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2024-11-22 (금)

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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어

토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
- IT/바이오
2024-10-28
[기후의 역습(71)] 과학자들, 지구 온난화로 기온 섭씨 2.7도 상승 경고

기후 변화가 지구에 어떤 영향을 미치는지는 올해 그대로 드러났다. 올해의 기상 변화에 대해 '전례 없는', '역대 최고' 등의 문구가 따라다녔다. 미국 동부의 허리케인 헬렌과 베트남의 슈퍼 태풍 야기 등 열대성 폭풍이 유례를 찾아보기 어려울 정도로 빠르게 강해지고 있다. 캐나다에서는 전례 없는 화재가 발생해 마을이 파괴되었다. 브라질은 전례 없는 가뭄으로 거대한 강이 말라붙고 강바닥이 그대로 드러났다. 올해 메카에서 열린 하지(Hajj) 순례 기간 동안 기온이 섭씨 50도를 넘으면서 최소 1300명의 순례자가 사망했다. 불행히도 인류는 훨씬 더 나쁜 상황을 향해 나아가고 있다. 시드니 대학교, 오레곤 주립대, 영국 전문가 등 국제 과학자팀이 발간한 새로운 2024년 기후 현황 보고서는 심화되고 있는 기후 위기에 대한 또 다른 엄중한 경고다. 정부가 탄소 배출 저감 목표를 달성하더라도 지구가 섭씨 2.7도 온난화될 수 있다는 것이다. 이는 기후 변화를 1.5도로 유지하려는 파리 협정 목표의 거의 두 배에 달하는 수치다. 보고서는 옥스퍼드아카데믹의 바이오사이언스에 실렸다. 연구팀의 일원이었던 토마스 뉴섬, 윌리엄 리플 교수가 충격적인 보고서 내용을 더 컨버세이션을 통해 알렸다. 이 내용은 또 사이언스얼라트에도 게재됐다. 연구팀은 매년 빙하 해빙에서 산림에 이르기까지 지구의 35가지 생명 징후를 추적하고 있다. 올해는 그중 25가지가 기록적인 수준에 도달했다. 이 모두가 잘못된 방향으로의 추세를 보이고 있다. 인간은 이렇게 나빠지는 조건에 익숙하지 않다. 문명은 지난 1만 년 동안 너무 덥거나 춥지 않은 온화한 조건에서 출현했다. 그러나 살기 좋았던 기후는 이제 위험에 처해 있다. 두 세대만 지나도 기후 조건은 선사 시대에 인류가 겪었을 어떤 것보다 더 위협적일 것이다. 보고서에 따르면 화석 연료로 인한 배출은 계속 증가하고 있으며, 현재 사상 최고 수준을 유지하고 있다. 전문가들의 오랜 경고에도 불구하고 화석 연료 소비는 지구를 위험한 수준의 온난화로 몰아넣고 있다. 풍력과 태양광 발전이 급속히 성장했다지만, 화석 연료 사용은 14배 더 많다. 올해는 가장 더운 해로 기록될 것이 확실하다. 지난해의 거의 절반과 2024년 대부분 기간의 전 세계 일일 평균 기온이 역대 최고 수준을 기록했다. 11월 아제르바이잔에서 열리는 연례 유엔 기후 회담 COP29에서 노력을 배가해야겠지만, 훨씬 더 강력한 정책이 없다면 기후 변화는 계속 악화될 것이다. 인류는 여전히 '화석 연료의 일상적인 연소'라는 핵심 문제를 해결하지 못했다. 메탄과 이산화탄소로 대표되는 온실가스의 대기 중 농도는 계속 증가하고 있다. 지난해 9월 대기 중 이산화탄소 농도는 418ppm에 달했다. 올해 9월에는 422ppm을 넘었다. 강력한 온실가스인 메탄은 놀라운 속도로 증가하고 있다. 문제를 더욱 악화시키는 것은 대기 에어로졸이 최근 감소했다는 점이다. 이는 오염을 줄이기 위한 노력으로 인해 생긴 결과다. 공기 중에 떠다니는 에어로졸은 자연적 및 인간 활동의 과정 모두에서 발생하며, 뜨거워진 지구를 식히는 데 도움이 된다. 이런 냉각 효과가 없어지면 지구 온난화 속도가 빨라질 수 있다. 다른 환경 문제도 기후 변화에 영향을 미치고 있다. 아마존 등에서의 산림 벌채는 탄소 자연 흡수 능력을 감소시켜 추가적인 온난화를 유발한다. 이는 피드백 루프를 생성해 온난화로 인해 나무가 죽고 결과적으로 지구 온도가 증폭되는 결과를 가져온다. 해빙 손실도 또 다른 문제다. 해빙이 녹고 빙하가 추가 형성되지 않으면 짙푸른 바닷물이 노출된다. 얼음은 햇빛을 반사하지만 바닷물은 햇빛을 흡수한다. 결국 지구의 반사율(표면의 반사도)이 변하고 온난화가 더욱 빨라진다. 향후 수십 년 동안 해수면 상승은 해안 지역 사회에 점점 더 큰 위협이 될 것이다. 보고서는 화석 연료의 일상적인 사용을 즉각 끝내야 한다고 강조한다. 특히 배출량이 많은 선진국이 앞장서야 한다는 지적이다. 메탄 배출을 줄이기 위한 효과적인 정책 도입도 권고했다. 이산화탄소에 비해 대기 중에 머무르는 시간이 짧은 메탄을 빠르게 줄이면 단기적으로 온난화 속도를 늦출 수 있다. 산림 및 토양 복원과 같은 자연 기후 솔루션을 도입해 목재와 토양에 저장되는 탄소량도 늘려야 한다. 산불과 가뭄이 자주 발생하는 지역에 대한 보호 조치가 수반되는 것도 중요하다. 더 엄격한 토지 이용 정책을 도입하고, 파괴적인 화재 위험을 줄이며, 지속 가능한 산림 투자를 늘려야 한다. 보고서는 기후 변화가 이미 훨씬 악화되는 방향으로 진행되고 있다고 우려하고, 이를 막기 위해 배출량을 줄이고, 자연적 기후 솔루션을 강화하며, 기후 정의를 위해 노력함으로써 최악의 상황을 피해야 할 것이라고 강조했다.
- 포커스온
2024-10-14
[신소재 신기술(110)] 캐나다 연구진, 햇빛 이용해 온실가스를 '유용한 화학물질'로 전환

햇빛을 활용해 유해한 온실 가스인 메탄과 이산화탄소를 상온에서도 유용한 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 캐나다 맥길 대학교 연구팀이 햇빛을 이용해 온실가스인 메탄과 이산화탄소를 유용한 화학물질인 '녹색 메탄올'과 '일산화탄소'로 전환하는 혁신적인 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 이 기술은 기후변화 문제 해결과 지속 가능한 산업 발전에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 금, 팔라듐, 질화갈륨, 혼합물을 촉매로 사용해 햇빛에 노출시키면 이산화탄소의 산소 원자가 메탄 분자에 결합하여 '녹색 메탄올'을 생성하는 반응을 유도했다. 이 과정에서 부산물로 일산화탄소로 생성된다. 녹색 메탄올은 재생 가능한 에너지원이나 바이오매스를 활용하여 생산되는 친환경 메탄올이다. 일반적인 메탄올은 화석 연료를 통해 생산되는데, 이 과정에서 많은 양의 온실 가스가 배출된다. 반면, 녹색 메탄올은 탄소 배출을 최소화하거나 아예 배출하지 않는 방식으로 생산되기 때문에 탄소 중립을 위한 중요한 에너지원으로 주목받고 있다. 녹색 메탄올은 선박이나 자동차의 연료로 사용가능하며, 기존 화석 연료보다 탄소 배출량이 적다. 또한 플라스틱이나 합성 섬유 등 다양한 화학제품의 원료로 사용된다. 게다가 수소보다 안전하고 쉽게 저장하고 운송할 수 있어 에너지 저장 매체로도 활용될 수 있다. 맥길 화학과 박사후 연구원 후이 수(Hui Su)는 "자동차에서 나오는 배기가스나 공장에서 나오는 배출물이 햇빛의 도움으로 차량용 청정 연료, 일상적인 플라스틱의 구성 요소, 배터리에 저장된 에너지로 전환되는 상상을 해보자"며 "이것이 바로 새로운 화학 공정이 가능하게 하는 변화의 종류"라고 말했다. 연구팀의 새로운 빛 기반 화학 공정은 상온에서 한 번의 반응으로 메탄과 이산화탄소를 녹색 메탄올과 일산화탄소로 전환한다. 팀은 전환된 두 가지 모두 화학 및 에너지 분야에서 높은 가치를 지닌다고 말했다. 연구를 이끈 차오준 리 교수는 "풍부한 태양 에너지를 활용하여 두 가지 온실 가스를 유용한 제품으로 재활용할 수 있다. 이 과정은 상온에서 진행되며 다른 화학 반응에서 사용되는 고온이나 유해 화학 물질이 필요하지 않다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다. 맥길 대학교 연구팀은 이 기술이 탄소 중립 목표 달성과 환경 문제를 지속 가능한 미래를 위한 기회로 전환하는데 기여할 것이라고 전망했다.
- IT/바이오
2024-09-19
[기후의 역습(54)] 시베리아의 '지옥으로 가는 관문', 30년 만에 3배로 커졌다

