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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31
대우건설, 중앙아시아 첫 진출⋯투르크멘 비료플랜트 1조원 수주

대우건설은 22일 최근 투르크메니스탄 화학공사로부터 약 1조원 규모의 '미네랄비료 플랜트' 프로젝트 낙찰자로 선정됐다고 밝혔다. 대우건설이 수주한 미네랄비료공장 프로젝트는 투르크메니스탄 제 2의 도시 투르크메나밧에 위치한 '투르크메나밧 미네랄비료 플랜트'로 연산 35만톤의 인산비료, 황산암모늄 연산 10만톤의 생산설비 및 부대시설을 건설하는 공사다. 프로젝트의 정확한 공사금액 및 기간 등에 대해서는 본계약 체결에 따라 추후 공시할 예정이다. 대우건설은 이번 낙찰자 선정을 통해 신규 시장인 투르크메니스탄에 본격 진출하며 중앙아시아 지역에 첫 진출하는데 성공했다. 투르크메니스탄은 풍부한 자원을 바탕으로 높은 성장 잠재력을 보유한 국가다. 대우건설은 이번 프로젝트를 통해 현지 시장을 적극 개척해 향후 석유화학 및 비료관련 사업의 추가 기회를 모색할 뿐만 아니라 인프라, 신도시개발 참여 등 다양한 분야에서도 신규사업 발굴을 확대할 수 있게 됐다. 또 향후 친환경 위주의 다양한 솔루션을 투르크메니스탄에 제안해 협력할 계획이다. 대우건설은 이번 낙찰자 선정 배경에 지난 6월 투르크메니스탄을 공식 방문한 윤석열 대통령의 적극적인 협조 요청과 지난 9월 박상우 국토부장관의 현지방문 지원요청 등 보이지 않는 정부의 노력과 협조가 있었다고 전했다. 대우건설은 "지속성장 가능한 미래를 위한 사업에 적극적으로 참여하겠다"고 말했다.
- 산업
2024-10-22
정부, 요소수 수급 안정화 총력…수입 다변화·국내 생산 지원

정부가 요소수 수급 안정화를 위해 수입 다변화 및 국내 생산 지원에 적극 나선다. 16일 정부서울청사에서 최상목 부총리 겸 기획재정부 장관 주재로 열린 제2차 공급망안정화위원회 회의에서 정부는 차량용 요소수 수급 안정화 방안을 논의했다. 회의에서 정부는 중국 이외 국가에서 요소를 수입할 때 발생하는 물류비 단가 차액의 50%를 지원하는 현행 정책을 유지하기로 했다. 또한, 내년부터는 중국 외 국가와 요소 수입 장기 계약 체결 시 요소 상품 단가 차액의 50%를 지원하고, 이를 위한 예산을 2025년 정부 예산안에 반영했다. 근본적인 수급 안정화를 위해 공공 비축 물량을 대폭 확대하고 국내 생산을 지원하는 방안도 검토한다. 정부는 관련 방안을 내년 1분기까지 확정하여 발표할 계획이다. 안덕근 산업통상자원부 장관은 "요소와 같이 국민 생활과 산업 활동에 필수적이지만 국내 생산 기반이 없는 품목은 수입선 다변화와 함께 국내 생산 방안을 병행해야 한다"고 강조했다. 차량용 요소수의 원료이자 농업용 비료로 쓰이는 요소는 제조하는 데 고도의 기술력을 요구하지는 않지만 수익성이 낮아 국내에서 더 이상 생산되지 않고 있다. 정부 관계자는 "국내 기업에 (요소 생산을 위한) 관련 인력과 설비가 충분히 갖춰져 있는 것으로 파악하고 있다"고 말했다. 즉, 기술과 설비 측면에서는 문제가 없으며 정부 지원을 통해 수익성만 확보된다면 언제든 생산이 가능하다는 의미이다. 정부는 중국 내 수급 불안정으로 인해 반복되는 '요소수 대란'을 근절하기 위해서는 수익성이 낮은 요소의 국내 생산에 나서는 기업에 재정 및 세제 지원 등 포괄적 지원이 필요하다고 판단하고 있다. 반복되는 요소수 대란, 그 원인은? 한국무역협회에 따르면 2023년 1~10월 수입된 차량용 요소 1억2786만달러 중 중국산은 1억1547만달러로, 90.3%에 달했다. 20201년 중국의 요소 수출 통제로 요소수 대란을 겪으면서 2020년 88%에 달했던 중국산 비중을 2022년 71.7%까지 낮췄지만 2023년 들어 오히려 중국산 비중이 높아져서 2023년 87.1%를 차지했다. 중국산 요소는 카타르, 독일, 베트남 등 다른 요소 수출국보다 가격이 20%가량 싸다. 정부가 수입처 다변화를 지원하지 않는 한 기업들로선 중국산에 의존할 수밖에 없는 구조다. 이는 국내 차량용 요소 시장에서 중국산 비중이 한때 90%를 넘는 배경이 되기도 했다. 중국은 2023년 말부터 올해 4월 중순까지 요소 수출을 중단했으며, 6월 또다시 수출 길을 막았다. 이에 한국 정부는 지난해 말 중국의 요소 수출 중단을 계기로 요소 수입국을 베트남, 카타르 등으로 다양화하도록 유도했다. 올해 1~5월 한국이 요소 수입을 가장 많이 한 나라는 베트남(62.5%)이다. 과거 베트남 요소 수입 비중은 10% 이하에 불과했는데 지난해 이후 롯데정밀화학 등 한국 기업들이 베트남 수입 물량을 크게 늘렸다. 그 외에도 카타르(11.6%), 인도네시아(3.6%), 사우디아라비아(2.1%) 등에서도 요소가 수입되고 있다. 요소 도입국가 다변화로 중국 의존도 급감 반복된 '중국발 요소수 대란'을 겪으면서 한국의 요소 도입선이 베트남 등지로 다양화되면서 한때 90%에 육박했던 중국산 요소 의존도는 현저히 감소한 상태다. 한국무역협회에 따르면 차량용을 포함한 공업용 요소 수입에서 중국이 차지하는 비중은 작년 87.1%로 90%에 육박했지만, 올해 1∼9월에는 29.6%로 급감했다. 반면 같은 기간 정부의 재정 지원 속에서 베트남(5.2%→49.6%), 일본(1.3%→7.8%), 카타르(3.2%→5.2%), 인도네시아(0%→3.5%) 등 중국이 아닌 제3국에서 수입하는 요소는 증가했다. 정부는 요소 국내 생산을 지원할 경우 5조원대 규모로 조성된 '공급망 안정 기금'을 활용하는 방안을 고려 중이다. 공급망 안정 기금은 지난 6월 시행된 공급망 기본법을 토대로 조성됐다. 경제안보 강화 차원에서 수입선 다변화, 대체 기술 개발, 국내 유턴 기업 지원, 해외자원 확보 등 공급망 안정화 사업을 수행하는 기업에 사용된다.
- 산업
2024-10-16
삼성전자, 3분기 스마트폰 출하량 1위⋯애플과 격차 줄어

삼성전자가 2024년 3분기 글로벌 스마트폰 출하량에서 애플을 근소하게 앞서며 1위 자리를 지켰다. 그러나 지난해 같은 기간과 비교하면 두 회사의 격차는 크게 줄어든 것으로 나타났다. 시장조사업체 카날리스에 따르면, 삼성전자와 애플은 3분기 글로벌 스마트폰 시장에서 각각 18%의 점유율을 기록했다. 카날리스는 두 회사의 정확한 점유율 차이를 공개하지 않았지만, 지난해 3분기 4%포인트(삼성 21%, 애플 17%)였던 것과 비교하면 격차가 크게 줄어든 것으로 분석된다. 애플은 북미와 유럽 시장에서 프리미엄 스마트폰 판매 호조에 힘입어 역대 최대 3분기 판매량을 달성했다. 카날리스는 코로나19 팬데믹 기간 판매된 구형 아이폰의 교체 주기와 맞물려 애플이 높은 성장세를 보였다고 진단했다. 한편, 중국의 샤오미는 14%의 점유율로 3위를 차지했으며, 오포와 비보가 각각 4위와 5위를 기록했다. 지난해 3분기와 비교하면 샤오미, 오포, 비보 모두 점유율이 증가했다. 전반적으로 2024년 3분기 글로벌 스마트폰 출하량은 신흥 시장의 수요 증가에 힘입어 전년 동기 대비 5% 증가하며 4분기 연속 성장세를 이어갔다. 하지만 2분기 성장률(12%)보다는 둔화된 모습이다. 스마트폰 소비 둔화세 최근 스마트폰 소비가 줄어드는 이유는 다양한 요인이 복합적으로 작용한 결과다. 먼저 경기 침체로 인해 소비자들의 구매력이 감소하면서 고가의 휴대폰 구매를 망설이는 경향이 나타났다. 특히 중국 시장의 경우, 부동산 경기 침체와 맞물려 소비 심리가 크게 위축된 것으로 분석된다. 스마트폰의 성능 향상과 함께 가격 또한 높아지면서 소비자들의 가격 부담이 커졌다. 게다가 최근 스마트폰 시장은 혁신적인 기술 발전이 정체되면서 소비자들의 기대감이 낮아진 것도 소비가 줄어든 요인 중 하나다. 폴더블폰과 새로운 폼팩터가 등장하고 있지만 아직까지는 높은 가격과 기술적 한계로 인해 대중화되지 못하고 있다. 또한 휴대폰의 내구성이 향상되면서 교체 주기가 줄어든 점도 있다. 과거에는 2년 정도마다 휴대폰을 교체하는 것이 일반적이었지만 최근에는 3~4년 이상 사용하는 경우가 많아졌다. 카날리스는 "상위 5개 업체 간 점유율 격차가 줄어들면서 경쟁이 심화되고 있다"며 "시장 상황이 개선되고 있지만, 유럽연합(EU)의 친환경 규제 등 불확실성도 존재한다"고 밝혔다. EU는 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 '유럽 그린 딜' 정책을 추진하고 있으며 이를 위한 핵심 전략으로 다양한 친환경 규제를 도입하고 있다. 대표적인 정책으로는 탄소 배출권 거래제(ETS), 탄소 국경 조정 메커니즘(CBAM), 에너지 효율 등이 있다. ETS는 기업들에게 탄소 배출권을 할당하고, 배출량을 초과하는 기업은 배출권을 구매하도록 하는 제도다. CBAM은 EU로 수입되는 제품에 대해 탄소 배출량에 상응하는 관세를 부과하는 제도이다. 2026년부터 철강, 시멘트, 비료 등 탄소 집약적 제품부터 우선적으로 적용될 예정이다. 또한 건물, 가전제품, 자동차 등의 에너지 효율 기준을 강화하고 있다.
- IT/바이오
2024-10-15
[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증

