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2025-04-19 (토)

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[신소재 신기술(169)] 빗방울로 전기 생산…싱가포르 연구진, '빗물 발전 시스템' 개발

빗방울이 전기를 생산하는 재생에너지 자원으로 주목받고 있다. 싱가포르국립대학교(NUS) 연구팀은 빗방울이 떨어지는 과정에서 발생하는 전하 분리를 이용해 LED 전구 12개를 밝힐 수 있는 전기를 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 뉴사이언티스트, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 지난 16일(현지시간) 보도했다. 연구 책임자인 시오링 소(Siowling Soh) 교수는 "지구에는 매일 비가 내리지만 이를 활용한 에너지 수확 시스템이 부재해 에너지가 그대로 낭비되고 있다"며 "이번 연구는 빗물을 통해 전기를 수확하는 새로운 가능성을 보여준다"고 설명했다. 기존 수력발전은 강, 바다, 수로 등에서 대규모 수량의 운동 에너지를 터빈으로 변환하는 방식이다. 반면 이번 연구는 '전하 분리(charge separation)' 현상을 이용한다. 이는 물 분자의 양성자(proton)는 액체 내에 남고, 전자는 도전성 표면에 전달되는 원리로, 마치 머리카락에 풍선을 문질러 정전기를 발생시키는 것과 유사하다. 하지만 일반적으로 이 방식은 접촉면에만 전하가 형성되며, 표면적을 넓히기 위해 마이크로 채널을 사용할 경우 오히려 에너지 손실이 발생해 비효율적이다. 이번 연구는 중력과 단순한 기하 구조를 활용해 이러한 한계를 극복했다. 연구진은 높이 32cm, 내경 2mm의 수직 튜브를 설치하고, 금속 바늘을 통해 유사 빗방울을 형성했다. 물방울이 튜브 상단과 충돌하면서 공기 방울과 함께 '플러그 흐름(plug flow)' 형태로 낙하하도록 설계됐다. 이 흐름은 물과 공기가 분리된 덩어리 형태로 이동하며, 내부에서 전하가 효과적으로 분리된다. 튜브 상단과 하단에 설치된 전선이 이를 수확해 전기를 생산하는 구조다. 연구 결과, 단일 튜브에서 440마이크로와트(μW)의 전력이 생산됐으며, 4개 튜브를 동시 운용하면 LED 12개를 20초간 점등할 수 있었다. 소 교수는 "이번 실험은 고정된 물줄기보다 플러그 흐름 방식이 약 5배 더 높은 효율을 보였다"며 "총 낙하 에너지의 10% 이상을 전기로 전환하는 데 성공했다"고 밝혔다. 이번 발전 시스템은 단순 구조에 중력을 이용한 수직 흐름만으로 작동해 추가적인 펌프 동력이 필요 없다는 점도 장점이다. 연구진은 도시의 옥상 등에 대량 설치해 실제 빗물 환경에서도 유의미한 발전이 가능할 것으로 보고 있다. 미국 비영리 단체 '저영향 수력 발전소 인증 기관(Low Impact Hydropower Institute)의 섀넌 에임스(Shannon Ames)는 "개별 가정 단위로 적용 가능성이 있다면 매우 유용한 기술이 될 것"이라고 평가했다. 다만, 현재 수준에서 생산 가능한 전력은 제한적이다. 연구팀은 실험에서 사용한 물방울 속도가 실제 강수량보다 느렸기 때문에 실제 빗줄기 환경에서는 발전 효율이 더욱 높아질 수 있다고 전망했다. 이 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 오픈 액서스 국제 학술지 'ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)'에 게재됐다(DOI: 10.1021/acscentsci.4c02110).