기후 변화로 인해 시베리아의 거대한 구멍, "지옥으로 가는 관문(바타가이 분화구)'이 예상보다 빠르게 확장되고 있다고 비즈니스인사이더, NDTV 등 외신들이 전했다. 시베리아의 얼어붙은 야나 고원에 위치한 바타가이 분화구는 현재 폭이 200에이커(약 24만 5000평), 깊이가 91m를 넘는다. 이 분화구는 가오리, 투구게 또는 거대한 올챙이 모양이다. 실제 분화구가 아닌 '해빙 침체' 동토인 바타가이는 1960년대 처음 기밀이 해제된 위성 이미지에서는 거의 보이지 않는 작은 은색 조각에서 시작됐다. 현재 분화구의 크기는 불과 30년 만에 세 배로 커졌다. 바타가이 분화구는 지구에서 두 번째로 오래된 영구 동토층이다. 그런 분화구가 '점점 빠른 가속도로' 계속해서 바깥쪽으로 확장되고 있다. 현재는 분화구가 너무 커져서 우주에서도 볼 수 있을 정도다. 전문가들이 대거 분화구로 몰려들어 변화의 전후 사정을 파악하는 데 주력하고 있다. 워싱턴 대학교의 지구물리학자 로저 마이클라이즈 교수는 비즈니스인사이더와의 인터뷰에서 "바타가이에서 알아낼 수 있는 것이 많다. 바타가이가 시간이 지나면서 어떻게 진화할지 알아내는 것뿐만 아니라, 북극에서 유사한 특징이 어떻게 발달하고 진화할 수 있는지도 이해할 수 있다"라고 말했다. 마이클라이즈는 "바타가이의 10분의 1 또는 100분의 1 크기일지라도 물리학은 근본적으로 동일하다"라고 덧붙였다. 올해 초에 발표된 다른 연구에 따르면, 이 분화구는 영구 동토층의 녹은 물이 바닥의 기반암에 거의 도달했기 때문에 더 깊어지고 있다. 뉴욕포스트 보도에 따르면 빙하학자 알렉산더 키즈야코프 박사는 이 연구에서 "분화구의 역행적 해빙 침체(RTS)의 부피는 연간 약 100만 입방미터씩 증가하고 있다"라고 적었다. 전문가들은 분화구의 확장이 강둑의 침식을 가속하고 주변 생태계에 큰 영향을 미치기 때문에 인근 바타가이 강에 문제를 일으킬 것이라고 경고했다. 학자들은 또 급속히 확장되는 분화구로 인해 동토에 얼어붙어 잠겨 있던 각종 미생물이나 메탄이 해동돼 대기 중으로 방출되면서 온실가스 배출량도 증가할 수 있다고 지적했다. 전문가은 현재 매년 영구 동토층에 갇혀 있던 유기 탄소 4000~5000톤이 방출되고 있으며, 이 수치는 갈수록 증가할 가능성이 높다고 추정한다. 분화구가 녹아 확장되고 있어 이 '지옥으로 가는 관문'이 이 지역 전체에 영향을 줄 수 있다는 지적이다. 전문가들은 동토가 더 녹으면 주민들이 거주하는 주변 커뮤니티들이 위험해질 수 있다고 경고했다. 야쿠츠크의 멜니코프 영구 동토층 연구소(Melnikov Permafrost Institute)의 니키타 타나나예프 연구원은 분화구에서의 누출로 인해 인근 생태계가 영구적으로 변하고 있다고 말했다. 그는 "이로 인해 강가 서식지를 비롯한 생태계가 크게 변할 것이고, 바타가이 분화구 침식지에서 빠져나오는 퇴적물의 영향은 인근의 주요 강인 야나 강까지 영향을 미칠 것"이라고 말했다.
- 포커스온
2024-09-09
[신소재 신기술(92)] 선박이 배출하는 탄소 포집, 짠 물로 바꿔 바다에 저장하는 원자로 나왔다

국제해운선이 차지하는 세계 무역의 비중은 80%에 달한다. 해운 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 3%를 차지한다. 그러나 기후 변화가 심각한 현재 해운은 기후 목표를 달성할 수 있는 단계에 오르지 못하고 있다. 지난해, 해운을 규제하는 유엔 기관인 국제해사기구는 다른 산업들과 연계해 2050년까지 제로를 달성하는 것을 목표로 해운 산업의 탄소 배출을 강화했다. 그러나 메탄올, 수소, 암모니아 등 저배출 연료의 공급은 빠르지 않다. 캘리포니아 공과대학(칼텍)의 화학 해양학자 제스 애드킨스가 연료 연소로 인해 배출되는 탄소를 바닷물 소금으로 전환할 수 있는 원자로를 화물선에 장착함으로써 탄소 제로에 도움을 줄 수 있다는 아이디어를 제안했다고 CNN이 보도했다. 애드킨스는 이 방법으로 탄소를 10만 년 동안 가두어 둘 수 있다고 밝혔다. 이 아이디어는 바다에서 이미 자연적으로 일어나고 있는 현상과 비슷하다. 원자로를 설계하고 테스트하는 스타트업 칼캐리아(Calcarea)를 설립한 애드킨스는 이 방법이 지구가 수십억 년 동안 자연적으로 진행해 온 반응이라고 언급했다. 해수는 대기로 방출되는 탄소의 약 3분의 1을 자연스럽게 흡수해 물을 산성화하고 바다에 풍부한 탄산칼슘을 용해시킨다. 탄산칼슘은 산호의 뼈대, 조개 및 바다 바닥의 대부분의 퇴적물을 구성하는 모든 것들을 만든다. 용해된 탄산칼슘은 물 속의 탄소와 반응해 중탄산염을 형성하고 탄소를 가두어 둔다. 바닷물에는 현재 이미 3만8000기가톤(38조 톤)의 중탄산염이 존재한다. 칼캐리아는 선박의 배기 가스를 선체의 원자로로 흘려보내 이런 자연적 과정을 모방하고자 한다. 대부분 탄산칼슘으로 구성된 암석인 석회암과 배기 가스 속의 탄소는 혼합물과 반응, 탄소를 중탄산염의 형태로 가두는 짠 물을 만든다. 애드킨스는 원자로를 통해 선박의 탄소 배출량의 약 절반을 포집해 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 자연계에서는 이 반응이 1만 년 이상 걸리지만 칼캐리아의 원자로에서는 불과 1분이면 된다고 한다. 이는 탄소와 석회암을 서로 밀접하게 접촉시켜 이루어진다. 만들어진 짠 물은 바다로 방출되며, 이는 해양 생물이나 해수의 화학적 균형에 위협이 되지 않는다. 회사는 또 미립자 및 연소되지 않은 연료와 같은 다른 오염 물질과 기타 오염 물질을 제거하기 위해 필터를 추가하는 방안도 강구 중이라고 밝혔다. 애드킨스는 2년 동안 프로젝트를 진행한 후 2023년 1월 회사를 칼텍에서 분사했다. 칼텍의 학부생인 멜리사 구티에레즈, 엔지니어인 피에르 포린, 서던캘리포니아 대학교(USC) 교수이자 지구화학자인 윌 베렐슨 등 세 명이 공동 창립자로 참여했다. 회사는 350만 달러의 초기 자금을 조달하고 시스템 개발에 집중했다. 칼캐리아는 USC 주차장과 로스앤젤레스 항구에 각각 하나씩의 프로토타입 원자로를 건설했다. 5월 말, 칼캐리아는 국제 운송 회사인 로마(Lomar)와 연구개발 협력 계약을 맺었다고 발표했다. 애드킨스는 이를 통해 첫 번째 원자로가 선박에 장착될 것이라고 전했다. 애드킨스는 칼캐리아 솔루션이 해운 산업이 보다 친환경적인 연료로 전환하는 것과 함께, 해운의 탈탄소화에 도움을 줄 수 있다고 확신했다. 더 먼 미래에는 이 원자로가 대기에서 포집된 탄소를 지하에 저장하는 대안으로 활용될 수 있다고 부연했다.
- 산업
2024-08-08
[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인

