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[기후의 역습(28)] 지구, 극지방 녹는 빙하로 하루가 더 길어져
- 기후 위기에서 시간은 매우 중요하다. 일반적으로 이는 기후 위기에 대처하는 데 남아 있는 시간이 많지 않다는 의미로 받아들여진다. 그런데 최근 기후 위기와 시간과의 관계에서 새로운 내용이 추가돼 관심을 끌고 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 기후 위기로 하루 시간이 길어지고 있다는 것이다. 최근 발표된 연구에 따르면, 극지방의 빙하와 만년설이 녹아 바다로 흘러들면서 지구 자전 속도가 더 느려졌으며, 이 때문에 "전례 없는 속도"로 하루의 길이가 늘어나고 있는 것으로 나타났다. 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 이 논문은 그린란드와 남극 대륙에서 빙하가 녹아 바다로 유입된 물이 적도 주변에서 더 많은 질량을 생성(물의 양이 늘어남)하고 있음을 보여준다. 그리고 늘어난 해양수가 자전 속도를 늦추고 있다는 것. 연구팀원인 나사(NASA) 제트추진연구소 수렌드라 아디카리 박사와 ETH 취리히의 베네딕트 소야 박사는 이에 대해 "피겨 스케이터가 피루엣을 할 때 먼저 팔을 몸 가까이에 붙인 다음 쭉 뻗는 것과 같다"라고 비유했다. 질량이 늘어나면 지구 중심 회전축에서 멀어져 물리적 관성이 증가하기 때문에 회전 속도가 느려진다는 것이다. 지구는 일반적으로 구형으로 생각되지만, 정확하게는 적도 주위로 약간 튀어나온 '편원 타원체'다. 게다가 지구의 모양은 해양과 지각에 영향을 미치는 매일의 조수의 영향에서 지각판의 표류로 인한 장기적인 영향, 지진과 화산으로 인한 갑작스럽고 격렬한 변화에 이르기까지 끊임없이 변화한다. 연구는 과학자들이 우주에서 온 전파가 지구상의 여러 지점에 도달하는 데 걸리는 시간의 차이를 측정하고 이를 이용해 행성의 방향과 하루 길이의 변화를 추론할 수 있는 '초장기선 간섭계(Very Long Baseline Interferometry)' 등의 관측 기술을 적용했다. 또 지구의 자전을 약 100분의 1밀리초까지 매우 정확하게 측정하는 GPS를 사용했으며, 심지어 수천 년 전의 고대 일식 기록도 검증했다. 자전 속도가 늦어지면 지구의 하루의 길이는 표준 측정치인 8만 6400초보다 몇 밀리초 정도 늘어나게 된다. 현재까지 알려진 지구 자전 속도 저하의 가장 중요한 원인은 달의 중력이었다. 이는 수백만 년에 걸쳐 세기당 2.40밀리초의 점진적 감속을 야기한 '조석 마찰'이라는 과정에서 발생한다. 그러나 이번 연구는 인간이 계속해서 높은 비율로 온실가스를 배출한다면 21세기 말에는 하루를 늘리는 기후 온난화의 영향이 달의 중력보다 더 클 것이라고 설명한다. 달의 조석 마찰 효과보다 온난화에 따른 해양 부피 증가로 인한 지구 자전 감속이 더 클 것이라는 경고다. 보고서는 1900년과 현재까지의 사이에 기후로 인해 하루가 약 0.8밀리초 길어졌다고 측정했다. 높은 온실가스 배출이라는 최악의 시나리오를 적용할 경우, 2100년까지 기후로 인해 하루는 2.2밀리초 길어지게 된다. 숫자만으로 보면 그다지 대단할 일처럼 느껴지지 않는다. 인간이 실제로 인지할 수 있는 시간도 아니다. 그러나 천문학에서는 큰 영향을 받는다. 보이저 탐사선과 같은 우주선과 교신할 때 어떤 순간에도 지구의 정확한 방향을 아는 것은 중요하다. 센티미터의 편차는 수 킬로미터의 차이로 벌어질 수 있다.
