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2024-11-25 (월)

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[신소재 신기술(135)] 데이터 센터 냉각 효율 획기적으로 높이는 신소재 개발

미국과 중국 과학자들이 공동으로 데이터 센터의 냉각 효율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 이 소재는 가정과 기업용 전자기기의 에너지 효율성을 향상시키는 데에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 현재 데이터 센터는 방대한 양의 데이터를 저장하는 하드웨어를 냉각하기 위해 대규모 냉각 시스템을 가동하고 있다. 이는 전체 에너지 사용량의 약 40배에 달하는 막대한 에너지를 소비한다. 매년 약 8테라와트시(TWh)의 에너지가 데이터 센터 냉각에 사용되는 실정이다. 8테라와트시는 엄청나게 큰 에너지 용량이다. 일반적인 가정의 월평균 전력 사용량은 약 300kwh이다. 8TWh는 약 2600만 가구가 한 달 동안 사용할 수 있는 전력량에 해당한다. 또 다른 예를 들면 2021년 기준 한국의 총발전량은 약 577TWh이다. 8TWh는 한국 전체가 약 5일 동안 사용할 수 있는 전력량이다. 미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스와 중국 쓰촨대학교 공동 연구팀은 데이터 센터 냉각 효율을 높일 수 있는 새로운 유기 열계면 소재(TIM)를 개발했다고 과학 전문매체 사이언스얼라트가 보도했다. 연구팀은 TIM을 통해 데이터 센터 냉각에 필요한 에너지를 약 13% 절감할 수 있을 것으로 예상했다. 이 TIM은 전자 부품에서 발생하는 열을 히트싱크로 빠르게 전달해 공기 또는 물을 통해 열을 방출하는 효율성을 획기적으로 높인다. 연구팀은 실험실 테스트에서 TIM을 사용했을 때 기존 냉각 방식 대비 전자 부품의 온도를 낮추면서도 방열량을 2배 증가시키는 것을 확인했다. 또한, 냉각 펌프의 에너지 사용량을 65% 절감하는 효과도 입증했다. 이번 연구를 주도한 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스의 재료과학자 구이화 유 교수는 "데이터 센터를 비롯한 대규모 전자 시스템의 냉각 인프라 전력 소비가 급증하고 있다"며 "이러한 추세는 앞으로도 계속될 것이므로 킬로와트급 이상의 고전력 장치를 효율적이고 지속 가능하게 냉각할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것이 중요하다"고 강조했다. 쓰촨대학교의 카이 우 교수는 "이번 연구 결과는 이론적으로 예측된 이상적인 성능에 더 가까워졌음을 의미하며, 고전력 전자 장치를 위한 보다 지속 가능한 냉각 솔루션을 가능하게 한다"고 설명했다. 연구팀은 현재 데이터 센터 사업자들과 협력하여 더 큰 시스템과 다양한 환경에서 새로운 TIM을 적용하는 연구를 진행하고 있다. 인공지능(AI) 모델의 발전과 데이터 사용량 증가로 인해 2028년 데이터 센터 전력 사용량은 2023년의 2배에 달할 것으로 예상된다. 골드만삭스의 산업 분석가들은 2080년까지 데이터 센터 전력 사용량은 160% 급증할 것으로 예측했다. 골드만삭스 분석가들은 또한 AI 애플리케이션만으로도 2023년부터 2030년까지 데이터 센터 전력 소비량이 연간 200테라와트시 증가할 것으로 추정했다. 이는 심각한 에너지 문제를 야기할 수 있으며, 과학자들은 이를 해결하기 위해 노력하고 있다. 카이 우 교수는 "이 소재는 데이터 센터에서 항공 우주에 이르기까지 에너지 집약적인 분야에서 지속 가능한 냉각을 가능하게 하여 보다 효율적이고 친환경적인 기술 개발에 기여할 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-22
[신소재 신기술(133)] 물에 녹는 바이오플라스틱 'MECHS' 개발

플라스틱 오염 문제가 점점 더 심각해지는 가운데, 물에 녹는 새로운 바이오플라스틱이 개발되어 주목받고 있다. 미국 노스이스턴 대학교의 아비나쉬 만줄라-바사반나(Avinash Manjula-Basavanna) 연구원과 닐 조쉬(Neel S. Joshi) 교수 연구팀은 물과 퇴비에서 빠르게 분해되는 바이오플라스틱 'MECHS'를 개발했다고 어스닷컴이 보도했다. 이번 연구 결과는 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 저널에 발표됐다. 새로운 바이오플라스틱 'MECHS'의 특징 MECHS는 '퇴비화, 치유, 확장가능성을 갖춘 기계적으로 조작된 살아있는 물질(Mechanical Engineered Living Materials with Compostability, Healability, and Scalability)'의 약자이다. 이 소재는 유전자 조작된 대장균 박테리아와 섬유 매트릭스를 결합하여 종이 또는 필름 형태로 제작된다. 기존 바이오플라스틱과 달리 MECHS는 빛과 같은 외부 자극에 반응하고 자가 재생 및 조절 능력을 갖추고 있다. 또한 물과 퇴비에 빠르게 분해되어 환경 오염을 줄이는데 기여할 수 있다. 연구팀은 "MECHS는 변기에 버려도 생분해될 정도로 친환경적"이라고 설명했다. 대량 생산 가능-플라스틱 포장재 대체 기대 MECHS는 종이와 유사한 방식으로 대량 생산이 가능하며, 플라스틱 포장재를 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 앞서 설명했듯이 기본적으로 이 제품은 유전자 조작된 대장균 박테리아가 섬유 매트릭스와 얽힌 종이 또는 필름과 같은 형태로 만들어진다. 섬유질 구조로 인해 이 바이오플라스틱은 비밀 랩처럼 늘어날 수 있고, 다양한 강성을 위해 유전적으로 조작할 수 있으며 자가 치유 능력까지 갖추었다. 만줄라-바사반나 연구원은 "플라스틱 포장재는 수명이 며칠에서 2년 정도로 짧지만, 현재 사용되는 석유화학 플라스틱은 생분해되는 데 수백 년이 걸린다"며 "MECHS는 생분해성, 수세성(침투액의 물에 의한 세척의 정도를 비교하기 위해 사용되는 척도), 기계적 조정 가능성을 갖춘 지속 가능한 대안"이라고 강조했다. 플라스틱 포장재는 현재 플라스틱 시장의 3분의 1을 차지한다. 상용화 위해 유전자 안정성 확보해야 MECHS는 혁신적인 소재지만 상용화를 위해서는 몇 가지 과제를 해결해야 한다. 먼저, 유전자 조작된 대장균 박테리아(E.coli 박테리아)의 유전적 안정성을 확보해야 한다. 또한 기존 플라스틱 산업의 전환에 따른 경제적, 물류적 문제와 대중의 인식, 규제 문제 등을 해결해야 한다. 연구팀은 MECHS를 시작으로 다양한 생분해성 소재를 개발하고 환경 보존, 의료 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 전망했다. 이들의 연구는 생물학, 화학, 공학 분야의 협력을 통해 지속 가능한 해결책을 제시하는 모범 사례로 평가받고 있다.
- IT/바이오
2024-11-19
[우주의 속삭임(79)] "달 뒷면, 한때 화산 폭발"

미국과 중국 연구원들이 달 뒷면에서 한때 화산이 폭발했다는 증거를 발견했다. 중국 연구팀이 달 탐사선 창어 6호가 수집한 샘플을 분석한 결과 신비한 달 뒷면에서 42억년 이상된 현무암(화산 폭발 후 형성된 현무암) 조각이 발견됐다고 BBC가 전했다. 이번 연구 결과는 지난 11월 15일 학술지 네이처와 사이언스에 게재됐다. 과학자들은 지구에서 볼 수 있는 달의 앞면에서 화산 활동이 있었다는 사실은 이미 알고 있었다. 그러나 달 뒷면은 앞면과 지질학적으로 매우 다르며, 대부분의 지역이 여전히 인간의 손이 닿지 못한 미탐사 지역으로 남아 있다. 중국 달 탐사선 창어 6호는 지난 6월부터 약 2개월간의 임무 끝에 달 뒷면에서 처음으로 토양 샘플을 회수하는 데 성공했다. 중국 과학아카데미의 전문가가 이끄는 연구진은 방사성 연대 측정법을 사용해 화산암의 연대를 확인했다. 분석 결과 약 28억3000만년 전에 '놀랍도록 젊은 분화'가 일어났다는 것을 밝혀냈다. 이는 달 앞면에서는 발견되지 않은 것이다. 지질학 및 지구물리학 연구소의 치우리 리교수는 상세한 동료 검토에서 "이것은 매우 흥미로운 연구"라고 적었다. 그는 "창어 6호 샘플에서 나온 최초의 지구 연대 연구이며, 달과 행성 과학계에 매우 중요한 연구 결과가 될 것"이라고 덧붙였다. 달의 뒷면은 '어두운 부분'으로 알려져 있지만, 지구에 있는 우리가 못 볼뿐 실제로는 햇빛을 많이 받는다. 이는 달이 지구와 수평으로 고정되어 있고, 지구 공전 시간이 약 27일로 항상 달의 같은 면이 지구를 향하고 있기 때문이다. 달 뒷면은 지구에서 볼 수 없기 때문에 오랫동안 미지의 영역이었다. 하지만 1959년 러시아(구 소련)의 루나 3호가 처음으로 달의 뒷면을 찍어 지구로 전송하면서 그 비밀이 밝혀지기 시작했다. 이후 중국의 달 탐사선 창어 4호가 2019년 1월 3일 인류 최초로 달 뒷면에 착륙해 탐사를 진행했다. 착륙 지점은 달 남극 에이트켄 분지 내에 있는 본 카르만 크레이터다. 달 뒷면의 샘플 회수 임무를 띤 창어 6호는 2024년 5월 3일 지구를 떠나 2024년 6월 1일 달 뒷면에 무사히 착륙했다. 참고로 달 앞면에는 미국, 소련, 중국, 인도, 일본 등이 착륙에 성공했다. 또한 달 남극에는 물이 있는 것으로 알려져 있다. 인도 달 탐사선 찬드라얀 3호는 2023년 7월 14일 발사돼 8월 23일 인류 최초로 달 남극에 착륙하는 데 성공했다. 이로써 인도는 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 성공한 국가로 이름을 올렸다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지 건설 등을 조사하기 위해 2030년까지 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 달에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다. 달 뒷면에는 헬륨-3이라는 희귀한 자원이 풍부하게 매장되어 있다고 알려져 있어 미래에는 달 뒷면에 기지를 건설하고 자원을 채굴할 수도 있을 것으로 전망돼 우주과학 선진국 간의 치열한 경쟁이 예상된다.
- IT/바이오
2024-11-18
[신소재 신기술(131)] 유전자 편집으로 더 달콤하고 큰 토마토 개발