토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-21
[기후의 역습(15)] 과학자들, 해수면 60cm 이상 상승 경고

해수면 상승은 남서 태평양의 여러 섬에서부터 이탈리아의 베니스와 같은 운하 기반 도시에 이르기까지 전 세계 해안을 위협하고 있다고 지구 온난화를 막기 위한 비영리기관 TCD(쿨다운)이 전했다. 미국에서는 보스턴을 비롯한 많은 해안 도시들이 해수면 상승에 대비하고 있으며, 미국 국립해양대기청(NOAA)은 30cm의 해수면 상승을 어떻게 관리할 것인지에 대한 대화형 지도를 공유하기에 이르렀다. NOAA의 2022년 해수면 상승 기술 보고서는 2022년의 오염 수준이 유지된다고 가정할 경우, 2020~2100년 사이에 해수면이 60cm 이상 상승할 가능성이 더 높아질 것이라고 설명하고 있다. NOAA는 또 운송, 농업, 산업, 기타 원인으로 인한 오염과 지구 온난화를 줄이지 못하면, 같은 기간 동안 해수면의 높이가 2m10cm까지 올라갈 수 있다고 경고했다. 해수면이 60cm 상승하면 미국에서는 동부와 서부 해안에 접한 모든 주들과 루이지애나, 텍사스, 미시시피, 앨라배마까지 위험에 처하게 된다. 오리건은 가장 큰 영향을 받을 수 있는 주 중의 하나다. '오리건 라이브'에 따르면 해수면이 1m80cm 상승하면 주 경계를 따라 흐르는 컬럼비아 강에 있는 섬들이 물에 잠기게 될 것이며, 강 인근에서 가장 큰 섬인 소비아일랜드를 완전히 수장할 가능성도 높다. 이 정도 상승이면 해안을 따라 광범위한 피해가 발생할 것이며, 워렌턴, 씨사이드, 톨레도와 같은 곳도 대부분 물에 잠기게 된다. 높아지는 수위는 무엇보다도 해안 지역 사회를 심각한 홍수의 위험에 빠뜨린다. 가정과 일터를 파괴하고, 일부 지역에서는 사람이 거주할 수 없게 되며, 시민들은 생존의 위험에 노출된다. 미국 국립자원보호협의회(NRDC)에 따르면 해수면 상승의 다른 주요 영향 중에는 기상 이변, 토지 상실 및 해안 침식, 염수 침입 및 담수 오염, 기후 이주 가능성 증가 등이 있다. 여기서 기후 이주는 혹독한 기후로 바뀜에 따라 인간이 거주할 수 없게 돼 강제로 이주할 수밖에 없는 경우를 말한다. 해수면이 60cm 상승한다면 한국 영토의 약 10.8%가 침수될 것으로 예상된다. 이는 약 2600㎢에 해당하는 넓이다. 침수 예상 범위는 해안 지형, 지표고, 조류, 방파제 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다. 인천광역시, 경기도, 충청남도, 전라남도, 경상남도 등 해안 저지대에 위치한 지역들이 주로 영향을 받게 될 것이다. 해수면 상승의 가장 큰 원인은 지구 온난화다. NRDC가 지적했듯이, 더 따뜻한 날씨는 매년 2700억 톤의 그린란드 빙하를 녹인다. 그린란드 얼음 덩어리가 사라지고 있는 것이다. 이는 그대로 바다로 흘러들어 해수면을 높인다. 바다는 또 이산화탄소와 메탄과 같은 가스의 차단(커튼 효과)에 의해 대기에 갇힌 과잉 열의 약 90%를 흡수한다. 이것은 물의 팽창으로 이어진다. NOAA 과학자들은 2004년 이후 세계 해수면 상승의 3분의 1이 해수 온난화로 인해 발생하는 것으로 추정한다. 따라서 지구 온난화를 유발하는 오염을 줄이는 것이 지구의 건강과 인간의 안전을 위해 필수적이라는 지적이다. 국가와 기관, 기업의 대책도 중요하지만 주민들의 생활 방식 변화도 이에 기여할 수 있다. 자동차를 버리고 걷거나 자전거와 같은 마이크로모빌리티를 타는 것이 권장되며, 식물성 식단으로 전환하는 것도 세계 최대 오염원 중 하나인 육류 산업의 수요를 줄인다. 습지는 자연적인 방수 기능을 제공하며, 해수면 상승에 대한 완충 역할을 한다. 습지 보호 및 복원을 통해 해안선의 자연적 방어력을 강화해야 한다. 또한 염수에 강한 작물과 나무를 개발하여 해수면 상승으로 인한 농업 및 임업 피해를 최소화해야 한다.
- 포커스온
2024-06-19
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능

북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-05
EU, 30년부터 수입 석유∙천연가스에 메탄 배출규제 적용

유럽연합(EU)은 27일(현지시간) 수입하는 석유∙천연가스에 메탄 배출규제를 적용하는 법안을 승인했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 EU는 메탄 배출규제 법안을 2030년부터 시행할 방침이다. EU는 이번 법안이 발효되면 EU 역외 공급업자에 대해 메탄 누설을 줄이도록 하는 압력을 가할 것으로 판단했다. 메탄은 천연가스의 주성분이다. 이산화탄소에 이은 지구온난화의 주요요인으로 꼽히며, 파이프라인 등으로부터 대기중에 새나간다. 법안은 EU농업장관 이사회에서 최종 승인됐다. 헝가리만 반대표를 던졌다. 2030년이후 유럽시장에 유통하는 화석연료에 ‘메탄강도의 최대치’를 설정한다. 구체적인 수치는 2030년까지 결정키로 했다. 법안이 시행되면 석유∙가스수입업자들은 벌금에 직면할 가능성이 있다. 이번 법률은 미국, 아르헨티나, 러시아 등 주요 가스공급국에 타격을 줄 가능성이 높다. 이와 함께 2027년이후 석유∙가스∙석탄의 신규 수입계약에 대해서는 EU의 메탄 베출보고규정과 같은 규정에 따르고 있는 생산자만 체결되게 된다. EU는 메탄 누설의 정기적인 검사를 의무화하고 있다.
- 경제
2024-05-28
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25
[신소재 신기술(34)] 수소 저장용 신소재, 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9) 합성 화합물

