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[기후의 역습(170)] 미국 하천, 기록적 폭염에 '열파 급증'⋯냉수종 어류 생존 위협
- 미국 하천, 기록적 폭염에 '뜨거워지는 강물'⋯냉수종 어류 생존 위협 미국 하천, 40년간 열파 급증…냉수종 생태계 '생존 위기' 미국 전역의 하천에서 과거와 비교할 수 없는 수준의 고온 현상이 나타나고 있다는 연구 결과가 나왔다고 NBC 뉴스가 23일(현지시간) 보도했다. 이는 단순한 일시적 현상이 아니라 장기간 이어지는 '하천 열파(heat wave)'의 빈도와 강도가 뚜렷하게 증가하고 있는 것으로, 냉수 환경에 적응해온 연어·송어 등 수생 생태계 전반에 심각한 위협으로 작용할 수 있다는 지적이다. 펜실베이니아주립대 환경공학과 리리(李莉) 교수 연구진은 미국지질조사국(USGS)의 1980~2022년 사이의 약 40년 기간 동안 1471개 하천 모니터링 자료를 분석한 결과, 2022년 하천 열파 발생 횟수가 1980년에 비해 연평균 1.8회 늘었으며, 열파 시 수온은 평균 약 0.4℃(0.8℉) 더 높았다. 지속 기간도 3일 이상 길어졌다. 이번 연구는 국제학술지 미국립과학원회보(PNAS)에 실렸다. 연구팀은 하천 열파를 '계절 평균치를 웃도는 고수온이 5일 이상 지속되는 현상'으로 정의했다. 분석 결과, 기후변화로 인한 적설량 감소와 하천 유량 축소가 가장 큰 원인으로 지목됐다. 댐과 보(洑)가 하류 수온을 높이고, 도심 건물과 포장도로가 축적한 열이 하천으로 전달되는 것도 추가적 요인으로 꼽혔다. 냉수종 어류는 이 같은 환경 변화에 취약하다. 수온 상승은 용존산소량을 감소시키는 동시에 어류의 대사율을 높여 생리적 부담을 가중시킨다. 연구진은 평균적으로 연간 12일가량의 '열 스트레스일'이 추가 발생하고 있다고 밝혔다. 특히 불 트라우트(bull trout) 등은 섭씨 약 15℃(화씨 59도) 이상에서 생존에 큰 위협을 받는 것으로 알려졌다. 불 트라우트는 엄격한 서식지 요구 조건을 가지고 있다. 일반적으로 13℃(화씨 55도) 미만의 수온과 깨끗한 자갈 바닥, 차가운 호수와 큰 강의 깊은 웅덩이 등 차가운 수온을 선호하는 어종이다. 연구에 참여하지 않은 캘리포니아대 데이비스캠퍼스(Jonathan Walter, 유역과학센터)는 "저수지에서 방류 시점을 조정하는 등 수자원 관리 방식이 하천 수온을 완화하는 데 기여할 수 있다"며 "관개나 댐 운영 전략의 조정이 냉수종 보호에 중요하다"고 설명했다. 그간 해양과 호수의 열파 현상은 위성관측으로 활발히 연구돼 왔으나, 하천의 경우 관측 센서가 불규칙하게 운영돼 자료 확보가 어려웠다. 이번 연구는 방대한 장기 데이터를 종합해 하천 열파의 실태를 구체적으로 제시한 첫 사례라는 점에서 의미가 크다. 리 교수는 "그동안 물에 대해선 양적 문제에 주로 주목했지만, 기후변화로 인한 수질 변화, 특히 수온 상승 문제에도 사회적 인식이 높아져야 한다"며 "하천 생태계 보전과 수자원 관리 전략에 새로운 시사점을 줄 것"이라고 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(170)] 미국 하천, 기록적 폭염에 '열파 급증'⋯냉수종 어류 생존 위협
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
- 화성 내부에 지구와 유사한 핵 구조가 있다는 사실이 밝혀졌다. 국제 연구진이 화성에 고체 내핵이 존재한다는 첫 지진학적 증거를 확인했다고 어스닷컴이 21일(현지시간) 보도했다. 이는 화성의 진화를 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공하는 성과로 평가된다. 이번 연구는 중국과학기술대학(USTC) 후이싱 비(Huixing Bi) 연구원을 중심으로 진행됐다. 연구팀은 NASA의 착륙선 '인사이트(InSight)'가 2018년부터 2022년까지 수집한 지진파 데이터를 분석해 이같은 결과를 얻었다. 팀은 화성에서 발생한 지진파가 핵을 통과하거나 반사되는 특성을 면밀히 추적해 고체 내핵의 존재를 입증했다. 분석 결과, 화성 내핵은 행성 반지름의 약 18%에 해당하는 규모로 추정되며, 이는 지구와 달의 내핵과 구조적 유사성을 보여준다. 특히 PKiKP(내핵 경계 반사파)와 PKKP(외핵 통과파)라는 두 가지 지진파가 핵심적 증거로 제시됐다. PKiKP는 액체 외핵과 고체 내핵의 경계에서 반사되는 파동으로, 지구의 내핵 연구에도 활용되는 주요 자료다. 연구진은 또 내핵이 순수한 철·니켈로만 구성된 것이 아니라, 산소와 같은 가벼운 원소가 혼합된 상태임을 시사하는 속도 변화를 확인했다. 이는 내핵이 오랜 시간에 걸쳐 결정화 과정을 겪고 있으며, 화성 내부의 열적·화학적 진화를 반영한다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 과거 연구에서는 화성이 액체 외핵을 보유하고 있음이 확인됐지만, 고체 내핵의 존재는 불분명했다. 이번 발견은 화성이 지구와 마찬가지로 액체 외핵과 고체 내핵을 동시에 갖춘 행성임을 보여주며, 과거 화성이 강력한 자기장을 가졌던 이유와 이후 소멸 과정에 대한 이해를 넓히는 데 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 전문가들은 이번 연구가 단일 탐사선 관측만으로도 행성 내부를 정밀 분석할 수 있음을 보여준 사례라며, 향후 다수의 착륙선을 통한 관측망이 구축된다면 화성뿐 아니라 다른 천체 내부 연구에도 큰 진전을 가져올 것으로 전망하고 있다.