중국 농업과학원 연구팀이 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술을 이용하여 크기는 유지하면서 당도를 높인 토마토 품종 개발에 성공했다. 이는 대량 생산되는 토마토의 맛과 풍미를 향상시키는 동시에 생산 효율성을 높일 수 있는 획기적인 기술로 평가 된다. 해당 연구에 대해서는 영국 일간지 더 가디언과 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP), 과학전문 매체 네이처닷컴, 파퓰러사이언스 등 다수 외신이 다루었다. 크리스퍼(CRISPR)는 세균의 면역 체계에서 유래한 유전자 편집 기술이다. 쉽게 말해, 유전자의 특정 부붐을 정확하게 잘라내고 붙여 넣거나 수정할 수 있는 기술이다. 마치 워드프로세서로 문서를 편집하듯이, CRISPR를 이용하면 생명체의 유전 정보를 원하는 대로 수정할 수 있다. 연구팀은 토마토(Solanum lycopersicum)에서 당 함량을 조절하는 두 가지 유전자, SlCDPK27과 SlCDPK26을 CRISPR-Cas9 기술로 식별했다. 이 유전자들은 당(설탕) 생산에 관여하는 효소를 분해하여 토마토의 '슈가 브레이크(Sugar brake)' 역할을 한다. 연구팀은 이 두 유전자를 비활성화함으로써 일반 토마토보다 포도당과 과당 함량이 30% 높은 새로운 품종을 개발했다. 놀라운 것은 과일의 크기나 전체 수확량에는 영향을 미치지 않았다는 점이다. 슈가 브레이크(sugar brake)는 비db적인 표현으로 식물 내에서 당(설탕)의 축적을 억제하는 메커니즘을 의미한다. 마치 자동차의 브레이크가 속도를 늦추는 것처럼 슈가 브레이크는 식물 세포 내에서 당의 양이 과도하게 증가하지 않도록 조절하는 역할을 한다. CRISPR 유전자 편집 기술을 이용하여 이러한 슈가 브레이크 유전자를 비허ㅘㄹ성화하면 토마토의 당 함량을 높일 수 있다. 이번 연구 결과는 2024년 11월 13일 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구팀은 "돌연변이 토마토의 씨앗은 개수가 적고 가볍지만 정상적인 발아를 보였다"며 "이러한 결과는 토마토의 당 축적을 조절하는 메커니즘에 대한 이해를 제공하며, 크기와 수확량을 희생하지 않고 당 함량을 높일 수 있는 가능성을 제시한다"고 밝혔다. 공동 저자인 장진저 박사는 새로운 품종의 토마토가 현재 시중에 판매되는 토마토보다 맛이 훨씬 뛰어나다고 강조했다. 그는 "현재 판매되는 토마토는 마치 물처럼 맛이 없다"며 새로운 품종의 맛에 대한 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 단순히 맛을 개선하는 것 이상의 의미를 지닌다. 네이저치는 전 세계적으로 매년 2억500만톤의 토마토가 생산되며, 대부분 야생 조상보다 크기가 100배 이상 크다고 지적했다. 이러한 크기 증가는 수분 항량 증가로 이어져 토마토 피이스트와 같은 제품 생산에 추가적인 에너지, 비용, 시간이 소요된다. 당도가 높은 토마토는 생산 효율성을 높여 제조업체에서 더 나은 선택지를 제공할 수 있다. 더 나아가 이번에 발견된 두 유전자는 다른 많은 식물종에서도 발견되기 때문에, 이와 유사한 유전자 편집 기술을 통해 다른 농작물의 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 슈가 브레이크는 토마토뿐만 아니라 다른 식물에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 슈가 브레이크 메커니즘을 이해하고 조절하는 것은 식물의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어 과일의 당도를 높이거나, 곡물의 저장성을 향상시키는 데 활용될 수 있다.
- IT/바이오
2024-11-15
[퓨처 Eyes(58)] 인듐 셀레나이드, 초저에너지 시대 연다

스마트폰 배터리를 하루 종일 써도 용량이 남는 시대가 올까? 꿈만 같은 이야기가 현실로 다가오고 있다. 인도과학연구소(IISc), 미국 펜실베이니아대학교 공과대학, 매사추세츠공과대학(MIT)의 공동 연구팀이 쏘아 올린 '인듐 셀레나이드(In2Se3)'라는 혁신의 씨앗 덕분이다. 이 소재는 마법처럼 전기적 충격만으로도 기존 메모리보다 10억배나 작은 에너지로 데이터를 저장한다. 미래 메모리 저장 장치의 판도를 뒤흔들 게임 체인저가 등장한 것이다. 기존 메모리, 에너지 소비량 높아⋯인듐 셀레나이드는 '깃털'처럼 가볍다 지금까지 메모리 저장 장치의 주역은 위상변화 메모리(PCM)였다. CD, DVD, 블루레이 등에 널리 쓰이는 이 기술은 특정 물질을 800℃ 이상의 고온으로 녹였다가 급속 냉각하는 방식으로 데이터를 저장했다. 이 과정에서 막대한 전력을 소비하는 게 단점이다. "PCM이 널리 쓰이지 못하는 가장 큰 이유 중 하나는 높은 에너지 소비 때문이다" 펜실베이니아 공과대학의 재료 과학 및 공학(MSE) 분야의 스리니바사 라마누잔 석좌교수 리테시 아가왈의 말처럼 에너지 효율은 메모리 기술의 아킬레스 건이었다. 하지만 인듐 셀레나이드는 이러한 문제에 명쾌한 해답을 제시한다. 전기 충격만으로, 아주 작은 에너지로 데이터를 저장하는 혁신적인 기술이라 메모리 시장의 패러다임을 바꿀 잠재력이 있다. 전류 한 방에 '유리 상태'로 변신!⋯2D 층상 구조가 빚어낸 마법 연구팀은 인듐 셀레나이드 나노선에 전류를 흘려보내는 실험을 진행했다. 그런데 놀랍게도, 전류를 통과시키자 결정 구조가 순식간에 유리 상태로 변했다고 한다. 논문 제1저자인 펜실베이니아 공과대학의 전 박사과정 학생인 가우라브 모디는 "처음에는 소재가 손상된 줄 알았다"며 당시의 놀라움을 감추지 못했다. 일반적으로 아몰화(결정 구조가 무질서한 비결정질 상태로 변하는 현상)를 유도하려면 강력한 전기 펄스를 가해야 한다. 하지만 인듐 셀레나이드는 연속적인 전류만으로 유리 상태로 변한다. 신기하지 않은가? 이 현상의 비밀은 인듐 셀레나이드의 독특한 구조에 숨겨져 있다. 2D 층상 구조, 강유전체성, 압전성, 이 세 가지 요소가 절묘한 조화를 이루며 혁신을 가능하게 했다. 2D 층상 구조 덕분에 전류가 층 사이를 통과하면, 층들이 서로 미끄러지며 특정 쌍극자 모멘트를 가진 도메인을 형성한다. 이 도메인 사이의 결함이 충돌하면서 결정 구조가 붕괴되고, 마침내 유리 상태로 변한다. 아가왈 석좌교수는 IISc의 나노 과학 및 공학 센터(CeNSE)의 파반 누칼라(Pavan NuKALA) 조교수와 박사과정 학생인 숩함 파라테(Shubham Parate)와 협력해 전자 현미경으로 이 과정을 원자 단위에서 마이크로미터 길이까지 면밀히 추적했다. '도메인 경계 충돌'로 에너지 절감⋯스마트 기기 배터리 혁명 이끈다 연구팀은 연속 전류가 재료의 2D 층과 평행하게 흐르면 층이 서로 다른 방향으로 미끄러진다는 것을 발견했다. 파반 누칼라 교수는 이 과정을 도메인 경계가 전기장에 의해 움직이며 서로 충돌하는 현상으로 설명했다. 이는 연쇄 반응을 일으켜 결국 전체 물질을 유리 상태로 바꿔 놓는다. 놀랍게도 이 과정에서 소비되는 에너지는 극히 적다. 연구팀의 파라테 박사과정 학생은 "전자 현미경으로 다양한 길이 척도에서 이 모든 요소들이 함께 살아나 작용하는 놀라운 현상을 관찰했다"고 말했다. 이 기술은 스마트폰, 컴퓨터 등 다양한 전자 기기에 적용되어 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 저전력 메모리 기술은 기기 사용 시간을 획기적으로 늘리고 전력 소모를 줄여, 배터리 걱정 없는 세상을 열어줄 것으로 기대된다. 인듐 셀레나이드, 미래를 향한 '퀀텀 점프'⋯에너지 절감, 그 이상의 가치를 향해 인듐 셀레나이드의 저에너지 아몰화 기술은 에너지 절감에 크게 기여할 것으로 기대된다. 데이터 저장 효율을 극대화하여 스마트 기기 사용 경험을 혁신적으로 개선할 것이다. 인듐 셀레나이드가 이끌어갈 미래는 더욱 빠르고, 가볍고, 오래가는 스마트 기기로 가득할 것으로 기대된다. 하지만 상용화까지는 몇 가지 과제가 남아 있다. 예를 들어 아몰화된 인듐 셀레나이드의 안정성을 높이고, 데이터 저장 용량을 늘리는 연구가 필요하다. 또한 기존의 메모리 생산 공정에 적용할 수 있는 기술 개발도 중요하다. 연구팀은 이러한 과제들을 해결하기 위해 후속 연구를 진행하고 있으며, 인듐 셀레나이드 기반 메모리 기술이 가까운 미래에 상용화될 수 있을 것으로 전망했다. 이 혁신의 물결은 이제 막 시작됐다. 이번 논문은 지난 11월 6일 학술지 네이처에 게재됐다.
- 포커스온
2024-11-14
[기후의 역습(83)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져

