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2024-11-13 (수)

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[신소재 신기술(26)] 암석의 혁신, '지질학적 수소' 생산 가능

지속 가능한 에너지 환경에 획기적인 변화를 가져올 암석 기반 수소 생산 연구가 활발하게 진행되고 있다. 미국 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스 연구팀은 철분이 풍부한 암석에서 이산화탄소 배출 없이 수소 가스를 생산하는 천연 촉매 개발에 힘쓰고 있다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 전했다. 기존 방식에 비해 저탄소 대안을 제공하는 이 기술은 미래 에너지 시장의 주역으로 주목받고 있다. 이 프로젝트가 성공한다면 '지질학적 수소'라는 새로운 산업 분야를 창출하며 에너지 전환에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. UT 잭슨 지구과학대학 경제지질학국의 연구 부교수이자 이 프로젝트의 수석 연구원 토티 라슨 박사는 "우리는 암석에서 수소를 생산하고 있다"고 말했다. 라슨은 "철분이 풍부한 암석에서 수소를 비화석 연료로 생산하는 것은 산업적 규모로 시도된 적이 없는 일종의 비화석 연료 생산이다"라고 설명했다. 수소는 연료로 연소할 때 이산화탄소 가스를 배출하지 않기 때문에 에너지 전환에서 중요한 역할을 한다. 유일한 부산물은 물뿐이다. 그러나 오늘날 대부분의 수소는 천연가스에서 생산되며 이 과정에서 CO₂도 배출한다. 라슨은 철분이 풍부한 암석에서 지질학적 수소를 생산하면 탄소 배출량이 적기 때문에 에너지 전환에 큰 변화를 가져올 수 있다고 지적했다. 이 과정은 지질학적 현상인 '사문석화'를 촉진하는 원리다. 사문석화 과정에서 철분이 풍부한 암석은 화학 반응의 부산물로 수소를 생성한다. 사문석화는 일반적으로 고온에서 일어난다. 연구팀은 현재 기술로 쉽게 접근할 수 있는 낮은 온도와 심도에서 수소 생산을 촉진하기 위해 니켈과 백금족 원소 등을 포함하는 천연 촉매 물질을 활용하고 있다. 즉, 철이 풍부한 암석에서 천연 촉매를 사용해 수소를 생산하면 전 세계적으로 수소 생산량을 크게 늘릴 수 있는 잠재력이 있다. 기존의 대부분 수소 생산 방식은 천연가스를 이용하며 이산화탄소를 배출한다. 지질학적 수소 생산은 저탄소 배출 특징을 지니고 있어 에너지 전환에 획기적인 진전을 가져올 수 있다. 잭슨 스쿨의 연구 부교수이자 이 프로젝트의 공동 연구자인 에스티 우카르 박사는 "전 세계에서 지질학적 수소의 자연 축적이 발견되고 있다. 탐사가 계속되고 있지만 대부분의 경우 규모가 작고 경제성이 없다"며 "자연에서 수백만 년이 걸리는 반응을 유도해 이러한 암석에서 더 많은 양의 수소를 생산할 수 있다면 지질학적 수소는 정말 획기적인 기술이 될 수 있다고 생각한다"고 말했다.
- 포커스온
2024-04-02
MS·오픈AI, 130조원 투자로 AI 초격차 노려⋯데이터센터 건설

마이크로소프트(MS)와 오픈AI는 사업규모 최대 1000억 달러(약 130조 원)를 투입해 데이터센터를 건설할 계획을 세우고 있다. 로이터통신은 3월 31일(현지시간) 정보통신(IT) 전문매체 디인포메이션을 인용해 투자규모면에서 현재 가장 큰 데이터센터의 100배에 달하는 데이터센터 건설을 계획하고 있다고 보도했다. MS와 오픈AI가 이를 통해 인공지능(AI) 분야 초격차 만들기에 돌입한 것으로 분석된다. '스타게이트'로 불리는 이 프로젝트는 MS가 자금을 마련할 가능성이 높으며 MS와 오픈AI 양사는 앞으로 6년에 걸쳐 데이터센터를 건설할 계획인 슈퍼컴퓨터중에서 최대 규모다. MS와 오픈AI는 슈퍼컴퓨터 개발을 5단계로 나누어 진행할 계획이며 현재는 이중 3단계에 도달한 상황이다. MS가 개발중인 4단계째 오픈AI용 슈퍼컴퓨터가 오는 2026년에 투입될 것으로 예상되면 스타게이트는 5단계째가 된다. 4, 5단계의 개발비용 대부분은 필요한 AI칩의 확보와 연관된다. 이 프로젝트는 복수의 공급망의 반도체칩을 사용할 수 있도록 설계되고 있다. 데이터센터의 핵심인 슈퍼컴퓨터에는 오픈AI의 AI모델을 구동하기 위한 수 백만개의 AI칩이 들어갈 예정이다. 엔디비아의 AI칩 이외에도 MS가 지난해 개발한 AI칩(마이어100) 등을 활용할 것으로 보이는데, 두 회사의 이번 프로젝트로 AI칩에 필수적인 고대역메모리칩(HBM)을 생산하는 삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 기업들이 수혜를 볼 가능성도 있다. MS·오픈AI 연합의 데이터센터가 완성되면 양사는 외부 의존 없이 자체 AI 인프라를 바탕으로 AI 서비스를 판매할 수 있게 된다. 막강한 AI 인프라를 바탕으로 오픈 AI의 기술 개발도 탄력을 받을 것으로 보인다. 오픈 AI는 하반기 차기 생성AI 모델인 ‘GPT-5’를 공개할 예정이다. MS측은 이와 관련, "우리는 AI능력의 프론티어를 계속 추진하기 위해 필요한 차세대 인프라혁신을 늘 꾀하고 있다"고 말했다. AI 신드롬 속 MS와 경쟁하는 아마존과 구글도 바삐 움직이고 있다. 아마존은 향후 15년간 데이터센터에 약 1500억달러(약 202조원)를 투자하기로 했고, 구글도 영국에 10억 달러(1조3444억원)를 들여 데이터센터를 설립할 예정이다.
- IT/바이오
2024-04-01
[신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장

유럽에서 가장 긴 하이퍼루프 터널이 네덜란드에서 개통됐다. '하이퍼루프(Hyperloop)'는 진공 튜브 안에서 고속 이동하는 차량을 이용한 미래형 교통 시스템이다. 마치 SF 영화에서 나온 것처럼 빠르고 효율적인 이동을 가능하게 하는 것으로 기대된다. 26일(현지시간) 테크 익스플로어에 따르면 네덜란드에서 개장한 유럽 하이퍼루프 센터(European Hyperloop Center)는 하이퍼루프 기술 시험을 위한 터널로 길이 420m(미터)에 달한다. 하이퍼루프 차량은 이론적으로 저압 상태의 진공 튜브 안에서 이동한다. 이를 통해 공기 저항을 최소화해 매우 빠른 속도를 낼 수 있다. 또한 자기부상 기술을 사용해 마찰 없이 튜브 안을 이동하며, 차량 추진 방식은 전자기력, 팬, 압축 공기 등 다양한 방법이 있다. 네덜란드 북부 빈담(Veendam) 근처의 지금은 사용되지 않는 철도 센터에는 폭 약 2.5m의 상호 연결된 34개의 파이프로 구성된 길이 420m(1380피트)의 매끈한 Y자형 하이퍼루프 용 흰색 터널이 있다. 이 센터는 세계 최초로 고속 주행로 변경 시험을 위한 분기선로를 갖추고 있다. 유럽 하이퍼 루프 센터는 공기 저항을 줄이기 위해 터널 내 공기를 거의 모두 배출하고 자석을 사용해 최대 시속 1000km에 도달할 수 있는 속도로 캡슐을 추진한다. 네덜란드에 본사를 둔 하르트 하이퍼루프(Hardt Hyperloop)는 앞으로 몇 주 안에 초기 차량 테스트를 실시할 계획이다. 최초의 유인 운행은 2030년까지 가능할 것으로 예상된다. 하이퍼루프는 처음에는 공항과 도시 연결 등 5km 정도의 짧은 노선에서 운영될 계획이다. 센터 디렉터인 사샤 라메(Sascha Lamme)는 2050년까지 유럽 전역을 연결하는 1만km의 하이퍼루프 터널 네트워크가 세워질 것으로 예측했다. 그는 하이퍼루프 운항에 대해 "비행기와 비슷하지만 번거로움이 전혀 없다"면서 "우리는 확장성이 매우 뛰어난 것을 만들었다. 매우 빠르게 이동할 수 있다. 암스테르담 역에 탑승해 2시간 안에 바르셀로나와 같은 도시로 이동하는 것이 실제로 가능할 것"이라고 말했다. 하지만 과학자들은 하이퍼루프 기술 완성까지는 시간이 오래 걸리고 실제 승객 실험까지는 더 많은 시간이 필요하다고 전망했다. 지지자들에 따르면 하이퍼루프 기술은 환경 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 지상 또는 지하에 쉽게 설치할 수 있어 기존 교통망보다 낮은 인프라 설치 면적을 요구한다. 그러나 일부 전문가들은 실용성에 의문을 제기하며, 고속 캡슐 이동 시 승객이 느끼는 승차감에 대해 우려했다. 비평가들은 좁은 터널을 통해 음속에 가까운 속도로 발사되는 하이퍼루프의 승객 이동의 경험에 대해 의문을 제기했다. 반면, 개발자들은 가속도는 고속열차와 크게 다르지 않을 것이며, 쾌적한 승차감을 제공할 것이라고 말했다. 또한 하이퍼루프가 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 도시와 시골 환경 모두에서 배경과 조화를 이룬다고 주장한다. 하르트 하이퍼루프의 기술 및 엔지니어링 이사인 마리누스 반 데르 메이(Marinus Van der Meijs)는 "교통 수단으로서 하이퍼루프의 에너지 소비는 다른 것보다 훨씬 낮다"고 말했다. 한편, 기술 억만장자인 일론 머스크 스페이스X와 테슬라의 최고경영자(CEO)는 2013년 샌프란시스코와 로스앤젤레스를 연결하는 '다섯번째 교통수단(fifth mode of transport)'을 제안하는 논문을 통해 하이퍼루프를 대중에게 알렸다. 머스크는 하이퍼루프 튜브를 이용하면 LA와 샌프란시스코를 단 30분 만에 연결할 수 있다고 말했다. 이는 자동차를 타고 도로를 주행하면 최장 6시간, 비행기로 최대 1시간 걸리는 것에 비해 엄청난 시간 절약이다. 이후 세계 각국에서는 하이퍼루프 아이디어에 착안해 치열한 연구 경쟁을 펼치고 있다. 영국 사업가 리처드 브랜슨(Richard Branson)은 2020년 네바다 사막에 두 명의 승객을 500미터 떨어진 곳으로 보냈다. 그러나 이후 하이퍼루프 원(Hyperloop One)으로 바뀐 그의 버진 하이퍼루프(Virgin Hyperloop) 회사는 지난해 말 문을 닫았다. 중국은 시속 700km에 달하는 속도에 도달할 수 있는 더 긴 터널 시설을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 하이퍼루프는 시속 1200km 이상의 속도를 낼 수 있으며 서울에서 부산까지 16분 만에 갈 수 있는 것으로 추정된다. 전 세계 여러 도시에서 미래형 교통 시스템 연구 프로젝트에 수백만 달러를 투자했지만 미래 교통 시장을 바꿀 잠재력이 있는 하이퍼루프 사업은 아직 본격적으로 시작되지 않았다.
- 포커스온
2024-03-28
[퓨처 Eyes(29)] 핵융합 강화 전기 추진기, 우주선 추진력 혁명 가져올까?

