제출하지 않아 보조금 해당 차량 목록이 변경될 수도 있다고 밝혔다. 전기차 보조금 대상 차종이 확 줄어든 이유는 중국산 부품을 사용한 배터리 탓이다. 미국 정부는 배터리 부품과 니켈, 리튬 등 배터리 핵심 광물을 외국우려기업(FEOC)으로 분류된 기업에서 조달하지 않고, 북미에서 최종 조립한 전기차에 세액공제 혜택을 제공한다. 배터리 부품은 올해부터, 핵심 광물은 내년부터 해당 규정을 적용한다. 미국 정부는 지난달 중국에 있는 대다수 기업을 FEOC로 지정했다. 이에 중국산 배터리 부품을 사용하는 차종들이 보조금 목록에서 대거 제외된 것이다. 재무부는 "자동차 제조사들은 구매자들이 전기차 구매 세액공제를 받을 수 있도록 공급망을 조정하고, 동맹국들과 협력해 일자리와 투자를 미국으로 다시 가져오고 있다"고 밝혔다. EU도 연초부터 핵심 광물의 중국 의존도 줄이기에 나선다. EU는 27개국으로 구성된 이사회와 유럽 의회, 행정부 격인 EU 집행위 간 '핵심원자재법(CRMA)' 협상이 지난해 타결되면서 전기차 배터리 등에 필요한 원자재의 제3국 의존도를 낮추기로 했다. EU의 이같은 조치는 사실상 중국을 겨냥한 것이다. 세부적으로 2030년까지 EU 회원국은 핵심 원자재의 수입원을 다변화해 소비량의 65% 이상을 특정국에 의존하지 않도록 했다. 또 2030년까지 EU는 역내에서 핵심 원자재의 10%를 채굴하고 40%를 가공·처리하며 25%를 재활용한다는 목표도 세웠다. 특히 EU는 핵심 원자재에 '합성흑연'도 포함시켰다. 이는 중국의 흑연 수출통제에 대응하기 위한 조치다. 티에리 브르통 EU 집행위원은 "이러한 조치가 없다면 유럽은 (핵심 광물의) 공급 부족과 원치 않는 (중국에 대한) 종속에 빠질 위험이 있다"고 강조했다. 반면 중국은 지난해 반도체와 배터리 핵심 광물인 갈륨과 흑연을 수출 통제 대상에 올렸는데 올들어 미국과 EU의 규제조치에 대응해 품목을 더 늘릴 것으로 예상된다. 워싱터포스트(WP) 등 외신들은 "갈륨과 흑연 수출통제는 미국과의 경쟁에서 중국이 내놓은 가장 강력한 무기"라며 "화석연료를 끊고 녹색 일자리를 창출하려는 미국의 노력에 타격을 가할 수 있는 대응"이라고 평가했다. 실제 중국은 세계 최대 흑연 생산국이자 미국에 대한 최대 흑연 공급국이다. 미국은 전체 흑연 수입의 3분의 1을 중국에 의존한다. 한국과 일본은 흑연 수요의 90% 이상을 중국에 기대고 있다.