지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
- 포커스온
2024-11-12
[우주의 속삭임(77)] 중국 탐사선, 화성 고대 바다 존재 증거 발견…과학계 논쟁 가열

중국의 화성 탐사 로버 '주롱(Zhurong)'이 고대 화성에 광활한 바다가 존재했음을 뒷받침하는 새로운 증거를 발견했다는 연구 결과가 발표되어 과학계의 이목이 집중되고 있다. 8일 네이처(Nature)지에 게재된 연구 논문에 따르면, 주롱은 2021년 화성 북반구 유토피아 평원에 착륙한 이후 고대 바다의 흔적으로 추정되는 다양한 지형적 특징을 포착했다고 야후 뉴스가 이날 보도했다. 연구를 이끈 홍콩 폴리텍 대학교의 우보(Wu Bo) 교수는 주롱의 착륙 지점 주변에서 "움푹 패인 원뿔형 구조, 다각형 홈, 침식된 흔적" 등 과거 바다의 존재를 시사하는 여러 특징을 발견했다고 밝혔다. 특히, 연구팀은 주롱이 수집한 정보와 위성 데이터 분석을 통해 이 지역 근처에 과거 해안선이 존재했을 가능성을 제기했다. 이들은 약 37억 년 전 홍수로 인해 바다가 형성되었고, 이후 바닷물이 얼어붙으면서 해안선이 만들어졌으며, 34억 년 전쯤 사라졌을 것으로 추정했다. 그러나 이러한 연구 결과에 대한 반론도 제기되고 있다. 펜실베이니아 주립 대학교의 벤자민 카르데나스 교수는 화성의 강한 바람이 수십억 년 동안 퇴적물을 이동시키고 암석을 침식시켰을 가능성을 간과했다며 연구 결과에 회의적인 입장을 보였다. 그는 과거 모델링 연구 결과를 인용하며 "느린 화성 침식 속도로도 오랜 시간에 걸쳐 해안선의 흔적이 사라질 수 있다"고 주장했다. 이에 대해 우보 교수는 바람에 의한 침식 가능성을 인정하면서도, 운석 충돌로 인해 지하 암석과 퇴적물이 지표면으로 노출될 수 있다는 점을 강조했다. 화성 바다 존재 여부에 대한 논쟁은 여전히 진행 중이지만, 이번 연구 결과는 화성 생명체 존재 가능성에 대한 탐구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 카르데니아 교수는 "대부분의 과학자들은 지구 생명체가 해저 열수 분출구 주변이나 바닷물과 공기가 만나는 조간대에서 발생했다고 생각한다"며 "바다 존재 증거는 화성 생명체 서식 가능성을 높이는 요인"이라고 설명했다. 이번 연구는 화성의 과거 환경을 이해하고 생명체 존재 가능성을 탐색하는데 중요한 발검음이 될 것으로 평가되며, 향후 화성 암석 샘플을 지구로 가져와 분석하는 임무를 통해 더욱 명확한 결론을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
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2024-11-08
생성형 AI, 폭발적인 성장 이면에 '전자 폐기물 문제' 심각

생성형 인공지능(AI)이 폭발적인 성장세를 기록하고 있지만 엄청난 전자 폐기물을 배출하는 것으로 밝혀졌다. 생성형 AI는 인공지능의 한 종류로, 주어진 데이터를 학습해 새로운 콘텐츠를 만들어내는 능력을 가졌다. 마치 사람처럼 창의적인 결과물을 만들어 낼 수 있다는 점에서 기존 AI와 차별화된다. IEEE 스펙트럼은 4일(현지시간) 지난주 네이처 컴퓨테이셔널 사이언스(Nature Computational Science) 저널에 발표된 연구를 인용해 대규모 언어 모델(LLM)의 공격적인 채택만으로도 2030년까지 연간 250만톤(t)의 전자 폐기물이 발생할 것으로 추산된다고 전했다. 딜로이트에 따르면 생성형 AI에 대한 민간 투자는 2022년 약 30억 달러(약 4조1307억원)에서 2023년 250억달러(약 34조4225억원)로 급증했으며, 민간 기업의 약 80%가 향후 3년 안에 AI 비즈니스를 주도할 것으로 예상하고 있다. 이러한 급속한 성장은 최신 GPU, CPU 및 기타 전자 장비를 데이터 센터에 끊임없이 업그레이드해야 함을 의미하며, 이는 전자 폐기물의 폭발적인 증가로 이어질 수 있다. 이번 연구의 공동 저자인 이스라엘 라이히만 대학의 지속 가능성 및 기후 연구원 아사프 차초르(Asaf Tzachor)는 "AI는 진공 상태에서 존재하지 않는다. AI는 유형의 환경 발자국을 가진 상당한 하드웨어 리소스에 의존한다"며 "AI 발전의 이점을 누리면서 부정적인 환경 영향을 완화하는 전략을 개발하기 위해 전자 폐기물 문제에 대한 인식이 중요하다"고 말했다. 지금까지 AI 지속 가능성에 대한 대부분의 연구는 AI 모델의 에너지 및 물 사용량과 그에 따르는 탄소 배출량에 중점을 두었다. 차초르는 중국 과학 아카데미의 평 왕(Peng Wang) 교수, 웨이창 천(Wei-Qiang Chen) 교수와 함께 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물의 잠재적 중량을 계산했다. 이 연구는 문제의 잠재적 규모를 추정하고 기업이 보다 지속 가능한 관행을 채택하도록 촉구하기 위한 것이다. 전자 폐기물 문제의 심각성 전자 폐기물에는 독성 금속 및 기타 화학 물질이 포함되어 있어 환경으로 유출되어 건강 문제를 일으킬 수 있다. 유엔 글로벌 전자 폐기물 모니터에 따르면 2022년 전 세계적으로 총 6200만톤의 전자 폐기물이 발생했으며, 이는 재활용 프로그램보다 5배 빠르게 증가하고 있다. 승용차 1대의 무게를 1.5톤으로 가정하면 전자 폐기물 6200만톤은 약 4133만대의 승용차 무게와 맞먹는다. 또다른 예시로 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤이다. 6200개의 에펠탑이 프랑스 파리에 빽빽히 들어찼다고 가정한다면 2022년 한 해 동안 배출된 전자 폐기물의 양이 얼마나 엄청난지 짐작할 수 있을 것이다. AI 성장세에 힘입어 향후 몇 년 동안 AI는 폐기물 문제에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 차초르는 생성형 AI와 관련된 전자 폐기물에는 폐기된 GPU, CPU, 데이터 센터의 백업 전원용 배터리, 메모리 모듈 및 인쇄 회로 기판이 포함된다고 말했다. 이 연구는 제한적인 확장부터 공격적인 확장형까지 생성형 AI 채택에 대한 네 가지 잠재적인 시나리오를 자세히 설명하고 2023년을 기준으로 연간 2600톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예측한다. 만약 AI 사용이 제한적으로 확장될 경우, 2023년부터 2030년까지 총 120만톤의 전자 폐기물이 발생하는 반면, 공격적으로 확될 경우 같은 기간 동안 총 500만톤의 전자 폐기물이 발생할 것으로 예상된다. 차초르는 현재 추세를 고려할 때 공격적인 시나리오가 가장 가능성이 높다고 말했다. 이 연구는 다른 형태의 생성형 AI가 아닌 대규모 언어 모델만 고려한다는 한계가 있다. 차초르는 LLM이 계산 집약도가 가장 높은 모델 중 하나이기 때문에 연구팀이 LLM에 중점을 두었다고 밝혔다. 그는 "다른 형태의 AI를 포함하면 예상되는 전자 폐기물의 수치가 더 늘어날 것"이라고 덧붙였다. AI 전자 폐기물 감소를 위한 해결 방안 이론적으로 더 발전된 칩을 채택하면 서버 팜에서 더 적은 자원으로 더 많은 작업을 수행하고 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 각 업그레이드는 폐기물 발생량의 순 증가로 이어진다. 또한 현재 반도체에 대한 무역 제한으로 인해 업그레이드가 항상 가능한 것은 아니다. 최첨단 칩에 접근할 수 없는 국가에서는 그 결과 더 많은 폐기물이 발생할 수 있다. 이 연구에 따르면 최신 칩으로 업그레이드하는 데 1년 지연되면 전자 폐기물이 14% 증가한다. 이러한 AI 폐기물 발생량을 줄이는 가장 좋은 방법 중 하나는 전자 장비를 재사용하는 것이다. 차초르를 이를 "다운사이클링"이라고 했다. 최첨단 기술이 더 이상 적용되지 않는 서버는 웹사이트 호스팅이나 더 기본적인 데이터 처리 작업에 재활용하거나 교육 기관에 기증하는 방법 등이 있다. 아마존, 구글, 메타를 포함한 대부분의 기술 기업은 탄소 발자국 및 친환경 에너지 사용에 중점을 둔 지속 가능성 목표를 발표했다. 마이크로소프트(MS)는 테이터 센터의 전자 폐기물 발생량을 제한하기로 약속했다. 2023년 기준 전 세계의 데이터 센터 시장 규모는 2192억3000만 달러(약 301조 9016억원)으로 추정된다. 한국의 경우 2022년 기준 민간 데이터 센터 매출 규모는 약 3조9000억원이다. 차초르는 AI 전자 폐기물과 관련된 모범 사례를 준수하도록 하려면 규제가 필요할 수도 있다고 말했다. 그는 "기업이 이런 전략을 채택할 수 있도록 인센티브를 제공해야 한다"고 강조했다.
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2024-11-05
[기후의 역습(77)] 울긋불긋 단풍은 옛말?…기후변화로 잎 갈화 현상 일반화