러시아 스콜코보 과학기술연구소(스콜테크·Skoltech) 연구팀과 러시아 과학 아카데미 슈브니코프(shubnikov) 결정체 연구소 및 중국, 일본, 이탈리아 연구 기관의 과학자들은 현재 최고의 수소 저장 물질보다 4배 더 많은 양의 수소 기체를 "흡수"할 수 있는 수소 화학 저장 물질을 발견했다고 테크익스플로어가 17일(현지시간) 보도했다. 이 연구팀이 개발한 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(CsH7)과 9수소화 루비듐(RbH9)은 각각 금속 원자당 최대 7개와 9개의 수소를 저장할 수 있는 획기적인 기술이다. 기존 금속 합금기술로는 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있었다. 수소를 효율적으로 저장하는 방법을 찾는 것은 미래의 지속 가능한 경제에 통합하는 데 매우 중요하다. 적절한 저장 기술을 갖춘 수소는 향후 고온의 산업 공정과 운송에 연료를 공급하고 전력망의 공급과 수요를 균형 있게 조절하는 역할을 할 수 있다. 이번 연구는 학술지 '첨단 에너지 재료(Advanced Energy Materials)'에 게재됐다. 수소는 미래의 저탄소 경제에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 수소는 재생 가능하게 생산될 수 있고, 연료 전지나 연소를 통해 전기나 열을 생성하는 데 사용될 수 있다. 수소 에너지로 인해 가장 큰 이익을 얻을 수 있는 분야는 제철, 유리 및 시멘트 생산, 화학 산업 등이다. 국제 해운 및 일반적인 운송과 모빌리티 전반도 수소 에너지로 이익을 얻을 수 있다. 그 외에도 수소는 재생 가능 에너지의 불규칙한 공급을 포함해 잉여 에너지를 저장함으로써 전력망의 균형을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 수소 발전의 광범위한 채택을 막는 가장 큰 장애물은 공기보다 14배 가볍고, 반응성이 높으며, 가두기 어렵고 폭발성이 있는 가스인 수소를 저장하는 안전하고 지속 가능하며 경제적인 기술력의 부족이다. 가스 실린더, 튜브, 극저온 탱크 및 파이프 라인에서 수소를 축적하고 운반하려면 압축 또는 액화하거나 수소 분자로 구성된 고체로 변환해야 할 수도 있다. 하지만 이 방법에는 몇 가지 문제점이 있다. 첫째, 이러한 처리에는 매우 많은 비용이 든다. 압축 및 냉장 과정은 최종적으로 수소가 제공하는 총 에너지의 약 20%~40%에 해당하는 에너지를 소비한다. 이는 매우 높은 손실이다. 둘째, 수소는 질량당 가장 에너지 밀도가 높은 화학 연료이지만 너무 가벼워 압축 또는 액화된 천연가스보다 단위 부피당 여전히 약 절반의 에너지를 보유한다. 이는 특히 차량에 불편하다. 셋째, 수소는 가장 작은 분자이기 때문에 컨테이너에서 쉽게 빠져나가고 심지어 금속 벽에도 침투해 벽을 부서지게 하고 균열과 누출을 일으킨다. 연구의 주요 저자 중 한 명인 스콜테크의 재료 과학 및 공학 박사 드미트리 세메노크(Dmitrii Semenok)는 "대안은 화학 저장"이라고 지적했다. 세메노크 박사는 "예를 들어 마그네슘-니켈 및 지르코늄-바나듐 합금과 같은 특정 물질은 금속 원자가 결정 구조를 형성하는 사이의 공극에 수소를 저장할 수 있다. 이러한 축전기는 상대적으로 밀도가 높고 안전하며 필요에 따라 가열 시 빠르게 수소를 방출한다"라고 설명했다. 그는 "하지만 수소를 포집하고 방출하는 데 필요한 조건과 얼마나 많은 충방전 사이클을 견딜 수 있는지에 따라 금속 합금을 조정할 수는 있지만, 금속 원자 하나당 약 2개의 수소 원자를 넣을 수 있다는 상대적으로 엄격한 제한이 있다. 이것이 가장 큰 지표다"라고 부연했다. 세메노크 박사는 "우리가 합성한 화합물인 칠수소화 세슘(세슘 헵타하이드라이드·CsH7)과 9수소화 루비듐(루비듐 비수소화물·RbH9)은 금속 원자당 각각 최대 7개와 9개의 수소 원자를 담고 있다. 이 두 물질은 대기압에서 안정적으로 수소가 풍부한 최초의 물질이 될 것으로 예상되지만, 후자는 추가 확인이 필요하다. 어쨌든 이 화합물에서 수소 원자의 비율은 알려진 모든 수소화물 중에서 가장 높으며 메탄 CH4보다 두 배나 높다"라고 말했다. 이 연구의 수석 연구자인 스코테크의 재료 발견 연구실 책임자 아르템 오가노프(Artem R. Oganov) 교수는 "우리는 수소가 풍부한 암모니아 보란 분말을 세슘 또는 루비듐과 반응시킨다"고 설명했다. 이렇게 하면 세슘 또는 루비듐 아미도보란으로 알려진 염이 생성된다. 열을 가하면 이러한 염이 세슘 또는 루비듐 일수화물과 다량의 수소로 분해된다. 오가노프 박사는 "실험은 대기압의 10만 배에 달하는 압력을 가하는 두 다이아몬드 사이의 셀에서 실행되기 때문에 여분의 수소가 결정 격자 공극으로 강제 이동하여 세슘 헵타하이드라이드와 루비듐 비수소화물(후자는 두 가지 다른 결정 격자 종류)을 형성한다"라고 말했다. 연구팀에 따르면 세슘과 루비듐은 원자의 크기가 커서 결정 구조에서 수소가 차지할 수 있는 빈 공간이 더 커지기 때문에 "예정된 운명"이라고 한다. 이 화합물의 형성은 연구팀의 시뮬레이션과 기본 물리 법칙에 기반한 계산의 예측과 일치했다. 화합물의 존재는 여러 분석 기법을 통해서도 확인됐다. X-선 분석, 라만 분광법, 반사/투과 분광법 등 다양한 분석 기법을 통해 화합물의 존재를 확인했다. 후자는 스콜테크의 하이브리드 포토닉스 연구소의 데니스 산니코프 연구원의 기여로 가능했다. 연구팀은 이제 약 1만기압의 낮은 압력에서 대규모 유압 프레스를 사용해 실험을 반복하여 더 많은 양의 세슘과 루비듐 폴리하이드리드를 얻고, 이 화합물이 지금까지 알려진 다른 폴리하이드리드와 달리 일단 합성되면 대기압에서도 안정적으로 유지되는지 검증할 계획이다.
- 포커스온
2024-04-19
지하수 30% 오염, 분해되지 않는 독성 화학물질 기준치 이상 발견