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
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애플, 두께 5.6mm 초슬림 '아이폰 에어' 출시
- 애플이 새로운 '아이폰 에어(iPhone Air)'를 공개했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 팀 쿡 최고경영자(CEO)는 9일(현지시간) 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 본사에서 아이폰 에어를 '게임 체인저(Game Changer)'라고 소개하며 자사의 차세대 전략 모델임을 강조했다. 아이폰 에어는 두께를 줄이는 동시에 고밀도 배터리와 최신 프로세서 'A19 프로(A19 Pro)'를 탑재했다. 가격은 999달러부터 시작해 기존 플러스 모델을 대체하며 아이폰 17, 아이폰 17 프로와 함께 라인업을 형성한다. 업계는 이번 신제품이 삼성전자 갤럭시 S25 엣지와 정면 승부를 펼치며 앞으로 폴더블폰 경쟁으로 이어질 수 있다고 전망한다. 특히 폴더블 선호도가 높은 중국 시장에서 점유율 회복을 노리는 전략적 포석이라는 평가다. 시장조사업체 PP 포어사이트의 파올로 페스카토레 애널리스트는 "아이폰이 너무 오래 같은 모습만 유지해왔다"며 "새롭고 향상된 라인업이 애플을 다양한 고객층에 대응할 수 있는 유리한 위치에 놓을 것"이라고 말했다. 아이폰 17 기본 모델은 밝고 스크래치에 강한 화면과 개선된 전면 카메라를 갖췄으며 256GB 모델이 799달러부터 시작한다. 아이폰 17 프로는 256GB 기준 1099달러로 전작과 동일한 가격에 출시된다. 애플은 또 무선 이어폰 '에어팟 프로' 시리즈의 세 번째 모델을 선보였다. 이 제품은 실시간 언어 번역 기능을 지원하며 대화 상대 모두가 착용할 경우 거의 실시간으로 양방향 번역을 제공한다. 가격은 249달러로 전작과 동일하며 9월 19일부터 판매된다. 에어팟 프로3는 전작 대비 최대 2배, 초창기 모델 대비 4배 강력한 노이즈 캔슬링(소음 제거) 효과를 제공한다. 애플이 설계한 초소형 심박 센서가 탑재돼 운동 중 심박수와 칼로리 소모량을 실시간 측정하고, 실시간 번역 기능도 탑재됐다. 영어와 프랑스어 등 5개 언어로 시작해 연내에 한국어와 일본어, 중국어까지 확대된다. 이와 함께 혈관 반응 데이터를 분석해 고혈압 징후를 알려주고 심박수와 산소포화도 등을 종합해 숙면의 질을 수치화하는 '수면 점수'의 건강 기능을 강화한 애플워치11 시리즈도 공개했다. 애플워치 사상 가장 큰 디스플레이와 최대 42시간 배터리 사용 시간을 지원하는 애플워치 울트라3도 출시됐다. 한국은 지난해에 이어 아이폰 1차 출시국에 포함됐다. 새 아이폰 시리즈는 오는 12일부터 한국과 미국 등 63개 이상 국가 및 지역에서 사전 주문할 수 있고, 19일부터는 온오프라인 매장을 통해 구매할 수 있다.
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애플, 두께 5.6mm 초슬림 '아이폰 에어' 출시
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[우주의 속삭임(137)] 나비성운서 포착된 '우주의 먼지'⋯지구 탄생 비밀 푸는 단서
- 지구 탄생의 기원을 밝히는 단서인 '우주의 먼지'가 나비성운에서 포착됐다고 과학기술 전문매체 사이언스 얼럿이 전했다. 지구로부터 약 3400광년 떨어진 전갈자리 남쪽에 자리한 나비성운(NGC 6302)에서 별의 죽음 과정에서 형성된 결정성 먼지가 식어가는 장면이 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 잡힌 것이다. 별의 최후, '우주의 건축 자재' 남기다 나비성운은 거대한 항성이 생을 마치며 외곽 물질을 우주로 방출해 형성된 행성상 성운이다. 중심에는 백색왜성이 남아 극도로 뜨거운 열을 내뿜고 있으며, 폭발적으로 분출된 가스와 먼지가 나비 날개처럼 펼쳐져 있다. 연구진은 JWST의 적외선 관측과 칠레 아타카마 전파망원경(ALMA)의 데이터를 결합해 성운 내부를 정밀 분석했다. 그 결과, 성운 중심부의 두꺼운 먼지 고리에서는 그을음과 같은 비정질 입자뿐 아니라 포스터라이트, 엔스타타이트, 석영 등 규산염 결정 구조가 확인됐다. 먼지 입자는 수 마이크론 크기로 비교적 오래 성장한 것으로 분석됐다. 중심에서 멀어질수록 이온화 에너지가 낮은 원소가 분포하는 뚜렷한 농도 구배도 관측됐다. 생명 기원의 단서 '탄소 분자' 연구팀은 또 별에서 분출된 철·니켈 제트와 함께 다환방향족탄화수소(PAHs)의 고농도 분포를 발견했다. PAH는 탄소 원자가 고리 구조로 배열된 분자로, 우주 전역에 널리 퍼져 있으며 생명체 형성 이론에서 중요한 요소로 꼽힌다. 산소가 풍부한 환경으로 알려진 나비성운 중심부에서 PAH가 검출된 것은, 별의 강한 바람이 주변 물질과 충돌하며 새로운 유기 화합물을 생성했을 가능성을 시사한다. "우리는 별의 먼지로 이루어졌다" 영국 카디프대의 천체물리학자 마쓰우라 미카코 박사는 "수년간 논쟁이 이어졌던 우주 먼지의 생성 과정을 이번 관측으로 한층 명확히 이해할 수 있게 됐다"며 "차분하게 냉각된 영역에서는 보석 같은 결정체가, 격렬한 충돌이 일어난 영역에서는 거친 먼지가 동시에 형성되는 과정을 직접 확인했다"고 설명했다. 과학계는 이번 연구가 지구와 태양계 형성 과정을 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 태양계의 기원을 직접 되돌릴 수는 없지만, JWST와 같은 차세대 장비는 별의 죽음이 남긴 '먼지'가 어떻게 행성과 생명의 재료로 재탄생하는지를 보여주고 있다.