과거 오랫동안 지구가 그리는 색상은 계절의 변화만큼이나 신뢰할 수 있었다. 가을에는 잎이 선명한 주홍색으로 변했고 플로리다 해안의 수정처럼 맑은 물은 반짝이는 청록색이었다. 그런데 최근 들어 기후 변화가 이러한 자연의 경이로운 색상을 바꾸고 왜곡하고 있다고 독립매체 인디펜던트가 전했다. 지난해는 지구 역사상 가장 더운 해로 기록됐다. 올해는 또 육지 안팎에서 여러 차례의 기상 기록이 세워졌다. 멕시코만에서 극강한 허리케인이 발생했고, 미국 남부 전역에서는 폭우로 인해 수십 명이 사망했다. 가을은 일반적으로 무더위가 한풀 꺾이는 계절이지만, 애리조나주의 주도 피닉스는 가을이 시작된 지 며칠 만에 폭염이 닥쳐 기온 최고치를 기록했고, 북동부도 비정상적으로 뜨겁고 건조한 날씨를 보였다. 비영리 단체인 클라이밋 센트럴(Climate Central)에 따르면 1970년 이후 미국 도시 수백 곳에서 가을 평균 기온이 섭씨 2.5도 상승했다. 단풍을 구경하는 가을의 즐거움이 이제 기후 위기로 취약해지고 있다는 지적이다. 지난 8월 클라이밋 센트럴의 보고서에 따르면, 기후 변화로 인해 나뭇잎에 단풍이 드는 요인이 근본적으로 바뀌고 있다고 한다. 잎이 나오는 시기와 색깔은 모두 기온, 강수량 및 기타 기후 조건의 영향을 받는다. 일반적으로 선선한 기온은 단풍을 촉진하지만, 1970년부터 작년까지 전국 212개 지역의 가을밤 기온은 평균 2.7도 이상 올랐다. 더운 기온은 겨울이 오기 전에 식물이 성장을 멈추는 자연스러운 신호를 늦춘다. 식물이 성장을 멈춘다는 의미는 포도당을 만드는 잎의 엽록소가 줄어들고 그 자리를 단풍 색깔로 물들인다는 뜻이다. 이게 늦어지면 단풍도 지연된다. 그 결과 북동부 수목선을 단풍으로 물들이는 시즌이 더 늦어지고 시기는 더욱 짧아진다. 해가 짧아지고 햇빛에 노출되는 시간이 줄어들면서 식물은 광합성을 줄인다. 광합성은 햇빛을 이용해 식물이 생존에 필요한 에너지를 만드는 과정이다. 광합성이 줄어들면 엽록소가 감소하고, 잎은 밝은 주황색, 노란색, 빨간색, 심지어 보라색으로 변한다. 그러나 극심한 가뭄과 더위는 단풍을 물들이기 전에 잎을 갈색으로 바꿀 수 있다. 한편, 뉴잉글랜드의 다채로운 수목 지대에서 거의 1만 마일(약 1만6093km) 떨어진 얼어붙은 남극 대륙이 녹색으로 변하고 있다. 네이처 지구과학 저널에 최근 발표된 연구에 따르면 남극 반도 전역의 식물은 지난 40년 동안 10배 이상 증가했다. 남극은 지구 평균보다 더 빨리 온난화되고 있다. 이 연구는 식물이 남극 대륙에서 빠르게 확산되고 있으며, 기온의 지속적인 상승으로 미세 조류가 섞인 녹색 눈은 더 넓게 퍼질 가능성이 있음을 보여주고 있다. 기후 변화 영향으로 인해 세계의 바다도 푸른색에서 녹색으로 변하고 있다. 국제 연구진은 20년 이상 축적된 나사(NASA) 위성 이미지를 분석해 세계 바다의 절반 이상에서 이러한 변화를 발견했다. 연구는 바다의 녹색화가 엽록소를 생성하는 식물성 플랑크톤과 같은 미세 조류의 증가를 의미하며, 이로 인해 상대적으로 바닷물의 비율이 감소하기 때문일 수 있다고 주장했다. 이는 바다가 탄소와 지구의 열을 흡수하는 능력에 큰 영향을 미친다. 지구 온난화가 계속되고 화석 연료 소모에 의한 탄소 배출이 온난화를 가속함에 따라 악순환은 이어진다. 그럴수록 지구 전역에서 나뭇잎들이 가을이 되어도 종래와는 다른 색깔이 나타날 것이라는 지적이다.
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2024-10-25
[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월

소량의 물질로 대기 중 이산화탄소를 효과적으로 제거하는 새로운 탄소 포집 기술이 미국에서 개발됐다. 이산화탄소를 비롯한 온실가스는 배출은 쉽지만, 이를 다시 포집하는 것은 어려운 과제였다. 대기 중 탄소를 제거하는 기술은 기후 위기의 영향을 줄이는 중요한 방법이지만, 아직 많은 기술이 설계 단계에 있거나 효율성이 낮아 실질적인 효과를 거두기가 어려웠다. 미국 캘리포니아 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집하는 과정을 단순화하는 새로운 기술을 개발했다고 홈페이지를 통해 발표했다. 해당 내용은 IFL사이언스에서 다루었다. 현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 자연 기반 기술과 인공 기술로 나눌 수 있다. 먼저 자연 기반 기술에는 나무를 심고 관리하는 방법이 있다. 가장 오래되고 검증된 방법이지만 토지 이용에 제약이 있고 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 토양의 탄소를 제거해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 방법과 해조류 등을 통해 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 해양 기반 기술이 있다. 인공 기술 중 직접 공기 포집(DAC)은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집해 저장하거나 활용하는 기술이다. 이는 토지 사용 면적이 적고, 이산화탄소를 직접 제거해 효과가 빠르다. 그밖에 이산화탄소를 암석이나 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 저장하는 기술, 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS) 등이 있다. 나사(NASA) 과학자들에 따르면 인간 활동의 여파로 현재 이산화탄소 수치는 산업혁명 이전보다 50% 더 높다. COF 소재란? UC버클리 연구팀이 이번에 개발한 새로운 탄소 포집 기술인 다공성 소재 '공유 결합 유기 골격(COF)'은 기존 DAC 기술의 한계 중 하나인 물이나 기타 오염 물질에 의한 분해 없이 주변 공기에서 CO₂를 포집한다. 이 기술의 핵심은 '공유 결합 유기 골격-999(COF-999)'라는 소재이다. COF-999는 규칙적인 내부 기공을 가진 단단한 결정 구조로, 이산화탄소와 상호 작용하는 아민(amine, NH₂ 그룹)으로 내부가 장식되어 있다. 아민은 이산화탄소를 흡착한 후 방출하는 사이클을 통해 탄소를 포집하고 저장하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 기존 탄소 포집 기술의 한계를 극복하는 획기적인 발전으로 평가 받는다. 기존 탄소 포집 기술은 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 효과적으로 작동했다. 반면, 연구팀이 개발한 새로운 다공성 물질은 공기 중의 이산화탄소가 다공성 물질 사이를 통과하면서 흡착되는 방식으로, 대기 중의 낮은 이산화탄소 농도를 효율적으로 제거할 수 있다. 연구 책임자인 오마르 야기 교수는 "이 물질을 튜브에 넣고 버클리의 바깥 공기를 통과 시켰더니 공기 중 이산화탄소가 완전히 제거되었다"며 "성능 면에서 비교할 대상이 없을 정도로 획기적인 기술"이라고 강조했다. 소량으로도 높은 탄소 포집 효과 연구팀은 250g의 물질로 1년에 20kg의 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 예상했다. 팀은 이는 다 자란 나무가 1년 동안 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 것과 같은 효과를 지닌다며, 기존 탄소 포집 시스템과 함께 사용하여 효율성을 높일 수 있다고 설명했다. 야기 교수는 "COF-999는 화학적 및 열적으로 안정적인 구조를 가지고 있으며, 에너지 소비가 적고 100회 이상 사용해도 성능 저하가 없다"며 "대기 중 탄소 포집에 가장 적합한 물질"이라고 설명했다. 머신러닝 활용으로 기술 개선 기대 연구팀은 머신러닝 기술을 활용해 이 기술을 더욱 발전시킬 계획이다. 이와 더불어 기후 위기를 늦추기 위해서는 배출량 감소 노력과 파리협정 준수가 중요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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2024-10-25
[우주의 속삭임(73)] 지구에 떨어지는 운석, 대부분 '같은 곳'에서 왔다?