과불화화합물(PFAS)이라고 불리는 독성 화학 물질이 국제 규제기관이 허용하는 기준치보다 훨씬 높은 수준으로 전 세계 지표수와 지하수에서 발견되고 있다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CNN이 보도했다. PFAS는 자연 상태에서는 영원히 분해되지 않는 화합물로 Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 약자다. 지난 1946년 듀폰이 테플론이라는 이름으로 처음 발표했으며 자연에서 분해되지 않고 결국 인체에 흡수되기 때문에 심각성을 더한다. PFAS는 자연 환경에서 완전히 분해되지 못하기 때문에 '영원한 화학물질'이라고 불린다. 연구에 따르면 오염원이 알려지지 않은 지역에서도 지하수 시료의 31%가 미국 환경보호청이 2023년 3월에 제시한 기준치를 초과했고, 거의 70%가 캐나다 보건부가 정한 기준치를 초과했다. 지하수 시료 31% 기준치 초과 조만간 최종 확정될 것으로 예상되는 미 환경보호국(EPA) 안은 과불화옥탄술폰산(PFOS)과 과불화옥탄산(PFOA) 등 2개의 대표적인 PFAS에 대한 구체적인 한도를 1조분의 4로 설정하는 한편, 이를 대체하기 위해 업계에서 개발한 4가지 화학물질의 혼합물에 대한 새로운 제한도 설정했다. EPA에 따르면 PFOA와 PFOS와 같이 가장 많이 연구된 PFAS 중 일부는 암, 비만, 갑상선 질환, 높은 콜레스테롤, 생식력 감소, 간 손상 및 호르몬 파괴와 같은 심각한 건강 문제를 일으킨다. 미국 국립과학기술원이 2022년 7월 발표한 보고서에 따르면 PFAS에 노출되면 성인과 어린이 모두에서 영유아 및 태아 성장 감소와 백신에 대한 항체 반응 감소가 발생했다. 보고서에 따르면 임산부, 어린이 및 노인과 같은 취약계층에게 일부 새로운 PFAS에서 동일한 건강 영향이 발견되었다. PFAS 및 기타 화학 물질에 대한 노출을 감시하는 소비자 단체 '환경작업그룹'의 과학자인 데이비드 앤드루스는 "이번 보고서는 화학 정책이 실패했다는 점을 강조하고 있으며, PFAS가 전 세계 모든 곳의 물을 오염시킬 정도로 광범위하게 노출되고 있음을 입증하고 있다는 점에서 의미가 크다"고 말했다 . 북극이나 에베레스트에서도 발견 앤드류스는 "이 독성 화학물질은 북극, 에베레스트 산 비탈과 같은 외딴 지역은 물론, 펭귄, 북극곰, 고래, 바다표범 등 다양한 생물종에서 발견됐다"며 "이 화학물질은 제조업체에 의해 방출되고 토양, 공기, 물 등으로 다양하게 흡수되고 퍼지기 때문에 지구촌 어디에나 있을 수밖에 없다”고 강조했다. 지금까지 이루어진 대부분의 PFAS 샘플링이 선진국과 연구원이 밀집된 지역에서 이루어졌기 때문에, 분석 지역을 넓힌다면 훨씬 많은 노출이 드러날 것“이라고 덧붙였다. 미국 국립과학원, 공학원, 의학원의 다른 보고서에 따르면, 미국인의 98%의 혈액에서 다양한 PFAS 화학물질이 검출되었고, 이 물질은 신체의 다른 기관에 수년간 보관될 수도 있다. 그러나 인체 흡수원 중에서 식수는 노출의 약 20%에 불과할 수 있으며, 가장 심각한 원인은 음식, 먼지 및 기타 요인에서 발생한다. 이는 PFAS가 음식 포장지를 비롯한 식품 포장을 포함, 수천 개의 소비자 제품에서 수십 년 동안 사용되었기 때문이다. PFAS는 카펫, 의류 및 가구 등이 얼룩, 물 및 기름에 손상되지 않도록 강화하는 데도 쓰인다. 또는 끈적이지 않는 조리기구, 휴대폰, 상업용 항공기 및 배기가스가 소형 차량 등도 용도에 포함된다. 각계의 우려와 과학자 및 시민단체의 노력으로 2008년 제조업체들은 PFOA와 PFOS의 사용을 단계적으로 중단하겠다고 약속했다. 그러나 독성물질 및 질병 등록기관은 웹사이트에서 "PFOS와 PFOA가 폐지되고 다른 물질로 교체돼도 다른 PFAS에 노출될 수 있다"고 경고한다. 또한 EPA가 2023년 6월 발표한 건강 경보에 따르면 특정 PFAS 화학 물질은 과학자들이 원래 생각했던 것보다 수천 배 낮은 수준으로도 훨씬 더 인간의 건강에 치명적이라는 사실이 드러났다. '네이처 지오사이언스' 저널에 발표된 이 연구는 2004년 이후 전 세계에서 수집된 4만 5000개 이상의 물 샘플에서 사용 가능한 데이터를 수집하고 분석한 결과다. 연구팀을 이끈 시드니 뉴사우스웨일스대 데니스 오코넬 교수는 "생명을 구하는 화재 진압에 쓰이는 엄청난 양의 거품(폼), 매립지, PFAS를 사용하는 제조업, 폐수처리장(하수처리장) 등이 모두 PFAS의 원천”이라고 지적한다. 역삼투압 필터, PFAS 여과에 효과 PFAS는 종류만도 1만 4000개 이상에 달한다. 그러나 검사받는 것은 그 중 극히 일부에 불과하다. 이는 오염의 정도와 그에 따른 인간의 건강에 대한 해악이 현재 알려진 것보다 훨씬 더 광범위할 수 있다는 또 다른 시사점이다. 더 많은 PFAS 검사가 이루어져야 한다는 주장이 제기되는 이유이기도 하다. 주요 도시의 처리장에서는 대부분 PFAS를 여과하고 있다. 새로운 EPA 가이드라인으로 인해 앞으로 3년 이내에 더 많은 처리장이 PFAS를 여과해야 한다. 그러나 미국 지질조사국에 따르면 미국 인구의 약 15%, 즉 4300만 명 이상의 인구가 우물물을 사용하고 있으며, 이는 연방정부의 규제를 받지 않는다. 소비자들은 수도꼭지에 사용할 물 필터를 시중에서 구입해 오염 노출을 피할 수 있다. 정부는 권장 필터 목록도 게시하고 있다. 그 중 PFAS에 가장 효과적인 물 필터는 역삼투압 필터다. 이 필터는 약 200달러로 가격이 비싼 편이다. 역삼투압 필터는 다양한 필터를 통해 물을 강제로 통과시킴으로써 용해된 고체를 포함해 다양한 오염 물질을 제거할 수 있다. 입상 활성탄 필터는 더 일반적이고 비용이 적게 들지만 PFAS에 효과적이지는 않다는 평가다.
- IT/바이오
2024-04-11
매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인

매립지에 쌓이는 쓰레기는 단지 눈에 거슬리는 존재를 넘어선다. 지구를 온난화시키는 엄청난 양의 메탄가스를 배출하는 기후의 악몽이기도 하다. 미국 전역 수백 곳의 매립지에서 메탄 오염을 측정한 새로운 연구에 따르면, 문제가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 심각하다고 사이언스 온라인판이 전했다. 이 소식은 CNN 등 주요 매체에도 비중 있게 보도됐다. 과학자들은 2018~2022년까지 18개 주에 걸쳐 200개 이상의 매립지를 항공 조사했다. 이는 미국 매립지에 대한 측정 조사 중 최대 규모이다. 사이언스 저널에 발표된 연구에 따르면, 조사 결과 평균 메탄 배출량이 공식적으로 보고된 것보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 눈에 보이지 않고 냄새가 없는 가스인 메탄은 이산화탄소에 비해 대기중에 머무는 시간이 짧지만 80배 이상의 온난화 효과를 지니며, 다양한 부문에서 생산된다. 그 중 가장 큰 부문은 석유, 가스, 농업이다. 매립지는 잘 알려지지 않은 메탄 발생원인이지만, 전 세계 메탄 배출량의 약 20%를 차지해 큰 영향을 미친다. 매립지는 음식물 쓰레기, 종이, 목재 등의 유기 폐기물을 산소 없이 분해하면서 메탄을 생성하는 박테리아가 살기에 완벽한 환경을 조성한다. 미국의 대부분의 매립지는 연방 정부에서 휴대용 센서를 사용한 보행 조사를 통해 1년에 4회 메탄 배출량을 측정하도록 규정하고 있다. 연구에 따르면 보행자들은 가파른 경사면이나 쓰레기가 자주 버려지는 곳 등 안전하지 않은 지역을 피하는 경향이 있기 때문에 조사의 정확성을 기하기 어렵고 결과도 다르다. 연구를 담당한 비영리 기관 카본매퍼(Carbon Mapper)의 과학자인 다니엘 커스워스(Daniel Cusworth)는 "보행에 의한 측정은 정확하지 않고 단지 메탄 발생의 핫스팟을 감지하는 것일 뿐”이라고 지적한다. 따라서 매립지 메탄 배출량 추정은 직접 측정보다는 모델을 기반으로 하는 경향이 있으며 이는 데이터에 격차가 있음을 의미한다. 보고서는 항공기, 드론, 위성 등의 원격 감지를 사용하는 고급 모니터링 시스템이 보다 정확하고 포괄적인 상황을 제공할 수 있다고 주장한다. 과학자들은 공중 영상 분광계를 사용하여 측정한 매립지의 52%에서 대량의 메탄 방생을 발견했다. 보고서는 이는 석유 및 가스 부문에 대해 수행된 항공 연구의 메탄 검출 비율을 훨씬 초과한다고 지적한다. 분석 결과는 환경보호국의 온실가스 보고 프로그램(GHGRP)과 같은 현재의 보고 시스템에 메탄 발생원이 대거 누락되어 있음을 보여준다고 연구팀은 지적했다. 보고서는 매립지의 평균 메탄 배출량은 GHGRP에 보고된 것보다 1.4배 더 높았다고 밝혔다. 또한 매립지 메탄 배출이 일반적으로 석유 및 가스 생산으로 인한 배출보다 훨씬 지속적이며 60%가 수개월, 심지어 수년 동안 지속된다는 사실도 발견했다. 스탠포드대학의 환경과학 교수 롭 잭슨(Rob Jackson)은 CNN과의 인터뷰에서 매립지가 ‘슈퍼 메탄 방출자’라며 "항공 데이터는 우리가 수십 년 동안 지적해 왔던 사실을 입증한다"고 말했다. 매립 문제가 조만간 사라질 것 같지는 않다. 커스워스는 “화석연료에 의존하지 않는 미래에도 인간이 버리는 폐기물은 계속 발생할 가능성이 높다. 더 깨끗한 연료로 전환하더라도 우리는 여전히 폐기물 관리 문제를 다룰 것”이라고 말했다. 과학자들은 메탄의 급격한 감소가 기후 변화를 늦추는 가장 효과적인 방법 중 하나라고 말한다. 그러나 미국의 대부분의 메탄 정책은 석유 및 가스 산업을 대상으로 한다. 커스워스는 "기후 목표를 달성하려면 석유와 가스만으로는 메탄 배출량을 줄일 수 없으며, 매립지는 석유나 가스와 마찬가지로 주목을 받아야 한다"라고 주장했다.
- IT/바이오
2024-04-01
제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견