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[우주의 속삭임(137)] 나비성운서 포착된 '우주의 먼지'⋯지구 탄생 비밀 푸는 단서
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
- 인류가 마주할 먼 미래의 지구는 어떤 모습일까. 빙하기와 대규모 감염병, 소행성 충돌과 거대 화산 폭발 등 수많은 큰 재앙을 극복해 온 인류지만, 앞으로 닥칠 위기는 과거와 비교할 수 없이 오랜 시간에 걸쳐 지구 전체에 영향을 미친다는 암울한 과학계 예측이 나왔다. 연구자들은 수억 년에서 수십억 년에 걸친 시나리오를 들어 지구가 생명체가 살기에 극도로 가혹한 환경으로 변할 수 있다고 경고한다. 첫 번째 시나리오는 영국 브리스톨대학교 연구팀이 최근 과학 저널 '네이처 지오사이언스'에 발표했다. 연구팀은 판구조론(plate tectonics)에 근거해 약 2억 5000만 년 뒤 유라시아와 아메리카 등 여러 대륙이 하나로 합쳐져 거대한 '판게아 울티마 대륙'이 생겨날 수 있다고 예측했다. 문제는 이 거대 대륙의 환경이다. 대륙 이동의 영향으로 화산 폭발이 늘며 대기 중 이산화탄소가 쌓이고, 바다와 멀리 떨어진 광활한 내륙에는 열이 그대로 축적된다. 이 탓에 대륙의 연평균 기온은 현재보다 약 20도 높은 35.1도에 이르고, 여름철에는 일부 지역의 기온이 40도에서 최고 70도까지 치솟을 것으로 예측됐다. 고온과 함께 바다로부터 수증기 공급이 끊긴 내륙은 바싹 마른 사막으로 변한다. 인류가 거주할 수 있는 땅은 지구 전체의 8%, 현재의 9분의 1 수준으로 급감하며 극심한 물과 식량 부족에 부딪힌다. 이러한 환경 변화가 초래할 생태계 붕괴는 '제6차 대멸종'에 버금가는 규모일 수 있다. 연구팀은 이를 두고 '(공룡 멸종 등) 지구 역사상 5번 일어났던 대멸종에 맞먹는 규모의 위기'라고 지적했다. 70도 불볕더위…거주지 9분의 1로 줄어든 초대륙 설령 인류가 이 가혹한 환경을 극복해도, 제2의 위기가 기다린다. 일본 도쿄과학대학교의 오자키 가즈미 준교수는 2021년 '네이처 지오사이언스'에 발표한 논문을 통해 '지금으로부터 약 10억 년 뒤 대기 중 산소가 현재의 1% 밑으로 줄어 대부분의 생물이 생존할 수 없다'고 밝혔다. 오자키 준교수는 이러한 현상이 오랜 시간에 걸친 지질 작용으로 대기 중 이산화탄소가 점차 고갈되기 때문이라고 설명한다. 이산화탄소가 거의 사라지면 식물의 광합성이 멈추고, 더는 산소가 만들어지지 않아 대기는 질소와 메탄이 주를 이루는 태고의 모습으로 돌아간다는 것이다. 이 환경에서 고등 생명체는 살아남지 못하며, 산소 호흡이 없는 박테리아나 고세균(archaea)만이 살아남는 ‘원시 지구’로 돌아갈 수 있다. 위협은 지구 밖에서도 찾아온다. 미국 플래니터리 사이언스 인스티튜트는 앞으로 40억 년 안에 외톨이 항성이 태양계를 통과할 수 있다고 밝혔다. 이때 항성의 강력한 중력 탓에 지구는 0.2% 확률로 태양계 밖으로 튕겨나가거나, 궤도가 바뀌어 기온이 급변하는 재앙을 맞을 수 있다. 이처럼 우주에서 오는 변수가 지구의 생존 환경 자체를 크게 뒤흔들 수 있다. 시간이 더 흘러 50억 년 뒤에는 지구가 물리적으로 사라질 것이라는 전망이 우세하다. 핵융합 연료가 고갈된 태양이 '적색 거성(Red Giant)'으로 팽창하며 지구 궤도까지 삼켜버리는 시나리오다. 이러한 예측은 미국 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 등 천문학계가 공통으로 내놓은 지구의 마지막 모습이다. 산소 고갈 넘어 태양 팽창까지…피할 수 없는 종말 인류 또한 과학기술로 대응책을 찾고 있다. 하늘 높이 미세 입자를 뿌려 태양 빛을 막는 '기후 공학(Geoengineering)' 기술이 나오며, 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)을 활용한 위험 예측, 합성생물학을 통한 새로운 먹을거리 확보 같은 연구도 한창이다. 근본 해결책으로는 미국 스페이스X 등이 추진하는 화성 식민지 건설을 넘어, 태양계 밖 ‘외계 행성(Exoplanet)’으로 이주하는 것이 유일한 해법일 수 있다. 과학계가 제시하는 미래 예측은 인류가 기후 변화나 핵전쟁 같은 눈앞의 위협뿐 아니라, 수억 년 단위의 아주 먼 미래의 생존까지 함께 고민해야 하는 문명사 단계에 들어섰음을 뜻한다. 지구의 종말은 피할 수 없지만, 인류의 종말은 우리의 선택에 달렸다는 점을 이들 시나리오는 보여준다.