극심한 기후 변화로 영구동토층인 북극 지역에 산불이 급증할 것이라는 암울한 연구 결과가 나왔다. 국제 기후 과학자 및 영구동토층 전문가 팀의 연구에 따르면, 새로운 기후 컴퓨터 모델 시뮬레이션 결과 지구 온난화로 인해 영구동토층 해빙이 가속화되고, 이로 인해 북부 캐나다 및 시베리아의 아북극 및 북극 지역에서 산불이 급격히 증가할 것으로 예상된다고 네이처닷컴과 PHYS 등 다수 외신이 24일(현지시간) 보도했다. 최근 관측 결과 따뜻하고 건조한 기후 조건으로 인해 이미 북극 지역의 산불이 심화되고 있는 것으로 나타났다. 미래 인위적 온난화가 산불 발생에 미치는 영향을 이해하고 시뮬레이션하기 위해서는 가속화된 영구동토층의 해빙의 역할을 고려하는 것이 중요하다. 영구동토층 해빙은 토양의 수분 함량을 크게 좌우하며, 이는 산불 발생의 핵심요소다. 최근 기후 모델들은 지구 온난화, 북부고위도 영구동토층 해빙, 토양 수분 및 화재 사이의 상호작용을 완전히 고려하지 않았다. 이번 새로운 연구는 가장 포괄적인 지구 시스템 모델 중 하나인 '커뮤니티 지구 시스템 모델'에서 생성된 영구동토층 및 산불 데이터를 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층 및 산불 사이의 결합을 통합적으로 파악하는 최초의 모델이다. 온실가스 배출 증가의 인위적인 영향과 자연 발생적인 기후 변화를 더 잘 구분하기 위해 과학자들은 1850년부터 2100년까지의 기간(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 다루는 50개의 과거-미래 시뮬레이션 앙상블을 사용했다. 이 시뮬레이션은 최근 한국의 부산 IBS 기후물리센터와 미국 콜로라도 볼더 국립대기연구센터 과학자들이 IBS 슈퍼컴퓨터 Aleph에서 수행했다. 이 앙상블 모델링 접근 방식을 통해 연구팀은 21세기 중후반까지 아북극 및 북극 지역에서 인위적인 영구동토층 해빙이 상당히 광범위하게 진행될 것임을 입증했다. 많은 지역에서 과도한 토양 수분이 빠르게 배출되어 토양의 수분이 급격히 감소하고, 이후 지표면 온난화 및 대기 건조가 발생한다. 부산에 있는 IBS 기후물리학 연구원의 연구 주저자이자 박사후 연구원인 김인원 박사는 "이러한 조건은 산불을 심화시킬 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 조건들이 산불을 심화시킬 것이라고 경고했다. 모델 시뮬레이션 결과 21세기 후반에는 불과 몇 년 만에 사실상 화재가 거의 없는 상태에서 매우 강렬한 화재로 갑작스럽게 전환되는 것으로 나타났다. 이러한 미래 산불 추세는 대기중 이산화탄소 농도 증가로 인해 고위도 지역의 식물 바이오매스가 증가할 가능성이 높다는 사실로 인해 더욱 악화될 것으로 전망된다. 이른바 '이산화탄소 비료 효과'는 추가적인 화재 연료를 제공한다는 것. 참고로 이산화탄소 비료 효과는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 식물의 광합성 속도가 빨라져 성장이 촉진되는 현상을 말한다. 쉽게 말해 이산화탄소는 식물에게 비료와 같은 역할을 한다고 볼 수 있다. 식물이 더 빠르게 성장하면 화재가 발생할 경우 연료가 추가되는 것과 같은 효과를 내 화재 위험이 더 높아질 수 있다. 공동연구자인 노르웨이 트론헤임에 있는 노르웨이 과학기술대학의 한나 리 부교수는 "복잡한 영구동토층 환경이 미래를 더 잘 시뮬레이션하기 위해서는 확장된 관측 데이터 세트를 사용하여 지구 시스템 모델에서 소규모 수문학적 과정을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다"고 강조했다. 이번 논문의 공동 저자이자 ICCP 책임자 겸 부산대학교 명예 교수인 악셀 팀머만 박사는 "산불은 이산화탄소, 검은 탄소 및 유기 탄소를 대기중으로 방출하여 기후에 영향을 미치고 북극 영구동토층 해빙 과정에 피드백을 줄 수 있다"고 지적했다. 팀머만 교수는 "하지만 화재 배출과 대기 과정 사이의 상호작용은 아직 지구 시스템 컴퓨터 모델에 완전히 통합되지 않았으며, 이러한 측면을 추가로 고려하는 것이 다음 단계가 될 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 실제로 2023년 캐나다 북부에서 미국 플로리다 주 크기의 지역을 태운 기록적인 산불이 발생했다. BBC에 따르면 2023년 캐나다 산불은 엄청난 이산화탄소를 배출했다. 과학자들은 캐나다의 한대 삼림이 지구 온난화를 유발하는 탄소를 포집하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 이례적으로 화재가 발생하면 전 세계 기후 변화 예측에 영향을 미칠 수 있다고 우려하고 있다. 지난 8월 28일 캘리포니아 공과대학과 캐나다, 네덜란드 등 국제 연구팀이 네이처 저널에 발표한 자료에 따르면, 캐나다 화재로 인한 총 배출량을 약 647테라그램의 탄소로 계산했다. 1테라그램은 백만 미터톤이다. 이는 지난 10년 동안 약 29테라그램에서 82테라그램 사이를 오르내렸던 캐나다의 전형적인 산불 배출량을 훨씬 웃도는 수치다. 또한 이는 캐나다의 연간 총 탄소 배출량보다 5배 많으며, 작년에 740테라그램의 탄소를 배출한 인도와 비슷한 수준이었다. 2023년 캐나다 산불보다 더 많은 탄소량을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 인류의 생존을 위협하는 탄소 배출량을 실질적으로 감소하기 위해 각국 정부와 기관이 더욱 머리를 맞대야 할 시기다.
- IT/바이오
2024-09-25
[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어

코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
- IT/바이오
2024-08-30
[기후의 역습(34)] 기후 변화로 2050년까지 아라비카 커피 생산량 80% 급감

전 세계에서 매일 22억 잔 이상의 커피가 소비되고 있다. 1억 명이 넘는 전 세계 농부들이 그 모든 커피를 재배하고 생산한다. 소비되는 커피콩은 코페아 아라비카(Coffea arabica)와 코페아 카네포라(Coffea canephora) 두 가지 종이다, 코페아 카네포라는 로부스타(또는 코닐론) 커피라고도 한다. 플로리다 대학교 원예 과학자인 펠리페 페라오 박사에 따르면 예로부터 커피를 즐기는 애호가들은 특유의 풍미와 향 때문에 아라비카 콩을 선호한다고 한다. 그러나 2050년까지 기후 변화로 인해 아라비카 생산량의 약 80%가 감소할 것으로 예상된다. 이에 따라 페라오는 프랑스의 RD2 Vision과 브라질의 인케이퍼 연구소(Incaper Institution) 동료들과 대체 커피 품종을 조사하고 있다. 연구팀은 줄어들 아라비카를 보완하기 위한 대안으로 두 가지를 꼽고 있다. 하나는 커피 농사를 새로운 환경에 적응해 변화시키는 것이고, 두 번째는 회복력이 더 강한 종을 찾아내는 것이다. 플로리다 대학교 농업 및 식품과학 연구소(UF/IFAS)가 주도한 새로운 연구에 따르면 로부스타 커피가 아라비카를 대체할 수 있는 좋은 후보일 가능성이 높다고 PHYS가 전했다. 이 연구는 '작물학(Crop Science)' 저널에 게재됐다. 연구를 이끈 페라오는 "오늘날 전 세계적으로 상용화된 커피콩의 약 60%가 코페아 아라비카를 원료로 한 것임을 고려하면, 앞으로 커피 산업은 대폭 줄어들 아라비카 종의 대안을 찾을 수밖에 없다. 로부스타 커피가 후보로 떠오르는 이유도 여기에 있다"고 말했다. 그는 지난 수십년 동안 로부스타 커피 생산이 약 30% 증가, 커피 산업의 공급망에서 큰 개선을 이루었다고 설명했다. 전반적으로 로부스타 종은 비료와 물 등 투입물이 적기 때문에 아라비카보다 더 많은 커피를 생산할 수 있다. 이름에서 알 수 있듯이 이 식물은 더 강건하기도 하다. 로부스타 커피에 대한 수요는 감소하지 않을 가능성이 크지만, 가장 큰 과제는 커피 공급망에서 요구하는 수요를 충족하기 위해 품질과 생산성을 유지하는 것이다. 그런 의미에서 유전학 및 육종 연구는 다양성과 품질에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위한 기본 요소를 제공한다. 연구를 위해 페라오 연구팀은 브라질의 고지대에 소재한 세 곳에서 5년 동안 로부스타와 아라비카의 여러 특성을 평가했다. 핵심은 로부스타 품종이 다른 기후에서 생산될 때 수확량이 늘어날 수 있는지, 또한 맛은 충분히 좋은지를 알아내는 것이었다. 분석 결과 로부스타 품종은 적응력이 매우 강했으며 고지대에서 자라기 때문에 생산과 풍미 점수가 모두 높은 것으로 나타났다. 페라오는 "로부스타 종은 다양성이 크기 때문에 유연하고 날씨 조건에 따라 다른 종을 선택할 수 있다"면서 "미래의 커피, 즉 기후에 민감한 커피에 대한 근본적인 해답을 얻을 수 있었다"고 말했다. 연구팀은 로부스타가 △ 더 적은 투입으로 더 많이 생산해 지속 가능성이 우수하고 △ 품질 면에서 소비자 수요를 만족시킬 수 있는 좋은 풍미를 갖고 있으며 △ 새로운 생산 시스템에 적응하는 가소성 등 세 가지 측면에서 우수하다고 평가했다. 팀은 브라질에서 얻은 로부스타에 대한 좋은 결과를 토대로 미국 플로리다에서도 로부스타를 재배할 수 있는지를 탐구하고 있다. 플로리다에서는 다양한 지역에서 로부스타와 아라비카 커피를 테스트하는 몇 가지 시험이 진행되고 있다. 일부 카운티에서 농장 재배를 진행하는 동시에 연구소 및 터널 구조에서의 실내 생산도 추진하고 있다. 브라질과 비교할 때 토양 특성, 강우량 분포, 온도 및 기상의 차이가 커피 생산과 품질에 영향을 미칠 것이라는 추정이다.
- 생활경제
2024-07-31
태양 폭풍, 파종기 GPS 교란…미국, 농작물 재배 중단