미국 핵융합 로켓 추진 분야의 선두주자 로켓스타(RocketStar)는 핵융합 강화 펄스 플라즈마를 활용하는 획기적인 우주선용 전기 추진 시스템 시험에 성공했다고 밝혔다. 이 역사적인 성과는 스페이스 데일리, 에어로스페이스 테스팅 인터내셔널 등 국제적인 명성을 자랑하는 다수의 외신에 의해 보도되며 전 세계의 관심을 끌었다. 로켓스타의 혁신적인 파이어스타(FireStar) 드라이브는 물을 연료로 사용하는 펄스 플라즈마 추진 장치로, 미래 우주여행의 가능성을 혁신할 잠재력을 지닌 중성자 핵융합(aneutronic nuclear fusion) 방식을 통해 성능을 향상시켰다. 핵심 기술인 파이어스타 드라이브는 물 연료 펄스 플라즈마 추진기에 중성자 핵융합을 도입하여 이온화된 수증기에서 발생하는 고속 양성자를 활용하여 기존 추진 방식을 뛰어넘는 압도적인 성능을 구현했다. 이 양성자가 붕소 핵과 상호 작용하면 핵융합을 촉발하여 알파 입자로 붕괴하는 고에너지 탄소를 생성, 획기적으로 향상된 추진력을 제공한다. 이 혁신적인 융합 기술은 미 공군과 미 우주국의 혁신 허브인 AFWERX의 SBIR 1단계 프로젝트에서 처음 확인됐다. 펄스 플라즈마 추진기의 배기 가스에 붕소수를 주입해 알파 입자와 감마선을 생성하는 과정은 로켓스타와의 공동 연구를 통해 성공적으로 수행됐다. 이후 조지아주 애틀랜타에 위치한 조지아 공과대학교의 고출력 전기 추진 연구소(HPEPL)의 SBIR 2단계 프로젝트에서는 추진 장치의 추진력을 50%까지 향상시키는 놀라운 성과를 거두었다. 2017년 설립된 AFWERX는 민간 기술,. 스타트업, 투자자, 학계의 협력을 통해 미공군과 우주국의 미래 능력을 개발하고 전환하는 역할을 한다. 로켓스타에 따르면, 파이어스타 드라이브의 기본 추진기는 수증기를 이온화하여 고속 양성자를 생성한다. 이 양성자가 붕소 원자의 핵과 충돌하면 핵융합을 거쳐 고에너지 형태의 탄소로 변하고 빠르게 세 개의 알파 입자로 붕괴된다. 이 과정은 추진력을 획기적으로 향상시키는 핵심 요소이다. 파이어스타 드라이브는 추진기 배출 가스에 붕소를 주입하여 이 융합 과정을 가능하게 한다. 이는 제트 엔진에서 애프터버너가 배출 가스에 연료를 주입해 추력을 증가시키는 방식과 유사하다. 하지만 핵융합을 통해 에너지를 얻는다는 점에서 혁신적인 기술이라고 할 수 있다. 이 융합 과정은 미 공군의 AFWERX 이니셔티브의 R&D 프로그램에서 처음 고안됐다. 펄스 플라즈마 스러스터의 배기 플룸에 붕소수를 주입해 핵융합의 명확한 증거인 알파 입자와 감마선을 생성하는 데 성공했다. 로켓스타의 시험 결과에 따르면 이 과정은 이온화 방사선을 생성하여 기본 추진 장치의 추력을 획기적으로 향상시키는 것으로 나타났다. 뉴멕시코 대학교 핵공학과 아담 헥트(Adam Hecht) 박사는 "로켓스타는 추진 시스템을 점진적으로 개선하는 데 그치지 않고 배출 가스에서 핵융합-분열 반응을 일으키는 혁신적인 개념을 적용하여 한 단계 더 도약했다"고 평가했다. 헥트 박사는 이번 시험 결과가 기술 개발의 흥미로운 시기를 맞이하고 있으며 앞으로 더욱 놀라운 혁신이 기대된다고 덧붙였다. 로켓스타의 크리스 크래독(Chris Craddock) 최고경영자(CEO)는 "우리 팀이 오랫동안 탐구해 온 아이디어에 대한 초기 시험 결과를 얻게 되어 매우 기쁘다. 플로리다에서 열린 컨퍼런스에서 냅킨에 이 아이디어를 스케치하고 마일즈 스페이스의 창립자인 웨스 팔러에게 설명했는데, 그는 기본 추진체와 핵융합 강화 기술을 모두 개발하는 데 뛰어난 역량을 보여주었다"고 말했다. 크래독 CEO는 "우리는 마일즈 스페이스를 인수했고 팔러는 이제 우리의 최고기술책임자(CTO)가 되었다. 뛰어난 성능을 자랑하는 우리의 추진기를 핵융합 강화 기술로 획기적으로 개선할 수 있게 되어 기대가 크다. 이것이 가능하다고 믿어준 AFWERX와 미국 우주군(USSF)에 감사드린다"고 덧붙였다. 파이어스타 드라이브는 올해 추가 지상 테스트를 거쳐 2025년 2월 우주 로봇 회사 로그 스페이스 시스템(Rogue Space Systems)의 배리-2(Barry-2) 우주선에 탑재되어 우주에서 시연될 예정이다. 이는 핵융합 강화 펄스 플라즈마 기술의 획기적인 성능을 검증하고 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열 중요한 계기가 될 것이다. 로그 스페이스 시스템의 브렌트 애봇(Brent Abbott) 최고수익책임자(CRO)는 "로켓스타의 파이어스타 드라이브 시험 참여에 큰 기대를 하고 있다"고 밝혔다. 그는 "파이어스타의 탁월한 성능이 검증된다면 향후 로그의 다양한 임무에 이 기술을 적용할 가능성을 적극적으로 검토할 것"이라고 강조했다. 로켓스타의 파이어스타 드라이브는 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열었다는 평가다. 핵융합 기술을 접목하여 추진력을 획기적으로 향상시킨 이 시스템은 미래 우주 탐사의 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-03-28
미세 플라스틱, 세포 분열 중에 딸세포로 전달

미세 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다는 충격적인 사실이 밝혀졌다. 케미스트리월드닷컴 뉴스는 지난 25일(현지시간) 오스트리아와 독일 연구진의 새로운 연구에 따르면 위암 세포가 흡수한 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 분열 중에 전달된다고 보도했다. 또한 0.25μm(마이크로미터) 크기의 미세 플라스틱 입자는 세포의 이동 속도를 증가시키고 암세포의 전이 촉진 효과가 있는 것으로 추정된다. 0.25μm는 초미세먼지의 기준이다. 이 프로젝트를 공동 주도한 비엔나 의과대학의 병리학자 루카스 케너(Lukas Kenner) 박사는 "세포가 플라스틱을 흡수할 뿐만 아니라 세포 분열 후에도 플라스틱이 남아 있다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 연구진은 4개의 위장암 세포주를 0.25, 1, 10μm의 다양한 농도의 폴리스티렌 입자에 노출시켰다. 위장관은 마이크로 및 나노 플라스틱에 매일 노출되는 주요 진입점 중 하나이기 때문에 이 세포들을 연구한 것. 연구팀의 분석에 따르면 0.25μm와 1μm의 작은 입자는 모든 세포주에서 흡수된 반면, 큰 입자는 세포층에 부착되지 않고 세포 주변에만 분포되어 있어 더 큰 미세 플라스틱이 세포에 덜 해로울 수 있다는 이전 연구 결과에 무게를 실어줬다. 연구팀은 또한 나노 플라스틱이 세포 과정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지도 조사했다. 미세 플라스틱이 몸 전체에 퍼져 세포를 손상시킬 수 있다는 사실은 널리 알려져 있지만, 과학자들은 아직 그 메커니즘을 완전히 이해하지 못하고 있다. 의학자 푸야 욘템(Fulya Yöntem)은 "지금 우리는 그(미세 플라스틱) 영향을 보고 있고, 그 끝을 보고 있지만, 어떻게 그것이 거기에 도달하는지는 알지 못한다"라고 말했다. 케너의 연구팀은 폴리스티렌 입자가 세포 이동에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 세포 전이는 (암 세포)전이의 첫 단계이므로 케너는 이러한 플라스틱이 암 세포의 공격성에 영향을 미칠 수 있는지 알아보려고 했다. 연구팀은 0.25μm 입자가 나노 플라스틱에 노출되지 않은 세포에 비해 세포 이동 속도를 증가시킨다는 사실을 발견했다. 플라스틱이 세포 골격의 변화를 유도하고 이러한 변화가 세포 이동에 영향을 미칠 수 있다는 것이 연구팀의 이론이다. 또한 연구팀은 세포 분열 과정에서 나노 플라스틱 입자가 모세포와 딸세포 사이에 분포하는 것을 확인했다. 연구팀은 플라스틱 입자가 세포 분열을 가속화하고 모세포에서 딸 세포로 전달되기 때문에 이러한 플라스틱이 (암세포) 전이 촉진 효과를 가질 수 있다고 말했다. 이 아이디어는 암세포가 증식에 도움이 되는 물질을 보유하는 경향이 있다는 관찰에서 비롯됐다. 케너 박사는 "종양 세포는 항상 복제를 원하고 더 악성화되기를 원한다"라고 설명했다. 그는 "따라서 세포 내에 유지되는 모든 물질은 이론적으로는 이를 달성하는 데 도움이 된다"고 부연했다. 미국 빙엄턴 대학교의 유체-고체 인터페이스 전문가인 신 용(Xin Yong)은 이 연구가 귀중한 모델을 제공하지만 미세 플라스틱이 실험실 외부의 생물학적 세포와 어떻게 상호작용하는지에 대한 완전한 그림을 제공하지는 못한다고 지적했다. 그는 "이 결과는 매우 중요함에도 불구하고 이번 연구는 플라스틱의 주요 특성을 나타내지 않는 상업적으로 이용 가능한 폴리스티렌 나노 및 마이크로 플라스틱에 국한되어 있다"고 말했다. 환경 속의 마이크로 플라스틱과 나노 플라스틱은 플라스틱 물체가 분해되어 형성되거나 산업 제품에서 직접 방출된다. 신 용은 "결과적으로 이러한 입자는 매우 불규칙한 모양을 가지고 있으며, 연구자들은 이러한 다양한 형태가 플라스틱이 세포와 상호 작용하는 방식에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 한다"고 설명했다. 그는 "우리는 이제 겨우 표면을 긁었을 뿐이다"라면서 "폴리스티렌은 다양한 입자 중 하나일 뿐이다. 실제 세계에서는 한 입자뿐만 아니라 여러 입자의 영향을 동시에 받는다"라고 지적했다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 세포 건강에 미치는 영향에 대한 욘템의 새로운 메타 분석에서도 미세 플라스틱에 대한 연구는 특정 유형의 플라스틱에만 집중하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 욘템은 플라스틱 종류와 플라스틱 농도 측면에서 실제 환경을 더 잘 모방하는 실험이 시급히 필요하다고 설명했다. 그녀는 "연구자들은 일상적인 플라스틱 병에서 나오는 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 사용해 연구를 시작해야 한다"고 말했다. 참고 자료: 브린작-슈라이버 외, 화학, 2024, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141463 F D 옌템과 M A 아바브, 캠브리지 프리즘: 플라스틱, 2024, DOI: 10.1017/plc.2024.6
- 생활경제
2024-03-27
SK하이닉스, 5조3천억원 투자 미국 인디애나주 반도체 패키징공장 건설