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
- 인류의 달 복귀 계획이 구체화하면서, 이제 인류의 시선은 달에 '가는 것'을 넘어 '사는 것'으로 향하고 있다. 지구에서 모든 것을 가져갈 수 없는 만큼, 달 현지에서 의식주를 해결하는 자급자족 기술은 영구 기지 건설의 성패를 가를 핵심 과제다. 최근 중국, 캐나다, 독일이 각각 건설, 식량, 생명 유지 분야에서 획기적인 기술을 선보이며, 공상과학 소설 같던 '월면 도시'의 꿈을 현실로 앞당기고 있다. 中, 태양열 3D 프린터로 '달 기지 외벽' 짓는다 달 기지를 위협하는 가장 큰 적은 진공 상태의 우주와 운석, 그리고 극심한 온도 변화다. 중국 허페이의 심우주탐사연구소(DSEL)가 이 문제의 해법으로 '월면토 벽돌' 기술을 제시했다. 달 표면을 덮고 있는 곱고 날카로운 흙먼지인 달의 표토(lunar regolith, 월면토)를 녹여 단단한 벽돌을 만드는 기술이다. NASA에 따르면 달의 표면층은 조각난 날카로운 암석 물질로 이루어져 있다. 지구 토양은 유기물로 구성되어 있지만, 달의 표토는 운석의 충돌과 태양 및 별에서 오는 전하를 띤 입자의 영향으로 형성된다. 지구의 토양은 바람과 물에 노출되어 입자의 가장자리가 닳아지지만, 달 표토의 암석 물질은 날카로운 상태를 유지하며 매우 뾰족한 파열 표면을 가지고 있다. 이로 인해 표토는 우주복과 장비를 빠르게 닳게 만들고 우주비행사 건강에 해로울 수 있는 등 잠재적으로 위험할 수 있다. 연구팀이 개발한 장비는 3D 프린터와 원리가 같지만, 열원으로 태양 에너지를 사용한다. 돋보기처럼 빛을 한 점으로 모으는 오목한 거울(포물선형 반사경)로 태양빛을 모으고, 이를 빛이 다니는 길인 가느다란 유리 섬유 묶음(광섬유 다발)을 통해 한 점에 집중시킨다. 이때 초점의 온도는 1,300℃ 이상으로 치솟아, 달의 표토(월면토)를 마치 용암처럼 녹여 원하는 모양의 벽돌로 찍어낼 수 있다. 이 기술의 가장 큰 장점은 지구에서 어떤 첨가물도 가져갈 필요 없이 오직 달에 있는 흙과 태양 빛만으로 건설 자재를 무한정 생산할 수 있다는 점이다. 연구팀은 지구의 현무암으로 만든 모의 월면토를 이용해 평면, 곡면 등 다양한 형태의 구조물 제작에 성공하며 기술의 가능성을 입증했다. 양훙룬 DSEL 수석 엔지니어는 "이 벽돌은 사람이 숨 쉴 수 있도록 내부 공기압을 유지하는 생활 공간(가압 모듈)을 감싸는 튼튼한 보호 외피 역할을 할 것"이라며 "강력한 우주 방사선, 시속 수만 km로 날아드는 미세 운석, 낮 120℃와 밤 영하 130℃를 오가는 극한의 온도 변화로부터 우주비행사와 내부 시설을 안전하게 지켜줄 것"이라고 설명했다. 현재 이 벽돌 시제품은 2024년 11월 중국 톈궁 우주정거장으로 보내져 3년간의 혹독한 우주 환경 내구성 시험을 거치고 있다. 연구팀의 최종 목표는 로봇을 투입해 이 모든 건설 과정을 사람의 개입 없이 자동으로 수행하는 것이다. 캐나다, '겨울잠 자는 온실'에서 곡물을 키운다 건물을 지었다면 다음은 식량이다. 크리스티안 살라버거 캐나다넨시스 최고경영자(CEO)는 "가루 주스나 동결건조 아이스크림만으로는 진정한 우주 탐사 임무를 수행할 수 없다"며 신선 식품의 중요성을 강조했다. 그의 회사 캐나다넨시스 에어로스페이스는 캐나다 구엘프대, 맥길대와 손잡고 극한의 달 환경에서 신선한 작물을 재배하는 '월면 온실' 기술을 개발하고 있다. 달의 밤은 지구 시간으로 2주나 계속되고, 이때 온도는 급강하하며 햇빛도 전혀 없다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 식물이 마치 겨울잠을 자듯 활동을 최소화하는 '준동면(quasi-hibernation)' 전략을 고안했다. 온실은 햇빛이 없는 밤 동안 에너지 소비를 극도로 줄여 버티다가, 다시 해가 뜨면 정상적으로 성장을 이어간다. 2024년 말부터 시작된 실험에서 연구팀은 지구 대기압의 절반에 불과한 저압 환경과 기나긴 어둠 속에서도 보리와 귀리를 성공적으로 생존시켰다. 또한 흙 없이 영양분을 녹인 물을 순환시켜 식물을 키우는 수경재배 방식의 단점도 극복했다. 물을 공유하기 때문에 병원균 하나가 전체 시스템을 오염시킬 수 있는데, 전기를 이용해 물속 유해균을 없애는 소독 기술을 적용해 문제를 해결했다. 이 프로젝트는 NASA가 주도하는 유인 달 탐사 계획 '아르테미스'와 연계되어, 2027년으로 예정된 유인 달 착륙 임무의 성공을 위한 핵심 과제로 추진되고 있다. 연구를 이끄는 겔프 대학교의 마이크 딕슨 교수는 "인류는 오랜 역사 속에서 언제나 술을 만들어왔다"며 "달에서도 좋은 술을 맛볼 수 있도록 보리를 재배하는 것이 오랜 목표"라는 유쾌한 포부를 밝히기도 했다. 독일, 조류(Algae)로 식량과 산소를 동시에 잡는다 독일 뮌헨공과대학교(TUM) 연구팀은 한 걸음 더 나아가 식량과 산소를 동시에 생산하는 기술을 제안했다. 해답은 바로 미세조류(algae)다. 연구팀이 개발 중인 '광생물반응기(PBR)'는 빛(光)을 이용해 미세조류 같은 생물(生物)을 키워 유용한 물질을 얻는 장치다. 우주비행사가 내뿜는 이산화탄소와 물을 공급하면, 조류가 광합성을 통해 신선한 산소를 만들어내고, 빠르게 증식한 조류는 단백질이 풍부한 식량(바이오매스)이 된다. 연구팀은 가느다란 관을 이용하는 '튜블러' 방식과 넓은 판을 쓰는 '평판형' 방식의 두 가지 PBR 설계를 비교 분석했다. 평판형이 생산 효율은 더 높지만, 유지보수가 더 까다로운 것으로 나타났다. 이 기술의 가장 큰 매력은 비용 절감 효과다. 지구에서 1kg의 화물을 달로 보내는 데 약 10만 달러(약 1억 3000만 원)가 드는 것을 감안할 때, PBR 구조물 대부분을 월면토로 만들면 시스템당 수백만 달러, 튜블러 방식의 경우 최대 5000만 달러(약 650억 원)까지 절약할 수 있다. 물론 아직 넘어야 할 산은 많다. PBR 가동에 필요한 빛을 태양에서 직접 얻으려면 투명한 유리가 필요한데, 월면토로 완벽하게 투명한 유리를 만드는 기술은 아직 초기 연구 단계다. 내부 LED 조명을 쓰자니 전력 소모와 부품 조달이 문제다. 플라스틱이나 전자부품, 그리고 생명 활동에 필수적인 탄소(C)와 질소(N) 같은 원소들도 달에는 매우 희귀하다. 연구팀은 우주비행사의 소변이나 생활 하수를 정화해 희소 원소를 재활용하는 '완전 순환(폐쇄 루프)' 방식을 현실적인 대안으로 제시했다. 미래의 달 기지, '통합 시스템'으로 진화한다 중국, 캐나다, 독일이 개발 중인 기술들은 각각 독립적으로도 의미가 크지만, 서로 결합될 때 진정한 시너지를 발휘한다. 미래의 달 기지는 중국의 벽돌로 지은 튼튼한 외피가 우주의 위협을 막아주고, 그 안에서 캐나다의 온실이 신선한 채소를, 독일의 광생물반응기가 식량과 산소를 공급하는 '통합 아키텍처' 형태가 될 전망이다. 여기에 태양광 발전과 에너지 저장 시스템, 물과 폐기물을 100% 재활용하는 기술이 더해지면, 지구의 보급에 의존하지 않는 지속 가능한 영구 기지 운영이 가능해진다. 현재 각국의 기술들은 초기 실험 단계에 머물러 있지만, '건설-식량-생명 유지'로 이어지는 이 기술 삼각편대는 인류가 달에서 스스로 짓고, 먹고, 숨 쉬는 시대를 앞당기는 핵심 동력이 되고 있다.