미국 전역에서 발생 한 태양 폭풍으로 GPS(지리정보시스템) 위성이 교란돼 일부 중서부 농민의 파종 또는 심기 작업이 중단됐다고 404미디어가 전했다. 옥수수 농부들에게 가장 중요한 시기가 다가온 가운데, GPS의 교란으로 인해 많은 농부들이 작업을 중단하게 돼 피해가 우려된다. 태양 폭풍으로 인해 일부 GPS 시스템이 일시 정지하는 사태가 발생, GPS와 연계해 작동하는 RTK(실시간 정밀 위치정보) 시스템의 정확성이 저하됐다. 미국 최대의 농기계 메이커인 존 디어를 비롯한 여러 브랜드의 트랙터는 농작물 심기 또는 비료 살포와 같은 농업 작업을 수행할 때 센티미터 수준의 위치 정확도를 위해 RTK를 사용한다. 캔자스와 네브래스카의 존 디어 딜러인 랜드마크에 따르면, 지난 주말 적지 않게 손상된 GPS 시스템은 정전 중에도 파종 또는 심기 작업을 계속했던 농부들에게 큰 혼란을 야기했다. 농기계들이 정해진 경로를 이탈하는 사태가 발생한 것. 랜드마크는 트랙터 안내 시스템인 오토패스(AutoPath)가 적절하게 작동하지 못함으로써 작물이 잘 못 심어져 수확할 때도 큰 지장을 초래할 것이라고 우려했다. 그는 GPS 시스템이 손상된 동안 농작물이 심어진 밭은 수확이 어렵거나 불가능할 수 있다고 말했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면, 20년 만의 강도로 지구를 강타한 최악의 태양 폭풍은 곧 가라앉을 것으로 예상되지만, 5월은 옥수수 농장으로서는 매우 중요한 시기다. 농기계 수리 관련 비영리단체 리페이(Repai)의 윌리 케이드는 "5월 중순은 옥수수를 심는 데 중요한 날짜"라며 옥수수 농부들이 그때까지 농작물을 심을 수 없다면 큰 사태라고 경고했다. 유기농 농부 톰 슈워츠는 태양 폭풍으로 인해 작업이 중단되었으며, 예보를 감안하면 작업이 더 연기될 가능성이 높다고 말했다. 옥수수 농장은 RTK 시스템을 사용해 트랙터가 차선을 정확하게 운행하며 작물을 심는 되는데, GPS가 부정확한 경우 트렉터 운전의 정확성이 크게 떨어지기 때문에 작물이 파괴될 위험이 높다는 것이다. 오늘날의 농업은 첨단 기술을 적용한 자동화된 트랙터 및 기타 자동 농업 장비에 거의 의존한다. 파종부터 수확까지 전체 농사가 기술에 달려 있기 때문에 작동이 실패하면 농부들에게 치명적인 피해를 입히게 된다. 농민들은 트랙터가 고장 났을 때 즉각적인 수리를 원하기 때문에, 의회를 대상으로 수리 권리법 제정을 강하게 추진하고 있다. 농부들에게 큰 영향을 미친 이번 지자기 폭풍은 플라즈마와 자화된 입자가 코로날 질량 방출이라고 불리는 방식으로 태양 밖으로 튀어나올 때 생성된다. NOAA는 이를 G1에서 G5까지 다섯 단계로 강도를 평가한다. 이번에 지구를 강타한 태양 폭풍은 최고 단계인 G5였다. 이처럼 강력한 폭풍은 지난 1989년 3월 캐나다의 한 지방에서 몇 시간 동안 수백만 주민의 전력을 끊었던 강력한 폭풍과 같이 지구에 큰 피해를 입힐 수 있다. 지난 2022년 태양 폭풍으로 인해 수십 개의 스타링크 위성이 파손돼 인터넷에 심각한 장애가 발생한 것처럼, 약한 폭풍도 적지 않은 문제를 일으킬 수 있다. 스타링크도 지난 주말에도 다소 영향을 받았다. NOAA는 G4 이상의 강한 태양 폭풍이 가까운 시일 내에 다시 발생할 수 있다고 밝혔다. 지금까지 태양 폭풍으로 인한 피해가 자세하게 보고되지는 않았지만 스타링크 인터넷 장애를 비롯해 비행 시스템 또는 HAM 무선 전송에 문제가 생겼다는 보고가 있었다.
- 생활경제
2024-05-14
[퓨처 Eyes(31)] 드론·AI 로봇, 미국 대규모 농장에 투입⋯미래 농업의 새로운 지평

미국에서 최근 농업 분야에 드론과 인공지능(AI) 로봇 등 첨단 기술 도입이 활발하다. 드론이나 레이저 제초기, 로봇 손 등은 농작물 재배와 가공 과정의 일부를 대체할 수 있으며, AI를 탑재한 시스템도 활용되고 있다. 농장주들은 비용 절감을 가져다 주는 이러한 로봇 도입을 환영하고 있지만, 농장 현장 작업자들은 로봇에게 자신의 일자리를 빼앗길까 우려하고 있다. 텍사스주 휴스턴 소재 드론 제조업체 하이리오(Hylio)는 지난 3월 하순 미국 연방항공국(FAA)로부터 단일 조종사가 무거운 드론을 여러 대 동시에 운영할 수 있는 면허를 취득해 농업 분야 혁신을 향한 중요한 발걸음을 내딛었다. FAA의 새로운 규정은 단일 조종사가 3대의 드론을 동시에 운영할 수 있도록 허용해 드론 농업의 효율성을 크게 향상시켰다. 기존 규정에서는 단일 드론 운영시 조종사 1명과 감시원 1명이 필요했다. 드론을 여러 대 운영하기 위해서는 복수의 라이선스 소지 운영자가 필요했기 때문에 비용이 많이 들었다. 또 비행 중량 제한으로 넓은 농지를 경작하는 데 많은 시간이 들었다. 하지만 1명의 조종사가 3대의 드론을 동시에 작동시키면 1시간에 150에이커(약 60만7000㎡)에 농약을 살포할 수 있다. 폭스비즈니스에 따르면 하이리오는 55파운드(약 25kg) 이상의 무게를 가진 여러 대의 드론을 동시에 비행할 수 있는 최초의 면허를 획득했다. 이는 상당한 하중을 운반할 수 있는 드론 사용에 대한 획기적인 허가이며, 드론을 기존 트랙터나 파종기에 버금가는 경쟁력 있는 농업 기계로 급부상시키는 계기가 될 것으로 보인다. 이 드론은 배터리로 작동하며 최대 400파운드(약 181kg)까지 운반할 수 있다. 3대의 드론을 동시에 작동시켜 밭에 비료와 살충제를 살포하는 작업을 수행할 수 있다. 이는 기존 농장 노동자나 농약 살포 비행기가 수행하던 작업을 대체할 수 있으며, 농업 생산의 효율성을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다. 아서 에릭슨 (Arthur Erickson) 하이리오의 최고경영자(CEO)는 "기존 농업 기계에 비해 초기 투자 비용과 운영 비용이 각각 4분의 1에서 3분의 1 수준으로 저렴하다"고 밝혔다. 실제로 3대의 드론 세트는 단일 트랙터보다 훨씬 저렴하며, 농약 살포 시 불필요한 물 사용을 줄이고 환경 오염을 예방할 수 있다. 또한 씨앗을 뿌리기 적당하게 갈아 놓은 토양을 딱딱하게 압축하지 않아 토양 건강을 유지한다. 현장에서 드론 배터리를 충전하기 위한 발전기 사용량이 적어 연료를 절감한다. 네브래스카 주 농업 기업인 인피니티 프리시즌 Ag(Infinity Precision Ag)의 앤디 크라이케미어는 약 6개월 전부터 주로 접근하기 어려운 곳에서 드론을 사용하기 시작했다. 그는 조종사와 감시원 외에도 드론을 재충전하는 작업 인원 1명이 더 필요하다고 말했다. 크라이케미어는 "이번 FAA의 새 면허 덕분에 이제 2인만으로 3대의 드론을 운영할 수 있다. 3대의 드론을 사용해 작업 범위를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 현장에 필요한 인원 수도 줄일 수 있다"고 말했다. 또 다른 조종사와 추적 장치를 추가하여 최대 6대의 드론을 동시에 운영한다면 농작물을 짓밟거나 토양을 뭉그러뜨리지 않고 더 넓은 지역을 작업할 수 있다. 하이리오에 따르면 드론은 기종당 약 5만 달러(약 6817만원)~8만달러(약 1억원)에 구입할 수 있다. 기존 트랙터는 30만 달러(약 4억원) 이상이며 고급 모델은 70만 달러(약 9억5000만원) 이상에 이른다. 에릭슨은 "최근 코로나바이러스 사태와 공급망 문제로 인해 새로운 트랙터는 엄청나게 비싸다"라고 말했다. 에릭슨 CEO는 "이번 드론 3대 작동 면허 취득은 선례가 되는 중요한 사건이다. 우리 고객과 다른 기업들은 이 사례를 근거로 유사한 허가를 받을 수 있다"고 말했다. 로봇 손·레이저 제초기 등 선봬 2024년 2월 캘리포니아 중앙 골짜기의 툴레에서 열린 세계 농업 엑스포에는 농작물 살포용 자율주행 로봇과 실리콘 '손'으로 부드럽게 딸기를 따는 AI 로봇 등 다양한 첨단 농업 기계들을 선보였다. 농업용 전기 미니 트랙터인 아미가(Amiga)를 개발한 팜-응(farm-ng)의 이선 루블리는 "미래에는 모든 농부들이 코더(컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용해 소프트웨어, 웹사이트, 앱 등을 만드는 사람)가 될 것"이라고 말했다. 아미가는 AI 부품을 사용해 장비 운반, 파종, 경운 및 퇴비 퍼뜨리기 등의 작업을 수행하도록 프로그램할 수 있으며, 한 번 충전으로 몇 시간 동안 작동한다. 산호세에서 약 1시간 거리인 와트슨빌에 위치한 팜-응은 실리콘 밸리 투자자들의 주목을 받고 있으며, 지금까지 총 1600만 달러(약 218억원)의 투자를 유치했다. 폴 마이크셀 카본 로보틱스(Carbon Robotics)의 CEO는 자사의 제품인 레이저 제초기(Laser Weeder)를 공개했다. 레이저 제초기는 강력한 적외선 레이저와 고속 카메라를 사용해 잡초를 식별하고 순식간에 제거한다. 이 제초기는 1시간당 약 10만개의 잡초를 제거할 수 있다. 마이크셀은 "레이저 제초기가 나오기 전에는 사람들이 손 도구를 사용하여 농약을 뿌리며 잡초를 제거해야 했다"고 말했다. 에릭신은 드론의 활용 분야는 다양하다고 말했다. 농지 살포 및 파종 외에도 산불로 인해 타버린 지역에 나무씨앗을 뿌리는 데 사용되기도 하고, 수산업 종사자들은 드론을 이용하여 수중으로 조개를 방류하는 데에도 활용하고 있다는 설명이다. 노동력 부족 해결책? 첨단 기술 개발자들은 이러한 발명품이 수십 년 동안 미국 농업 산업을 괴롭혀온 노동력 부족 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 미국 농무부 자료에 따르면 1950년과 2000년 사이에 고용된 농장 노동자 수는 50% 이상 감소했다. 2020년대에도 농장 운영자들은 채용 문제에 어려움을 겪고 있다. 드론이나 로봇 손 등 자동화로 전환하는 것은 노동력 부족을 해결하고 농장 노동자들의 힘들고 지루하며 때로는 위험한 작업 일부를 대체할 수 있다. 하지만 농장 노동자 룰루 카르데나스(61·여성)는 농업용 AI 로봇이 자신의 일자리를 빼앗을까봐 걱정하고 있다. 카르데나스는 "뭔가 대체될 것 같은 느낌이 든다"며 "가족을 부양하는 데 어려움을 겪을 것 같다"고 우려했다. 그녀는 20년 전 멕시코에서 이민 온 이후 캘리포니아 센트럴 밸리에서 밭일을 해왔다. CBS 뉴스에서 새로운 종류의 농장 로봇에 대해 설명했을 때, 카르데나스는 인간과 식물 사이의 정신적 교감을 언급하며 실망감을 감추지 못했다. 룰루는 "차가운 기계로 인간의 열을 대체할 수는 없다"고 말했다. 36년 전 멕시코시티 남쪽에 있는 같은 마을에서 온 카르데나스의 친구 아순시온 폰세도 농장 로봇의 새로운 이미지를 보고 화를 냈다. 얼마 전 미국 시민권자가 된 폰세는 "농부들은 이 로봇의 혜택을 받지만 우리로부터 많은 일을 빼앗아가고 있다"고 말했다. 그는 과거에도 농장에서 장비가 일부 작업을 대신하는 것을 본 적이 있지만, '생각하는' 새로운 기계는 이번이 처음이었다. 폰세는 "양파, 마늘, 양상추, 브로콜리를 수확하는 기계가 많이 있다"며 "기계가 많은 인력을 대체헤 이제 겨우 세 사람이 일하고 있다"고 밝혔다. 불법 이민 노동자, 설자리 잃어 일부 대규모 농장과 옹호 단체는 농장 노동자들이 새로운 기술에 적응하고 드론 운영자나 프로그래머로서 새로운 역할을 맡을 수 있는 기술을 개발할 수 있도록 교육 프로그램을 도입했다. 현재 대규모 농장을 경영하는 멕시코 이민자이자 퇴역 군인인 아드리안 미라몬테스는 "우리는 기계를 사용하면서도 사람들을 돌볼 수 있다고 생각한다"면서 "그들은 기꺼이 배우려고 하고 자신과 가족을 위해 더 나은 일을 하려고 한다"고 말했다. 그러나 AI 로봇을 농장에 투입하는 계획은 미국에서 불법 이민자들의 실직으로 이어질 수 있다. 미국 노동부도 이 문제를 모니터링하고 있다. 대변인은 다음 달 노동부가 바이든 대통령에게 AI로 실직한 농장 노동자들을 도울 수 있는 원조 프로그램 추천 목록을 보낼 것이라고 CBS 뉴스에 말했다. CBS는 "새로운 원조 프로그램은 의회의 승인이 필요하다"면서 "이러한 지원 프로그램이 미국 농장에서 일하는 수십만 명의 서류 미비 이민자에게 도움이 될지는 불분명하다"고 전했다.
- 포커스온
2024-04-11
[신소재 신기술(23)] 조약돌 활용해 초효율 에너지 저장 시스템 설계