SK하이닉스가 미국 인디애나주 서부 웨스트 라피엣에 첨단 반도체 패키징 공장을 건설할 계획이다. 월스트리트저널(WSJ)은 26일(현지시간) 소식통을 인용해 SK하이닉스가 반도체공장 건설을 위해 40억 달러(약 5조3000억 원)를 투자하며 2028년 가동을 개시할 계획이라고 보도했다. SK하이닉스 이사회는 조만간 이 결정을 승인할 것으로 알려졌다. 소식통은 이 공장 건설로 800∼1000개의 일자리가 창출되며 미국 연방정부와 주 정부의 세금 인센티브 등 지원이 프로젝트 자금 조달에 도움이 될 것이라고 설명했다. 공장이 들어서는 인디애나주 웨스트 라피엣에는 미국 최대 반도체 및 마이크로 전자공학 프로그램을 운영하는 대학 중 한 곳인 퍼듀대학이 있다. SK하이닉스는 대만 반도체 기업 TSMC와 인텔 공장이 들어서는 등 반도체 산업이 급성장하고 있는 애리조나주도 고려했으나 퍼듀대를 통해 엔지니어 풀을 확보할 수 있다는 이점을 감안해 인디애나주를 최종 선택했다고 소식통은 지적했다. 패키징은 웨이퍼 형태로 생산된 반도체를 자르고 전기 배선 등을 연결해 전자 기기에 탑재할 수 있는 형태로 조립(패키징)하는 반도체 생산의 마지막 단계다. 이에 앞서 지난 1일 영국 파이낸셜타임스(FT)는 SK하이닉스가 인디애나주를 반도체 패키징 공장 부지로 선정했으며, 이 공장은 엔비디아의 그래픽처리장치(GPU)에 들어갈 고대역폭 메모리(HBM) 제조를 위한 D램 적층에 특화한 시설이 될 것이라고 복수의 소식통을 인용해 보도했다. 세미애널리틱스의 딜런 파텔 수석 애널리스트는 "SK하이닉스 공장은 미국에서 대규모 HBM(고대역폭 메모리) 패키징을 위한 첫 번째 주요 시설이 될 것"이라고 예상했다. HBM은 D램 여러 개를 수직으로 연결해 데이터 처리 속도를 혁신적으로 끌어올린 고성능 메모리다. 방대한 데이터를 신속하고 끊임없이 처리해야 하는 생성형 AI를 구동하려면 HBM과 같은 고성능 메모리가 반드시 필요한 것으로 알려졌다. SK하이닉스는 HBM 4세대인 HBM3 시장의 90%를 점유하고 있다. SK하이닉스는 HBM 5세대인 HBM3E도 이달 말부터 AI 칩 선두 주자인 엔비디아에 공급한다고 지난 18일 밝혔다. SK하이닉스의 HBM3E는 초당 최대 1.18테라바이트(TB)의 데이터를 처리한다. 이는 풀-HD급 영화(5GB) 230편 분량이 넘는 데이터를 1초 만에 처리하는 수준이다. SK하이닉스는 현재 국내에서 HBM 칩을 생산해 패키징하고 있는데, 이 중 일부를 새로 들어서게 되는 공장에서 처리하게 되며, 이 시설에서는 또 다른 유형의 첨단 패키징도 처리될 예정이라고 소식통은 전했다.
- 산업
2024-03-27
[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다

미국에서 공기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수, 저장하는 건축 자재가 개발됐다. 에코뉴스는 지난 23일(현지시간) 미국의 기술 거물 빌 게이츠가 투자한 스타트업 그래파이트(Graphyte)가 대기 중 이산화탄소를 포집해서 지하에 저장하는 혁신적인 기술을 개발했다고 보도했다. 이 기술은 건설 활동으로 인한 미세먼지 발생, 수질 오염, 소음 문제 등 심각한 환경 오염 문제에 대한 해결책으로, 탄소 배출 감소를 위한 중요한 해결 방안으로 평가된다. 그래파이트는 빌 게이츠가 공동 설립한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)가 투자한 스타트업으로 2020년 설립됐다. 이 회사는 2023년 5월 약 1억5000만달러(약 2000억원)의 투자금을 유치했다. 주요 투자자로는 빌 게이츠와 브레이크스루 에너지 벤처스 외에 테마섹(Temasek) 등이 있다. 건설업계는 탄소 중립을 목표로 노력하고 있지만 지속 가능성 달성을 위한 실천 속도는 여전히 느린 편이다. 높은 비용과 업계의 보수적 태도, 환경 규제 부족 등이 지속 가능한 건설의 활성화를 저해하는 주요 요인으로 꼽히고 있다. 그래파이트의 사업 분야는 탄소 제거와 친환경 건축 자재 생산이다. 나무 찌꺼기나 쌀겨(쌀 껍질)와 같은 폐 바이오매스를 활용하는 그래파이트의 '탄소 주조(카본 캐스팅·Carbon Casting)' 공정은 이산화탄소를 흡수해 대기로 다시 배출되지 않도록 하는 탄소 농축 블록을 생산한다. 그래피아트는 "카본 캐스팅은 바이오매스에 포집된 거의 모든 탄소를 보존하고, 그 과정에서 에너지를 거의 소비하지 않으며, 수십억톤의 탄소를 제거할 수 있도록 확장할 수 있다"고 설명했다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기후 변화에 맞서는 국제적인 시도에 부합하는 탄소 제거에 대한 미래 지향적인 해결책을 제시한다. 카본 캐스트는 건설 산업 혁신에도 기여하고 있다. 그래파이트의 이러한 카본 캐스팅 기술은 2023년 'MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review)'의 50대 혁신 기술에 선정됐다. 건설 프로젝트에 탄소 저장 물질을 사용하면, 건물 자체가 탄소 중립 또는 탄소 네거티브가 되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 탄소 제거는 세계 경제의 탈탄소화를 실현하고, 배출량을 감축하는 데 필수적인 요소다. 그래파이트의 카본 캐스팅 기술은 직접 공기 포집이나 탄소 포집을 통한 바이오매스 에너지 사용과 같은 기존 방법보다 비용을 절감하며, 경제적으로 대규모 탄소 저장을 가능하게 목표를 달성할 수 있다. 이 기술은 쌀겨 등 폐식물 물질을 사용하기 때문에, 탄소 제거를 위한 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션으로 평가 받고 있다. 그래파이트의 탄소 저장 기술은 단순한 탄소 격리 외에도 추가적인 이점을 제공한다. 이 기술로 제작된 탄소 고밀도 블록은 구조적 강도와 우수한 단열을 제공해 건물의 내구성과 에너지 효율성이 향상된다. 또한 폐기물 바이오매스를 원료로 사용하면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고, 유기 물질과 관련된 기존의 폐기물 관리 문제를 해결할 수 있다. 탄소 흡수 건축 자재는 주거용 주택, 상업용 건물, 심지어 인프라 프로젝트에도 사용할 수 있어 프로젝트의 전반적인 환경 영향을 크게 줄일 수 있다. 그래파이트의 탄소를 포집하고 저장하는 건물은 자체적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라 미래의 도시가 어떻게 자급자족할 수 있는지를 보여주는 완전히 새로운 개념이라고 할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-26
서울 강북권, 상업지역 총량제 폐지…'신도시급' 개발

서울 강북권에 '상업지역 총량제'가 폐지될 예정이다. 이를 통해 이를 통해 북부 지역에서 상업 시설을 현재의 2∼3배, 강남 지역 수준까지 무제한으로 확장할 수 있게 된다. 오세훈 서울시장은 26일 '강북권 대개조 - 강북 전성시대' 프로젝트를 발표했다. 서남권에 이어 서울시가 권역별로 내놓는 도시 대개조 프로젝트의 두 번째 단계다. 강북권 대개조 프로젝트에 따르면 대규모 유휴 부지에 대해서는 '화이트 사이트(White Site)' 제도가 처음 도입된다. 이 제도는 시행자가 부지의 용도를 자유롭게 제안할 수 있게 하며, 노후된 대규모 아파트 단지는 안전 진단 없이 재건축을 통해 신도시 수준의 변화를 빠르게 이룰 수 있도록 했다. 이 계획은 규제 완화와 파격적 인센티브를 통해 첨단 산업을 유치하고, 일자리 창출 거점을 마련해 강북 지역의 활성화를 목표로 한다. 강북권은 동북권(강북·광진·노원·도봉·동대문·성동·성북·중랑구), 서북권(마포·서대문·은평구)을 포함한 총 11개 자치구에 달하며 서울 전체 면적의 40%, 서울 인구의 43%를 차지한다. 그러나, 다른 지역에 비해 상업 시설의 면적이 협소하고 경제 발전 속도가 느려 체계적인 개선이 필요한 상황이다. 노후 아파트 단지, 신도시급 변화 상계·중계·월계 등 대단지 노후 아파트가 '신도시급'으로 변모할 예정이다. 30년 넘은 노후단지는 안전진단 없이 재건축 착수가 가능하게 하고, 정비계획 입안 절차와 신속통합자문을 병행해 신속통합기획(신통기획)보다도 사업 기간을 1년가량 단축할 계획이다. 30년 이상 된 노후단지는 안전 진단 없이 바로 재건축에 착수할 수 있게 되며, 정비 계획 수립 절차와 신속 통합 자문을 함께 진행해, 기존 신속통합기획(신통기획) 대비 사업 기간을 약 1년 단축할 계획이다. 용적률 개선을 통한 사업성 향상도 이루어진다. 역세권을 준주거지역으로 상향 조정하고, 공공 기여 비율도 15%에서 10%로 낮춘다. 재건축이 어려웠던 65개 단지, 약 4만2000세대에 대해서는 용적률을 1.2배로 상향 조정해 사업 추진을 지원한다. 재개발을 위한 노후도 요건도 건축물 전체의 67%에서 60%로 완화한다. 또한, 접도율 기준을 완화해 폭 6미터 미만의 소방도로를 확보하지 못한 노후 저층 주거지도 재개발 대상에 포함시킨다. 이로 인해 도로 사정이 비교적 양호한 지역에서도 재개발이 가능해져, 개발 가능 지역이 현재의 286만㎡에서 800만㎡로 크게 확대된다. 강북권의 천혜의 자연 환경이 개발의 제약 요인으로 작용했던 문제를 해결할 계획이다. 개발이 어려웠던 자연경관 및 고도 제한 지구는 '산자락 모아타운'으로 특화하여 정비한다. 자연경관 지구의 경우, 기존 3층(약 20미터) 제한에서 최대 7층(20미터)까지, 고도지구는 20미터에서 최대 45미터까지 높이 제한을 완화해 개발의 유연성을 높일 예정이다. 첨단산업·일자리기업 유치 강북권에서는 상업지역 확장과 대규모 부지 개발을 통해 첨단 및 창조 산업을 유치하는 방안을 추진하고 있다. 이 과정에서 상업지역 총량제를 폐지한다. 이 제도는 지역별로 정해진 상업지역의 총량 내에서만 상업지역을 설정하도록 하는 것이었다. 기업 유치 및 일자리 창출을 촉진하기 위해, 필요하다면 총량제에 구애받지 않고 상업 시설을 유치하고 운영할 수 있도록 하여, 강남과 동등한 수준으로 현재의 2∼3배 확대를 목표로 한다. 서울에서 몇 남지 않은 대형 부지를 보유한 강북권 특성도 십분 살려 개발한다. 서울 강북권은 대형 부지를 보유하고 있는 특성을 적극 활용하여 개발을 진행한다. 창동, 상계, 신내차량기지 이전 부지 등 대규모 유휴 부지에는 균형 발전을 위한 '화이트 사이트'(사전 협상 제)를 도입한다. 화이트 사이트 제도는 기존 도시 계획으로는 개발이 어려운 지역을 사업 시행자가 원하는 용도와 규모로 개발할 수 있게 하는 제도다. 강북권 내 대규모 공공 및 민간 개발 부지가 이에 해당하며, 차량기지, 터미널, 공공 유휴 부지 및 역세권 등이 포함된다. 제도가 도입되면, 해당 지역에서는 일자리 창출 기업 유치가 의무화되며, 최대 상업지역으로의 상향 조정, 용적률 1.2배 적용, 공공 기여 요건 완화(60%에서 50% 이하) 등의 혜택이 제공된다. 서울시의 한 관계자는 "지역 경제를 활성화하고 일자리를 창출하는 기업을 유치하기 위해서는 균형 발전 위원회의 심의를 거쳐 '화이트 사이트'의 적용이 가능하다"고 전했다. 신내 차량 기지 이전 부지, 중랑 공영 차고지, 면목선 차량 기지, 신내4 공공주택 등은 산업, 문화, 주거 시설 등을 포함한 다기능 입체 복합 도시로 개발된다. 서울혁신파크 부지에는 창조 산업 클러스터인 서울 창조 타운이 조성될 계획이다. 오세훈 시장은 특히 광운대 역세권을 대기업 본사 유치 및 주거, 상업 시설 도입을 통해 신경제문화 전략 거점으로 만들 계획임을 밝히며, "대기업 한 곳이 이미 이전을 제안해왔으며, 2024년에 본사를 이전할 것"이라고 말했다. 해당 대기업은 건설 분야에 속한 기업으로 시와 업무협약(MOU)를 체결했고, 올해 안으로 착공할 예정으로 알려졌다. 수변거점 14개 추가 강북권 주민 모두가 20분 이내에 숲, 공원, 하천을 이용할 수 있는 '보행 일상권 정원 도시'를 구축할 계획이다. 동부 간선도로를 지하로 전환하고 그 위에 공원을 조성하는 한편, 경의선 숲길 보행 네트워크와 백련 근린공원의 힐링 공간을 재정비하는 프로젝트도 진행된다. 홍제천 수변 테라스에 이어 불광천, 정릉천, 중랑천, 우이천 등에서 수변 감성 공간 14곳을 새롭게 조성하여, 2025년까지 각 자치구에 최소 한 곳 이상의 수변 활력 거점을 마련할 예정이다. 오 시장은 "지난 50년 동안 도시 발전 과정에서 소외되었던 강북권을, 일자리와 경제가 활성화되고 활력이 넘치는 신경제 도시로 재창조하겠다"며, 이를 위해 파격적인 규제 완화와 폭넓은 지원을 약속했다. 또한, 이번 프로젝트를 신속히 추진하겠다고 밝히며, "상반기 중에 정비 기본 계획을 완성하고 기준을 설정하면, 하반기부터 즉시 적용될 것"이라고 말했다.
- 경제
2024-03-26
[신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발