밤하늘을 가로지며 떨어지는 유성은 늘 보는 사람들을 매료시킨다. 그렇다면 지구에 도달해 밤하늘을 환하게 밝히는 유성은 과연 어디에서 왔을까? 우리 말에 유성과 별똥별이 있다. 일반적으로 비슷한 의미로 혼동하기 쉽지만 유성과 별똥별은 엄밀히 말하면 다른 뜻이다. 우주 공간을 돌아다니는 아주 작은 먼지나 돌멩이를 유성체라고 한다. 유성체가 지구 대기권으로 진입하면서 공기와의 마찰로 인해 빛을 내는 현상을 유성이라고 한다. 유성체가 대기 중에서 완전히 타지 않고 지표면까지 떨어진 것을 운석, 우리말로는 별똥별이라고 부른다. 매년 약 1만7000개의 유성이 지구 대기권에 진입하며, 그중 일부는 지표면에까지 도달한다. 과학자들은 이러한 운석을 통해 우주의 비밀을 탐구한다. 운석의 기원은 달이나 화성 등 다양하지만 대부분은 소행성에서 유래한다고 PHYS가 전했다. 최근 네이처(Nature)지에 발표된 두 연구는 이러한 운석의 기원을 더욱 명확히 밝혀냈다. 체코 카렐 대학교의 미로슬라프 브로즈(Miroslav Brož)와 유럽 남방 천문대의 미카엘 마셋(Michaël Marsset)이 이끄는 연구팀은 대부분의 운석이 소수의 소행성, 심지어는 특정 소행성에서 비롯되었다고 밝혔다. 이는 지구와 태양계 역사를 형성한 사건들에 대한 이해를 넓히는 데 기여한다. 이번 연구 결과는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 운석이란 무엇인가? 앞서 설명했듯이 유성이 지구 표면에 도달하면 '운석(meteorite)'이라고 부른다. 운석은 크게 석질운석, 철질운석, 석철질 운석 세 가지로 나뉜다. 석질운석 중 가장 흔한 종류는 '콘드라이트(chondrites)'로, 용융된 액체 방울 형태의 구형 입자를 포함하며 전체 운석의 85%를 차지한다. 대부분은 '일반 콘드라이트'로 철 함량과 광물 성분에 따라 H, L, LL의 세 가지 유형으로 나뉜다. '탄소질 콘드라이트(Carbonaceous chondrites)'는 점토 광물에 다량의 물과 아미노산 같은 유기물을 함유하고 있으며, 용융되지 않는 태양계 초기의 먼지 샘플이다. 반면 '아콘드라이트(achondrites)'는 콘드라이트와 달리 구형 입자가 없으며, 행성체에서 용융 과정을 거쳤다. 운석의 주요 공급원 '소행성대' 태양 주위를 공전하는 작은 천체인 소행성은 운석의 주요 공급원이다. 행성처럼 태양 주위를 돌지만, 행성보다 훨씬 작고 모양도 불규칙적인 경우가 많다. 대부분의 소행성은 화성과 목성 궤도 사이에 있는 '소행성대(Asteriod belt)'에 모여있으며, 목성의 중력에 의해 궤도를 돌고 있다. 목성과의 상호작용은 소행성 궤도를 교란시켜 충돌을 유발하고, 그 결과 발생한 파편들이 모여 '돌무더기 소행성'을 형성한다. 최근 하야부사와 오시리스-렉스 탐사선은 이러한 소행성에서 샘플을 채취해 지구로 가져왔다. 과학자들은 이룰 통해 특정 소행성 유형과 지구에 떨어지는 운석 사이의 연관성을 확인했다. 석질운석과 S형 소행성은 소행성대 안쪽에, 탄소질 콘드라이트와 유사한 C형 소행성은 바깥쪽에 분포한다. 소행성 '코로니스'와 '마살리아' 이번의 새로운 두 연구는 일반 콘드라이트 유형의 기원을 특정 소행성군, 특히 '코로니스'와 '마살리아' 소행성군으로 추적했다. 이는 운석 궤적 분석, 개별 소행성 관측, 모체 궤도 진화 모델링 등의 복잡한 과정을 통해 이루어졌다. 브로즈가 주도한 연구에 따르면 일반 콘드라이트는 3000만년 전에 발생한 지름 30km 이상의 소행성 충돌에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 상세한 컴퓨터 모델링에 따르면 코로니스와 마살리아 소행성군은 적절한 크기의 천체를 가지고 있으며 지구에 운석을 공급할 수 있는 위치에 있다. 특히 코로니스 소행성군의 '코로니스'와 '카린'은 H 콘드라이트의 주요 공급원일 가능성이 높으며 마살리아(L)와 플로라(LL) 계열은 L- 및 LL- 콘드라이트의 주요 공급원이다. 마셋이 주도한 연구는 마살리아에서 발견된 L 콘드라이트 운석의 기원에 대해 자세히 설명한다. 연구팀은 화성과 목성 사이의 소행성대에서 분자의 지문이 될 수 있는 특징적인 빛의 세기인 분광 데이터를 수집했다. 그 결과 지구에 있는 L 콘드라이트 운석의 구성이 마살리아 소행성 계열의 운석과 매우 유사하다는 사실이 밝혀졌다. 그런 다음 과학자들은 컴퓨터 모델링을 사용하여 약 4억 7000만 년 전에 발생한 소행성 충돌이 마살리아 소행성군을 형성했음을 보여주었다. 우연히도 이 충돌로 인해 스웨덴의 오르도비스기 석회암에서 풍부한 화석 운석이 발견되기도 했다. 이러한 연구 결과는 지구에 떨어지는 운석의 기원을 밝히고 태양계 형성 과정에 대한 이해를 높이는 중요한 역할을 한다. 또한 향후 운석의 기원 소행성을 탐사하는 임무의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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2024-10-22
[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표

화성에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 화성은 태양계에서 지구와 가장 닮은 행성으로, 붉은색 표면과 극지방의 만년설, 과거 물이 흘렀던 흔적 등 다양한 특징을 가지고 있다. 화성은 표면에 산화철이 풍부해 붉게 보인다. 이 때문에 '붉은 행성'이라는 별명을 가지고 있다. 과거에 물이 존재했던 흔적이 발견되면서 생명체가 존재했거나, 존재할 가능성이 제기되고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 최근 홈페이지를 통해 화성 표면의 얼음 아래에 미생물이 서식할 수 있는 환경이 조성될 수 있다는 가능성을 제시했다고 밝혔다. NASA 연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 화성의 얼음을 투과하는 햇빛의 양이 얼음 아래 얕은 물웅덩이에서 광합성을 일으키기에 충분하다는 것을 보여주었다. 지구에서도 얼음 내부에 형성된 유사한 물웅덩이에서 조류, 균류, 미세한 시아노박테리아(남조류) 등 광합성을 통해 에너지를 얻는 다양한 생명체가 발견됐다. 이 연구의 주요 저자인 NASA 제트추진연구소의 아디티아 쿨러는 "우주 어딘가에서 생명체를 찾고 있다면, 화성의 얼음층은 가장 근접하기 쉬운 장소 중 하나일 것"이라고 말했다. 화성 먼지 쌓인 얼음층 주목 연구진은 화성의 먼지가 섞인 얼음층에 주목했다. 나사에 따르면 화성에는 얼어붙은 물과 얼어붙은 이산화탄소라는 두 가지 얼음이 존재한다. 쿨러와 그의 동료 연구진은 네이처 커뮤니케이션즈 지구와 환경(Nature cummunications Earth & Environment)에 게재된 논문에서 과거 수백만년 동안 화성의 빙하기에 눈과 먼지가 섞여 표면에 떨어져 형성된 얼음층을 조사했다. 먼지 입자는 깊은 곳까지 햇빛이 도달하는 것을 막을 수 있지만, 표면 근처에서는 햇빛을 흡수해 얼음을 녹이고 얕은 웅덩이를 만들 수 있다. 지구에서도 먼지가 섞인 얼음에서 '크라이오코나이트(Cryconite) 구멍' 이라는 작은 공간이 형성되는 현상이 흔히 관찰된다. 바람에 날린 먼지 입자가 얼음에 쌓이고 햇빛을 흡수하면서 얼음이 녹아 물 웅덩이가 만들어지는 것이다. 어두운 먼지는 주변 얼음보다 더 많은 햇빛을 흡수해 얼음이 따뜻해지고 표면 아래 몇 피트까지 녹을 가능성이 있다. 이러한 물웅덩이는 조류 등 단순한 생명체에게 생존에 필요한 환경을 제공한다. 연구진은 이러한 현상이 화성에서도 일어날 수 있으며, 먼지가 섞인 얼음층 아래 3m 깊이까지 광합성이 가능할 정도의 햇빛이 도달할 수 있다고 분석했다. 또한, 얼음층은 얕은 물웅덩이의 증발을 막고 유해한 방사선으로부터 생명체를 보호하는 역할도 할 수 있다. 연구진은 화성의 북반구와 남반구의 위도 30도에서 60도 사이 지역에서 이러한 얼음층이 존재할 가능성이 높다고 예측했다. 쿨러는 앞으로 실험실에서 화성의 먼지가 섞인 얼음을 재현해 추가 연구를 진행하고, 화성에서 얕은 물웅덩이가 존재할 가능성이 높은 지역을 지도로 만들어 미래의 탐사 목표를 설정할 계획이다.
- IT/바이오
2024-10-21
[기후의 역습(73)] 과학계, 해양 열파 견디는 산호초 번식 성공…"온실가스 감축 시급"