제임스웹 우주 망원경이 행성 형성 초기 단계의 젊은 두 개의 원시별에서 메탄과 아세트산 등 다양한 복합 유기 분자를 발견했다. 웹 스페이스 텔레스콥은 13일(현지시간) 국제 천문학 연구이 미국 항공우주국(NASA·나사)의 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 항성 형성 초기 단계인 두 개의 원시 별 IRAS 2A와 IRAS 23385 주변에서 복합 유기 분자(COMs)를 포함한 다양한 얼음 화합물을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 이전의 암흑 성운 연구에서 탐지된 다양한 얼음체 연구를 기반으로 이루어졌다. 연구팀이 웹의 중적외선 망원경(MIRI)을 사용해 검출한 복합 유기 분자에는 에탄올(알코올)과 아세트산(식초의 주성분)이 포함된다. 이는 잠재적으로 생명체가 거주할 수 있는 환경을 형성하는 데 중요한 물질들이다. 이번 연구는 이러한 복합 유기 분자가 얼음 상태에서 형성될 수 있다는 것을 시사하며, 우주에서의 복합 유기 분자 생성 과정에 대한 이해를 넓혀줄 것으로 기대된다. 네덜란드 라이덴 대학교의 팀 리더인 윌 로차(Will Rocha)는 "이 발견은 천체화학의 오랜 질문 중 하나에 기여한다"고 말했다. 로차 박사는 "우주에 존재하는 복잡한 유기 분자, 즉 COM의 기원은 무엇일까? 기체 상에서 만들어질까, 아니면 얼음에서 만들어질까? 얼음에서 COM이 검출된 것은 차가운 먼지 입자 표면의 고체상 화학 반응이 복잡한 종류의 분자를 만들 수 있음을 시사한다"라고 설명했다. 이번 연구에서 고체상에서 검출된 COM을 포함한 여러 COM은, 이전에는 따뜻한 기체상에서 검출되었기 때문에 얼음의 승화에서 비롯된 것으로 추정된다. 승화란 액체가 되지 않고 고체에서 바로 기체로 변하는 것을 말한다. 따라서 천문학자들은 얼음에서 COM을 검출함으로써 우주에 존재하는 다른 더 큰 분자의 기원에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 또한 원시 별 진화의 훨씬 후기 단계에서 이러한 COM이 행성으로 어느 정도까지 운반되는지 탐구하기를 원한다. 차가운 얼음 속의 COM은 따뜻한 기체 분자보다 분자 구름에서 행성을 형성하는 원반으로 운반하기가 더 쉽다고 여겨진다. 따라서 이러한 얼음 COM은 혜성과 소행성에 포함될 수 있으며, 이는 형성되는 행성과 충돌하여 생명체가 번성할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 연구팀은 개미에 쏘였을 때 타는 듯한 느낌을 주는 개미산, 메탄, 포름알데히드, 이산화황 등 더 간단한 분자도 검출했다. 연구에 따르면 이산화황과 같은 황 함유 화합물은 원시 지구의 대사 반응을 주도하는 데 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 특히 연구 대상 중 하나인 저질량 원시 별 IRAS 2A는 우리 태양계의 초기 단계와 유사할 수 있다는 점이 주목할 만하다. 이 원시 별 주변에서 발견된 화합물들은 우리 태양계 형성 초기 단계에 존재했고, 이후 원시 지구로 운반되었을 가능성이 있다. 과학 프로그램의 조정자 중 한 명인 라이덴 대학교의 이원 반 디스호크(Ewine van Dishoeck)는 "이 모든 분자들은 원시 별이 진화함에 따라 얼음 물질이 행성을 형성하는 원반으로 안쪽으로 운반될 때 혜성과 소행성의 일부가 될 수 있으며 결국 새로운 행성계가 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 향후 관측 자료를 통해 우주화학적 진화 과정을 단계별로 더욱 명확하게 규명할 것을 기대하고 있다. 이 연구는 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 저널에 게재됐다.
- 산업
2024-03-14
'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?

생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
- 생활경제
2024-03-13
의료용 그래핀 센서 개발 기업 MCK테크, 버사리엔 한국자산 60만4000파운드에 매입