스웨덴 과학자들이 조약돌을 활용해 에너지 저장 효율을 향상시킨 새로운 시스템을 설계했다. 과학 전문매체 더쿨다운은 27일(현지시간) 스웨덴의 KTH 왕립 공과대학교의 연구원들은 기존의 열에너지 저장 기술에 조약돌을 추가해 개선된 시스템을 개발했다고 보도했다. 현재 최첨단 태양열 에너지 시스템에서는 장기간 에너지를 저장하기 위해 용융염을 사용한다. 용융염은 녹는점이 800.7°C 이상일 때 액체 상태가 되는 녹은 소금으로, 일반적인 조건에서는 이온성 고체다. 그러나 용융염은 사용에 있어 작동 온도의 한계와 부식성, 비료로의 사용 가능성으로 인한 추가 비용 발생 등의 문제점을 가지고 있다. 반면, 조약돌은 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 재료다. KTH 연구팀은 조약돌을 사용한 시스템이 솔라스페이스(SolarPACE)에서 90% 이상의 높은 열효율을 달성하면서도 최대 800℃(화씨 1472도)까지의 열을 저장할 수 있음을 발견했다. 이는 용융염 시스템의 한계 온도인 600℃(화씨 111도)를 훨씬 초과하는 수치다. 이러한 혁신적인 발전은 태양 전지로부터 얻은 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 저장하는 과정을 더욱 간단하고, 경제적이며, 효율적으로 만들 수 있음을 의미한다. 화석 연료와 같은 전통적인 에너지원에서 태양이나 바람과 같은 깨끗하고 재생 가능한 에너지원으로의 전환이 진행되면서, 미래에 사용할 에너지를 효과적으로 저장하는 방법이 중대한 도전 과제 중 하나로 부상했다. 가스는 간편하게 저장하고 사용할 수 있는 것과 달리, 태양 에너지는 그렇게 단순하게 다룰 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 열에너지를 저장하는 데 액체 주석, 수소, 황과 같은 다양한 재료를 사용한 여러 시스템을 개발했다. 한편, 조약돌을 활용한 에너지 저장 시스템을 연구하는 과학자들은 이 시스템을 효율적으로 작동시키는 데 필요한 추가적인 전력 소비와 같은 도전 과제에 직면해 있다. KTH 왕립 공과대학교 에너지부의 열과 전력 부문 책임자인 라파엘 게데즈 박사는 "공기와 암석을 이용한 축방향 포장재는 본질적으로 비용이 저렴하다고 할 수 있지만, 공기를 효율적으로 순환시키고 특히 전기가 비싼 시간에 대량의 전력을 소비할 수 있다는 점이 채택에 있어 주요한 장애물 중 하나"라고 말했다. 그럼에도 게데즈 박사와 그의 연구팀은 이 시스템을 상업적으로 실행 가능한 옵션으로 만들 수 있다고 낙관하고 있다. 게데즈 박사는 "우리의 연구는 실제로 적용되고 있으며, 최종 사용자와 기술 개발자 모두 산업 이해 관계자들과 긴밀히 협력하고 있다. 궁극적으로 넷제로를 지원하고 연구와 교육 프로그램을 통해 사회에 가시적인 영향을 창출하려는 동기에 의해 주도되고 있다"고 전했다.
- 포커스온
2024-03-29
'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
커피 찌꺼기, 모기 퇴치·친환경 활용 꿀팁

커피 찌꺼기는 모기 퇴치뿐만 아니라 주방 세제 등 다양한 용도로 사용할 수 있다. 갓 내린 커피의 향은 많은 사람들에게 안락함과 에너지를 전하는 신호로 여겨진다. 뿐만 아니라 사용한 커피 찌꺼기를 냉장고나 신발장에 넣으면 냄새와 습도를 흡수해 준다. 더불어 은은한 커피 향이 퍼져서 쾌적한 분위기를 조성할 수 있다. 미국 온라인 매체 하우스다이제스트(housedigest)는 커피 찌꺼기를 차고에서 활용하는 것이 놀라울 정도로 유용한 방법이 될 수 있다고 소개했다. 이 매체는 커피 찌꺼기가 악취 제거에 도움을 주는 것 뿐만 아니라 차고에 모기가 모이는 것을 방지하는 데도 효과적이라고 설명했다. 차고는 배기 가스, 잔류 페인트, 자동차 냄새 등으로 인해 퀴퀴하거나 불쾌한 냄새가 나는 공간일 수 있다. 이때 커피 찌꺼기는 자연의 방향제 역할을 하여 악취를 흡수하고 중화시킨다. 찌꺼기의 다공성 구조는 스펀지처럼 작용하여 원치 않는 냄새를 흡수하고 중화시킨다는 것. 또한 카페인에서 나오는 질소는 불쾌한 냄새를 흡수하는 데 도움이 된다. 더 나은 향기 분배를 위해서는 통풍구 아래에 커피 찌꺼기를 놓으면 좋다. 모기 퇴치 효과 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적일 수 있다는 의견이 있다. 강한 향이 있는 커피 찌꺼기는 모기들이 싫어하는 냄새로 알려져 있다. 커피 찌꺼기 특유의 톡 쏘는 향이 모기를 막아줄 수 있다는 증거가 있다. 카페인, 산, 그리고 다른 화합물들의 조합은 모기가 싫어하는 냄새를 형성해 커피 찌꺼기가 있는 장소로 모기가 못 오게 만들거나, 모기가 해당 장소에 알을 낳을 가능성을 줄일 수 있다. 이러한 특성은 또한 차고에서 민달팽이, 말벌, 벼룩, 그리고 개미를 퇴치하는 데 도움을 줄 수 있다. 커피 찌꺼기가 모기 퇴치에 효과적인 또 다른 방법은 사람의 냄새를 가리는 특성이 있다. 모기는 인간이 내뿜는 특정 냄새에 끌리며, 커피 찌꺼기는 이러한 냄새를 가리는 데 도움이 되어 모기가 사람을 찾는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 중요한 점은 '신선도' 차고에서 커피 찌꺼기를 사용할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 사항이 있다. 그 중에서도 가장 중요한 것은 신선함이다. 최대의 효과를 얻기 위해서는 최근에 양조한 찌꺼기를 선택해 건조해야 한다. 오래된 것이나 축축한 커피 찌꺼기는 효능을 잃고 냄새 흡수나 해충 억제력이 거의 없다. 최악의 경우 곰팡이 포자가 자라도록 조장할 수 있다. 갓 양조하고 말린 커피 찌꺼기를 사용하거나 모기를 멀리하기 위해 찌꺼기를 태우는 것이 더 좋다. 더 큰 효과를 얻기 위해 팬에 넣고 가볍게 구워 더 많은 향을 내고, 그 다음에 입구와 안뜰 주변에 커피 찌꺼기 그릇을 놓아두면 곤충이 들어오는 것을 막을 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체를 스프레이 병에 걸러낸다. 일시적인 보호를 위해 피부나 옷에 뿌릴 수 있다. 커피 찌꺼기 스프레이를 만들 수도 있다. 사용한 커피 찌꺼기를 물에 넣고 끓여서 혼합물을 식힌 다음 액체만 걸러 스프레이 병에 넣는다. 이를 피부나 옷에 뿌리면 일시적으로 보호 효과를 낸다. 사용한 찌꺼기는 퇴비통이나 일반 쓰레기통에 버리는 것이 좋다. 배수구에 버리면 배수관을 막을 수 있어서 주의해야 한다. 이외에도 커피 찌꺼기는 훌륭한 천연 비료로 활용될 수 있다. 커피 찌꺼기에는 식물 성장에 필요한 질소, 칼륨, 인 등의 영양분이 풍부하며, 토양에 섞어주면 토양의 질을 개선하고 식물의 성장을 돕는 데 기여할 수 있다. 또한 세안 시에 사용하면 스크럽 효과를 주어 피부의 노폐물을 제거하고 혈액 순환을 촉진하는 데 도움이 된다. 특히 주방에서 설거지를 위한 세제로 사용할 때 거친 질감이 기름과 음식물 찌꺼기를 효과적으로 제거해 준다.
- 생활경제
2024-02-05
영국 스타트업, 화장실 오수로 친환경 제트 연료 개발