에어버스와 보잉을 포함한 항공기 제조업체들은 연료 효율 개선 등을 위해 새로운 날개 디자인을 연구하고 있다. 롭리포트는 24일(현지시간) 날개가 펄럭이는 비행기는 항공 우주보다는 애니메이션에 등장할 기술처럼 들릴지 모르지만 세계 최대 항공기 제조업체들은 넷제로를 실현하기 위해 혁신적인 방법으로 차세대 비즈니스 및 여객기를 개발하고 있다고 보도했다. 연구 목표는 항공기의 연료 효율을 획기적으로 향상시켜 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 항공 업계의 지속 가능성 목표를 실현하는 것이다. 유럽의 에어버스는 기류 저항을 극복하기 위해 모양이 변형되는 날개 디자인 등 급진적인 형태의 날개인 엑스트라 퍼포먼스 윙(Extra Performance Wing) 개발을 진행하고 있다. 반면 미국의 보잉은 NASA와 협력하여 기존보다 훨씬 길고 날씬한 날개를 받치는 트러스 구조를 사용하는 실험 항공기 X-66A 개발에 참여하고 있다. 에어버스 업넥스트 프로그램의 일부인 이 프로젝트의 기술 날개 책임자인 세바스티앙 블랑은 에어버스가 개발 중인 엑스트라 퍼포먼스 윙은 "새의 깃털을 모방해 공기역학적 흐름을 극대화하기 위해 자동으로 조정된다"고 말했다. 이 변형 날개 길이는 165피트에 이르며 내년에 세스나 시테이션 Ⅶ(Cessna Citation VII) 제트기로 시험 비행을 시작할 예정이다. 블랑은 "새처럼 능동 제어 기술을 사용해 주변 환경에 맞게 동적으로 적응한다"고 설명했다. 또한 부가적인 디자인인 접이식 윙팁을 통해 공항 게이트의 제약 조건에 맞으면서도 성능을 향상시킬 수 있다. 얇고 길쭉한 날개는 또한 보잉이 지난해 NASA의 지속 가능한 비행 시연 프로그램의 일환으로 승인한 컨셉트인 X-66A에도 중요한 부분이다. 7년에 걸쳐 11억 5000만 달러 규모의 이 프로젝트를 주도하는 보잉은 동체를 줄이고 엔진을 트랜소닉 트러스 브레이스드 윙(Transonic Truss-Braced Wing)이라는 공기 역학 트러스에 장착해 MD-90 항공기를 개조할 예정이다. 에어로플랩에 따르면 X-66은 미국이 항공 온실가스 배출 제로 목표를 달성하도록 돕는 데 초점을 맞춘 NASA의 첫 번째 실험용 비행기 프로젝트다. 지상 및 비행 시험은 2028년에 시작될 것으로 예상된다. NASA의 X-66A 프로젝트 관리자인 브렌트 코블리지는 "우리의 목표는 현재의 단일 통로 항공기를 대체할 수 있는 더 지속 가능한 비행기를 개발하는 것"이라고 말했다. 그는 또한 단일 통로 항공기는 전 세계 항공기 배출량의 거의 절반을 차지한다며 "우리는 이 프로젝트를 통해 최첨단 추진 시스템과 더 가벼운 소재를 사용하여 연료 소비를 30% 줄일 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 항공 업계가 향후 26년내에 탄소 중립을 달성하려는 목표는 비용 측면에서만도 상당한 어려움에 직면해 있다. 하지만 세계 최대 항공 우주 혁신 기업들이 독창적인 개념의 새로운 날개 설계에 나섬에 따라 다른 기업들도 곧 지속 가능 디자인을 속속 개발할 것으로 예상된다.
- 포커스온
2024-03-25
엔비디아, AI 기반 의료용 휴머노이드 로봇 개발

인공지능(AI) 칩 전문 기업 엔비디아가 헬스케어 기업 히포크라테스AI와 공동으로 인간 간호사보다 능력이 뛰어나고 시간당 비용도 훨씬 저렴한 생성형 인공지능 의료용 휴머노이드 로봇을 개발한다고 밝혔다. 21일(이하 현지시간) 폭스비즈니스에 따르면 두 회사는 엔비디아에 의해 구동되고, 히포크라테스AI의 헬스케어 관련 거대언어모델(LLM)로 훈련시킨 '공감형 헬스케어 의료로봇'을 만들기 위해 협력한다고 발표했다. 이 로봇은 '초저지연 대화 반응' 방식으로 인간과 소통할 수 있다. 이 로봇은 이미 미국에서 1000명 이상의 간호사와 100명의 의사가 테스트했으며, 수십 곳의 헬스케어 업체들이 비진단 상황에서 내부적으로 점검하고 있다. 회사가 제출한 자료에 따르면 이 로봇은 모든 테스트 항목에서 오픈AI의 챗GPT4나 LLaMA 270B 챗과 같은 경쟁사 제품뿐 아니라 인간 간호사보다 뛰어난 것으로 나타났다. 실험모델은 인간 간호사보다 약물의 영향 식별에서 79% 대 63%로 뛰어났으며, 특정 조건에서 허용되지 않는 금지 약품을 식별하는데도 88%대 45%로 두 배 가량 우수했다. 또 약물 가치와 참고범위 비교에서는 96% 대 93%로, 일반의약품의 독성 용량 감지에서 81% 대 57%로 우수한 성능을 보였다. 두 회사는 이 의료 로봇이 미국 내 의료 인력 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 것이라고 강조했다. 문잘 샤 히포크라테스AI의 공동 설립자이자 최고경영자(CEO)는 성명에서 "우리는 엔비디아와 협력해 기술을 지속적으로 개선하고 접근성과 형평성 등을 향상시켜 환자를 개선하려는 영향력을 확대하려 하고 있다"고 말했다. 킴벌리 파월(Kimberly Powell) 엔비디아 헬스케어 담당 부사장은 "생성 AI로 구동되는 음성 기반 디지털 의료로봇은 의료 분야에서 풍요로운 시대를 열 수 있지만, 이는 기술이 사람처럼 환자에게 반응하는 경우에만 가능하다"고 말했다. 히포크라틱 웹사이트에 따르면 이 로봇 운영비용은 인간 간호사의 약 25% 수준인 시간당 9달러다. 노동통계국 자료 기준 2022년 미국 내 간호사의 평균 시간당 급여는 39.05달러였다. 엔비디아는 새로운 기반 모델인 프로젝트 GR00T를 통해 휴머노이드 로봇 분야에 진출하고 있다. 이 회사는 이번 주 개발자 컨퍼런스에서 인공지능(AI) 시스템을 발표하며, 영상과 이미지 제작을 위한 텍스트 생성을 포함해 다양한 작업을 처리할 수 있을 만큼 다재다능하다고 밝혔다. 프로젝트 GR00T(Generalist Robot 00 Technology)는 휴머노이드 로봇이 인간의 행동을 관찰하고 학습하여 자연어를 이해하고 인간의 움직임을 만들 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 로봇은 인간 환경을 탐색하고 적응하고 상호 작용하는 데 필요한 조정 및 민첩성과 같은 기술을 빠르게 습득할 수 있다. 젠슨 황(Jensen Huang) 엔비디아 창립자이자 CEO는 컨퍼런스에서 "일반 휴머노이드 로봇을 위한 기초 모델을 구축하는 것은 오늘날 AI에서 해결해야 할 가장 흥미로운 문제 중 하나다"라고 말했다. 그는 "전 세계의 선도적인 로봇 공학자들이 인공 일반 로봇 공학을 향해 큰 도약을 할 수 있도록 지원 기술이 함께 모이고 있다"고 덧붙였다. 또한 복잡한 작업을 촉진하고 사람과 기계 간의 원활하고 안전한 상호 작용을 보장하는 데 유용한 휴머노이드 로봇용 중앙 처리 장치인 젯슨 토르(Jetson Thor) 컴퓨터를 출시했다. 젠슨 황 CEO는 인공일반지능(AGI)이 5년 안에 출시될 것이라고 발표했다. 폭스비즈니스에 따르면 AI는 현재 변호사 시험과 같은 테스트를 통과할 수 있지만 위장병학과 같은 전문 의료 테스트에서는 어려움을 겪고 있다.
- IT/바이오
2024-03-22
[신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발

스웨덴에서 시멘트를 재충전 가능한 배터리로 전환하는 데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 쿨다운(TCD)과 ZME 사이언스는 21일(현지시간) 스웨덴 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 과학자들은 전기 전도성 섬유를 시멘트 기반 혼합물에 통합하는 방법을 발견했다며 이같이 보도했다. 찰머스 공과대학교의 연구원들은 세계에서 가장 흔한 건축 자재인 시멘트를 배터리로 전환하는 방법을 개발하고 있다. 이 혁신을 통해 콘크리트 슬래브를 배터리로 바꿀 수 있다. 이 개념은 가정과 건물에 전력을 공급하는 방식을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 생산으로 인한 전 세계 대기 오염의 약 9%를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다. 21일 ZME사이언스에 따르면 콘크리트 산업은 대기 중으로 배출되는 탄소의 최대 9%를 차지하는 거대한 탄소 배출원이다. 공해는 치매와 뇌졸중 위험 증가와 관련이 있기 때문에 시멘트 충전 배터리는 더 깨끗한 공기와 더 건강한 정신과 신체를 의미할 수 있다. 이 프로젝트에 참여한 연구원 엠마 장(Emma Zhang) 박사는 "우리는 이 기술을 통해 향후 다층 건물의 전체 구간을 기능성 콘크리트로 만들 수 있을 것이라는 비전을 가지고 있다"고 찰머스의 논문 요약에서 밝혔다. 연구팀은 전통적인 표준 시멘트 제조법에 '소량'의 전기 전도성 탄소 섬유를 추가했다. 이를 통해 콘크리트 혼합물에 전도성과 강도를 더했다. 연구팀은 또한 철과 니켈을 각각 양극과 음극으로 사용하는 '금속 코팅 탄소 섬유 메쉬'도 추가했다. 과학자들이 콘크리트 배터리를 만들려고 시도한 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 이 새로운 방법은 에너지 밀도 측면에서 엄청난 발전을 이뤘다. 질량 대비 콘크리트가 저장할 수 있는 에너지의 양은 기존 배터리만큼 많지는 않지만, 찰머스 보고서에 따르면 다른 콘크리트 배터리 개념보다 최대 10배 더 우수하다. 장 박사는 "우리가 개발한 재충전 가능한 이 특별한 아이디어는 이전에 한 번도 탐구된 적이 없다. 이제 우리는 실험실 규모의 개념 증명을 갖게 됐다"고 밝혔다. 이어 "예를 들어 태양 전지 패널과 결합하여 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서가 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 6번의 충전-방전 주기를 통해 발명품을 실행하여 콘크리트 배터리 혼합물을 완성했다. 이번 연구 결과는 '빌딩스(Buildings)' 저널에 실렸다. 시멘트 배터리는 실험실에서 테스트되었으며 작동했다. 하지만 에너지 밀도는 그다지 높지 않다. 현재는 평방미터당 7Wh(와트시), 리터당 0.8와트시에 불과하다. 이에 비해 스마트폰과 전기차에 전력을 공급하는 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 무려 250Wh/L~700Wh/L에 달한다. 상업용 배터리보다 시멘트 베터리 밀도가 훨씬 낮지만 콘크리트 건물은 거대하기 때문에 가치가 있다. 이론적으로 새 건물의 대형 콘크리트에 상당한 양의 콘크리트 배터리를저장할 수 있다. 구상되는 시멘트 배터리 애플리케이션은 LED 전원 공급부터 원격 위치의 4G 연결 제공, 심지어 콘크리트 인프라를 부식으로부터 보호하는 것까지 다양하다. 장 박사는 "예를 들어 태양전지 패널과 결합해 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서는 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 요약문에서 시멘트 배터리의 실험적 조합이 상용화되기 전에 더 많은 테스트가 필요하다는 점을 인정했다. 연구팀의 루핑 탕(Luping Tang) 교수는 "우리는 이 개념이 미래의 건축 자재가 재생 에너지원과 같은 추가 기능을 갖도록 하는 데 크게 기여할 것이라고 확신한다"고 말했다. 한편, 미국 내 전문가들은 에너지 저장 솔루션을 개발하기 위해 자체적인 콘크리트 제조법을 연구하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 시멘트, 물, 카본 블랙이라는 물질을 사용해 슈퍼커패시터(또다른 배터리로 전기 에너지를 저정하는 장치)를 만들어 집의 기초를 배터리로 전환하고 있다. 슈퍼커패시티는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 게면에서의 이온 이동이나 표면 화학 반응을 통해서 작동한다. 불과 몇 초 내의 빠른 충전과 방전이 가능하며 수십만 번의 충전과 방전 사이클을 견딜수 있는 긴 수명과 안정성 등이 특징이다. 하지망 아직 배터리만큼 높은 에너지밀도를 가지고 있지 않아 모든 뷴야에 대체할 수 없다. 이러한 발명은 미래를 위한 여러가지 잠재력을 가지고 있다. 그러나 최대 100년까지 지속될 수 있는 콘크리트 구조물의 수명에 맞춰 배터리의 수명을 연장하고 효과적인 재할용 방법을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
- 포커스온
2024-03-22
행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착