영국 서부 포레스트 오브 딘(Forest of Dean)의 첨단 소재 엔지니어링 그룹 버사리엔(Versarien)이 한국에 있는 그룹의 공장과 장비를 매각한다. 11일(현지시간) 영국 비즈니스 전문매체 펀치라인에 따르면 버사리엔은 의료용 그래핀 센서 개발 기업 MCK테크(주)와 총 60만4000만 파운드(약 10억1525만원)에 그룹의 한국 공장 및 장비를 매각하고, 그룹 소유의 특허 5건에 대한 독점 라이선스 계약과 함께 추가 비용을 지불하는 계약을 체결했다. 버사리엔은 회사 재건 전략의 일환으로 주요 사업 이외의 자산 처분을 추진하고 있으며, 2020년 한화 에어로스페이스로부터 인수한 한국 공장과 설비는 주요 사업과 연관이 없다고 판단되어 매각 대상으로 선정됐다고 이 매체는 전했다. 현재 버사리엔은 첨단 소재 회사인 고성능 나노복합소재를 개발·제조하는 에에에이씨 시로마(AAC Cyroma)와 고성능 텅스텐 카바이드 소재를 개발·제조하는 토탈 카바이드(Total Carbide) 등 성숙한 사업 부문도 매각을 위해 논의를 진행하고 있다. 추가 자산 매각 시기와 인수 자금의 규모는 아직 확실하지 않은 것으로 알려졌다. 매각 수익금은 기업 운영 및 워킹 캐피탈 충당에 사용될 예정이며, 버사리엔은 회사 재건 전략 지원을 위한 단기 및 장기 자금 조달을 계속 추진할 것으로 예상된다. 2023년 3월 31일 기준 한국 공장의 총 자산 가치는 84만4151 파운드(약 14억 3587만원)였으며, 2022년 9월 30일까지 18개월 동안 버사리엔 코리아의 순손실은 77만1690 파운드(약 13억 원)에 달했다. 버사리엔의 스티븐 홋지 최고경영자(CEO)는 "앞서 언급했던 바와 같이, 버사리엔의 전략은 영국에서 제조 부분을 최소화하고 특허, 기술 노하우 및 기타 지식재산권을 주요 파트너에게 라이센싱하는 것이다. 이 전략에 따라 한국산 CVD 그래핀 생산 장비 매각과 5건의 특허를 MCK Tech에 라이센싱하게 되어 기쁘다. MCK Tech는 의료 분야용 그래핀 센서 개발을 하는 우수한 기업이다"라고 밝혔다. 이어 홋지 CEO는 "MCK테크의 조승민 대표는 삼성테크윈과 한화에어로스페이스에서 그룹장을 역임한 후 2017년 대전의 첨단메타소재센터(CAMM)와 합작법인인 MCK테크를 설립한 국내 CVD 그래핀의 선구자 중 한 명이다. 앞으로도 CVD 그래핀 소재에 대한 접근성을 유지하고 협업을 통해 MCK테크의 성장을 지원할 수 있기를 기대한다"고 말했다. MCK테크 조승민 CEO는 "CVD 그래핀 생산 장비 인수는 CVD 그래핀 제조 및 응용 분야 개발을 위한 전략적 투자다. 삼성테크윈과 한화 에어로스페이스의 기술을 계승하여 그래핀 산업에서 선두 기업으로 자리 잡을 수 있게 됐다. 또한 저명한 그래핀 기업인 버사리엔과의 협력 관계 구축을 통해 향후 수년간 CVD 그래핀과 그래핀 플레이크 상용화에 공동 노력할 수 있게 되어 기쁘다"라고 말했다. 한편, CVD 그래핀은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 합성된 그래핀을 말한다. 이 방법은 고순도의 그래핀을 대면적으로 생산할 수 있어 산업적으로 매우 중요하다. 화학기상증착 과정에서는 탄소를 함유한 가스(예: 메탄)가 높은 온도에서 촉매 금속 표면(주로 구리나 니켈) 위에 흘러가며 탄소 원자가 분리되어 촉매 표면 위에 그래핀층을 형성하게 된다. '대면적'은 그래핀이 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 합성되었음을 의미한다. 대면적 그래핀 생산은 고기능성 전자기기, 대형 투명 전도성 필름 등 큰 규모의 응용을 가능하게 하는 중요한 기술적 달성이다. 또한 CVD 그래핀의 생산 방법은 고도로 제어 가능하여, 높은 품질의 그래핀을 일관되게 생산할 수 있는 장점이 있다. 이렇게 생산된 그래핀은 투명 전도 필름, 전자기기, 에너지 저장 장치, 각종 센서 등 다양한 고기능성 소재로의 응용이 가능하다.
- IT/바이오
2024-03-12
미국 "민간 탐사선, 달 착륙 성공"…52년만에 달 귀환

미국의 민간 기업이 개발한 달 탐사선이 달에 성공적으로 착륙했다고 해당 회사가 발표했다. 미국의 우주 기업 인튜이티브 머신스상업용 달 탑재체 서비스 프로그램을 통해 NASA와 계약을 맺고 우주선을 개발한 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신스에 따르면 로켓은 지난 15일 시속 2만4600마일(초속 11킬로미터)의 속도로 오디세우스를 지구 궤도에 성공적으로 발사했다. 이번 오디세우스의 달 착륙은 정부 기관이 아닌 민간 업체로는 세계 최초로 달에 연착륙하는 기록을 세웠다. 이번 달 탐사선 발사는 미국의 달 착륙 임무가 지난 1월 실패한 뒤 이뤄진 후속 조치다. NASA는 민간 파트너와 협력해 로봇 우주선 개발을 추진함으로써 달의 환경을 탐사하고 중요 자원을 조사하고자 한다. 이는 향후 10년 내에 우주 비행사를 달에 다시 보내기 위한 준비 작업의 일환이다. 즉, 오디세우스의 달 여행은 오는 2026년 말 아르테미스 프로그램을 통해 달에 유인 탐사선을 보내려는 NASA의 현재 계획에 앞서 달 환경을 평가하기 위한 일종의 정찰 임무로 볼 수 있다. 달의 남극은 물 얼음이 매장된 것으로 추정되는 지역으로, 새로운 국제 우주 경쟁이 벌어지고 있는 가운데 많은 관심을 받고있는 지역이다. 달 남극의 물은 우주비행사를 위한 식수나 더 깊은 우주 탐사를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있기 때문이다. 이번 달 착륙선 오디세우스에는 6개의 NASA 과학 및 기술 탑재물이 장착되어 있다. 여기에는 달 표면에 쏟아지는 태양풍과 기타 하전 입자에 의해 생성되는 달 플라즈마를 연구할 라디오 수신기 시스템이 포함된다. 또한 정밀 착륙을 유도하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 센서 등이 탑재돼 향후 달 착륙 임무에 사용될 수 있는 기술을 테스트할 예정이다. 더 힐은 22일 "오디세우스는 달에 착륙한 최초의 민간 우주선이 되었다"며 우주 날씨를 조사하는 것이 이번 임무 중 하나라고 전했다. 오디세우스에는 NASA가 달 탐사 작업을 진행하면서 '과학 테스트 기술을 수행하고 능력을 입증'하는 데 도움이 되는 과학 장비가 탑재되어 있다. NASA에 따르면 달로 가는 동안 착륙선의 기기는 연료량을 측정하고 플룸-표면 상호작용에 대한 데이터를 수집하는 데 도움이 될 것이라고 한다. 달에 도착한 후에는 우주 날씨와 달 표면의 상호작용, 전파 천문학 등을 조사할 예정이라고 NASA는 밝혔다. 그러나 달로 향하는 여정에서 몇 가지 문제에 직면해 예상 착륙 시간이 지연됐다. AP 통신에 따르면 착륙 몇 시간 전에 우주선의 레이저 내비게이션 시스템이 고장났다. 따라서 인튜이티브 머신스의 비행 제어 팀은 실험적인 NASA 레이저 시스템에 의존해야 했다. 오디세우스는 향후 인류의 달 탐사를 준비하는 데 도움이 될 것으로 평가된다. NASA는 이날 "무인 달 착륙선이 동부 표준시 오후 6시 23분(UTC 2323)에 착륙하여 달 표면에 NASA 과학을 가져왔다"고 게시했다. 또한 "이 장비들은 #아르테미스(#Artemis)를 통해 향후 인류의 달 탐사를 준비할 것"이라고 전했다.
- 산업
2024-02-23
미국 민간 달 탐사선 오디세우스 발사…약 50년 만의 도전