인간이 버린 폐기물에서 제트 연료를 개발하는 것이 가능하다면 어떨까? 실제로 화장실 오수에서 탄소 배출량을 현저히 줄인 항공 연료를 만드는 혁신적인 기술이 최근 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국의 IT 전문 매체인 엔가젯(Engadget)은 영국 스타트업 반딧불이 그린퓨엘(Firefly Green Fuels)이 크랜필드대학교(Cranfield University)의 전문가들과 협력해, 기존 항공 연료에 비해 90% 적은 탄소 배출량을 가진 연료를 개발했다고 보도했다. 반딧불이 그린퓨엘이 개발한 A1 제트 연료는 독립 규제 기관의 테스트를 통해 제품이 표준과 유사한 성능을 보이는 것으로 확인됐다. 이 회사는 2021년 지속 가능한 항공 연료 개발을 계속하기 위해 영국 교통부로부터 200만 파운드(33억4830만원)의 보조금을 받았다. 아직 상업적으로 이용 가능하지는 않지만, 회사 측은 이 연료를 세계 시장에 공급하기 위한 과정에 있으며 향후 5년 이내에 최초의 상업용 발전소를 가동하게 될 것이라고 자신하고 있다. 이 회사는 저비용 항공사인 위즈에어(Wizz Air)와 2028년부터 시작되는 연료 공급을 위한 파트너십을 이미 체결했다. 화장실 오수에서 연료 생산 반딧불이 그린퓨엘은 영국의 수자원 관리 회사로부터 폐기물을 공급받아, 정제된 하수를 얻기 위해 다음과 같은 공정을 거친다. 열수 액화 과정을 통해 액체 폐기물을 슬러지 또는 원유로 전환하고, 이 과정에서 발생하는 고체 부산물은 작물 비료로 재활용될 수 있다. 회사 측은 에너지 생산 과정에서 발생하는 총 탄소량을 측정하여, 전체 공정의 탄소 강도가 메가줄 당 이산화탄소 7.97g(gCO²e/MJ)이라고 주장한다. 이는 국제클린운송위원회(ICCT)가 밝힌 기존 제트 연료의 탄소 강도, 즉 85에서 95 gCO²e/MJ에 비해 현저히 낮은 수치다. 이 회사 데이터에 따르면 자연 상태에서 유기물이 화석 연료로 전환되는 데는 수백만 년이 걸린다. 반면에 반딧불이 그린퓨엘의 방법은 단 며칠 만에 연료를 생산할 수 있게 하며, 더욱 중요한 것은 인간의 배설물이 풍부하고 쉽게 접근할 수 있는 자원으로 활용될 수 있다는 점이다. 이 회사가 개발한 지속 가능한 항공 연료의 가격이 현재 시장에서 사용되는 연료보다 더 비쌀지, 아니면 더 저렴할지는 아직 확실하지 않다. 그러나 제임스 하이게이트 최고경영자(CEO)는 성명서에서 인간의 배설물을 연료로 사용하는 것이 '비용 효율적이고 풍부한 자원'이라며, 이 자원은 '절대로 고갈되지 않을 것'이라고 말했다. 탄소 중립 달성은 유럽과 미국의 규제 기관과 지도자들에게 오랜 목표였다. 전기 자동차는 자동차 산업에서 혁신을 가져왔지만, 배터리로 구동되는 상업용 제트기의 등장은 아직 먼 미래의 일로 보인다. 따라서, 친환경적인 대안적 제트 연료의 개발은 환영받는 솔루션으로 여겨진다. EU, SAF 2% 의무 사용 한편, 유럽연합(EU)은 2025년부터 지속 가능한 항공 연료(SAF, Sustainable Aviation Fuel)를 기존 항공유에 최소 2% 혼합하도록 의무화하는 '리퓨얼 EU' 법안을 지난해 4월 통과시켰다. SAF는 석유가 아닌 다양한 대체 원료(동식물성 바이오 오일, 합성 원유 등)로 만들어진 항공 연료로, 기존 항공유에 비해 탄소 배출을 최대 80%까지 줄일 수 있다고 알려져 있다. 또한 SAF는 기존 항공기 엔진 및 연료 공급 시스템과 호환된다. 따라서 새로운 인프라 투자 없이도 현재의 항공 시스템에 통합될 수 있다. 그러나 SAF의 비용은 일반 항공유보다 약 2∼6배 높다. 이러한 높은 비용은 항공사와 소비자에게 전가될 수 있다. SAF의 생산은 아직 초기 단계에 있으며, 대량 생산에 필요한 기술과 인프라가 완전히 구축되지 않았다. 따라서 현재의 수요를 충족시키기 위한 충분한 공급이 아직 불가능할 수 있다. 게다가 일부 SAF 원료는 식량 생산과 경쟁할 수 있다. 예를 들어, 식물성 기름의 사용이 증가하면 식량 가격 상승으로 이어질 수 있다. SAF는 항공 산업의 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있지만, 그 구현과 확산을 위해서는 여러 기술적, 경제적, 환경적 과제를 해결해야 한다.
- 산업
2024-01-09
美 MIT, 미생물 비료 코팅 개발…재생농업 촉진

미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학자들은 지속 가능한 대안으로 질소 고정 박테리아를 사용해 화학 비료의 탄소 배출량을 줄이고 있다. 과학 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 MIT 화학 엔지니어들이 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 세포를 손상으로부터 보호하는 금속-유기 코팅을 개발해 종자 발아율을 크게 향상시켰다고 보도했다. 이러한 혁신은 미생물 비료의 접근성을 높이고 재생 농업을 촉진할 수 있다. 이 코팅은 박테리아 세포의 표면에 금속과 폴리페놀로 구성된 삼각형 모양의 구조를 형성한다. 이러한 구조는 박테리아 세포를 둘러싸고 보호막을 형성하여 열이나 습도, 건조 등의 손상으로부터 박테리아 세포를 보호해주어 미생물 비료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 화학 비료 생산은 전 세계 온실 가스 배출량의 약 1.5%를 차지한다. MIT 화학자들은 일부 화학 비료를 보다 지속 가능한 공급원인 박테리아로 대체하여 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되기를 기대하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환할 수 있는 박테리아는 식물에 필요한 영양분을 제공할 뿐만 아니라 토양을 재생하고 해충으로부터 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 이러한 박테리아는 열과 습도에 민감하기 때문에 대량 생산해서 농장으로 배송하기가 어렵다. 박테리아 민감성 극복 이러한 장애물을 극복하기 위해 MIT 화학 엔지니어들은 박테리아 세포의 성장이나 기능을 방해하지 않으면서 손상으로부터 세포를 보호하는 금속-유기 코팅을 개발했다. 새로운 연구에서 MIT 연구진은 이러한 코팅 박테리아가 옥수수와 청경채와 같은 채소를 포함한 다양한 종자의 발아율을 향상시킨다는 사실을 발견했다. 코팅된 박테리아로 처리한 씨앗은 코팅되지 않은 신선한 미생물로 처리한 씨앗에 비해 발아율이 150% 증가했다. 연구를 주도한 MIT 화학 공학과 아리엘 퍼스트(Ariel Furst) 박사는 "이 코팅은 농부들이 미생물을 비료로 배치하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있다. 건조 공정으로부터 박테리아를 보호하고, 액체가 아닌 건조 분말이기 때문에 훨씬 더 쉽고 더 적은 비용으로 유통할 수 있다. 또한 섭씨 55.55도(화씨 132도)까지 견딜 수 있으므로 이러한 미생물을 냉장 보관을 사용할 필요가 없다"라고 말했다. 연구진은 이 기술은 화학 비료 사용을 줄여 환경 오염을 감소시킬 수 있고 토양의 영양분을 보충하고 토양을 건강하게 유지하는 데 도움이 될 수 있어 농업의 지속 가능성을 높이기를 기대한다. 이번 연구는 최근 '미국 화학학회지 Au'에 게재됐다. 미생물 보호 코팅 화학 비료는 공기 중의 질소와 수소를 결합하여 암모니아를 만드는 데 매우 높은 압력을 사용하는 에너지 집약적인 하버-보쉬 공정을 통해 제조된다. 화학 비료의 또 다른 단점으로는 이 과정에서 상당한 탄소 발자국이 발생한다는 점 외에도 장기간 사용하면 결국 토양의 영양분이 고갈된다는 것이다. 토양을 복원하기 위해 일부 농부들은 작물 순환과 퇴비화 등 다양한 전략을 사용해 토양을 건강하게 유지하는 '재생 농업'으로 전환하고 있다. 질소 가스를 암모니아로 전환하는 질소 고정 박테리아가 이러한 접근 방식에 도움이 될 수 있다. 퍼스트 박사는 열과 동결 건조로부터 미생물을 보호하기 위해 이전에 소화관으로 전달되는 치료용 박테리아를 보호하는 등 다른 용도로 미생물을 캡슐화하기 위해 개발한 금속-페놀 네트워크(MPN)라는 코팅을 적용하기로 결정했다. 이 코팅에는 금속과 폴리페놀이라는 두 가지 유기 화합물 성분이 포함되어 있어 스스로 조립되어 보호막을 형성할 수 있다. 철, 망간, 알루미늄, 아연 등 코팅에 사용되는 금속은 식품첨가물로서 안전한 것으로 간주된다. 식물에서 흔히 발견되는 폴리페놀은 탄닌과 오트 등의 분자를 포함한다. 퍼스트 박사는 "우리는 그 자체로 효능이 있는 것으로 알려진 천연 식품 등급의 화합물을 사용하여 미생물을 보호하는 작은 갑옷을 만들고 있다라고 말했다. 이 연구를 위해 연구팀은 12가지 MPN을 만들어 유해한 곰팡이와 기타 해충으로부터 식물을 보호하는 질소 고정 박테리아인 슈도모나스 클로로라피스를 캡슐화하는 데 사용했다. 연구진은 모든 코팅이 최대 섭씨 50도(화씨 122도)의 온도와 최대 48%의 상대 습도로부터 박테리아를 보호한다는 사실을 발견했다. 또한 코팅은 동결 건조 과정에서도 미생물의 생존을 유지했다. 종자 발아 향상 연구팀은 망간과 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)라는 폴리페놀의 조합인 가장 효과적인 MPN으로 코팅된 미생물을 사용하여 실험용 접시에서 종자 발아를 돕는 능력을 테스트했다. 또 연구팀은 코팅된 미생물을 접시에 넣기 전에 50°C로 가열한 후 코팅되지 않은 신선한 미생물과 동결 건조된 코팅되지 않은 미생물을 비교했다. 연구 결과 코팅된 미생물은 발아율을 150% 향상 시켰다. 퍼스트 박사는 "기술을 개발할 때는 의도적으로 저렴하고 접근하기 쉽도록 설계해야 하는데, 이 기술이 바로 그런 기술이다. 이 기술은 재생 농업의 대중화에 도움이 될 것이다라고 말했다. 퍼스트 박사는 이 기술을 상용화하기 위해 세이아 바이오(Seia Bio)라는 회사를 설립했다. 세이아 바이오는 현재 이 코팅을 적용한 미생물 비료를 농업 현장에 적용하는 데 대한 연구를 진행하고 있다.
- 산업
2023-12-28
플로팅 팜, 미래 농업의 청사진⋯3층 구조 수상농장 주목