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
- 달 표면의 토양에서 물을 추출하고, 이를 이용해 우주인이 내뿜는 이산화탄소(CO₂)를 산소와 연료로 전환하는 차세대 기술이 개발됐다. 이 획기적인 기술은 향후 유인 달 탐사 및 장기 우주 거주 계획의 핵심 자립 수단으로 주목받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 홍콩중문대학(심천캠퍼스)의 루 왕(Lu Wang) 교수 연구팀은 7월 16일 국제 학술지 줄(Joule)에 발표한 논문을 통해, 태양광을 활용한 광열 반응 기반의 시스템을 통해 달 토양에서 물을 추출하고 이를 곧바로 연료 성분과 산소로 전환하는 통합 기술을 구현했다고 밝혔다. 이 기술은 물과 연료를 지구에서 운반해야 하는 기존 방식의 비용과 물류 부담을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 지닌다. "달 토양이 가진 가능성, 예상을 뛰어넘었다" 루 교수는 "달 토양이 지닌 '마법' 같은 특성에 연구진 모두 놀랐다"며 "하나의 시스템 안에서 물 추출과 이산화탄소 촉매 반응이 동시에 이뤄지는 통합 기술이 개발되면서 에너지 효율은 물론 인프라 구축 비용까지 절감할 수 있게 됐다"고 설명했다. 이번 연구는 중국 창어(Chang’e) 5호 임무를 통해 확보된 실제 월면 토양 샘플과 모의 달 토양을 활용해 실험이 이뤄졌다. 연구진은 CO₂를 채운 반응기에 고집광 태양광 시스템을 연결해 태양 에너지를 열에너지로 전환시키고, 이를 통해 달 토양 내 일메나이트(ilmenite) 등 중금속 산화물로부터 물을 추출했다. 이와 동시에 CO₂를 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)로 분해해 연료 전구체로 전환하는 데도 성공했다. 이 기술은 우주인 호흡을 통해 발생하는 CO₂를 재활용하는 순환 시스템을 구현할 수 있어, 미래의 달 기지나 심우주 탐사선에서 생명 유지 및 추진체 생산의 핵심 기술로 적용 가능성이 기대된다. 물 한 갤런에 8만 달러…달 자원 활용이 경제성 해법 NASA와 유럽우주국(ESA) 등 각국 우주 기관은 오랜 기간 달을 기반으로 하는 ‘우주 탐사의 전진 기지’ 구상을 추진해왔다. 그러나 생명 유지에 필수적인 물과 산소, 연료 등을 지구에서 지속적으로 운반하는 데 따른 막대한 비용과 물류 복잡성이 가장 큰 걸림돌이었다. 연구에 따르면, 물 한 갤런(약 3.78리터)을 우주로 운반하는 데 드는 비용은 약 8만 3000달러(약 1억 1500만 원)에 달한다. 우주인 한 명이 하루에 평균 4갤런의 물을 필요로 한다는 점을 고려하면, 물류 문제는 단순한 비용의 문제가 아니라 생존 가능성 자체를 결정짓는 요소로 작용해왔다. 이 같은 현실을 반영해, 이번 연구는 자립적 생존 인프라 구축을 위한 자원 현지화(local resource utilization)의 가능성을 기술적으로 입증했다는 평가를 받고 있다. 현실적 과제도 여전…극한 환경, 불균일한 토양 성분 그러나 기술 상용화까지는 넘어야 할 난제도 적지 않다. 연구진은 달의 극심한 온도차, 고에너지 방사선, 중력 부족, 비균질적인 토양 성분 등 다양한 변수들이 실제 환경에서 시스템 작동을 어렵게 만들 수 있다고 지적했다. 또한, 우주인의 호흡만으로 발생하는 CO₂ 양은 전체 산소·연료 수요를 충족하기에는 한계가 있다는 점도 고려돼야 한다. 현재의 촉매 효율 역시 실험실 환경에서는 만족스러운 수준이지만, 장기간·대규모 운영이 필요한 실제 우주 거주 환경에서는 추가적인 기술 고도화가 필요하다는 것이 연구진의 판단이다. 연구진은 "지속가능한 월면 자원 활용과 우주 탐사를 실현하려면 기술적 한계와 개발·운영 비용을 동시에 극복해야 한다"며 국제적 협력과 장기적 투자의 중요성을 강조했다. 차세대 우주경제 기반 기술로 부상 이번 연구는 단순히 기술의 진보를 넘어, 향후 우주경제 구축에 있어 '월면 자원 자립형 생태계'라는 새로운 패러다임을 열 수 있다는 점에서 전략적 의미를 지닌다. 특히, 이산화탄소를 산소 및 연료로 전환하는 기술은 장기적으로 화성 탐사와 같은 심우주 미션에서도 응용 가능성이 높다. 해당 연구는 중국 국가중점 R&D계획, 국가자연과학기금, 광둥성 과학기술혁신기금, 심천시 기초과학재단 등 다수의 국가·지자체 자금을 지원받아 수행됐다. 이는 국가 차원에서의 전략적 우주기술 투자와 연계된 프로젝트라는 점에서 향후 연구 개발의 지속성과 확장성도 주목된다. 지금까지 달은 인류의 도달 목표였다면, 이제는 자립적 생존과 지속가능한 탐사의 시험대가 되고 있다. 이번 연구는 '우주 속의 지구화'를 위한 기술적 초석을 마련하는 의미 있는 진전으로 평가받는다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