미국 민간 우주업체 인튜이티브 머신스(Intuitive Machines)가 개발한 달 착륙선이 15일(현지시간) 발사됐다. 미국 CNN은 '오디'라는 이름의 IM-1 달 탐사선이 50년 만에 달 착륙을 목표로 한 역사적인 여정을 시작했다고 이날 보도했다. 이 매체에 따르면 오디세우스(Odysseus, Odie) 달 착륙선은 플로리다의 미 항공우주국(NASA·나사) 케네디 우주 센터에서 스페이스X의 팰컨 9 로켓에 실려 15일(동부 표준시) 오전 1시 5분에 성공적으로 발사됐다. 이 탐사선의 착륙이 성공하면 세계 최초의 민간 달 탐사선이자 1972년 12월 아폴로 17호 임무 이후 약 51년 만에 달에 착륙하는 미국 우주선이 된다. 오디세우스는 당초 14일 발사될 예정이었으나 우주선에 동력을 제공하는 추진제의 메탄 온도 문제로 인해 24시간 연기됐다. 이번 발사는 미국의 달 착륙 임무가 지난 1월 실패한 뒤 이뤄진 후속 조치로, NASA는 민간 파트너와 협력해 로봇 우주선 개발을 추진함으로써 달의 환경을 탐사하고 중요 자원을 조사하고자 한다. 이는 향후 10년 내에 우주 비행사를 달에 다시 보내기 위한 준비 작업의 일환이다. 오디세우스는 오는 22일 달 남극 근처 분화구에 착륙할 예정이다. 약 50년 만의 달 여행 상업용 달 탑재체 서비스 프로그램을 통해 NASA와 계약을 맺고 우주선을 개발한 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신스에 따르면 로켓은 시속 2만4600마일(초속 11킬로미터)의 속도로 오디를 지구 궤도로 쏘아 올렸다. 연료를 모두 태운 로켓은 오디에서 분리되어 달 착륙선이 홀로 우주를 비행하게 된다. 그 후 로봇 탐사선은 탑재된 별 지도를 참조하여 우주에서 방향을 잡고 태양 광선을 향해 태양 전지판을 가리키며 배터리를 충전했다. 오디는 현재 지구에서 38만 킬로미터(23만6100마일) 떨어진 타원형 궤도를 돌고 있다. 그리고 우주 비행 약 18시간 후, 처음으로 모터를 점화하여 달 표면을 향해 빠른 속도로 여행을 계속할 예정이다. 지구에서 약 25만 마일(40만 킬로미터) 떨어진 궤도를 도는 달은 우주선이 접근함에 따라 오디에를 완만한 중력으로 잡아당겨 달 표면을 향해 끌어당길 것으로 예상된다. 오디가 실패하면 달 착륙에 실패한 수많은 미션 목록에 이름을 더하게 된다. 지난 1월 50년 만에 발사된 미국 최초의 달 착륙선인 아스트로보틱 테크놀로지의 페레그린은 심각한 연료 누출로 인해 발사에 차질을 빚었다. 이는 2023년에 러시아와 일본에 본사를 둔 회사에서 두 차례에 걸쳐 달 탐사에 실패한 임무 이후에 발생한 것이다. 중국, 인도, 일본은 지금까지 21세기에 달에 연착륙한 유일한 국가다. 오디의 달 미션 오디의 달 여행은 2026년 말 아르테미스 프로그램을 통해 달에 유인 탐사선을 보내려는 NASA의 현재 계획에 앞서 달 환경을 평가하기 위한 일종의 정찰 임무로 볼 수 있다. 달의 남극은 물 얼음이 매장된 것으로 추정되는 지역으로, 새로운 국제 우주 경쟁이 벌어지고 있는 가운데 많은 관심을 받고 있는 지역이다. 달 남극의 물은 우주비행사를 위한 식수나 더 깊은 우주 탐사를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있다. 이번 달 착륙선에는 6개의 NASA 과학 및 기술 탑재물이 장착되어 있다. 여기에는 달 표면에 쏟아지는 태양풍과 기타 하전 입자에 의해 생성되는 달 플라즈마를 연구할 라디오 수신기 시스템이 포함된다. 또한 정밀 착륙을 유도하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 센서 등이 탑재돼 향후 달 착륙 임무에 사용될 수 있는 기술을 테스트할 예정이다. 버지니아주 햄프턴에 있는 NASA 랭글리 연구 센터의 라이더 탑재체 수석 연구원인 파진 암자제르디안은 이 센서가 "레이저 빔을 지상에 발사해 우주선 속도, 즉 속도와 비행 방향을 측정한다"고 설명했다. 또한 민간 부문의 기술 및 기념 페이로드도 탑재되어 있다. 예를 들어 컬럼비아 스포츠웨어는 달의 극한 기온으로부터 오디를 보호할 수 있는 특수 단열재를 개발했다. 게다가 아티스트 제프 쿤스와 함께 디자인한 달의 위상을 나타내는 작은 조형물도 탑재될 예정이다. 또한 오디에는 플로리다 데이토나 비치에 있는 엠브리-리들 항공대학 학생들이 개발한 이글캠이라는 카메라 시스템이 탑재되어 있다. 이 장치는 달 착륙선이 달 표면에 접근하면 튀어나와 차량의 하강 장면을 촬영하도록 설정되어 있다. 카메라를 개발한 알테무스는 "착륙 장면을 조감도로 촬영하여 대중과 공유할 수 있기를 바란다"고 말했다. 오디세우스는 착륙 지점에 어둠이 내리면서 우주선의 태양 전지판이 태양으로부터 차단되어 영하의 기온으로 떨어지기 전까지 7일 동안 달 표면에서 작동할 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2024-02-15
그린란드 빙하서 자라는 식물, 온실가스 배출 '위험'

기후 전문가들이 그린란드의 빙하 지역에서 발견된 식물 생장에 대해 우려를 표명했다. 이는 그린란드 전역에서 메탄을 배출하는 습지 지역이 거의 4배나 증가했기 때문이다. 영국 일간지 가디언은 지난 13일(현지시간), 그린란드의 녹아내린 빙하 지역에서 식물이 자라고 있으며, 이것이 온실가스 배출 증가, 해수면 상승, 그리고 지형의 불안정성 증가 위험을 초래한다고 보도했다. 한 연구는 1980년대 이후의 변화를 기록해, 광범위한 지역에서 얼음이 불모의 암석, 습지, 관목의 성장으로 대체되었으며 이로 인해 환경에 중대한 변화가 일어났음을 보여줬다. 위성 자료 분석 결과, 지난 30년 간 그린란드의 빙상과 빙하에서 약 1만1000 평방마일의 얼음이 녹아내렸다. 이는 알바니아의 국토 면적과 비슷하며 전체 얼음 면적의 1.6%에 해당하는 양이다. 위성 기록을 분석한 결과, 지난 30년 동안 그린란드 빙상과 빙하의 약 1만1000평방마일(약 3327만5000평)이 녹았다. 이는 알바니아 크기와 맞먹고 전체 얼음 면적의 1.6%에 해당하는 규모다. 그린란드에 얼음이 사라지면서 식물이 자라는 땅의 크기는 3만3774평방마일로 증가했는데, 이는 연구가 시작되었을 때 면적의 두 배가 넘는다. 특히, 그린란드 전역에서 습지의 면적이 거의 4배 증가했으며, 이러한 습지가 메탄 배출의 주요 원인으로 지목되고 있어 우려의 대상이 되고 있다. 습지 식생의 밀도가 높아진 주요 지역은 남서쪽에 위치한 캉게르루스수아크(Kangerlussuaq, 그린란드에서 가장 큰 공항이 위치한 지역) 인근과 북동쪽의 고립된 지역에서의 밀집도가 특히 높게 나타났다. 과학자들은 기온 상승으로 인해 얼음이 녹고 있으며, 1970년대 이후로 이 지역의 온도 상승률이 전 세계 평균의 두 배에 달한다고 밝혔다. 또한, 2007년부터 2012년 사이의 그린란드의 연평균 기온은 1979년부터 2000년까지의 평균 기온보다 3도 높았다. 또한, 식물의 증가가 얼음 손실을 가속화하는 것으로 보이는 연구 결과도 발표됐다. 이번 연구의 공동 저자이자 리즈 대학의 지구 과학자 조나단 캐리빅(Jonathan Carrivick)은 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 저널에 얼음 손실이 추가적인 얼음 손실을 유발하는 연쇄 반응을 일으키는 징후를 관찰했다고 밝혔다. 그는 얼음이 감소하면서 맨 암석이 드러나고, 이어서 툰드라와 관목이 자라나면서 그린란드의 '녹화' 현상이 진행되고 있다고 설명했다. 그와 동시에, 녹아내리는 얼음으로부터 방출되는 물은 침전물과 토사를 이동시키며, 결국에는 습지와 축축한 지역을 형성한다고 주장했다. 연구팀은 연구 결과를 활용해 미래에 변화가 예상되고 그 변화의 속도가 빨라질 수 있는 그린란드 지역을 예측하고, 이러한 상황을 지속적으로 모니터링하기 위한 모델을 개발했다. 이번 연구의 주요 저자인 마이클 그라임스(Michael Grimes) 박사는 "빙하 및 빙상의 후퇴와 함께 발생하는 식생의 확장은 연안 해역으로의 퇴적물과 영양분 유입을 크게 변화시키고 있다"고 우려했다. 이 변화는 전통적인 수렵 생활을 유지하는 원주민 인구에게 특히 중대한 영향을 미친다. 이들은 섬세한 생태계의 안정에 크게 의존하고 있다. 또한, 그라임스 박사는 그린란드의 얼음 손실이 전 세계 해수면 상승에 상당한 영향을 주고 있으며, 이는 현재뿐만 아니라 미래에도 심각한 문제를 야기할 것이라고 주장했다.
- 산업
2024-02-15
우주비행사, 달의 물 마실 수 있을까

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