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[기후의 역습(28)] 지구, 극지방 녹는 빙하로 하루가 더 길어져
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독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발
- 독일의 스타트업이 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 신형 고체 전지의 개발에 성공해, 상용화를 앞두고 있다. 스페인 에너지 전문 매체 '리뉴어블 에너지 매거진'에 따르면, 독일 HPB(High Performance Battery)의 귄터 햄비처 박사 연구팀이 세계 최초의 시리즈 생산용 고체 전지를 선보였다. 이번 고체 전지 개발은 배터리 및 에너지 저장 분야에서 높은 성과를 거두며, 가정용부터 산업용, 자동차 산업에 이르기까지 광범위한 분야에 적용될 전망이다. 특히 HPB의 고체 전지는 기존 리튬이온 배터리보다 월등한 성능을 자랑한다. 내구성 면에서도 1250회 충전이 가능한 리튬이온 배터리에 비해, 이 신형 고체 전지는 최소 1만2500회의 충전이 가능하며, 불연성이라는 높은 안전성도 갖췄다. 또한, 환경 친화적인 면에서도 기존 기술에 비해 50% 이상 우수한 성능을 보이고 있어 에너지 및 이동성 분야에서 '녹색 혁명'을 주도할 기술로 평가받고 있다. HPB 고체 전해질은 현재 널리 사용되고 있는 액체 전해질에 비해 뛰어난 전도성이 특징으로, 이는 전지 셀에서 사용 가능한 전력에 큰 영향을 준다. 실제로, 영하 40°C에서도 HPB 고체 전해질은 기존 액체 전해질이 영상 60°C에서 보이는 최적의 전도성보다도 더 높은 성능을 나타냈다. 자동차 산업에 적용될 고성능 충전식 배터리 개발을 위해 HPB는 이 고체 전해질을 활용한다. 이로 인해 극한의 낮은 온도 환경에서도 배터리가 안정적으로 작동할 수 있으며, 따라서 겨울철에 배터리를 예열하는 작업이 필요 없게 되었다. 또한, HPB 고체 배터리의 수명이 더 길어져 교체 주기가 늘어나 원자재 소비도 줄어든다. 사용되는 주요 원자재들은 전 세계적으로 안정적으로 확보가 가능해, 현존하는 지정학적 의존성 문제도 해결할 수 있을 것으로 보인다. 플래시 배터리 테크(Flash Battery Tech)는 "최근 고체 전지 연구 결과, 현재 리튬 이온 기술보다 2-2.5배 더 높은 에너지 밀도를 가진 것으로 확인되었다"고 밝혔다. 그는 "이러한 고체 배터리의 도입은 더 가볍고 컴팩트한 배터리를 가능하게 해, 전기자동차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있다"고 덧붙였다. 기술의 실제 적용을 통해 그 효과를 확실히 알 수 있을 것으로 보인다. 이론적으로, 54Kwh의 전기자동차(EV) 배터리 용량이 108-135Kwh로 증가할 경우, 한 번의 완전 충전으로 64만4805km(40만500마일)를 주행할 수 있을 것으로 예상된다. HPB의 세바스찬 하인즈(Sebastian Heinz) CEO는 "우리 기술은 단순히 배터리 기술의 새로운 장을 여는 것이 아니라, 전세계적인 에너지 전환과 기후 보호에도 중요한 역할을 하고 있다"며, "독일과 유럽, 인도 등 여러 국가에서 이미 우리 기술에 큰 관심을 보이고 있으며, 스위스에서는 이 기술을 활용한 기가팩토리 설립도 계획 중에 있다"고 설명했다. 한편, 한국에서도 전고체 배터리 분야에서 주목할 만한 성과가 나왔다. 김현우 한국기초과학지원연구원(KBSI) 선임연구원과 김영식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수가 이끄는 팀은 산화물 기반 'LATP' 고체 전해질막을 개발했다. 이 전해질막은 높은 온도에서 소멸하는 탄소 재질의 '희생 템플레이트' 합성법을 사용하여 만들어졌으며, 이를 통해 상업적으로 사용될 수 있을 만큼 충분한 이온 전도도를 가지고 있다. 또한, 이용민 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 한국전자통신연구원(ETRI)의 연구팀은 흑연-실리콘 기반의 전극에 사전 리튬화 기술을 도입하여, 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 가진 전고체 전지용 전극을 개발했다. 이로 인해 전극의 초기 충방전 효율이 개선되었으며, 전기화학적 성능도 향상됐다. 특히, 리튬화 과정에서 일어나는 전극의 부피 팽창이 약 40% 감소하여, 전극의 수명이 더욱 연장되었다는 결과가 나왔다.
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독일 스타트업, 시리즈 생산용 고체 전지 세계 최초 개발
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