- 산업
2025-04-18 10:08:00
[우주의 속삭임(45)] 슈퍼 블루문 직전 희귀한 '달무지개' 포착

관찰이 극히 어려운 달무지개가 이번주 슈퍼 블루문이 뜨기 직전 미국 상공의 밤하늘에서 발견되었다고 라이브사이언스가 전했다. 슈퍼문은 달이 지구에서 가장 가까운 지점에 위치할 때 뜨는 보름달로 미니문에 비해 14%나 더 크다. 블루문은 한 달에 두 번 보름달이 뜰 때 나중에 뜨는 달을 말하는 것으로 둘이 동시에 뜰 때 슈퍼 블루문이라고 한다. 밝은 달이 유지되는 며칠 동안 운이 좋다면 초월적인 천문 현상인 달무지개를 볼 수 있는 기회는 여전히 남아 있다고 한다. 달무지개는 태양이 만들어 내는 무지개와 같은 방식으로 생성되지만, 분명한 차이점이 하나 있다. 달빛이 빗방울에 반사되고 굴절될 때 나타난다. 그러나 달빛이 워낙 약해 보름달 주변에서만 볼 수 있다. 그렇기 때문에 달무지개 현상은 훨씬 더 드물다. 달이 밤하늘에서 가장 밝게 빛날 때로 한정되는 것이다. 달빛은 태양에 비해 너무 희미해서, 빛나는 달무지개는 보통 흰색으로 보인다. 이는 우리 눈의 색 감지 수용체가 희미한 빛에서 제대로 작동하지 않기 때문이다. 달무지개도 색이 있지만 워낙 약해 생성된 색상 스펙트럼을 사람의 눈이 구별하지 못한다. 영국기상청에 따르면, 달무지개 역시 일반 무지개와 같은 7가지 색이다. 그런데 이번 보름달은 '10년에 한 번' 나타나는 슈퍼 블루문이 나타나기 직전인 지난 며칠 동안 비정상적으로 밝았고, 달무지개는 더욱 인상적으로 나타났다. 스페이스웨더닷컴에 따르면, 천체 사진작가인 아론 왓슨은 지난 18일 오전 2시경 콜로라도주 파오니아 상공에서 쌍둥이 달무지개를 발견하고 촬영했다. 왓슨은 "육안으로도 생생하고 다채로웠으며 몇 분 지속되면서 천천히 희미해졌다"고 말했다. 그는 사진을 찍기 직전 여러 색깔의 무지개가 더욱 밝고 생생해졌다고 덧붙였다. 핑거레이크데일리뉴스도 같은 날 밤 뉴욕주 케우카(Keuka) 호수 위에서 또 다른 달무지개가 발견되었다고 보도했다. 이 달무지개는 콜로라도에서 촬영된 것보다 밝지는 않았지만, 카메라로 찍은 영상에는 독특한 무지개 색상이 나타났다고 한다. 며칠 동안 달은 최근 달무지개가 발견되었을 때와 비슷한 밝기를 유지할 것으로 보인다. 따라서 달무지개를 볼 가능성은 아직 남아 있다고. 그러나 무지개가 피어나려면 약하게라도 비가 내리고 있어야 하며 달빛은 빗방울에 반사될 만큼 맑아야 한다. 밝은 달무지개는 달이 지평선에 가장 가까울 때 가장 선명하게 보인다. 따라서 가장 좋은 관찰 시간은 일몰 후나 일출 전이다. 그리고 일반 무지개와 마찬가지로, 달무지개는 빛의 근원인 달이 관찰자 뒤에 있을 때만 발견할 수 있다. 카메라는 사람의 눈이 놓칠 수 있는 희미한 색조까지 담아낼 수 있기 때문에 사진을 찍으면 더욱 선명한 달무지개 색깔을 볼 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-22 12:52:00
[먹을까? 말까?(7)] 미세 플라스틱이 가장 많이 들어 있는 음식은?

아침 밥과 점심, 저녁 식사로 우리는 얼마나 많은 플라스틱을 먹었을까? 이는 공상 과학 영화에 등장하는 내용이 아니다. 즉석 조리 음식과 배달 음식이 넘쳐나는 현재 우리 식탁을 점검해야 할 때가 되었다. 최근 외신에서는 미세 플라스틱이 인체에 미치는 폐해에 대한 보도가 넘쳐나고 있다. "놀랍게도 소금 대체재로 알려진 히말라야 소금에 미세 플라스틱이 엄청나게 함유돼 있다는 사실을 알고 있는 사람은 드물다. 새우와 과일, 당근 등 각종 채소, 즉석밥은 물론 쌀에도 미세 플라스틱이 들어 있다"고 CNN은 22일 보도했다. 2024년 2월 발표된 연구에 따르면 동식물성 단백질 샘플의 90%에서 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 미세한 폴리머 조각인 미세플라스틱 양성 반응이 나왔다. 1마이크로미터보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억 분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 2021년에 발표된 한 연구에 따르면 채식주의자조차도 미세 플라스틱을 피해갈 수 없다. 