천문학자들이 행성을 잡아 먹는 행성의 증거를 발견했다. 쌍둥이별 12개 중 1개는 행성을 삼킨 행성일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 기술 전문매체 스페이스닷컴과 과학 기술 웹사이트 사이키(Phys.org) 등 다수 외신은 20일(현지시간) 국제 연구팀 아스트로3D(ASTRO 3D)의 천문학자들은 적어도 12개의 별 중 1개에서 행성을 잡아 먹는 증거를 발견했다고 보도했다. 이번 연구 결과는 이날 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 이전 연구에서는 적색 거성 등 별의 마지막 단계에서 행성 삼킴 현상이 확인됐다. 또 다른 증거는 별이 때때로 행성을 삼킬 수 있음을 시사했지만, 얼마나 자주 발생할 수 있는지에 대해서는 확실하지 않았다. 국제 연구팀은 행성 삼킴에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 동시에 태어난 동일한 구성을 가진 쌍둥이 별을 연구했다. 쌍둥이 별은 동일한 가스와 먼지로 이루어진 모성 구름에서 태어났기 때문에 사실상 동일한 구성을 가져야 한다. 그러나 연구 결과 약 8%가 성분이 다르게 나타났다. 이처럼 소위 '공동 출생' 별 사이의 주요 화학적 차이는 한 별이 다른 별을 삼켰다는 신호일 수 있다. 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 위성을 사용해 91개의 쌍둥이 별을 식별했다. 이 별들은 백만 천문 단위(AU) 미만으로 서로 상대적으로 가깝게 위치하며 공동 출생일 가능성이 높다. 천문 단위인 AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로, 약 9300만 마일(1억 5000만 킬로미터)에 해당한다. 분자가 가열되면 분자는 그 분자가 구성하는 원소에 해당하는 고유한 빛 파장 스펙트럼을 방출한다. 따라서 먼 별에서 오는 빛을 분석하는 과학자들은 별 분자가 매우 높은 온도에 노출되면 별의 원소 구성을 추론할 수 있다. 아스트로 3D 연구진이 이끄는 연구팀은 쌍둥이별(쌍성) 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼키고 있기 때문에 차이가 발생한다는 사실을 발견했다. 과학자들은 칠레에 있는 유럽남방천문대의 초대형 망원경, 칠레에 있는 6.5m 마젤란 망원경, 미국 하와이에 있는 10m 켁(Keck) 망원경을 사용해 이 공동 출생 별에서 나오는 빛을 분석했다. 연구팀은 이 쌍성 중 약 8%, 즉 12쌍 중 1쌍에서 행성을 삼킨 흔적을 보이는 별이 있다는 것을 발견했다. 이는 쌍둥이 별과 비교했을 때 화학적 구성이 달랐다는 뜻이다. 호주의 모내시 대학교 아스트로 3D 연구원이자 논문의 수석 저자인 팬 리우 박사는 "우리는 함께 여행하는 쌍둥이 별을 관찰했다. 그들은 동일한 분자 구름에서 태어났기 때문에 동일해야 한다"라고 설명했다. 리우 박사는 "매우 정밀한 분석 덕분에 쌍둥이별 간의 화학적 차이를 확인할 수 있었다. 이는 별 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼켜 그 구성이 바뀌었다는 매우 강력한 증거를 제공한다"고 말했다. 행성 삼킴 현상은 연구팀이 조사한 91쌍의 쌍성 중 약 8%에서 나타났다. 이 연구가 설득력있는 이유는 별이 적색거성과 같은 마지막 단계의 별이 아니라 주계열성이라고 불리는 생애 전성기에 있었다는 것이다. 리우 박사는 "이것은 별이 매우 거대한 공이 될 때 후기 단계의 별이 주변 행성을 삼킬 수 있다는 이전 연구와는 다르다"고 말했다. 이 발견은 행성계의 장기 진화 연구에 광범위한 영향을 미친다. 공동 저자이자 호주국립대학교(ANU)의 ASTRO 3D 연구원인 유안 센 팅 부교수는 "천문학자들은 이런 종류의 사건은 불가능하다고 여겼다. 그러나 우리 연구의 관측을 통해 그 발생 빈도는 높지 않지만 실제로 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것은 행성 진화 이론가들이 연구할 수 있는 새로운 창을 열었다"고 말했다. 이 연구는 가이아 천체망원경 위성으로 확인된 모든 밝은 항성의 전체 샘플을 분광학적으로 관측하는 대규모 협력 프로젝트인 C3PO(Complete Census of Co-moving Pairs of Objects) 프로그램의 일부로, 팬 리우, 유안 센 팅, 데이비드 용 부교수(ANU의 ASTRO 3D 소속)가 공동으로 이끌고 있다. ASTRO 3D 책임자인 엠마 라이언-웨버 교수는 "이번에 발표된 연구 결과는 ASTRO 3D의 핵심 연구 주제인 우주의 화학적 진화에 대한 큰 그림에 기여한다. 특히 화학 원소의 분포와 별에 의해 소비되는 것을 포함한 그 이후의 여정을 밝혀준다"고 말했다. 호주 스윈번 공과대학교, 아일랜드 코크 대학교, 카네기 천문대, 오하이오 주립대학교, 미국 다트머스 대학교, 헝가리의 콘콜리 천문대, 막스 플랑크 천문학 연구소의 과학자들이 이 연구에 참여했다. 별들이 행성을 삼키고 있는지, 아니면 항성계가 탄생하면서 남겨진 행성의 구성 요소를 삼키고 있는 것인지는 여전히 불확실하다. 연구팀은 두 가지 모두가 해당될 가능성이 있다고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-21
[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기

건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 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. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
- 포커스온
2024-03-20
중국 당국, 헝다그룹 7700억원 벌금⋯창업자 벌금·증시 퇴출

중국 증권당국이 헝다그룹에 매출액을 허위기재한 혐의로 41억7500만의 벌금을 부과했다. 중국 선전 본사. 사진=로이터/연합뉴스 중국 증권당국이 부동산 위기의 진원지로 불리며 경영재건중인 헝다(恒大·에버그란데) 그룹에 모두 5640억 위안(약 104조5100억 원)의 매출액을 허위 기재한 혐의로 41억7500만(약 7730억 원)의 벌금을 부과했다. 또한 헝다그룹 창업자인 쉬자인(許家印) 회장에 대해서는 증권시장 진입을 평생 금지했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 헝다그룹의 주요사업회사이며 회사채 발생주체인 헝다부동산(恒大地産集団)은 이날 이같은 내용을 공개했다. 헝다그룹은 매출액을 앞당겨 계상하는 등의 방법으로 지난 2019년, 2020년 결산에 허위사실을 기재했다. 2019년은 해당 회계연도의 매출액중 약 50%에 해당하는 2139억 위안(약 39조 6891억원), 2020년에는 약 78%에 상당하는 3501억 위안(약 64조 9750억원)을 각각 물타기했다. 이같은 회계분식을 통해 순이익도 실제보다 크게 많은 액수로 부풀렸다. 헝다그룹은 이같은 분식회계를 통해 부정하게 회사채를 발생했다는 혐의를 받고 있다. 중국 증권감독관리위원회는 "헝다의 모든 업무를 전면 관리하고 실적 부풀리기를 지시했다"며 창업자 쉬자인에게 책임을 전적으로 물었다. 헝다에게는 모두 41억7500만 위안, 쉬자인에는 4700만 위안, 전 CEO 샤하이쥔(夏海鈞)에게는 1500만 위안(27억 8400만원)의 벌금을 각각 부과했다. 이와 함께 쉬자인과 샤하이쥔에 대해서는 평생동안 상장⋅비상장기업의 이사와 고위관리직에 취임하는 등 증권시장에 관련한 업무관여를 금지시켰다. 쉬 회장이 지난 1997년 광둥성에서 설립한 헝다는 부동산으로 사업을 시작해 금융, 헬스케어, 여행, 스포츠, 전기차 사업을 아우르는 재벌 기업으로 성장했다. 그는 2017년 기준 보유재산 420억달러(약 57조원)로 아시아 부자 2위에까지 올랐고 회사 역시 한때 중국 2위의 부동산 개발 업체로 성장했지만 문어발식 사업 확장과 공격적인 인수·합병, 신사업 투자 등이 역풍을 부르면서 부채가 쌓였다. 이런 상황에서 헝다는 국유은행이 앞다퉈 부동산 프로젝트 관련 대출 회수에 나서면서 심각한 자금난에 빠졌다. 결국 2021년 말 역외 채권 채무불이행(디폴트)을 시작으로 주택건설 중단, 하도급업체 공사대금 미지급 등으로 중국 부동산 위기의 진앙이 됐다. 현재 총부채는 약 443조원(2조3900억위안·약 3270억달러)에 달한다. 쉬 회장 재산도 현재 약 18억달러(약 2조4000억원)로 쪼그라들었고 헝다는 작년 9월 공시를 통해 쉬 회장이 범죄 혐의로 강제 조치(구속)됐다고 발표했다. 앞서 헝다의 일부 전·현직 직원도 당국에 체포·구금됐다. 홍콩 법원은 올해 1월 헝다의 홍콩 증시 상장 법인인 중국헝다에 대해 청산 명령을 내리기도 했다.
- 포커스온
2024-03-19
[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'

미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-15
[신소재 신기술(12)] 사족보행 로봇, 파쿠르 동작과 잔해 지형 횡단 기능 습득