최근 기후변화로 식량 안보에 대한 우려가 커지고 있는 가운데 물 위에서 농작물을 키우는 플로팅 팜(Floating Farm)이 주목받고 있다. 기후변화로 인해 해수면 상승, 가뭄, 폭염, 기습 폭우 등 자연재해가 빈번해지면서 농업에도 큰 영향을 미치고 있다. 야후는 기후변화로 인한 농작물의 저조한 작황 문제를 해결하기 위해 새로운 농업 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중 하나가 플로팅 팜이라고 부르는 수상 농장이라고 소개했다. 수상 농장은 물 위에 떠 있는 구조물에서 식물을 재배하거나 가축을 키우는 방식이다. 네덜란드 플로팅 팜 세계 최초의 수상농장으로 네덜란드 플로팅 팜이 있다. 이 플로팅 팜은 2019년 네덜란드 로테르담 항구에 문을 연 3층 구조물로 이루어져 있다. 이 수상 농장은 1층은 치즈 숙성실, 2층은 우유 가공실, 3층은 젖소 사육실로 사용되고 있다. 네덜란드 플로팅 팜의 소들은 건초와 오렌지 껍질을 먹고, 분뇨는 유기질 비료로 사용된다. 이 소들은 네덜란드의 세 강에서 이름을 따온 마스-레인-이셀(Maas-Rijn-Ijssel) 젖소들로 세계 최초의 플로팅 팜에서 키워지고 있다. 네덜란드는 해수면 상승으로 인한 홍수 피해가 우려되는 국가 중 하나인데 플로팅 팜의 장점은 홍수나 폭풍에 대한 저항력이 뛰어나고, 물 위에 떠있기 떄문에 토지와 물 사용을 줄일 수 있다. 또한 자원 순환을 통해 탄소 배출을 줄일 수 있다. 플로팅팜은 소의 분뇨를 비료로 재활용하고, 오줌을 정화하여 소의 식수로 사용하여 자원 순환을 통해 탄소 배출을 줄일 수 있다. 인도와 방글라데시의 플로팅 팜 인도와 방글라데시의 해안 지역에서도 플로팅 팜이 확산되고 있다. 남아시아 환경 포럼(South Asian Forum for Environment)은 몬순 홍수에 대비하기 위해 대나무 뗏목에 묘목을 심는 전통적인 방법을 발전시켜 왔다. 대나무 뗏목은 폭풍우에 더 잘 견딜 수 있도록 더 크고 무겁게 제작되었으며, 플라스틱 덮개와 그늘망으로 연약한 식물을 보호하고, 태양열 펌프를 사용하여 빗물을 모아 관개에 이용한다. 플로팅 팜, 기후 변화 대응 가능 플로팅 팜은 지상에 비해 수중에서 운영되기 때문에 지표면에 노출된 토양이나 잔디 등의 유기물을 감소시킨다. 이로써 온실가스 배출을 줄일 수 있어 기후 변화에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 또 플로팅 팜은 태양 에너지를 활용하여 작물을 생산하는데 활용될 수 있다. 이는 재생에너지를 통한 에너지 소비 감소로 이어져 기후 변화 대응에 기여할 수 있다. 플로팅 팜은 홍수, 가뭄 등의 재해에 강하게 대응할 수 있는 장점이 있다. 수중에서 운영되기 때문에 지상의 환경 변화에 상대적으로 덜 영향을 받아 안전성이 향상될 수 있다. 플로팅 팜의 기대효과 플로팅 팜은 생산성 증대와 지역적 다양성을 통해 식량 안보를 강화할 수 있다. 더 안정적이고 다양한 식량 생산을 통해 급격한 가격 변동이나 식량 부족에 대응할 수 있다. 또한 지표면의 변화를 최소화하면서 수중에서 농업을 수행하기 때문에 지역의 수질 및 수생태계를 보전할 수 있다. 플로팅 팜은 기후 변화와 식량 안보에 대한 현대적이고 지속 가능한 농업 모델을 제시하며 이는 미래의 농업 방식에 대한 지식과 기술적 발전을 촉진할 수 있다. 플로팅 팜은 식량 안보와 기후 변화에 대응하는 새로운 방법으로 주목받고 있지만, 아직까지는 초기 단계에 있다. 수상 농장이 성공적으로 확산되기 위해서는 기술 개발과 교육, 그리고 지역적 특성 등을 고려한 정책적 지원이 필요하다.
- IT/바이오
2023-12-19
천연 곰팡이 '수목균근균', 옥수수 수확량 40% 증가시켜

천연 곰팡이의 일종인 수목균근균(AMF)이 농작물 수확량을 40%나 향상시킨다는 연구 결과가 나왔다. 현재 세계는 인구 증가와 기후 변화로 인해 식량 부족에 대한 위협에 직면해 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 나라들이 농업 생산성 향상에 노력하고 있다. 과학기술 전문 매체 뉴 아틀라스(NEW ATLAS)에 따르면 스위스 연구팀이 옥수수 농지 토양에 수목균근균(AMF)을 처리하면 추가 비료나 살충제 사용 없이도 옥수수 수확량을 40%까지 향상시킬 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 수목균근균은 식물의 뿌리와 공생하는 곰팡이로, 식물에 영양분을 공급하고 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다. 이 연구에서 연구팀은 스위스의 54개 옥수수 농장의 800개 시험 재배지에서 파종 전에 수목균근균(AMF)을 토양에 혼합했다. 이 균류는 건강한 토양에서 자연적으로 발생하며 식물의 뿌리에 침투해 나무와 같은 '구조물(arbuscules, 아부스큘레)'을 형성한다. 이 구조물이 가지를 뻗으면 식물의 뿌리 표면적을 넓혀 영양분 흡수를 높인다. 이 연구의 공동 책임자이자 취리히 대학교의 토양 생태학자이자 농업 연구 센터인 아그로스코프의 마르셀 반 데어 헤이덴 박사는 "4분의 1의 농지에서 균근균이 최대 40%의 수확량 향상을 가져왔다"며 "엄청난 일이죠"라고 말했다. 연구 결과, 수목균근균을 처리한 시험 구획 농지 약 25%에서 옥수수 수확량이 40%까지 증가했다. 나머지 농지의 3분의 1에서는 수확량이 거의 증가하지 않거나 심지어 감소하기도 했다. 스위스 연방정부의 농업연구기관인 아그로스코프(Agroscope)의 공동 제1저자인 스테파니 루츠는 "토양에 많은 곰팡이 병원균이 존재할 때 (수목균근균) 접종이 가장 효과적이라는 사실을 발견했다"라고 말했다. 곰팡이(균근균)는 토양에 대한 1차 방어선을 제공해 작물 수확량을 감소시킬 수 있는 식물을 공격하는 병원균을 막는 것으로 알려져 있다. 다시 말하면, 병원균이 많은 토양에서는 수목균근균이 식물을 보호함으로써 수확량을 동일하게 유지하거나 오히려 수확량 증대 효과가 나타났다. 연구팀은 토양 마이크로바이옴 지표를 사용하여 파종 전에 주어진 구획에 대해 86%의 정확도로 식물 성장의 변화를 성공적으로 측정했다. 이를 통해 10개의 밭 중 9개 밭에서 접종 성공을 예측할 수 있었고, 따라서 수확량을 예측할 수도 있었다. 이번 연구 결과는 균근균이 식량 생산성을 높이는 데 효과적인 수단이 될 수 있음을 보여준다. 특히, 병원균에 감염된 토양에서 균근균의 효과가 두드러지게 나타났다. 이는 균근균이 식물을 병원균으로부터 보호하는 역할을 한다는 것을 시사한다. 수목균근균은 비료나 살충제 사용 없이도 식량 생산성을 높일 수 있는 친환경적인 방법이다. 따라서 이번 연구 결과는 지속 가능한 농업을 실현하는 데 기여할 것으로 기대된다. 균근균은 토양을 건강하게 유지하고 식물의 영양소 흡수를 촉진하는 효과가 입증되면서 농업 분야에서 주목받고 있다. 특히, 전 세계적으로 토양 황폐화가 심화되고 있는 상황에서 균근균은 지속 가능한 농업을 실현하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 산업
2023-12-14
전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산