- '마이크로로봇 군단'이 코 막힘 치료에 나섰다. 중국과 홍콩의 연구진이 비강을 통해 투입되는 초소형 로봇 군단을 이용해 농과 점액을 녹이고 부비동염을 치료하는 신개념 비침습 의료기술을 개발했다고 과학 전문 매체 ZME가 보도했다. 해당 기술은 약물을 투입하는 대신 로봇 자체의 표면에서 박테리아를 분해하는 화학반응을 유도해 감염 부위를 직접 타격하는 방식이다. 현재 동물실험 단계에 있으며, 향후 임상시험을 거쳐 인체 적용 가능성을 타진할 계획이다. 비강 투입형 로봇, '현장 생성 무기'로 박테리아 제거 이 치료법은 길이 수 마이크로미터(μm)에 불과한 마이크로로봇을 전자기 유도 방식으로 조종해 콧속 부비강에 투입하고, 로봇 표면에서 광촉매 반응을 유도해 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 생성한다. 이 산화물은 박테리아 생물막을 분해하고, 점액을 녹이며, 감염 부위를 정화하는 데 사용된다. 기존 마이크로로봇이 항생제를 실어 나르던 방식과 달리, 이번 기술은 로봇 자체가 화학 무기 역할을 하며 약물 내성의 우려를 줄이고, 인체에 약물을 축적시키지 않는다는 장점이 있다. 연구진은 이를 "비침습적이고, 내성 우려가 낮으며, 약물 비의존적인 치료 플랫폼"이라 표현했다. 동물실험에서 효과 입증…향후 인체 적용 과제가 관건 중국 광시성, 선전(심천), 장쑤성(강소성), 양저우(장쑤성에 위치한 도시), 마카오 등의 공동 연구진은 이 기술을 돼지와 토끼의 부비강에 적용한 결과, 점액층과 농, 박테리아 생물막을 효과적으로 제거하는 데 성공했다. 다만, 현재까지는 동물실험에 국한되며, 인체 대상 임상시험은 아직 이뤄지지 않았다. 향후 과제는 ▲로봇의 정확한 위치 조종, ▲치료 후 로봇의 완전한 회수 또는 생분해 보장, ▲인체 안전성 검증, ▲대중 수용성 확보 등이다. 관련 기술이 임상 승인과 시장 출시까지는 보통 5~10년의 시간이 소요된다. "약물 도달률 극대화…코뿐 아니라 방광·장기 감염에도 적용 가능" 연구진은 이번 기술이 비단 비염이나 부비동염뿐 아니라 방광염, 장내 감염 등 전신 투약으로 치료하기 어려운 감염 부위에도 적용 가능할 것으로 기대하고 있다. 기존 항생제는 전신에 분산돼 일부만 감염 부위에 도달하지만, 마이크로로봇은 감염 부위에 직접 도달해 치료 효율을 극대화할 수 있다는 점이 핵심이다. '로봇 체내 주입 불안…대중 수용성 과제도 남아 한편, 로봇을 체내에 삽입한다는 점에서 대중의 거부감이나 음모론 확산 가능성에 대한 우려도 제기된다. 캐나다 몬트리올 폴리테크닉의 나노로보틱스 연구소장 실뱅 마르텔 교수는 영국 일간지 '가디언'과의 인터뷰에서 "대중은 초기에 거부감을 보일 수 있지만, 익숙해지는 데는 그리 오래 걸리지 않는다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(183)] 마이크로로봇으로 부비동염 치료⋯중국·홍콩, 약물 없는 신기술 개발
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
- [신소재 신기술(182)] CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재, 스위스 연구진 개발 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 광합성 '생체 건축 소재' 개발…건축 외피 활용 가능성 제시 스위스 연방취리히공과대학(ETH 취리히) 연구진이 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 고체 무기물로 전환하는 광합성 기반 '생체(living) 소재'를 개발해 주목받고 있다. 이 소재는 향후 건축물 외벽에 적용돼 건축물 자체가 탄소를 흡수·저장하는 구조물로 기능할 가능성을 제시한다. 과학 기술 전문 매체 라이브사이언스에 따르면 이 소재는 청록색조류(시아노박테리아, cyanobacteria)를 고수분 젤(hydrogel) 기반의 3D 프린팅 소재 내부에서 배양한 구조로, 빛, 물, CO₂를 흡수해 산소와 유기물을 생성하는 광합성 기능을 갖췄다. 특히, 칼슘 및 마그네슘 등 영양분이 공급될 경우, CO₂를 흡수해 탄산염 결정체(예: 석회석)로 전환해 무기 탄소 형태로 고정하는 특성이 있다. ETH 취리히 고분자공학과 마크 티빗(Mark Tibbitt) 교수는 "이 소재는 바이오매스뿐 아니라 무기질 형태로도 탄소를 저장할 수 있어, 건축물의 외피에 적용될 경우 건물 자체가 탄소저장고 역할을 할 수 있다"고 설명했다. 실험에 따르면, 해당 소재는 400일 동안 CO₂를 지속적으로 흡수해 1g당 약 26mg의 이산화탄소를 고정하는 성과를 냈다. 이는 기존의 생물학적 탄소 포집 방식보다 효율성이 높은 것으로 평가된다. 소재는 시간이 흐를수록 구조가 단단해지고 색도 짙어지며, 초기에는 젤 형태였지만 무기질 격자가 형성되며 기계적 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 자가 강화 성질이 건축 재료로의 적용 가능성을 뒷받침한다고 분석했다. 해당 연구는 4월 23일자 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 이 소재의 기반은 다공성 하이드로겔로, 내부에서 청록색조류가 광합성을 지속할 수 있도록 빛과 기체 투과성을 확보한 구조다. 연구팀은 해수 성분의 인공 용액으로 영양분을 공급해 광합성과 무기화 반응이 동시에 이뤄지는 조건을 조성했고, 가장 적합한 생존 환경을 구현하기 위해 다양한 3D 구조를 실험했다. 공동 연구자인 ETH 취리히 박사과정 연구원 이판 추이(Yifan Cui)는 "시아노박테리아는 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나로, 미약한 빛만으로도 이산화탄소와 수분을 활용해 바이오매스를 생성할 수 있다"고 밝혔다. 향후 연구는 해당 소재를 실제 건물 외피에 적용하기 위한 영양분 공급 방식과 유전적 개량을 통한 광합성 효율 제고 방안 등에 초점을 둘 예정이다. 특히 연구진은 베니스 비엔날레 건축 전시회에서 이 소재를 1년간 최대 18kg의 CO₂를 흡수하는 나무 모양의 구조물로 구현해 시연한 바 있다. 티빗 교수는 "이번 생체 소재는 저에너지·친환경적 탄소 고정 방식으로, 기존의 화학적 포집 기술을 보완할 수 있는 가능성을 갖고 있다"며 "도시 환경에서의 탄소저감 수단으로 충분한 잠재력을 지닌다"고 덧붙였다.