주로 재난 현장이나 잔해 지역을 누비도록 설계된 사족보행 로봇이 파쿠르 동작을 습득해 주목받고 있다. 스위스 연방 공과대학교(ETH Zurich) 연구팀은 기존에 암석이 많은 도로 환경을 주로 주행하던 사족보행 로봇 애니말(ANYmal)에게 파쿠르 동작을 가르쳤다. 테크 익스플로어는 13일(현지시간) ETH 취히리 연구탐의 훈련으로 사족보행 로봇 ANYmal은 최근 인기를 끌고 있는 도시 환경의 장애물을 뛰어넘거나 빠르게 이동하는 파쿠르 동작을 수행하는 데 능숙하게 되었다고 전했다. 파쿠르는 주변 환경을 이용해 가능한 한 효율적으로 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 훈련 방법이나 스포츠를 말한다. 주로 도시의 건물, 벽, 계단 등을 활용하며, 몸의 균형, 힘, 정확성, 속도를 요구한다. 파쿠르 동작에는 점프, 구르기, 타기, 넘기 등 다양하고 유연한 움직임을 포함한다. 또한 ANYmal은 건설 현장이나 재난 발생 지역과 같은 복잡한 지형에서도 효과적으로 이동할 수 있는 능력을 갖추게 됐다. 연구 결과는 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다 연구팀은 기계공학 및 프로세스 엔지니어링학과 마르코 후터(Marco Hutter) 교수가 이끄는 두 팀으로 구성되어 있으며, 서로 다른 접근 방식을 사용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르쳤다. 기계적 한계 극복 연구팀 중 한 팀에는 평소 파쿠르 운동을 즐기는 니키타 루딘(Nikita Rudin) 박사 과정 연구원이 참여했다. 루딘 박사 학생은 "프로젝트 시작 전 많은 연구원들이 사족보행 로봇의 기술 발전은 한계에 도달했다고 생각했다. 하지만 저는 달리 생각했다. 사실 사족보행 로봇의 기계적인 측면에서 더 많은 발전 가능성이 있다고 확신했다"고 말했다. 루딘 연구원은 자신의 파쿠르 경험을 바탕으로 머신 학습을 활용하여 ANYmal에게 새로운 기술을 가르치고 기존 기능을 한계 이상으로 뛰어넘기 위한 노력을 기울였다. 현재 ANYmal은 장애물을 뛰어넘고 다이나믹한 동작을 통해 다시 뛰어 내려올 수 있다. 이 과정에서 ANYmal은 마치 아이가 배우듯 시행착오를 통해 학습했다. 현재 ANYmal은 장애물 앞에 다다르면 카메라와 인공 신경망을 사용하여 장애물의 종류를 파악하고 이전 훈련 데이터를 기반으로 성공 가능성이 높은 동작을 수행한다. 루딘 연구원은 이러한 방식을 통해 개별적인 새로운 기술 습득에는 효과적이지만, 미리 정의된 문제 해결 이상으로 잔해가 쌓인 재난 지역과 같은 복잡한 지형을 탐색하도록 하는 데는 한계가 있다고 말했다. 신기술과 기존 기술의 융합 루딘 박사 연구원의 동료인 파비안 예넬텐(Fabian Jenelten) 박사 과정 연구원이 참여한 또 다른 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 기술과 머신 학습을 융합하는 방식을 사용했다. 이 방법은 모델 기반 제어라는 제어 공학 분야의 기존 기술을 활용해 로봇에게 정확한 동작을 가르치는 데 더 효과적이다. 예를 들어 잔해 더미 속의 틈새와 요철을 인식하고 통과하는 방법과 같은 기술을 습득시킬 수 있다. 반면, 머신 학습은 로봇이 익힌 운동 패턴을 예상치 못한 상황에 유연하게 적용할 수 있도록 돕는다. 예넬텐 박사 연구원은 "두 가지 접근 방식을 결합함으로써 ANYmal의 성능을 최대한으로 끌어올릴 수 있다"고 말했다. 연구 결과, 사족보행 로봇 ANYmal은 미끄러운 표면이나 불안정한 바위에서도 더욱 안정적으로 이동할 수 있게 됐다. ANYmal은 곧 건설 현장이나 재난 발생 지역의 붕괴된 건물 검사와 같이 사람이 접근하기 어려운 위험한 곳에도 투입될 예정이다.
- 포커스온
2024-03-14
[퓨처 Eyes(27)] 로봇 선박, 바다를 지배하다…무인 운항 시대의 도래

무인 거대 로봇 선박이 인공지능(AI)의 지휘 아래 처음으로 항해를 시작했다. 이는 인간의 개입 없이 자율적으로 운영되는 선박이라는 점에서 혁신적인 사건이라 할 수 있다. 첨단 센서를 통해 주변 환경을 인식하고 정교한 알고리즘을 기반으로 경로를 계획하는 로봇 선박은 미래 해양 운송의 새로운 장을 열 것으로 기대된다. 영국 방송국 BBC는 지난 6일 무인 선박의 시대가 도래했다고 보도하며, 공상 과학 소설처럼 보였던 무인 항해가 현실이 되고 있다고 강조했다. 다채로운 로봇 선박, 바다를 지배하다 크기, 기능, 용도에 따라 다양한 유형으로 분류되는 로봇 선박은 미래 해양 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 수중에서 작동하도록 설계된 '자율 수중 차량(AUV)'은 과학 연구, 해양 탐사, 군사 작전 등에 활용된다. 첨단 센서를 탑재한 AUV는 인간의 개입 없이 자율적으로 임무를 수행하며, 해양 환경에 대한 귀중한 데이터를 수집한다. '무인 지표면 선박(Unmanned Surface Vehicle·USV)'은 해양 측량, 범위 안전, 감시 등을 담당한다. USV는 다양한 크기로 제작되어 다양한 환경에 적응하며, 효율적인 운영을 가능하게 한다. '대형 무인 선박(Large Unmanned Surface Vehicle·LUSV)'은 해양 순찰, 화물 운송, 인명 구조 등의 임무를 수행한다. 강력한 추진력과 넓은 탑재 공간을 갖춘 대형 LUSV는 높은 효율성과 안전성을 자랑하며, 해양 운송의 새로운 지평을 열 것이다. 반면, 공중 드론선(Unmanned Aerial Vehicle·UAV)은 해양 감시, 맵핑, 통신 등을 수행하며, 광범위한 시야를 확보하여 효과적인 정보 수집을 가능하게 한다. 뛰어난 기동성을 바탕으로 빠르게 변화하는 환경에도 유연하게 대응하며, 미래 해양 감시의 핵심으로 주목받고 있다. 녹색 선박 아르마다…미래 해양 운송의 선구자 노르웨이 피오르드를 가로지르는 거대한 녹색 선박 아르마다(Armada, 위의 사진)는 단순한 배가 아니다. 길이 78m, 높이 약 78m(255피트)에 달하는 이 거대한 배는 원격 조종으로 작동하는 첨단 로봇 선박이며, 미래 해양 운송의 새로운 가능성을 보여준다. 카메라, 마이크, 레이더, GPS, 위성 통신 등 최첨단 장비를 갖춘 아르마다에는 선원이 단 16명만 탑승한다. 이는 기존 선박의 3분의 1 수준이다. 아르마다는 수백 마일 떨어진 육지에서도 원격 조종이 가능하며, 해양 작업의 효율성을 극대화한다. 아르마다 프로그램은 해상 풍력 발전소 운영 및 수중 인프라 점검을 위한 다국적 기업인 오션 인피니티(Ocean Infinity)의 야심찬 프로젝트이다. 이 회사는 23척의 아르마다가 완성되면 해양 산업의 새로운 지평을 열 것으로 기대하고 있다. 영국 사우샘프턴에 있는 오션 인피니티의 원격 운영 센터는 마치 미래 영화 세트장을 연상시킨다. 20개의 브리지 스테이션에는 게임과 같은 컨트롤과 터치스크린이 장착되어 있으며, 실시간 스트림을 통해 해저 상황을 파악할 수 있다. 원격조종 수중로봇(Remotely Operated Vehicle, ROV) 훈련생 조종사 마리안 메자 차비는 "모든 것이 자동화되어 있어 놀랍다"며 "해상 작업보다 더 쉽고 효율적"이라고 강조했다. 오션 인피니티는 지난 2월 초 호주 태즈매니아에 로봇 선박 운영 센터를 개설했다. 이 회사의 호주 및 뉴질랜드 상무이사인 데비이드 필드는 "태즈매니아에 있는 이 새로운 운영센터는 정부에 수로학 서비스를 제공할 수 있는 보다 확고한 인프라를 제공할 것"이라고 말했다. 그는 "최근 정부를 위한 프로젝트에서 우리 로봇 선박은 전체 데이터의 58%를 수집했지만 연로 CO₂의 배출량은 4%에 불과했다"고 덧붙였다. 자율성, 로봇 공학, 원격 조작 기술은 인공 지능과 함께 해상 운송을 혁신할 것으로 기대된다. 노르웨이, 벨기에, 일본, 중국 등 전 세계에서 다양한 실험이 진행되고 있으며, 아르마다는 이러한 변화를 주도하는 선구자인 존재다. 친환경적인 로봇 선박 로봇 선박은 '친환경성'이라는 탁월한 장점을 지닌다. 탑승 인원 감소는 선박 크기 축소로 이어지며, 연료 소비량 감소와 탄소 발자국 대폭 축소를 가능하게 한다. 네덜란드 델프트 공과대학교의 루디 네겐본 교수는 자율운항 선박 연구를 통해 이러한 혁신을 주도하고 있다. 그는 선원을 완전히 대체할 첨단 기술의 발전 속도가 빠르지만, 아직 해결해야 할 과제가 남아 있다고 지적한다. 자동 조종 장치를 통해 선박의 자율적인 경로 추종은 가능하지만, 다른 교통과의 상호 작용, 항구 입출항, 예기치 못한 상황이나 악천후 대응 등은 여전히 어려움으로 남아 있다. 하지만 네겐본 교수는 지속적인 기술 발전을 통해 안전성, 효율성, 지속가능성을 극대화한 미래 해상 운송 시대를 열 수 있을 것이라고 확신한다. 무인 선박, 수중 화산 폭발 맵핑 등에 투입 일부 소형 선박은 이미 인간의 개입 없이 다양한 임무를 수행하고 있다. 영국 선박 제조업체 씨킷 인터내셔널(Sea-Kit International)은 이러한 무인 선박의 설계 및 건조를 선도하며 해양 산업의 새로운 지평을 열고 있다. 2022년 씨킷 인터내셔널의 무인 선박은 화려하게 폭발한 활화산 수중 화산을 지도화(맵핑)하기 위해 남태평양 섬 통가에 파견되었다. 인간의 접근이 불가능했던 위험한 환경에서 이 무인 선박은 성공적으로 임무를 수행하며 첨단 기술의 가능성을 증명했다. 영국 플리머스 항구에서 출항한 길이 12m(39피트) 크기의 무인 선박 바키타 호는 또 다른 주목할 만한 사례이다. 밝은 빨간색의 이 배는 네덜란드 측량 회사 푸그로(Fugro)를 위해 건조되었으며, 2차 세계대전 난파선을 조사하는 임무를 수행하고 있다. 475마일(약 764km) 떨어진 스코틀랜드 해안도시 애버딘에 위치한 사무실에서 승무원들은 바키타 호를 완벽하게 통제하며, 인간과 기술의 융합을 통해 새로운 가능성을 창출하고 있다. 위성 통신을 통해 전달되는 푸그로 함장 드미트리 다디친의 명령에 따라 바키타 호는 민첩하게 방향을 제어하며 탐사 임무를 수행한다. 침몰한 구축함을 탐사하기 위해 원격조종 수중로봇(ROV)이 해저로 내려가는 동안, 수면의 카메라는 360도 파노라마 영상을 촬영하여 주변 해역을 감시한다. 수년간 바다에서 근무해 온 드미트리는 "이런 방식으로 작업하는 것이 더 즐겁다"고 말하며 첨단 기술의 장점을 강조했다. 그는 "파도와 흔들림을 느끼지 못하는 것이 아쉽지만, 근무 후 집으로 돌아갈 수 있다는 점은 큰 장점"이라고 덧붙인다. 무인 자동차, 기차, 드론 등의 등장과 마찬가지로 원격 조종 및 자율 운항 기술은 해양 산업의 근본적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 인간의 개입 없이 운영되는 선박은 작업 방식을 혁신하고 새로운 일자리를 창출할 수 있지만, 동시에 안전성과 신뢰성에 대한 의문도 제기된다. 씨킷의 운영 디렉터 애슐리 스켓은 "안전은 우리가 가장 중요하게 생각하는 가치"라고 강조하며, 자율 운항 선박의 개발 과정에서 안전을 최우선으로 고려한다고 설명한다. 스켓은 "선원 없이 운영되는 선박은 문제 발생 시 직접 해결할 사람이 없기 때문에 완벽한 대체 시스템이 필요하다"고 말한다. 씨킷의 자율 운항 선박은 두 개의 독립적인 시스템으로 구성되어 있으며, 상황에 따라 원활하게 전환할 수 있는 첨단 소프트웨어를 탑재하고 있다. 국제해사기구, 자율운항 규범 도입 앞장서다 국제해사기구(IMO)는 해상 자율운항을 둘러싼 문제 해결을 위해 적극 나서고 있다. 2028년까지 자발적 규범을 도입하여 모범 사례를 정의하고, 궁극적으로는 의무화를 추진할 계획이다. 현재 대형 선박은 선장 또는 선원의 동승을 의무화하고 있지만, IMO는 원격 제어 센터에서 운영되는 선박의 경우 선장과 선원의 역할을 새롭게 정의할 예정이다. 헤이케 데김 IMO 이사는 "원격 제어 운영자를 선박의 선장과 동등한 위치로 간주할 수 있는지에 대한 연구가 필요하다"며, "자율운항 시대에 맞는 새로운 규범을 마련해야 한다"고 강조했다. 영국 정부는 이미 원격 선장 개념을 법률에 반영하려는 움직임을 보이고 있으며, 해운 변호사 피오나 케인은 "정부는 이 거대한 산업의 기회를 놓치지 않고 기업들의 투자를 유치하기 위해 노력할 것"이라고 예상했다. 오션 인피니티의 선장 사이먼 맥컬레이는 "한 명의 선장이 여러 척의 선박을 원격으로 관리하는 미래를 상상할 수 있다"며, "이를 위해서는 법 개정과 지식 및 안전 사례 구축이 필요하다"고 강조했다. 그는 탐사선과 위성을 이용한 원격 운영 기술의 발전 가능성을 언급하며, 해양 산업의 혁신에 대한 기대감을 드러냈다. 현대중공업, 자율선박 시스템으로 대서양 최초 횡단 한편, 한국의 현대중공업그룹 산하의 자율운항 기술 전문회사인 아비커스는 2022년 5월, 세계 최초로 대형 선박의 자율운항을 통한 대양 횡단에 성공했다. 아비커스는 2022년 6월 2일, SK해운과 협력하여 18만㎥급 초대형 LNG운반선 '프리즘 커리지' 호의 자율운항 대양 횡단을 성공적으로 완료했다고 발표했다. 아비커스는 HD현대의 사내 벤처로, 이번 성공은 아비커스가 개발한 2단계 자율운항 솔루션인 '하이나스(HiNAS) 2.0'을 선박에 탑재해 달성한 것이다. 이 항해는 자율운항 기술을 이용해 대양을 횡단한 최초의 사례로 기록됐다. 해당 선박은 2022년 5월 1일 미국 남부의 멕시코만 연안에 위치한 프리포트(Freeport)에서 출발해, 파나마 운하를 통과하고 태평양을 횡단하는 등 총 33일간의 운항을 마치고 충남 보령의 LNG터미널에 도착했다. 총 약 2만 km의 운항 거리 중 절반에 해당하는 1만km를 하이나스 2.0을 활용하여 자율운항했다. 아비커스가 개발한 하이나스 2.0은 현대글로벌서비스의 통합스마트십솔루션(ISS, Integrated Smartship Solution)에 기반을 둔 고급 2단계 자율운항 시스템이다. 이 시스템은 최적의 항로와 항속을 계산하고, 인공지능을 활용하여 날씨, 파도 등 주변 환경을 실시간으로 분석해 선박의 항해와 조타 명령을 자동으로 제어한다. 하이나스 2.0의 2단계 자율운항 기술은 선박의 인지와 판단 능력에 조종 및 제어 기능을 추가한 것으로, 기존 1단계 기술을 한층 발전시킨 형태다. 당시 대양 횡단에서 하이나스 2.0을 탑재한 선박은 최적화된 경로를 통해 자율운항을 진행, 연료 사용 효율을 약 7% 향상시키고 온실가스 배출량을 약 5% 줄였다. 뿐만 아니라, 운항 중 다른 선박과의 충돌 위험을 인지하여 100여 차례 이상 회피하는 뛰어난 성능을 보여줬다. 이에 한국선급은 2023년 2월, 자율운항시스템 하이나스 2.0에 대해 개념승인을 부여했다. 이 시스템은 항해 보조 기능을 통해 선장과 항해사의 운항 관련 피로도를 줄여줌으로써, 선박의 안전한 운항을 지원하고 해양 사고 발생률을 낮추는 데 기여할 것으로 보인다. 또한, 하이나스 2.0은 연료 효율성을 개선하여 대기 오염 물질의 배출을 줄이는 데도 도움을 줄 수 있다. 이러한 이유로 한국선급은 이 시스템이 선박의 안전 운항 및 환경 보호에 중요한 역할을 할 것으로 전망했다.
- 포커스온
2024-03-14
샤오미, 첫 전기차 SU7 28일 중국 출시