환경 오염을 주범으로 여겨지는 가축 분뇨에서 친환경적으로 전기를 생산하는 기술이 개발됐다. 매년 전 세계 축산농가에서 30억톤 이상의 동물 배설물이 발생하고 있다. 이는 미국 엠파이어 스테이트 빌딩 9000개 이상에 해당하는 양이다. 모든 분뇨는 수질을 악화시키며 유독한 연기와 온실가스를 방출한다. 그러나 저렴한 전기를 이용해 동물 배설물을 재활용하고 귀중한 화학물질을 회수할 수 있는 기술이 개발돼 환경 오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에서는 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 발표된 연구를 소개했다. 이 연구는 전기를 이용하여 동물 배설물에서 유기 영양소를 분해하고, 동시에 가치 있는 화학물질을 회수하는 새로운 방법을 제시한다. 초기 예측에 따르면, 이 방법으로 얻어지는 화학물질의 경제적 가치가 기술 구현 비용을 상회할 것으로 예상된다. 이는 농부들에게 수익성이 높은 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 클락슨 대학의 김태영 화학자는 이번 연구에는 참여하지 않았지만 "풍력, 태양열 발전소에서 발생하는 값싸고 재생가능한 전기를 결합하면 거름이 풍부한 시골 농업 지역에서도 찬환경 전기가 생산될 수 있다"고 말했다. 많은 축산업자들은 이미 동물 배설물을 재활용하기 위해 노력하고 있다. 이들은 배설물을 분뇨 라군(연못)에 저장하여, 바닥에 침전된 암모니아가 풍부한 고형물을 준설하여 비료로 재사용한다. 또한, 남은 유기 화합물을 미생물이 메탄으로 분해하게 하여 이를 수집, 태워 전기를 생산할 수 있다. 이러한 방식은 지속 가능한 에너지와 농업 사이의 상호 작용을 보여주는 예이다. 그럼에도 불구하고, 엄청난 양의 암모니아와 기타 화합물이 자연환경으로 방출되어 해조류가 번성하고 물고기가 죽게 되는 환경오염이 발생한다. 이에 최근 몇 년 동안 몇몇 연구팀에서는 분뇨 라군에서 암모니아와 기타 귀중한 화학물질을 포착하기 위한 전기화학적 방법을 탐색하기 시작했다. 예를 들어, 2021년 실험실 연구에서 김태영 교수와 그의 동료들은 전류를 사용해 막을 통해 양으로 하전된 암모늄 이온을 유도하여 비료 전구체를 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 배터리 유형 설정을 보고했다. 그러나 멤브레인(두께가 얇은 막) 설정은 운영하기 어렵고 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 위스콘신 매디슨 대학교 환경 엔지니어인 모한 킨(Mohan Qin)과 동료 송진이 이끄는 연구팀은 2단계 접근 방식을 채택해 멤브레인을 없앨 수 있는 가능성을 확인했다. 두 단계 모두 KNiHCF(칼륨·니켈·헥사시아노철산염)라는 배터리 전극 재료를 사용한다. KNiHCF는 이온이 들어오고 나갈 수 있는 간격이 있는 층 구조를 가지고 있다. 연구원들은 KNiHCF의 층 간격이 나트륨이나 칼슘과 같이 분뇨에서 일반적이지만 가치는 떨어지는 이온 대신 암모늄 및 칼륨 이온을 끌어들이는 데 이상적이라는 것을 발견했다. 연구진은 이후 이온으로 채워진 KNiHCF 전극을 폐수 용액에서 제거하고, 이를 이온 전도성 전해질을 첨가한 깨끗한 물이 담긴 두 번째 용기에 두 번째 전극과 함께 배치했다. 전압을 가하면 전자가 두 번째 전극으로 흘러 들어갔고, 이로 인해 KNiHCF 전극에서 양전하를 띤 암모늄 및 칼륨 이온을 용액으로 끌어당겨 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 음전하가 생성됐다. 이 설정에는 보너스가 있다. 두 번째 전극의 음전하는 용액의 물과 산소를 유발하여 수소 가스나 과산화수소로 반응했는데, 두 가지 모두 회수된 암모니아 및 칼륨과 함께 판매될 수 있는 귀중한 화학물질이다. 연구팀은 KNiHCF 전극은 반복적으로 사용하면 성능이 저하되는데, 이 문제는 이미 해결 방안을 찾았다고 밝혔다. 연구원들은 또한 1000마리의 젖소가 있는 낙농장의 폐기물을 확장하고 관리하기 위한 설정의 잠재력을 평가하기 위한 분석을 수행했다. 그들은 전기 가격이 미국 평균인 킬로와트시(kWh)당 약 0.08달러(약 100원)로 책정될 경우 해당 운영에서 연간 최대 20만달러(약 2억6320만원)의 이익을 창출할 수 있을 만큼 귀중한 화학 물질을 생성할 수 있다는 사실을 발견했다. 송진 연구원은 재생 가능 전력이 일부 농촌 지역의 전기 비용을 2030년까지 kWh당 약 0.03달러(약 39원)로 낮출 수 있을 것으로 예상했다. 풍력이나 태양열 발전소는 종종 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기를 생산하므로 엔지니어는 전력을 버리거나 터빈을 꺼야 했다. 이에 송진은 "풍력, 태양광과 결합할 수 있다면, 가격이 저렴할 때만 전기를 사용하도록 설계할 수 있다"고 말했다. 모한 킨은 "전체 공정이 얼마나 효율적인지 고려할 때, 전기화학적 처리는 거름에 있는 암모니아의 거의 70%를 포착하고 비슷한 양만큼 농장에서 배출되는 암모니아를 줄일 수 있다"며 "이것은 오래된 (가축 분뇨)문제를 처리하는 매우 간단하고 효율적인 방법"이라고 주장했다.
- 산업
2023-12-14
FAO "세계 식량 시스템의 숨겨진 비용, 12조 달러"

유엔 식량농업기구(FAO)가 발표한 보고서에서 세계 식량 시스템은 건강과 환경에 해를 끼치는 '숨겨진 비용'으로 매년 12조 달러(1경 5588조원) 발생시키며 이는 전 세계 GDP의 약 10%에 해당하는 금액이라고 일본 매체 와이어드(WIRED)가 최근 보도했다. '숨겨진 비용'은 가격표에 직접 표시되지 않는 비용으로, 건강, 사회, 환경에 미치는 부정적 영향을 포함한다. 건강에 미치는 영향은 비만, 당뇨병, 심장병 등 비전염성 질병으로 인한 의료비용과 조기 사망률 증가로 나타낸다. 사회적 영향으로는 빈곤, 불평등, 분쟁 등이 있으며, 환경적 영향은 토양 침식, 수질 오염, 기후 변화 등이 있다. 숨겨진 비용의 규모와 구성 FAO 보고서에 따르면, 숨겨진 비용의 73%는 건강에 미치는 영향으로, 주로 비전염성 질병으로 인한 의료비용 증가와 조기 사망률 증가에 기인한다. 환경에 미치는 영향은 20%로 두 번째로 큰 비중을 차지했다. 이는 토양 침식, 수질 오염, 기후 변화 등으로 인한 경제적 손실과 환경 피해로 나타났다. 나머지 8%는 사회에 미치는 영향이다. 빈곤, 불평등, 분쟁 등으로 인한 경제적 손실과 사회적 피해가 여기에 속한다. 국가별 숨겨진 비용의 차이 숨겨진 비용은 국가마다 크게 다르다. 저소득 국가에서는 GDP의 평균 27%에 달했으나 고소득 국가에서는 8%에 불과했다. 저소득 국가에서는 숨겨진 비용의 거의 절반이 빈곤과 관련이 있다. 이는 농부들이 충분한 량의 식량을 재배하지 못하거나 경제적 이유로 필요한 농산물을 구입하지 못하는 경우가 많기 때문이다. 반면, 고소득 국가에서는 숨겨진 비용의 대부분이 건강에 해로운 식단과 관련이 있다. 고소득 국가에서는 육류, 설탕, 가공식품 등 건강에 해로운 식품의 소비가 증가하는 경향이 있기 때문이다. 예를 들어, 초콜릿의 주성분인 카카오는 주로 가나와 코트디부아르에서 재배되지만, 이 지역의 농부들은 매우 낮은 임금을 받는다. 카카오는 주로 고소득 국가, 특히 유럽에서 많이 소비되며, 설탕을 첨가한 초콜릿 바 형태로 가공된다. 유럽인들이 초콜릿 소비를 줄이고 더 공정하며 질 좋은 제품을 구매한다면, 서아프리카의 농부들은 더 나은 임금을 받을 수 있으며, 유럽인들의 건강에 미치는 부정적 영향도 감소할 것이다. 노팅엄 대학의 식품 시스템 연구소 소장인 잭 보보(Jack Bobo) 소장은 국경을 넘어 비용과 가치를 계산하는 것은 매우 복잡하다고 말했다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 유럽 농지의 4분의 1을 유기농으로 전환하고 비료 사용을 최소 20% 감축하는 것을 목표로 하는 '팜투포크(Farm-to-Fork)' 전략을 추진하고 있다. 이 전략은 유럽의 환경 비용을 줄일 수 있는 가능성이 있지만, 동시에 농장의 전반적인 생산성을 감소시킬 수 있다. 결과적으로 유럽은 브라질과 같은 국가로부터 더 많은 식량을 수입해야 할 필요가 생길 수 있으며, 이는 해당 지역의 삼림 벌채를 촉진하고 숨겨진 환경 비용을 증가시킬 수 있다. FAO의 연구에 따르면, 고소득 국가의 숨겨진 식량 비용 중 80% 이상이 건강에 해로운 식단과 관련되어 있다. 고소득 국가에서는 육류, 설탕, 가공식품과 같은 건강에 해로운 식품의 소비가 증가하고 있으며, 이로 인해 비만, 당뇨병, 심장병과 같은 비전염성 질병으로 인한 의료비용이 늘고 있다. 숨겨진 비용을 줄이기 위한 노력 궁극적으로 이러한 숨겨진 비용을 낮추기 위해서는 정부와 개인, 기업의 협력이 필수적이다. 정부는 건강과 환경을 고려한 식량 정책을 마련해야 한다. 예를 들어, 건강한 식품을 저렴한 가격에 제공하고, 환경에 미치는 부정적 영향을 최소화하는 정책을 도입할 수 있다. 개인은 건강에 해로운 육류, 설탕, 가공식품 등의 섭취를 줄이고, 과일, 채소, 통곡물과 같은 건강에 좋은 식품을 섭취함으로써 건강한 식단을 유지하는 것이 좋다. 기업은 지속 가능한 식품 생산을 위해 환경에 미치는 영향을 최소화하고, 노동자의 권리를 보호하며, 윤리적인 방법으로 식품을 생산해야 한다. 이러한 조치들을 통해 숨겨진 비용을 줄이고 지속 가능한 식량 시스템을 구축하는 데 기여할 수 있다. FAO는 현재 내년도 보고서를 준비 중이며, 이 보고서는 각국이 식품 시스템의 실제 비용을 이해하고, 이를 반영하는 데 도움이 될 수 있는 일련의 사례 연구를 제공할 예정이다. 이러한 사례 연구는 국가들이 식품 시스템에 관한 보다 명확한 인식을 갖고, 효과적인 정책을 수립하는 데 기여할 것으로 기대된다.
- 산업
2023-12-04
커피 찌꺼기, 숯보다 뛰어난 탈취력으로 환경 지킨다