선택적 번식을 통해 내열성이 강한 산호가 탄생할 것으로 보인다. 뉴캐슬 대학교의 코랄어시스트 랩(Coralassist Lab) 연구진이 주도해 성체 산호를 선택적으로 번식시켜 내열성을 강화하는 방법을 세계 최초로 찾아냈다고 PHYS가 전했다. 연구에는 호주 빅토리아 대학교, 영국 런던의 호니먼 박물관 및 정원, 팔라우 국제 산호초 센터, 더비 대학교, 엑서터 대학교 등이 협력했다. 찾아낸 방법은 성체 산호가 강렬한 해양 열파에서도 살아남을 수 있는 능력을 키우는 것이다. 번식 노력은 성공적이었으며, 성체 산호 자손의 내열성을 향상시키는 것이 단일 세대에서도 가능하다는 사실을 보여주었다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션 저널에 게재됐다. 물론 연구의 초기이기 때문에 기후 변화로 예상되는 미래의 해양 열파에 비하면 개선폭은 미미했다는 자평이다. 연구진은 지구 온실가스 배출량을 빠르게 줄이는 것만이 온난화를 완화하고 산호가 적응할 수 있는 기회를 제공하는 절대적인 요건이라고 강조했다. 뉴캐슬 대학교의 리엄 락스 박사는 "산호의 선택적 번식은 가능하지만, 만병통치약은 아니며 번식 효과를 극대화하기 위해 더 많은 연구가 필요하다"면서 "동시에 온실가스 배출을 급속히 감축하는 것이 필요하다"라고 강조했다. 뉴캐슬 대학교의 산호초 생태학 교수인 제임스 게스트 박사는 "연구 결과는 선택적 번식이 산호 개체군 회복력을 향상시키는 실행 가능한 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 그러나 여전히 극복해야 할 과제가 많다는 지적이다. 인위적인 개입의 효과는 긴급한 기후 조치에 의해 결정되기 때문에 변수가 많다. 생물에 대한 선택적 육종은 바람직한 특성을 가진 동식물을 생산하기 위해 인간에 의해 수천 년 동안 실행돼 왔다. 이번에는 자연 보호, 특히 산호초 생존을 위한 방법으로 고려되고 있다. 해양 생태계는 기후 변화 영향의 최전선에 있다. 산호는 특히 해양 생태계의 중심에 있는데, 해양 열파에는 매우 민감하다. 기후 변화는 산호의 대량 백화 및 사망을 유발할 수 있다. 이미 전 세계적으로 산호초 감소가 심각한 상황이다. 연구진은 산호의 두 가지 다른 특성에 대한 선택적 번식 실험을 수행했다. 하나는 짧고 강렬한 열 노출(10일, 섭씨 3.5도 상승)에 대한 내성이고 다른 하나는 자연 해양 열파에 더 일반적인 덜 강렬하지만 장기간 노출(1개월, 섭씨 2.5도 상승)에 대한 내성이었다. 연구진은 낮은 열 내성보다는 높은 열 내성을 가진 부모 군체를 선택하면 자손의 내성이 증가한다는 것을 발견했다. 이 결과는 10일 및 1개월 노출 모두에 적용됐다. 연구 결과 이론적으로 열 내성은 한 세대 내에 주당 약 섭씨 1도씩 향상될 수 있다. 그러나 이 수준의 내성 향상은 끊임없는 온난화에 적응하기에 충분하지 않을 가능성이 크다. 연구 결과, 단기 스트레스 내성을 위한 선택적 번식은 장기간 열 스트레스 노출에서 자손 산호가 생존할 수 있는 능력을 향상시킨다는 증거를 보여주지는 않았다. 유전적 상관관계가 발견되지 않았기 때문에, 이러한 특성은 독립적인 유전적 통제 하에 있는 것으로 보인다. 이는 중요한 의미를 갖는다. 개입이 번식을 위한 내열성 군체를 효과적으로 식별할 수 있는 저렴하고 빠른 분석의 이점을 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 분석법이 자연적인 해양 열파에 대한 성체 산호군의 생존을 예측하지 못할 경우 관리 개입에 심각한 문제가 된다. 코랄어시스트 랩의 아드리아나 휴마네스 박사는 "선택적 번식을 성공적으로 구현하기 전까지 많은 작업이 남아 있다. 어떤 특성을 우선시하고 그 특성이 유전적으로 어떻게 연관되는지 결정하기 위해서는 더 깊은 이해가 필요하다"고 강조했다.
- IT/바이오
2024-10-17
[먹을까? 말까?(70)] 검은콩 논란, 진실은?⋯전문가 "과장됐다" 일축

콩은 흔히 '밭에서 나는 쇠고기'라고 말한다. 그만큼 단백질이 풍부하다는 뜻이다. 그런데 최근 미국에서 일부 소셜 미디어 사용자들이 검은콩을 포함한 콩류 섭취의 위험성을 경고하고 나섰다. 이들의 주장처럼 콩류 섭취는 건강에 해로울까. 미국 USA 투데이는 공인 영양사 미란다 갈라티의 말을 인용해 이러한 우려는 과장됐다고 전했다. 갈라티는 "콩류에 함유된 렉틴과 항영양소에 대한 우려가 온라인상에서 제기되고 있지만, 실제 위험성은 미미하며 콩류 섭취의 이점이 훨씬 크다"고 강조했다. 렉틴은 탄수화물과 결합하는 단백질의 일종으로, 장에서 분해되지 않고 소화 장애를 유발할 수 있다. 하버드 대학교 자료에 따르면 렉틴은 복통, 가스, 설사 등의 증상을 일으킬 수 있다. 검은콩, 건강에 왜 좋은가? 검은콩은 어떤 특정 콩을 의미하지 않고 색깔이 검은색 콩을 말할때 사용한다. 검은콩에는 흑태, 서리태, 서목태 등이 있다. 흑태는 검은콩 가운데서도 크기가 가장 큰 크고 속이 노랗다. 콩밥이나 콩자반 등에 사용된다. 서리태는 껍질은 검고, 속은 녹색의 콩으로 10월에 서리를 맞은 후 수확해서 서리태라는 이름이 붙었다. 서목태(鼠目太)는 크기가 훨씬 작고 윤기가 나는 까만 콩으로 쥐의 눈알 같이 생겼다고 해서 쥐눈이콩이라고도 부른다. 서목태는 약용으로 사용해서 약콩이라고도 부른다. 검은콩은 섬유질과 비타민, 미네랄 등 풍부한 영양소를 함유하고 있어서 다양한 건강상 이점을 제공한다. 마요 클리닉에 따르면 검은콩 반 컵에는 하루 권장 섬유질 섭취량의 약 3분의 1이 함유되어 있다./ 검은콩 100g에는 섬유질 하루 권장 섭취량의 60%가 들어 있다. 참고로 한국인의 섬유질 1일 섭취 권장량은 남자 25g, 여자 20g이다. 갈라티는 "검은콩은 풍부한 섬유질과 식물성 영양소를 함유하고 있어 만성 질환 예방과 혈당 조절에 도움이 된다"며 "섬유질과 식물성 단백질 덕분에 혈당 조절에 어려움을 겪는 사람들에게 이상적인 탄수화물 공급원"이라고 설명했다. 콩류, 매일 먹어도 괜찮을까? 대부분의 사람들에게 콩류는 매일 섭취해도 건강에 문제가 없다. 2014년 네이처에 발표된 연구에 따르면 콩류 섭취는 심장병, 고혈압, 뇌졸중, 제2형 당뇨병 등의 건강 문제를 예방할 뿐만 아니라, 이미 질병을 앓고 있는 사람들의 치료에도 도움이 될 수 있다. 갈라티는 "렌틸콩은 체내에서 항염 및 항산화 효과를 가지고 있어 규칙적으로 섭취하기 좋은 식품"이라고 덧붙였다. 렉틴, 정말 걱정해야 할까? 렉틴은 단백질의 일종으로 익힌 콩보다는 생 콩에 많이 들어 있다. 일반적으로 콩을 100℃에서 10분 이상 가열하면 렉틴의 90% 이상이 파괴된다. 하버드 대학교는 콩류는 조리하면 대부분의 렉틴이 비활성화된다고 설명했다. 콩을 물에 충분히 불린 뒤 조리해서 익히면 렉틴의 부작용을 완화시킬 수 있다는 것. 렉틴은 열에 약하기 때문에 콩을 삶거나 볶는 등 충분히 열을 가하면 렉틴 함량을 크게 줄일 수 있다. 또한 된장, 간장, 청국장 등 발효된 콩 제품은 발효 과정에서 렉틴이 분해되어 렉틴 함량이 낮다. 아울러 콩을 과도하게 섭취하지 않고 적당량을 먹으면 렉틴의 부작용을 예방할 수 있다. 갈라티는 "많은 사람들이 콩류의 영양소를 걱정하지만, 조리 과정에서 항영양소 함량이 감소하고 실질적인 위험성은 사라진다"며 "익힌 콩을 섭취하고 소화에 문제가 없다면 매일 섭취해도 위험성은 낮다"고 말했다. 콩은 단백질과 식이섬유, 비타민, 무기질 등 다양한 영양소가 풍부한 건강 식품이다. 렉틴의 부작용을 지나치게 걱정하기 보다는 콩을 충분히 익혀서 섭취하는 등의 방법을 통해 렉틴의 함량을 줄이고 영양상의 이점을 취하는 것이 건강에 도움이 될 수 있다.
- 생활경제
2024-10-15
[신소재 신기술(118)] 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 고분자 기술