플라스틱 크기가 아주 작으면 과일과 채소는 뿌리 시스템을 통해 미세 플라스틱을 흡수하여 식물의 줄기, 잎, 씨앗, 열매에까지 이들 미세 플라스틱을 옮길 수 있다. 다시 말하면 육안으로 확인할 수 없지만 우리가 먹는 과일과 채소 등 식용 식물들의 잎이나 뿌리, 열매 등에 이미 다량의 미세 플라스틱이 포함되어 있다는 의미다. 일상 생활에서 흔히 접하지만 미처 인식하지 못했던 미세 플라스틱이 함유된 음식을 다음과 같이 정리했다. 소금·설탕·과일·채소, 전부 미세 플라스틱 함유 소금도 플라스틱이 함유돼 있다. 2023년에 발표된 연구에 따르면 땅에서 채굴한 굵은 히말라야 핑크 소금에 미세 플라스틱이 가장 많았고, 그다음으로 검은 소금과 해양 소금이 그 뒤를 이었다. 2022년 연구에 따르면 설탕도 "인간이 미세 오염 물질에 노출되는 중요한 경로"로 밝혀졌다. 대부분 플라스틱으로 만들어진 티백도 엄청난 양의 플라스틱을 배출할 수 있다. 캐나다 퀘벡의 맥길 대학교 연구진은 플라스틱 티백 하나를 끓일 때 약 116억 개의 미세 플라스틱과 31억 개의 나노 플라스틱 입자가 물로 방출된다는 사실을 발견했다. 동양인들의 주식인 쌀도 미세 플라스틱을 지니고 있다. 호주 퀸즐랜드 대학교의 연구에 따르면 사람들이 밥 100g(1/2컵)을 먹을 때마다 3~4밀리그램의 플라스틱을 섭취한다. 특히 플라스틱 용기에 들어 있는 인스턴트 밥(즉석밥)의 경우 1회 제공량당 미세 플라스틱 섭취량은 13밀리그램으로 증가한다고 한다. 연구원들은 쌀을 씻으면 플라스틱 오염을 최대 40%까지 줄일 수 있다고 말했다. 또한 쌀에 많이 함유되어 있는 비소도 줄일 수 있다고 한다. 생수도 미세 플라스틱 오염을 벗어날 수 없다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 표준 크기의 생수 두 병에 해당하는 1리터의 물에는 나노 플라스틱을 포함한 7가지 유형의 플라스틱 입자가 평균 24만 개 포함되어 있는 것으로 나타났다. 산모의 태반과 모유에도 미세 플라스틱 발견 미세 플라스틱은 이미 사람의 폐, 산모와 태아의 태반 조직, 모유, 사람의 혈액에서 발견됐다. 그러나 안타깝게도 최근까지 이러한 폴리머가 신체의 장기와 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 목의 동맥에 미세 플라스틱이나 나노 플라스틱이 있는 사람은 그렇지 않은 사람보다 향후 3년 동안 심장마비, 뇌졸중 또는 어떤 원인으로든 사망할 확률이 두 배나 높다고 한다. 전문가들은 인체 건강에 가장 우려스러운 플라스틱 오염 물질은 바로 '나노 플라스틱'이라고 지적했다. 그 이유는 아주 미세한 플라스틱 입자가 인체의 주요 장기의 개별 세포와 조직에 침입해 세포 과정을 방해하고 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불화화합물 또는 PFAS(자연 상태에서 절대 분해되지 않는 '영원한 화학물질')와 같은 내분비 교란 화학물질과 중금속을 침착시킬 수 있기 때문이다. 펜실베이니아주 이리에 위치한 펜 스테이트 베렌드의 지속가능성 책임자인 셰리 "샘" 메이슨은 이전 CNN 인터뷰에서 "이러한 화학물질은 모두 플라스틱 제조에 사용되므로 플라스틱이 우리 몸에 들어오면 그 화학물질도 함께 들어오는 것"이라고 말했다. 메이슨은 "체온이 외부보다 높기 때문에 이러한 화학 물질은 플라스틱에서 이동go 우리 몸속으로 들어가게 된다"면서 "이러한 화학 물질은 간과 신장, 뇌로 전달될 수 있으며 심지어 태반 경계를 넘어 태아에게까지 전달될 수 있다"고 설명했다. 반면, 국제생수협회 대변인은 앞서 CNN에 "현재 나노 및 미세 플라스틱 입자의 잠재적인 건강 영향에 대한 과학적 합의는 없다. 따라서 가정과 추측에 근거한 언론 보도는 대중을 불필요하게 겁주는 것 이상도 이하도 아니다"라고 말했다. 소고기 등 모든 유형의 단백질도 오염돼 지난 2월 '환경 연구(Environmental Research)'에 게재된 연구에서 연구진은 소고기, 빵가루를 입힌 새우, 닭 가슴살과 너겟, 돼지고기, 해산물, 두부, 명태 피쉬 스틱, 갈은 소고기와 유사한 식감의 식물성 크럼블, 식물성 생선 스틱 등 여러 식물성 육류 대체품을 포함해 일반적으로 소비되는 12가지 이상의 단백질에 대해 조사했다. 