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
- 인간의 머리를 관통하는 빛을 이용한 새로운 뇌영상 기법이 개발됐다. 22일(현지시간) 과학 기술 전문매체 사이언스 얼럿에 따르면 영국 글래스고 대학교 연구팀은 기존 기술의 한계를 넘는 방식으로, 인체에 해를 주지 않는 근적외선을 머리 한쪽에서 쏘아 다른 쪽에서 감지하는 데 성공했다고 밝혔다. 현재 이동성과 비용 측면에서 가장 유용한 비침습 뇌영상 기술은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)이다. 그러나 이 기술은 두개골 아래 수 센티미터까지만 탐지할 수 있어, 보다 깊은 뇌 영역을 관찰하기 위해선 부피가 크고 고가인 자기공명영상(MRI) 장비에 의존해왔다. 연구진은 빛이 머리 전체를 통과할 수 있도록 fNIRS의 민감도를 크게 확장했다. 레이저의 출력을 인체 안전 기준 내에서 상향 조정하고, 수광 장치의 민감도도 개선했다. 그 결과, 실험 참가자의 머리를 한쪽에서 비춘 근적외선이 반대쪽에서 포착됐다. 다만 이번 실험은 공정 조건이 까다로웠다. 전체 8명의 실험 참가자 중 한 명에게서만 성공적인 결과가 도출됐으며, 해당 피험자는 피부가 밝고 머리카락을 싹 밀어버린다는 조건을 갖췄다. 측정 시간도 약 30분에 달했다. 연구진은 "이번 연구는 비침습 광학 뇌영상 기술을 통해 성인의 두개골 내부 깊은 부위의 생물학적 지표를 탐지할 수 있는 가능성을 보여준다"고 밝혔다. 또한 3D 머리 모델을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션에서 예측된 광자의 이동 경로가 실제 측정 결과와 일치해 실험의 신뢰도를 높였다. 빛은 무작위로 흩어지기보다 뇌척수액 등 상대적으로 투명한 경로를 따라 이동했다. 이는 향후 뇌영상 기술의 정밀도를 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 보인다. 연구팀은 "빛을 쏘는 위치를 조절함으로써 특정 뇌 부위를 선택적으로 관찰하는 것도 가능해질 수 있다"고 설명했다. fNIRS는 EEG보다 해상도는 낮지만 저비용·경량이라는 장점을 지니며, fMRI보다는 접근성이 높다. EEG는 뇌파 검사를 뜻하는 Electroencephalography(뇌전도)의 약자로, 뇌에서 발생하는 전기 신호를 측정하는 방법이다. EEG는 뇌의 전기적 활동을 실시간으로 측정해 뇌 상태를 파악하는 기술이다. fMRI는 기능적 자기공명영상(functional Magnetic Resonance Imaging)의 약자로, 뇌의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 신경영상 기술이다. fMRI는 뇌에서 활동이 증가하면 해당 부위로 산소가 풍부한 혈액(BOLD: Blood Oxygen Level Dependent)이 더 많이 공급되는 현상을 이용한다. 이 산소 농도 차이를 자기공명영상(MRI)으로 측정하여 뇌의 활동 상태를 간접적으로 보여준다. 연구진은 이번 연구가 뇌졸중, 뇌손상, 종양 등 다양한 질환 진단에서 보다 실용적인 뇌영상 기기의 개발로 이어질 수 있다고 전망했다. 이번 연구는 국제학술지 '신경광자학(Neurophotonics, 뉴로포토닉스)'에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(181)] 근적외선으로 머리 전체 투과 성공⋯차세대 뇌 진단 기술 주목
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해양 이산화탄소 제거, 산소 위기 초래할 수 있어⋯국제 연구진 경고
- 기후위기 대응 수단으로 주목받는 해양 이산화탄소 제거(mCDR) 기술이 오히려 해양 산소 고갈을 가속화할 수 있다는 경고가 나왔다. 독일 킬에 위치한 GEOMAR 헬름홀츠 해양연구센터의 안드레아스 오슐리스(Prof. Dr. Andreas Oschlies) 교수가 주도한 연구팀은 최근 국제 학술지 환경연구서한(Environmental Research Letters)에 발표한 논문을 통해 특정 mCDR 기법이 해양 생태계에 심각한 부작용을 야기할 수 있다고 지적했다고 인도국방리뷰(IDR)가 15일(현지시간) 보도했다. 오슐리스 교수는 "기후에 도움이 되는 방식이 반드시 바다에도 좋은 것은 아니다"며 신중한 접근을 강조했다. 연구진은 해양 비료살포, 대규모 해조류 양식, 인공용승 등 생물학적 mCDR 방식이 광합성 생물량의 급증을 유도한 뒤, 이 생물량이 분해되면서 막대한 산소를 소비하는 구조임을 지적했다. 특히 이 과정에서 발생하는 산소 손실은 이산화탄소 저감에 따른 산소 증가 효과보다 최대 40배까지 클 수 있다는 분석이다. 이는 이미 지구 해양이 지난 수십 년간 전체 산소의 약 2%를 잃은 상황과 맞물려 더욱 심각한 문제로 다가온다. 온난화로 인한 해양 산소 고갈은 지속적으로 악화되고 있으며, 일부 해역에서는 해양 생물의 생존조차 위협하고 있다. 연구진은 기후 대응을 위한 기술이 해양의 기존 위기를 악화시키지 않도록 철저한 사전 검토가 필요하다고 강조했다. 한편, 연구에서는 생물학적 방식과 달리 지구화학적 mCDR 방식은 비교적 안정적이라는 분석도 함께 제시됐다. 예컨대 석회질 물질을 이용해 해양 알칼리도를 높이는 방식은 산소 소비와는 무관하게 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수할 수 있어 해양 산소 농도에 미치는 영향이 미미하다는 것이다. 이는 기존의 탄소 감축 노력과 유사한 효과를 보이며, 상대적으로 환경에 안전하다고 평가됐다. 특히 눈에 띄는 기법으로는 '해조류 수확 기반 대규모 양식'이 있다. 수확을 통해 해양 내 영양분과 탄소를 동시에 제거하는 이 방식은 산소 소비를 줄이고, 오히려 과거 온난화로 손실된 산소 일부를 회복시킬 가능성도 제시됐다. 모델 시뮬레이션에 따르면 이 방법은 100년간 손실된 산소의 최대 10배를 회복할 수 있다. 다만, 대규모 수확이 해양 생태계의 생산성을 저해할 수 있다는 점에서 그 파급효과에 대한 면밀한 검토가 필요하다는 지적도 뒤따랐다. 이번 연구는 기후변화 대응 기술에 대한 근본적인 재고를 촉구하는 경고로 해석된다. 탄소를 줄이기 위한 기술이 또 다른 환경 위기를 초래하지 않도록, 해양 생태계와의 조화를 고려한 기술 선택과 정책 설계가 절실하다는 점을 시사하고 있다.