초음속 항공기에서 나는 소닉 붐과 유사한 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 미국에서 개발됐다. 사진=픽사베이 파동의 한 종류인 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 개발됐다. 미국 국립표준기술연구소(NIST), 서던 미시시피 대학교, 애리조나 주립대학교, 렌슬러 폴리테크닉 연구소, 그리고 미국 육군 공병대의 연구진들이 고속 충격 시 발생하는 충격파를 시각화할 수 있는 혁신적인 고분자(폴리머·Polymer) 소재를 개발했다고 NIST가 7일(현지시간) 발표했다. 이 획기적인 기술은 뇌 손상 연구, 첨단 제조, 우주 탐사 등 다양한 분야에서 소재가 에너지를 흡수하고 극한 환경에 반응하는 방식에 대한 이해를 혁신적으로 증진시킬 것으로 기대된다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재된 이 연구는 기계적 힘을 받으면 빛을 내는 분자 메카노포어(mechanophore)를 포함하는 고분자가 고속 발사체 충돌에 대한 반응을 시각적으로 기록하는 방법을 보여준다. 특히 이 메카노포어는 이전에는 접근이 불가능했던 소재 내부의 변형을 포착하는 데 성공했다. 연구진은 분자 수준의 반응과 첨단 이미징 기술을 결합해 초음속 항공기의 소닉붐과 유사하게 재료 내에서 음속보다 빠르게 이동하는 음향파인 마하 콘(Mach cone)의 형성을 시각화할 수 있었다. NIST 재료 과학 및 공학 부서의 연구원인 폴레트 센텔라스(Polette Centellas)는 "이 고분자는 충격중에 에너지가 재료를 통해 어떻게 이동하는지 '볼 수 있게' 해준다"며 "이는 우주선 차폐에서부터 첨단 보호 장비에 이르기까지 극한 조건을 더 잘 견딜 수 있는 재료를 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다. 이 연구는 고분자에서 이전에 충분히 탐구되지 않았던 에너지 소산 메커니즘인 충격파 감쇠를 밝혀냈다. 전통적으로 재료의 에너지 흡수는 주로 재료가 구부러지거나 파손되는 소성 변형을 통해 발생한다고 여겨졌다. 그러나 이 연구는 고속 충격에서 충격파가 에너지 소산에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 이번 발견은 고속 충격 관리가 중요한 국방에서 의료에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 내수성이 더욱 뛰어나고 강한 소재를 개발하는 데 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-10-08
[우주의 속삭임(68)] 샤플리 초은하단 발견으로 우리가 속한 우주 경계 확장

하와이 대학교의 연구진이 라니아케아(Laniākea) 초은하단의 일부인 우리 은하가 실제로는 더 거대한 샤플리 중심 구역(Shapley concentration)을 중심으로 하는 훨씬 더 큰 초은하단 안에 존재할 수 있다고 밝혔다. 사이테크데일리에 따르면, 5만 6000개의 은하에 대한 연구를 통해 규명된 하와이 대학교 천문학연구소가 이끈 국제 연구진의 발견은 우리가 속해 있는 우주의 이웃이 종래 추정됐던 것보다 10배 더 샤플리 초은하단으로 확장될 수 있음을 시사하며, 우주 구조에 대한 기존의 모델 이론에도 이의를 제기하는 것이다. 10년 전, 천문학계는 우리 은하계가 5억 광년에 걸쳐 펼쳐진 라니아케아라는 거대한 초은하단의 분지에 위치하고 있다고 결론지었다. 그러나 새로운 데이터는 이 결론이 피상적일 수 있다는 의문을 제기했다. 연구진 분석에 따르면, 우리가 샤플리 집중 지역을 중심으로 하는, 10배 더 큰 부피를 가진 훨씬 더 거대한 구조의 일부일 가능성이 60%에 달한다. 이 영역은 엄청난 양의 질량과 중력으로 가득 차 있다. 이 발견은 최근 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 게재됐다. 연구진의 브렌트 툴리 박사는 "우주는 거대한 거미줄과 같으며, 중력에 의해 서로 끌어당기는 노드에 모여 있다"면서 "물이 유역 내에서 흐르는 것처럼 은하도 우주의 인력 분지 안에서 흐른다. 이러한 더 큰 분지의 발견은 우주 구조에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있다"고 설명했다. 우주의 기원은 130억 년 전으로 거슬러 올라간다. 그때 밀도의 미세한 차이가 우주를 형성하기 시작했으며, 중력의 영향으로 오늘날 우리가 보는 거대한 구조로 성장했다. 그러나 우리 은하가 하와이어로 광대한 천국을 의미하는 라니아케아보다 훨씬 더 큰 인력 분지(Basin of Attention)의 일부라면, 이는 우주 구조의 초기는 현재의 모델을 훨씬 넘어서 성장했음을 시사한다. 천문학연구소의 에산 쿠르키는 "이 발견은 도전해야 할 과제를 제시한다. 우리의 우주 탐사는 아직 이 거대한 분지의 전체를 그리기에 충분하지 않을 수 있다"고 말했다. 거대한 시각으로 관찰하고 있지만, 이 시각조차도 우리 우주의 전체를 포착하기에 충분히 크지 않을 수 있다는 것이다. 연구진은 이러한 대규모 구조가 은하의 운동에 미치는 영향을 조사하고 평가한다. 이러한 두 구조 사이에 있는 은하계는 주변의 거대한 구조로부터 나오는 중력의 균형이 은하계의 운동을 결정하는 중력의 줄다리기에 휘말리게 된다. 연구진은 우리의 우주 전체에 걸쳐 은하계의 속도를 매핑함으로써, 각 초은하단이 지배하는 우주 영역을 정의할 수 있다고 밝혔다. 연구진은 우주가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 광대하고 상호 연결된 시스템의 일부일 가능성에 무게를 두고 우주의 가장 큰 구조를 매핑하는 조사를 이어나갈 계획이다.
- IT/바이오
2024-10-08
[기후의 역습(69)] 기후 변화로 남극 '녹지' 가속화

극심한 더위로 인해 빙하로 뒤덮였던 남극 대륙의 얼음이 녹아내리면서 놀라운 속도로 식물이 자라나 녹색으로 변하고 있다고 CNN이 전했다. 광범위한 지역에 녹지가 형성되고 있으며, 이로 인해 남극의 변화하는 지형에 대한 우려가 높아지고 있다. 전문가들은 위성 이미지와 데이터를 사용, 남아메리카 대륙의 끝부분을 향해 북쪽으로 뻗어 간 긴 산맥인 남극 반도의 식생을 분석했다. 현재 이 남극 반도는 세계 평균보다 훨씬 빠른 속도로 온난화되고 있다. 영국의 엑서터 및 하트퍼드셔 대학교의 과학자들과 영국 남극조사국의 연구원으로 구성된 연구진이 최근 네이처 지구과학 저널에 발표한 연구에 따르면, 이 지역에서 대부분 이끼류로 구성된 식물이 지난 40년 동안 10배 이상 증가한 것으로 나타났다. 1986년에는 남극 반도의 식생이 0.4평방마일 미만이었지만 2021년에는 거의 5평방마일에 달했다. 같은 기간 동안 녹화되는 속도도 더욱 빨라져 2016~2021년 사이에 30% 이상 가속화됐다. 이 지역의 지형은 여전히 거의 전부 눈, 얼음, 바위 지대지만, 이 작은 녹지는 1980년대 중반 이후 극적으로 확대됐다고 엑서터 대학교의 토마스 롤랜드 박사는 말했다. 롤랜드는 "우리의 연구 결과는 인간에 의한 기후 변화의 영향이 한계가 없다는 것을 확인시켜 주었다"며 "가장 극단적이고 외딴 황무지 얼음 지대인 남극 반도에서도 풍경이 변하고 있으며, 이러한 효과는 우주에서도 바라볼 수 있다"고 밝혔다. 지구상에서 가장 추운 곳인 남극은 최근 극심한 더위에 시달리고 있다. 올여름 남극 대륙의 일부 지역은 7월 중순부터 평년 기온보다 화씨 50도 이상 올라가는 기록적인 폭염을 나타냈다. 2022년 3월, 대륙 일부 지역의 기온이 평년 기온보다 최대 70도까지 치솟았는데, 이는 이곳에서 기록된 가장 극심한 기온 변화였다. 화석연료 연소에 따른 오염이 세계를 계속 온난화시키고 있다. 남극은 계속 따뜻해질 것이고, 이로 인한 녹화는 가속화될 가능성이 크다는 전망이다. 남극 반도가 녹화될수록 토양이 더 많이 형성되고, 외부로부터의 침입 식물종에게 더 유리해져 토종 야생 동식물을 위협할 가능성이 커진다. 씨앗, 포자, 식물 조각은 관광객이나 연구자의 신발이나 옷, 조사 장비를 통해 남극 반도로 쉽게 이동할 수 있다. 또 철새와 바람, 해류 등 보다 전통적인 이동 경로를 통해 이 곳으로 옮겨질 가능성도 있다. 남극 생태계의 위험은 분명한 현실이라는 것이다. 녹화는 또한 빙하에 비해 어두운 표면을 형성해 더 많은 열을 흡수한다. 이 때문에 남극 반도를 비롯한 대륙이 태양 복사선을 우주로 반사하는 능력을 감소시킬 수도 있다. 이러한 영향은 지역적으로 선별해 발생할 가능성이 높지만, 기후가 계속 따뜻해지면 식물의 성장을 더욱 가속한다. 남극 대륙의 풍경은 영원히 바뀔 수 있다. 스코틀랜드 해양과학협회의 극지 식물 및 미생물 생태학 전문가 매튜 데이비 박사는 "이 연구는 남극의 식물을 이해하는 데 중요한 진전이다. 확인된 것보다 더 많은 식물이 있을 수 있다"고 말했다. 그는 연구가 "식물이 남극에서 느리게나마 확산되고 있는 추세를 보여준다"면서 다음 단계는 남극 빙하가 더 후퇴하면서 식물이 최근에 노출된 맨땅을 어떻게 점령하는지를 연구하는 것이 되어야 할 것이라고 지적했다.
- IT/바이오
2024-10-08
[먹을까? 말까?(67)] '고밀도 콩 샐러드' 열풍…영양 전문가들이 콩에 주목하는 이유