연구 결과에 따르면 빵가루 입힌 새우에는 1회 제공량당 평균 300개 이상의 미세 플라스틱 조각이 발견돼, 미세한 플라스틱이 가장 많이 함유된 식품으로 이름을 올렸다. 그 뒤를 이어 식물성 너겟이 1회 제공량당 100개 미만으로 2위를 차지했고, 치킨 너겟, 명태 피쉬 스틱, 최소한의 가공을 거친 화이트 걸프 새우, 갓 잡은 키웨스트 핑크 새우, 식물성 생선 스틱이 그 뒤를 이었다. 가장 오염이 적은 단백질은 닭 가슴살이었으며, 돼지 등심과 두부가 그 뒤를 이었다. 연구 결과를 소비자 소비 데이터와 비교한 결과, 미국 성인의 미세 플라스틱 평균 노출량은 연간 11,000~29,000개이며, 연간 최대 380만 개의 미세 플라스틱에 노출될 것으로 추정된다. 사과와 당근, 미세 플라스틱 가장 많이 오염돼 바다는 플라스틱으로 가득 차 있으며, 이들 플라스틱이 우리가 먹는 해산물에 어떻게 유입되는지는 여러 연구를 통해 밝혀졌다. 그러나 2020년 8월 발표된 한 연구에 따르면 채소와 소, 돼지 등 육상 동물 단백질과 미세 플라스틱에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 학술지 '환경 과학(Environmental Science)'에 발표된 이 연구에서는 다양한 과일과 채소에서 10㎛(1마이크로미터는 빗방울 지름 정도) 미만의 플라스틱 입자가 5만2050~23만3000개 발견됐다. 연구 결과에 따르면 사과와 당근은 각각 그램당 10만개 이상의 미세 플라스틱을 함유해, 가장 오염된 과일과 채소였다. 가장 작은 미세 플라스틱 입자는 당근에서 발견되었고, 가장 큰 플라스틱 조각은 양상추에서 발견됐다. 참고로 양상추는가장 오염이 적은 채소였다. 플라스틱으로 가득찬 세계 최근 분석에 따르면 오늘날 전 세계에는 엄청난 수의 플라스틱이 존재한다. 그 중 최소 4200종에서 인체와 환경에 '매우 유해한' 것으로 간주되는 1만6000개의 플라스틱 화학물질이 존재한다. 이러한 화학물질은 환경에서 분해되면서 미세 플라스틱으로 변한 다음 나노 플라스틱으로 변할 수 있는데, 이 입자는 너무 작아 수십 년 동안 과학계에서 이를 발견하는 데 어려움을 겪었다. 새로운 기술을 활용한 최근 연구에 따르면 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 나노플라스틱 수가 리터당 11만개~37만 개에 달하는 것으로 나타났다. 앞서 말했듯이 1리터는 약 16온스(약 480ml, 음료에서 일반적인 그란데 사이즈) 생수 두 병에 해당하는 양이다. 연구 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 밝히지는 않았다. 이전 기술을 사용한 연구에서는 같은 양의 생수에서 더 큰 미세 플라스틱과 함께 약 300개의 나노 플라스틱만 확인됐다. 플라스틱 오염을 줄이는 방법 메이슨은 생수에서 발견되는 플라스틱 오염의 노출을 줄이기 위해 유리 또는 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 거듭 지적했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 "사람들은 플라스틱을 흘린다고 생각하지 않지만 실제로는 흘린다"면서 "우리가 피부 세포를 끊임없이 벗겨내는 것과 거의 같은 방식으로 플라스틱은 상점에서 구입한 샐러드나 플라스틱으로 포장된 치즈의 플라스틱 용기를 열 때 등 깨진 작은 조각을 끊임없이 포장된 내용물에 흘리고 있다"고 설명했다. 전문가들에 따르면 우리가 섭취하는 플라스틱에 대해 과학이 더 많은 내용을 밝혀주기까지 사람들은 플라스틱 노출을 줄이기 위해 노력해야 한다. 먼저 플라스틱 용기에 보관된 음식은 먹지 않도록 하는 것이 좋다. 대신 유리, 에나멜 또는 호일에 보관된 식품을 찾아보라고 전문가는 권했다. 또한 천연 섬유로 만든 옷을 입고 천연 소재로 만든 소비재를 구입하는 것이 좋다. 특히 플라스틱 용기에 음식을 담아 전자레인지에 돌리지 말고, 유리 용기에 담아 전자레인지를 돌리는 것이 좋다. 또한 가스레인지에서 음식을 가열해서 데우는 방법도 있다. 전문가들은 "가능한 한 신선한 식품을 많이 섭취하고, 플라스틱으로 포장된 가공식품 및 초가공식품의 구매를 제한하는 것이 바람직하다"고 강조했다.
- 생활경제
2024-04-24 11:48:00