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미국-EU-중국, 첨단부품 등 공급망 갈등 올들어 더욱 심화 전망
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한국 조선업계, 2023년 수주 3년 연속 중국에 밀려 2위
- 올해 한국의 조선업계가 전년 대비 수주량 감소를 경험하며, 3년 연속으로 중국에 세계 조선 시장 1위 자리를 양보한 것으로 드러났다. 그러나, 액화천연가스(LNG) 운반선과 같은 고부가가치 선박의 수주 비율을 높이고, 암모니아 운반선 등 다양한 선종의 수주로 범위를 확장한 점은 업계에서 긍정적인 평가를 받고 있다. 영국의 해운시장 분석 전문 기관 클락슨 리서치의 31일 보고서에 따르면, 올해 전 세계 선박 발주량은 총 4149만 CGT(표준선 환산톤수)로, 전년 대비 18.7% 감소했다고 밝혔다. 한국은 전년 대비 37.6% 감소한 1천1만 CGT(24%)의 수주량을 기록, 중국(2446만 CGT·59%)에 이어 세계 조선 시장에서 2위를 차지했다. 2020년까지 3년 연속 세계 조선 수주 1위를 차지했던 한국은, 2021년부터 국내 시장에서의 강력한 지지를 받는 중국에 수주량에서 밀리기 시작했다. 또한, 약 4년치의 수주 잔고가 쌓여 건조 공간이 포화 상태에 이르렀기 때문에, 한국 조선업계는 더욱 선별적인 수주 전략을 택할 수밖에 없었으며, 이는 수주량 감소에 영향을 미쳤다. '조선 빅3' 실적도 악화 전체적인 수주량 감소는 국내 조선 '빅3'의 올해 실적에도 부정적인 영향을 미쳤다. 올해 수주 목표를 달성한 곳은 HD한국조선해양이 유일하다. HD한국조선해양은 HD현대중공업, 현대삼호중공업, 현대미포조선을 합쳐 올해 총 223억 2000만 달러의 수주를 달성하여, 목표로 한 157억 4000만 달러를 41.9% 초과 달성하는 성과를 보였다. 삼성중공업은 올해 연간 목표 95억 달러의 72%, 즉 68억 달러 수주에 그치며 목표치를 달성하지 못했다. 한화오션 역시 40억 달러를 수주해 목표액 69억 8000만 달러의 57.3%에 머무는 성과를 보였다. 지난해에는 HD한국조선해양, 삼성중공업, 한화오션 모두 목표 수주액을 초과 달성한 바 있다. 그러나 수주 실적을 세부적으로 분석해보면, 수주 품질의 큰 개선이 있다는 것이 조선업계의 일반적인 의견이다. 선가가 높은 LNG 운반선과 같은 고부가가치 선박의 높은 수주 비율을 유지하고, 암모니아 운반선 등 친환경 선박으로 수주 범위를 다양화한 점은 긍정적인 평가를 받고 있다. 올해 전 세계적으로 발주된 LNG 운반선의 총량은 554만 CGT에 달했으며, 한국과 중국은 이 중 각각 441만 CGT와 113만 CGT를 수주해 각각 80%와 20%의 시장 점유율을 기록했다. LNG 운반선 부문에서 한국은 전통적으로 전체 발주량의 80% 이상을 차지해왔다. 지난해 중국이 수주 점유율을 30%까지 끌어올리며 경쟁력을 보였지만, 올해에는 다시 한국과의 격차가 확대됐다. 친환경 선박으로 수주 확장 더불어, 한국 조선업체들은 메탄올 추진 컨테이너선, 액화 이산화탄소 운반선, 암모니아 운반선, 암모니아 추진 액화석유가스(LPG) 운반선 등 다양한 친환경 선박으로 수주 범위를 확장했다. HD한국조선해양은 올해 초 유럽 선사와 국내 HMM으로부터 메탄올 추진 컨테이너선 12척과 7척을 수주한 것을 시작으로, 7월에는 세계 최대 규모의 액화 이산화탄소 운반선 2척을, 9월에는 초대형 암모니아 운반선(VLAC) 등을 계약하는 성과를 보였다. 삼성중공업은 올해 친환경 선박 위주로 수주를 진행하여, 메탄올 추진 컨테이너선 16척, LNG 운반선 7척, 암모니아 운반선 2척을 성공적으로 확보했다. 한화오션, 방산분야 입지 강화 한편, 한화오션은 지난달 초대형 암모니아 운반선(VLAC) 4척의 수주에 이어, 이번 달에는 3600톤급 잠수함 '장보고 Ⅲ 배치(Batch) Ⅱ' 3번함의 건조 계약을 체결하며 방산 분야에서의 입지를 강화했다. 조선업계는 한화오션(구 대우조선해양)이 방산에 특화한 한화그룹에 인수된 후 잇달아 잠수함 등 군함 분야에서 수주실적을 올리는 것도 긍정적으로 평가하고 있다. 업계에서는 한화오션(구 대우조선해양)이 방산 분야, 특히 잠수함과 군함 분야에서 연속적인 수주 성과를 올리고 있는 점을 긍정적으로 평가하고 있다. 업계 관계자는 "한국이 중국에 비해 양적인 수주량에서는 뒤쳐지고 있으나, LNG 운반선을 중심으로 한 선별적인 수주 전략으로 수익성이 개선될 것으로 기대된다"고 말했다.
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한국 조선업계, 2023년 수주 3년 연속 중국에 밀려 2위
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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.
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