스마트폰으로 널리 알려진 중국 기술대기업 샤오미(Xiaomi)가 자체 개발한 첫 전기차를 오는 28일부터 중국 내에서 판매한다고 발표했다. 샤오미는 12일 웨이보 게시물을 통해 자사 최초의 전기차 SU7(Speed Ultra 7·중국명 수치) 시리즈를 중국 29개 도시 59개 매장에서 판매하겠다고 밝혔다고 로이터통신, BBC 등 다수 외신이 보도했다. 11일(현지시간) BBC에 따르면 샤오미는 경쟁이 치열한 전기자동차(EV) 산업에 처음으로 진출하는 것이다. 2021년 3월 전기차 시장 진입을 선언한 지 3년 만이다. 차량 가격은 3월 28일 발표될 예정이다. 샤오미의 전기차 출시는 세계 최대 전기자동차 시장인 중국에서 비야디(BYD)와 테슬라(Tesla) 등 기업 간 가격 전쟁이 격화되는 가운데 나온 것이다. 샤오미 레이쥔 최고경영자(CEO)는 지난해 스피드 울트라 7(SU7)을 공개하면서 "세계 5대 자동차 제조사 중 하나로 도약하는 것이 목표"라고 말했다. 레이쥔 CEO는 SU7이 일부 테슬라와 포르쉐 EV보다 더 빠르게 가속할 수 있는 '슈퍼 전기 모터' 기술이라고 말했다. SU7은 한번 충전으로 최대 800km를 주행할 수 있으며, 최고 시속은 265km다. 샤오미는 정지 상태에서 시속 100km에 도달하는 제로백은 2.78초라고 설명했다. 샤오미는 중국 전기차 업체 비야디(BYD)와 미국 테슬라가 주도하는 중국 전기차 시장의 뜨거운 경쟁에 뛰어들기 위해 그동안 수십억 달러를 투자했다. 스마트폰 거대 기업인 샤오미는 향후 10년 동안 자동차 사업에 100억 달러(약 13조 1000억원)를 투자할 것이라고 밝혔다. 그러나 최근 중국 전기차 시장은 상황이 좋은 것은 아니다. 기술 억만장자 일론 머스크(Elon Musk)가 이끄는 테슬라는 BYD와 같은 현지 경쟁업체들이 가격을 인하함에 따라 최근 몇 달 동안 중국 내 자동차 가격을 수천 달러 인하했다. 중국의 올해 1~2월 전기차 판매량은 18% 증가했다. 이는 지난해 전체 성장률인 21%와 차이가 많은 것은 아니다. 그러나 전기차 구매자에 대한 최대 6만위안(약 1100만원)의 정부 보조금이 2022년에 종료되면서 전반적으로 업계 상황이 어려워졌다. 또한 샤오미와 같은 스마트폰 업체인 애플은 장기간에 걸쳐 진행된 전기차 프로젝트를 최근 취소했다. 한편, 샤오미 주가는 이날 전기차 출시 발표 후 홍콩에서 10% 이상 급등했다.
- 산업
2024-03-12
털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공

과학자들이 코끼리 피부 세포로 줄기세포 배양에 성공해 털매머드 부활에 한 발 더 가까이 다가가고 있다. 미국 텍사스 주 댈러스에 있는 멸종 방지 기업이자 DNA 편집 회사인 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 6일(현지시간) 털복숭이 매머드 형질을 가진 코끼리를 유전적으로 복원시키기 위해 아시아 코끼리 세포로 줄기세포 배양에 성공했다고 밝혔다. 콜로설은 자사 웹사이트에서 내한성 코끼리를 만들 것이라고 밝히면서 이 동물은 털매머드의 모든 핵심 생물학적 특성을 갖게 될 것이라고 설명했다. 또한 이 회사는 매머드와 유사한 코끼리가 코끼리 내피 친화성헤르페스 바이러스로 인한 매우 치명적인 질병에 저항성을 갖도록 만들 계획이다. 네이처에 따르면 콜로설은 코끼리 세포의 유전자(게놈)을 편집해 매머드와 비슷하게 만들었다. 하지만 살아 있는 매머드 같은 코끼리를 만들려면 편집된 게놈을 포함하는 배아를 생성해야 한다. 이론적으로 이를 수행하는 한 가지 방법은 유전자 편집된 코끼리 세포를 소위 유도만능줄기세포(iPS)로 전환한 다음 이를 난자와 정자 세포로 전환하는 것이다. 뉴사이언티스트에 따르면 유도만능줄기세포는 난자와 정자를 포함한 신체의 모든 세포로 분화할 수 있다. 배아에서 자연적으로 발생하지만 특정 단백질을 추가하여 성체 세포에서 만들 수도 있으므로 '유도'라고 한다. 많은 동물 종에서 유도만능세포가 만들어졌지만 지금까지 코끼리 세포를 유도만능세포로 만드는 데 성공한 사례는 없었다. 유전자 편집 18년 전, 연구자들은 쥐의 피부 세포를 배아 세포처럼 작동하도록 재프로그래밍할 수 있음을 보여줬다. 이러한 유도만능줄기세포는 동물의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다. 이 세포는 멸종된 털매머드(맘무투스 프리미제니우스·Mammuthus primigenius)의 가장 가까운 친척인 아시아 코끼리(엘레푸스 막시무스·Elephus maximus)를 복원하려는 콜로설의 계획에 핵심으로, 털과 지방 및 기타 매머드의 특성을 갖도록 유전적으로 편집됐다. 콜로설은 아시아 코끼리 세포를 유전자 변형해 핵심 단백질을 영구적으로 생산하도록 했다. 그럼에도 불구하고 세포를 유도만능줄기세로로 전환하는데 두 달이 걸렸다고 한다. 콜로설의 생물과학 책임자인 에리오나 히솔리는 "우리는 이 과정을 더 효율적이고 빠르게 만들고 싶었다"고 말했다. 핵심 단백질을 코딩하는 DNA는 쉽게 제거할 수 있다고 그녀는 덧붙였다. 매사추세츠주 보스턴에 위치한 하버드 의과대학의 유전학자이자 이 연구 논문의 공동 저자인 콜로설의 공동 설립자 조지 처치는 "우리는 세계 기록으로 가장 어려운 iPS 세포 수립에 도전하고 있다고 생각한다"고 말했다. 하지만 연구팀은 코끼리 줄기세포를 확립하는 데에도 어려움을 겪고 있다. 멸종 위기 종에 대한 줄기세포 연구의 권위자인 캘리포니아 주 라호야에 있는 스크립스 연구소의 줄기세포 생물학자인 장 로랑(Jeanne Loring) 박사는 "코끼리는 매우 어려운 과제"라고 말했다. 멸종 동물 복원 프로젝트 2011년 잔 로링과 동료들은 멸종 위기 동물에서 최초로 북방 흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)와 드릴 원숭이(만드릴루스 류코패우스)로부터 iPS 세포를 만들었다. 이후 눈표범(Panthera uncia), 수마트라 오랑우탄(Pongo abelii), 일본뇌조(Lagopus muta japonica) 등 멸종 위기종에서 배아 유사 줄기세포가 만들어졌지만 수많은 팀이 코끼리 iPS 세포 수립 시도에 실패했다. 콜로설의 생물과학 책임자 에리오나 히솔리가 이끄는 연구팀은 처음에 다른 대부분의 iPS 세포주를 만드는 데 사용되는 매뉴얼에 따라 아시아 코끼리 새끼로부터 세포를 재프로그래밍하려고 시도하면서 동일한 문제에 부딪혔다. 이 방법은 2006년 일본 교토 대학의 줄기 세포 과학자인 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)가 확인한 네 가지 주요 재프로그래밍 인자를 과잉 생산하도록 세포에 지시하는 것이다. 이 방법이 실패하자 히솔리 박사팀은 다른 연구원들이 사람과 쥐 세포를 재프로그래밍하는 데 사용했던 화학 칵테일을 코끼리 세포에 처리했다. 대부분의 경우 이 처리로 인해 코끼리 세포가 죽거나 분열을 멈추거나 아무런 반응도 보이지 않았다. 하지만 일부 실험에서는 세포가 줄기세포와 유사한 둥근 모양을 띠게 됐다. 히솔리 박사 팀은 이 세포에 네 가지 '야마나카' 인자를 첨가한 다음 성공의 핵심 요소였던 또 다른 단계를 밟았다. 바로 암 억제 유전자인 TP53의 발현을 억제하는 것이다. 유도만능줄기세포 배양 연구팀은 코끼리로부터 네 개의 iPS 세포 라인을 만들었다. 이 세포들은 다른 유기체의 iPS 세포와 비슷하게 보였고, 비슷하게 행동했다. 즉, 척추동물의 모든 조직을 구성하는 세 가지 '배엽'을 형성하는 세포를 만들 수 있었다. 하지만 콜로설이 최초의 유전자 조작 아시아 코끼리를 만드는 계획은 iPS 세포를 필요로 하지 않는 복제 기술을 포함한다. 처치 박사는 새로운 세포 라인은 아시아 코끼리에 매머드 특징을 부여하는 데 필요한 유전적 변화를 식별하고 연구하는 데 유용할 것이라고 말했다. 그는 "우리는 아기 코끼리에게 넣기 전에 미리 테스트하고 싶다"고 말했다. 코끼리 iPS 세포는 수정되어 모발이나 혈액과 같은 관련 조직으로 변형될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 확대하기 위해서는 생식 생물학 분야에서 수많은 기술 도약이 필요하다. 그 중 한 가지 방법은 유전자 조직 iPS 세포를 수정된 정자와 암컷 생식 세포로 변형시켜 배아를 만드는 것이다. 쥐 실험에서는 이 방법이 성공했다. 또한 iPS 세포를 직접 실행 가능한 '합성' 배아로 변환하는 것도 가능했다. 콜로설은 자사의 첫 번째 메머드가 2028년에 태어날 것이라고 주장했다. 히솔리는 연구원들이 코끼리 세포에 단지 50~100개의 유전자 편집을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 실현하능하다고 말했다. 코끼리의 임신 기간은 2년이기 때문에 배아는 2026년 말께 생성되어 자궁에 이식되어야 2028년에 매머드 탄생이 가능하다. 처치 박사는 배아 배양을 위해 일부는 iPS 세포에서 유래한 인공 자궁을 사용할 것으로 예상했다. 그는 "우리는 멸종 위기 종의 자연적인 번식을 방해하고 싶지 않기 때문에 체외 임신을 확대하려고 노력하고 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-08
[퓨처 Eyes(26)] 소형 원자로 건설 혁명, 획기적인 전자빔 용접으로 1년 공정 하루로 단축