커피를 추출하고 남은 찌꺼기는 환경보호에 유용하게 사용될 수 있다. 일본의 웨더뉴스 보도에 따르면 커피 찌꺼기는 숯보다 우수한 탈취 효과를 가지고 있다. 웨더뉴스의 2022년 설문조사 결과, 커피 찌꺼기를 버리는 사람이 61%에 달했다. 이는 커피 찌꺼기의 높은 탈취력을 잘 모르고 있는 데 따른 것으로 보인다. 커피 찌꺼기는 활성탄의 5배에 달하는 탈취 효과가 있어 환경을 지키는 데 활용할 수 있다. 커피 찌꺼기는 다공성 구조를 가지고 있어 암모니아를 효과적으로 흡수한다. 또한 추출된 커피 찌꺼기의 분자는 암모니아를 화학적으로 흡착 및 중화하여 불쾌한 냄새를 제거하고 탈취 효과를 발휘한다. UCC 커피 아카데미의 연구에 따르면, 커피 찌꺼기는 활성탄에 비해 암모니아 흡수율이 높다. 수분 함량이 7%인 활성탄은 암모니아 흡수율이 17.3%인 반면, 수분 함량이 4%인 커피 찌꺼기는 41.0%, 수분 함량이 21%인 커피 찌꺼기는 90.5%의 흡수율을 보여, 활성탄보다 최대 5.23배 높은 효과를 나타냈다. 커피 찌꺼기의 탈취 효과를 살린 재사용 방법은 다음과 같다. 화장실이나 냉장고 탈취제 집에서 커피를 추출한 후 남은 찌꺼기는 화장실이나 냉장고의 탈취제로 유용하게 사용될 수 있다. 커피 찌꺼기를 평평한 용기에 담아 화장실에 두면 탈취 효과를 볼 수 있으며, 1~2일마다 교체하는 것이 좋다. 고온에서는 곰팡이가 생길 수 있으니 주의해야 한다. 커피 찌꺼기를 말려 신발이나 신발장, 냉장고 등에 넣어 탈취제로 사용할 수 있다. 커피 찌꺼기를 충분히 말린 후 부직포 봉지에 넣으면 신발장이나 냉장고용 탈취제로 사용할 수 있다. 건조한 찌꺼기를 티팩과 같은 봉지에 넣어 사용하면 흩날림을 방지할 수 있다. 잡초 방제와 비료 효과 커피 찌꺼기는 정원 가꾸기에도 유용하다. 일본 UCC와 긴다이 대학 농학부의 공동 연구에 따르면, 커피 찌꺼기를 토양에 혼합하면 겨울에는 해바라기, 여름에는 호밀 등 식물의 성장에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 커피 찌꺼기는 토양에 혼합하면 첫해에는 식물의 성장을 억제할 수 있다. 이는 커피 찌꺼기에 포함된 카페인과 폴리페놀 등의 물질이 작용하기 때문으로 추정된다. 하지만 토양과 혼합한 후 12개월이 지나면 식물의 성장 억제 효과가 감소하고, 두 번째 해에는 토양 내 비료로 사용되는 탄소와 질소의 함량이 증가하는 등 토양의 질 개선 효과가 나타난다. 커피 찌꺼기는 식물의 성장을 촉진하고 병충해에 대한 저항력을 강화하는 효과가 있다. 또한, 퇴비로 쉽게 전환될 수 있어 토양 개량에도 매우 효과적이다. 이렇게 다양한 활용 방안이 있는 커피 찌꺼기는 단순한 쓰레기가 아닌 친환경적인 자원이다. 커피를 마신 후에는 커피 찌꺼기를 버리지 않고, 정원 가꾸기나 탈취제 등 다양한 방법으로 재활용함으로써 환경 보호에 기여할 수 있다.
- 생활경제
2023-12-01
구리 화학 발견으로 값싼 약품 개발 길 열렸다

최근 구리 화학의 발견이 값싼 약품 개발의 새로운 가능성을 열었다. 이제 단 3달러의 비용으로 항암제에 사용될 수 있는 화학 물질을 제조할 수 있게 됐다. 구리는 이미 의학 분야에서 감염과 싸우는 나노 입자 및 임플란트의 형태로 사용되고 있다. 미국의 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 미국 캘리포니아대학교 로스앤젤레스(UCLA)의 과학자들이 개발한 새로운 방법으로 간단하고 저렴한 약품 생산이 가능하다고 보도했다. 이 방법은 산소의 한 형태인 오존을 시약으로 사용하고 금속을 촉매로 활용한다. 과학자들은 이를 통해 유기 분자의 탄소-탄소 결합을 끊는데 성공했다. 오존은 이 결합을 알켄, 즉 탄화수소로 분해하고, 구리 촉매는 깨진 결합을 질소와 결합시켜 탄소-질소 결합을 형성한다. 이 결합은 아민이라고 알려진 분자를 형성하게 되는데, 이것이 바로 항암제와 같은 값싼 약품 생산에 필수적인 요소다. 아미노탈알케닐화로 알려진 이 공정은 전통적으로 아민을 생성하는 데 사용되는 다른 유사한 촉매와는 달리 풍부하고 저렴한 금속을 잘 활용하면 된다. 아미노탈알케닐화라고 알려진 이 새로운 공정은 기존의 아민 생성 방법과는 다르다. 이 공정은 전통적으로 사용되는 비싼 금속 촉매 대신에 저렴하고 풍부한 금속을 효과적으로 활용한다. 권오현 유기화학 교수는 이 공정에 대해 설명하면서 "이전에는 이런 방법이 없었다"고 강조했다. 그는 "전통적인 금속 촉매 반응에서는 백금, 은, 금, 팔라듐과 같은 고가의 금속이나 로듐, 루테늄, 이리듐과 같은 귀금속을 사용했지만, 우리는 세계에서 가장 풍부한 비금속 중 하나인 산소와 구리를 사용하고 있다"고 밝혔다. 이러한 접근 방식은 아민을 생성하는 데 필요한 자원과 비용을 크게 줄일 수 있는 가능성을 보여준다. 아민은 의약품과 비료, 농약 생산에 널리 사용되는 중요한 화학물질이다. 이는 식물과 동물에서 발견되는 분자와 강력한 상호 작용을 하며, 암페타민과 도파민과 같은 약물에서도 발견되는 구성 요소다. 이번 연구를 통해 연구팀은 호르몬, 제약 시약, 펩타이드, 뉴클레오시드 등을 아민으로 변형하는 데 성공했다. 이것은 이 새로운 방법이 다양한 분야에 활용될 수 있음을 보여준다. 하지만 권 교수에게 있어서 가장 큰 장점은 훨씬 저렴한 의약품 생산 가능성일 것이다. 일부 항암제에 사용되는 화학물질은 제조 비용이 그램당 약 3200달러(약 412만원)에 달하지만, 연구팀은 그램당 약 3달러(약 3860원)의 비용으로 동일한 약물 분자를 생산할 수 있었다. 기존 12단계 공정 대신 3단계만 사용 연구팀은 항암 c-Jun N-말단 키나제 억제제를 생산하기 위해 기존의 12단계 공정 대신 단 3단계의 화학 과정만을 사용했다. 또한, 이들은 또 다른 실험에서 아데노신이라는 신경 전달 물질과 DNA 구성 요소를 N6-메틸아데노신 아민으로 전환하는 과정을 한 단계만 거쳐서 수행했다. 이 아민은 세포의 유전자 발현, 질병 과정 및 발달에 중요한 역할을 하며, 현재 생산 비용은 그램당 약 103달러(약 13만2,600원)다. 구리는 현재 파운드당 4달러(약 5150원) 미만으로 풍부하게 구할 수 있기 때문에, 과학자들은 은 이 새로운 방법이 아민 기반 의약품과 다른 유기 물질의 생산 비용을 대폭 절감할 수 있기를 기대한다. 한편, 한국원자력연구원(원장 주한규)의 양성자과학연구단은 지난 7월 치료용 방사성동위원소 구리-67(Cu-67)을 고품질로 대량생산할 수 있는 분석법을 개발해 주목을 받았다. 방사성의약품은 방사성동위원소를 포함하여 질병의 진단과 치료에 사용된다. 구리-67은 진단용 감마선과 암세포를 사멸시키는 치료용 베타선을 방출하는 동위원소로, 동시에 진단과 치료가 가능하며, 기존 동위원소보다 반감기가 짧아(2.5일) 체내 피폭 위험도 적다. 이러한 특성으로 인해 구리-67은 높은 활용 가능성을 가지고 있다고 평가된다. 방사성의약품은 암세포에서 발현하는 특정한 단백질을 표적으로 하여 정상세포에는 영향을 주지 않고 암세포만 선택적으로 제거할 수 있다. 이로 인해 강력한 치료 효과와 함께 높은 안전성을 제공한다. 다만, 구리-67은 다른 핵종과 달리 방출하는 감마선 스펙트럼이 불순물인 갈륨-67(이하 Ga-67)과 정확히 겹쳐 물리적인 측정법으로는 이 두 핵종을 구분할 수 없었다. 이에 양성자과학연구단 입자빔이용연구부 박준규 박사 연구팀은 두 핵종의 감마선 방출강도 뿐만 아니라 반감기 차이(Cu-67은 2.5일, Ga-67은 3.2일)까지 고려한 새로운 해석적 분리방법을 제시했다. 연구팀은 구리-67과 Ga-67 각각의 감마선 세기 합이 전체 감마선 세기와 같다는 점과 감마선 방출 강도 비율, 반감기 차이를 이용했다. 이를 통해 화학적 분리 과정 없이도 구리-67의 정확한 핵자료를 얻을 수 있었다. 한국원자력의학원의 김희진, 김정영 연구원은 "구리-67은 방사능 강도가 낮고 담체가 없는(carrier-free) 방사성동위원소로, 이로 인해 효과적인 암 치료가 가능하다"고 말했다. 이 연구팀은 2025년 경주 양성자가속기를 활용해 고품질 구리-67을 본격적으로 대량 생산할 예정이다.
- IT/바이오
2023-12-01