미국 소셜미디어(SNS)에서 최근 콩과 채소를 듬뿍 넣어서 만든 '고밀도 콩 샐러드'가 건강 식단으로 인기를 끌고 있다. 사진=픽사베이 미국 소셜미디어(SNS)에서 최근 '고밀도 콩 샐러드'가 건강 식단으로 인기를 끌고 있다. 콩과 채소를 듬뿍 넣어 만든 이 샐러드는 영양 전문가들도 주목하는 식단으로, 콩의 효능에 대한 관심도 높아지고 있다. 이 샐러드는 SNS 콘텐츠 제작자이자 요리 전문 학생인 바이올렛 위첼리 자신의 레시피를 공유하면서 유행하기 시작했다고 미국 일간지 USA투데이가 6일(현지시간) 전했다. 위첼은 "매주 콩 샐러드를 만들어 냉장 보관하면서 먹는다"며 "채소와 단백질이 풍부하고 시간이 지날수록 맛이 더 좋아진다"고 소개했다. 그녀의 레시피는 매콤한 치폴레 치킨 샐러드, 선드라이 토마토 샐러드, 그릴 스테이크 차지키 샐러드, 미소 에다마메 샐러드 등 다양하다. 주로 두 종류의 콩, 여러가지 채소, 식초 기반 드레싱, 신선한 허브, 때로는 육루 단백질을 넣어 만든다. 콩, 왜 슈퍼푸드일까? 고밀도 콩 샐러드의 핵심 재료인 콩은 병아리콩, 카넬리니 콩, 리마 콩, 에다마메(풋콩) 등 다양한 종류가 사용된다. 검은콩,강낭콩, 렌틸콩, 완두콩, 땅콩 등도 콩과 식물에 속한다. 하버드 T.H.챈 공중보간대학원에 따르면 콩은 "단백질, 비타민, 복합 탄수화물, 섬유질의 저렴한 공급원"으로 전 세계적으로 중요한 영양 공급원이다. 연구 결과에 따르면 콩을 많이 섭취하면 심장병, 고혈압, 뇌졸중, 제2형 당뇨병 위험이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 영양사 미란다 갈라티는 "콩은 슈퍼푸드에 가까운 식품" 이라며 "풍부한 영양소 덕분에 포만감을 유지하는 데도 도움이 된다"고 말했다. 콩, 매일 먹어도 괜찮을까? 대부분의 사람들에게 콩을 매일 먹는 것은 일반적으로 문제가 없다. 2014년 네이처에 발표된 연구에 따르면 콩 섭취는 앞서 언급한 질병을 예방할 뿐만 아니라 이미 질병을 앓고 있는 사람들의 치료에 도움이 될 수 있다. 갈라티는 "SNS에서 콩에 있는 렉틴과 항영양소에 대한 우려가 퍼지고 있지만, 그러한 위험은 과장된 것으며 콩의 이점이 훨씬 크다"고 강조했다. 렉틴(lectin)은 탄수화물과 결합해 장에서 분해되지 않는 단백질의 일종으로, 복통과 가스, 설사 등의 문제를 일으킬 수 있다. 단순히 당사슬이 포함된 당단백질과는 구분된다. 하버드 대학은 그러나 콩을 익히면 대부분의 렉틴이 비활성화된다고 설명했다. 렉틴이 인체에 미치는 장기적인 영향에 대한 연구는 많지 않으며, 기존 연구 대부분은 영양실조가 흔한 국가 사람들을 대상으로 했기 때문에 콩의 렉틴이 실제로 더 큰 건강 문제를 일으킨다는 주장에 의문을 표했다. 갈라티는 "익히지 않은 콩이 아니라 익힌 콩을 먹고 소화에 문제가 없다면 매일 섭취해도 위험이 거의 없다"고 조언했다.
- 생활경제
2024-10-07
[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지

태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-10-07
[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발

전기자동차(EV) 시장의 케즘(chasm·일시적 수요 정체) 극복 방안의 하나로 '차세대 배터리'가 거론되는 가운데 미국에서 새로운 음극 소재가 개발됐다. 조지아 공과대학은 홈페이지를 통해 하이롱 첸(Hailong Chen) 교수가 이끄는 다기관 연구팀은 리튬이온배터리(LIBs)를 획기적으로 개선할 수 있는 저렴한 새로운 음극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이는 전기자동차 시장과 대규모 에너지 저장 시스템을 변화시킬 가능성이 있다. 조지아공대 우드러프 기계공학부 및 재료과학·공학부 하이롱 첸 부교수는 "오랫동안 사람들은 기존 음극재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 찾고 있었다. 우리가 그걸 찾은 것 같다"고 말했다. 연구팀에 따르면 획기적인 소재인 삼염화철(FeCl3)은 일반적인 음극재 비용의 1~2%에 불과하지만 동일한 양의 전기를 저장할 수 있다. 음극재는 용량, 에너지 및 효율성에 영향을 미치며 배터리 성능과 수명, 경제성에 중요한 역할을 한다. 첸 교수는 "우리 음극재는 게임 체인저가 될 수 있다"며 "이는 전기차 시장 뿐만 아니라 전체 리튬 이온 배터리 시장을 크게 개선할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 네이처 서스테너빌리티(Nature Sustainability)에 게재됐다. 1990년대 초 소니에 의해 처음 상용화된 리튬이온배터리(LIB)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 개인용 전자제품의 폭발적인 성장을 촉발했다. 이 기술은 결국 전기자동차에 동력을 공급하는 신뢰할 수 있고 충전 가능한 고밀도 에너지원으로 발전했다. 그러나 개인용 전자 제품과 달리 전기차와 같은 대규모 에너지 사용자는 LIB 비용에 특히 민감하다. 현재 배터리는 전기차 총 비용의 50%를 차지하며, 이로 인해 이러한 청정 에너지 자동차는 내연 기관 자동차보다 더 비싸다. 더 나은 배터리 구축 구식 알카라인 배터리와 납축 배터리에 비해 리튬이온배터리는 더 작은 패키지에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 장치에 더 오래 전원을 공급한다. 그러나 리튬이온배터리에는 코발트나 니켈과 같은 희귀 속이 포함되어 있으며 제조 비용이 높다. 지금까지 LIB용으로 네 가지 유형의 음극만 성공적으로 상용화됐다. 기존 LIB는 액체 전해질을 사용하여 에너지 저장 및 방출을 위한 리튬 이온을 운반한다. 저장할 수 있는 에너지 양에는 엄격한 제한이 있으며 누출 및 화재가 발생할 수 있다. 그러나 모든 고체리튬이온배터리는 고체 전해질을 사용하여 배터리 효율성과 안정성을 크게 높이고 더 안전하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 아직 개발 및 테스트 단계에 있는 이러한 배터리는 상당한 개선이 될 것이다. 연구팀이 개발한 FeCl3 음극, 고체 전해질 및 리튬 금속 양극을 사용하면 전체 배터리 시스템 비용이 현재 LIB의 30-40%에 불과하다. 첸 교수는 "이는 전기차를 내연 기관 자동차보다 훨씬 저렴하게 만들뿐만 아니라 새롭고 유망한 형태의 대규모 에너지 저장 장치를 제공해 전력망의 복원력을 향상시킨다"고 말했다. 이어 "또한 우리가 개발한 음극은 전기차 시장의 지속 가능성과 공급망 안정을 크게 향상시킬 것"이라고 기대했다. 음극재로 염화철(FeCl3) 주목 음극재로서의 FeCl3에 대한 첸의 관심은 고체 전해질 재료 연구에서 시작됐다. 그의 연구실은 2019년부터 기존 상용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 배터리를 만들려고 시도했다. 결과는 좋지 않았다. 음극과 전해질 재료가 잘 맞지 않았던 것. 연구원들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 나은 쌍을 이루어 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 점에 착안했다. 첸 교수는 "우리는 시도해볼 가치가 있는 후보(FeCl3)를 찾았다. 결정구조가 리튬이온 저장 및 운송에 잠재적으로 적합했기 때문이다"라고 설명했다. 현재 전기차에서 가장 많이 사용되는 음극은 산화물이며 엄청난 양의 값비싼 니켈과 코발트가 필요하다. 이는 독성이 있을 수 있으며 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 이와 대조적으로 연구팀이 개발한 새로운 음극에는 철(Fe)과 염소(Cl)만 포함되어 있다. 이는 강철과 식용 소금에서 발견되는 풍부하고 저렴하며 널리 사용되는 원소들이다. 초기 테스트에서 FeCl3는 다른 훨씬 더 비싼 음극만큼 또는 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 예를 들어 널리 사용되는 음극 리튬철인산염(LiFePO4, LIF)보다 작동 전압이 더 높다. 작동 전압은 배터리가 장치에 연결될 때 제공하는 전기력으로 정원에서 사용하는 호스의 수압과 유사하다. 연구팀은 이 기술이 5년 이내에 전기차에서 상업적으로 실행 가능할 수 있을 것으로 기대했다. 첸은 현재로서는 연구팀이 FeCl3와 관련 소재를 계속 연구할 것이라고 말했다. ◇ 참고: Zhantao Liu, Jue Liu, Simin Zhao, Sangni Xun, Paul Byaruhanga, Shuo Chen, Yuanzhi Tang, Ting Zhu, Hailong Chen. 「모든 고체 리튬 이온 배터리를 위한 저비용 삼염화철 음극」 Nature Sustainability.
- IT/바이오
2024-09-25