소형 모듈 원자로(SMR) 건설에서 1년 걸리는 공정을 하루 만에 끝낼 수 있는 획기적인 전자빔 용접 기술이 개발됐다. 영국 대형 제조회사 셰필드 포지마스터스(Sheffield Forgemasters)는 풀사이즈 소형 모듈형 원자로(SMR) 용기를 일반적인 공정 기간인 12개월이 아닌 단 24시간 만에 용접에 성공하면서 소형 원자로 건설 시장이 급변하고 있다. 이 획기적인 기술은 소형 원자로 보급에 엄청난 파급력을 가져올 것으로 예상된다. 소형 원자로(Small Modular Reactor, SMR·소형 모듈 원전)는 그 이름처럼 작은 크기의 원자로를 의미하며, 경제성, 유연성, 안전성, 확장성 등의 장점을 지닌다. 특히, 최근 급격한 기후 변화의 위협으로 탄소 배출을 최소화하는 에너지원에 대한 수요가 급증하면서 미래의 주요 전력 공급 수단으로 주목받고 있다. 소형 원자로는 기존 대규모 토목 프로젝트 형태의 원자력 발전소 건설 방식을 공장 생산 방식으로 전환해 원자력 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 모듈형 원자로는 표준화된 설계로 대량 생산이 가능하며, 지역 수요에 맞게 필요한 수만큼 설치할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 기존 원자로와 달리 엄청나게 비싼 건물이 필요하지 않아 경제성이 높다. 소형 원자로는 원자력 연료 재사용 기술을 통해 연료 수명을 연장하고 방사성 폐기물 발생량을 감소시킨다. 이는 지속 가능한 에너지 공급을 위한 중요한 기술로 평가된다. 또한, 초기 투자 비용이 상대적으로 적기 때문에 소규모 전력 시장과 개발도상국에서도 원자력 발전 도입이 용이해진다. 소형 원자로는 크기와 디자인의 유연성을 바탕으로 외딴 지역, 도시 인근, 심지어 산업 시설 내부에도 설치가 가능하다. 대부분의 부품은 공장에서 사전 제작되어 현장 설치 과정을 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 필요에 따라 여러 개의 소형 원자로를 한 지역에 설치해 발전 용량을 조절할 수 있어, 전력 수요 변동에 유연하게 대응하고 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다. 소형 원자로는 앞서 언급된 장점들로 인해 투자자들에게 상업적으로 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 전통적인 대형 원자로에 비해 빠른 수익 회수가 가능하다는 점에서 투자 가치가 높게 평가된다. 혁신적인 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술 모든 규모의 원자로 건설에서 발생하는 주요 과제는 원자로 노심을 담는 용기를 용접하여 외부 환경과 격리하는 것이다. 기존 용접 기술은 이 작업에 1년 이상 소요되었지만, 셰필드 포지마스터스는 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술을 통해 하루 만에 완료하는 획기적인 결과를 달성했다. 국소 전자빔 용접은 국소 진공 상태에서 고출력 전자총을 사용해 고에너지 밀도 융합 공정을 통해 두 개의 금속 조각을 용접하는 혁신적인 기술이다. 기존 용접 방식에 비해 작업 효율을 95% 향상시키고, 깊은 침투와 높은 깊이 대 너비 비율을 구현할 수 있다. 셰필드 포지마스터스는 지난 2월 20일 국소 전자빔 용접 기술을 이용해 직경 3미터, 두께 200밀리미터(8인치)의 벽을 결함 없이 저렴하게 용접하는데 성공했다고 밝혔다. 또한, 혁신적인 슬로핑 인 및 아웃 기술을 통해 용접 시작과 마무리 과정을 개선했다. '슬로핑 인(Sloping In)'은 원자로 용기 내부의 핵연료봉을 용기 벽면에서 중심부로 향해 경사지게 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격을 넓히고 중심부 밀도를 높여 핵연료 활용도를 극대화하고, 냉각재 흐름 개선으로 냉각 효율을 높여 과열 위험을 낮춘다. 핵출력 증가 또한 가능하다. '슬로핑 아웃(Sloping Out)'은 '슬로핑 인'과 반대로 핵연료봉을 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격 확대로 냉각 효율을 높이고 핵연료봉 밀도 감소로 핵출력을 조절하여 안전성을 강화한다. 또한, 용기 내부 공간 확보에도 유리하다. 셰필드 포지마스터스의 수석 개발 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 마이클 블랙모어는 "이 기술이 원자력 산업에 미치는 영향은 기념비적이며, 잠재적으로 고비용의 용접 공정을 없앨 수 있다"고 강조했다. 블랙모어는 "LEBW 기술은 용접 접합부가 모재(parent material, 원물질)를 완벽하게 복제하기 때문에 용접 검사의 필요성을 줄일 수 있다는 점에서 획기적이다. 또한 영국과 전 세계 SMR 원자로의 상용화 속도를 크게 높일 수 있다"고 설명했다. 세계 최초로 성공적인 전자빔 용접 시연을 완료한 셰필드 포지마스터스는 수십 년 동안 정체되었던 영국 원자력 산업에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대된다. 이 기술은 앞으로 핵잠수함용 원자로, 시범 발전소, 핵연료 처리 분야뿐만 아니라 SMR 원자로 건설에도 적용될 수 있다. 영국 정부는 이제 롤스로이스가 건설할 모듈형 원자로 15기를 포함한 새로운 원전 건설 계획을 통해 원자력 르네상스를 이끌 계획이다. 셰필드 포지마스터스의 혁신적인 전자빔 용접 기술은 이러한 계획의 성공적인 실행에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 한국 소형원자로 건설 현황 원전 강국인 한국도 세계적인 추세인 소형 모듈 원전 건설을 주도하고 있다. 우리나라 원전 산업의 중심지인 경상남도는 지난 2월 28일 정부의 원전 산업 집중 육성 방침에 발맞춰 핵심 전략을 담은 '경상남도 원전 산업 육성 방안'을 발표했다. 이에 앞서 2월 22일 윤석열 대통령은 경남도청에서 열린 '다시 뛰는 원전산업, 활력 넘치는 창원·경남'이라는 주제의 14번째 민생토론회에 참석했다. 이 자리에서 정부는 원전 생태계 완전 복원, 소형 모듈 원자로(SMR) 독자기술 개발, 경남도·창원시를 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 구체적인 계획을 공개했다. 경상남도는 정부의 정책 방향에 적극적으로 호응하며, 정부 지원과 별도로 지역 원전 기업에 대한 경영 및 시설 자금 중심의 금융 지원을 강화하겠다는 방침을 밝혔다. 이는 지역 원전 산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 성장을 위한 중요한 발걸음이 될 것이다. 경상남도는 SMR 제조 기술, 신형로 설계, 친환경 원전 해체 기술 등 6개 원전 기술을 조세 특례 제한법에 명시된 '국가 전략 기술'로 지정해 달라고 정부에 건의할 예정이다. 또한 경상남도는 SMR 혁신 제작 기술 정부 공모 사업에 지역 업체 참여를 추진하는 등 SMR 독자 기술 확보를 위해 적극적인 노력을 기울일 계획이다. 이를 통해 지역 기업의 경쟁력 강화와 SMR 산업 발전을 동시에 도모할 수 있을 것으로 보인다. 아울러 경상남도는 창원 방위·원자력 융합 국가 산업 단지 조속 추진, 원자력 산업 종합 지원 센터 신설, 원자력 연구원 분원 및 글로벌 SMR R&D 센터 유치 등을 통해 글로벌 SMR 클러스터로 발돋움할 수 있는 구체적인 청사진을 제시했다. 경상남도는 창원시를 중심으로 세계 유일하게 원자력 발전소 주기기 일괄 생산이 가능한 창원 국가 산업 단지 내 두산 에너빌리티를 비롯해 300여 개 협력 업체가 자리잡고 있다. 원자력 발전소 주기기는 원자로, 증기발생기, 터빈, 발전기, 냉각 시스템 등 원자력 발전의 핵심 과정에서 주요한 역할을 하는 장치들을 말한다. 걍상남도는 이러한 유리한 조건을 바탕으로 차세대 원전의 글로벌 제조 거점으로 도약할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다. 류명현 경남도 산업국장은 "대통령이 참석한 경남 민생 토론회의 핵심은 경남도·창원을 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 것이었다"며 "정부 정책에 맞춰 경남이 차세대 원전 글로벌 제조 거점이 되도록 노력하겠다"라고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-07

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