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- ESGC
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해양 이산화탄소 제거, 산소 위기 초래할 수 있어⋯국제 연구진 경고
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월마트·아마존, 자체 스테이블코인 발행 검토
- 미 유통체인 월마트와 전자상거래업체 아마존이 스테이블코인을 발행해 은행 및 신용카드에 기반한 전통적인 결제 시스템을 대체하는 방안을 검토하고 있다. 월스트리트저널(WSJ)이 13일(현지시간) 정통한 소식통들을 인용해 이같이 보도했다. 소식통들은 월마트, 아마존을 비롯한 다국적 대기업들은 미국 내에서 자체 스테이블코인을 발행하는 방안을 내부적으로 검토 중이라고 전했다. 이들 소식통들은 여행정보업체 익스피디아와 일부 항공사도 스테이블코인 발행 여부를 검토해왔다고 덧붙였다. 스테이블코인이란 가격 변동성을 최소화하기 위해 특정 자산에 가치를 고정한 가상자산을 말하는데, 주로 달러나 유로 등에 교환가치가 고정되게 설계되며, 스테이블코인은 가치를 지탱하기 위해 담보를 두는데, 미국 국채가 많이 활용된다. 월마트, 아마존과 같은 거대 유통·전자상거래 업체가 스테이블코인을 사용한 대체 결제 시스템을 갖출 경우 전통적인 은행 및 신용카드 결제 시스템에 큰 위협이 될 것으로 WSJ은 평가했다. 대형 유통업체들은 수수료 비용 절감을 위해 비자 및 마스터카드로 대변되는 신용 카드 결제망에 대한 의존도를 낮추고자 오랜 기간 노력해왔지만 눈에 띄는 성과를 거두지 못했다. 아마존의 경우 온라인 구매 시 사용할 수 있는 스테이블코인을 자체 발행하는 방안에 무게를 두고 내부 검토를 진행 중이지만 현재로선 논의가 아직 초기 단계에 불과하다고 소식통은 설명했다. 이들 기업은 자체 스테이블코인 발행뿐만 아니라 컨소시엄을 구성해 제3자가 발행한 스테이블코인을 결제에 활용하는 방안도 함께 검토하고 있다. 도널드 트럼프 미국 행정부도 의회와 함께 스테이블코인의 제도적 기반을 마련하는 입법을 뒷받침하는 등 스테이블코인 시장 확대를 뒷받침하고 있다. 스콧 베선트 미국 재무장관은 최근 미 상원 예산소위원회에서 "미국 국채로 뒷받침되는 스테이블코인 입법은 스테이블코인을 통한 달러 사용을 전 세계적으로 확대할 것"이라고 말해 스테이블코인에 긍정적인 입장을 보였다. 스테이블코인 시총은 지난 3월 말 기준 2373억달러다. 1년 전보다 2배 가까이 급성장했다. 테더(USDT)와 USD코인(USDC) 시총 합계가 약 2000억달러에 달한다.
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- 생활경제
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월마트·아마존, 자체 스테이블코인 발행 검토
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[기후의 역습(146)] 해양 산성화, 인류 경고등 켜졌다⋯지구 생태계 9대 한계 중 7개 돌파
- 전 세계 해양의 산성화가 과학자들의 예측보다 훨씬 빠르게 진행되며, 지구 해양 생태계에 심각한 위협을 가하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 영국 플리머스 해양연구소(PML)와 미국 해양 대기청(NOAA) 등 국제 연구진이 공동으로 수행한 연구에 따르면, 해수면 아래 200m 이하 심해의 약 3분의 2와 그 위의 약 절반에서 이미 '안전 기준'을 넘어선 수준의 산성화가 진행 중인 것으로 확인됐다. 연구진은 이를 '행성 경계(planetary boundary)'를 넘는 수준이라 규정하며, 해양 생물다양성과 연안 경제에 대한 직접적인 위협으로 경고했다. 해당 내용에 대해서는 더 힐, 가디언 등 다수 외신이 보도했다. 이번 연구는 지난 10일(현지시간) 국제학술지 '글로벌 체인지 바이올로지(Global Change Biology)'에 게재됐다. 영국 플리머스 해양연구소(PML)의 해양과학 책임자인 스티브 위디콤 박사는 "해양 산성화는 해양 생태계와 연안 지역 경제에 있어 시한폭탄"이라며 "산호초와 조개류 산업은 물론, 관광과 수산업까지 생태 기반 산업 전체가 심각한 영향을 받을 것"이라고 강조했다. 이번 연구의 공동 수행 기관인 미국 해양대기청(NOAA)은 지구온난화 연구 활동으로 인해 트럼프 행정부로부터 예산 삭감 압박을 받고 있는 기관이다. 심해에서 먼저 무너지는 생태계 기반 이 연구의 주요 저자인 PML의 헬렌 핀들리 박사는 "대부분의 해양 생물은 표층보다 더 깊은 바다에 서식한다"며 "심층 해수의 변화는 생물종에 미치는 영향이 더욱 클 수 있다"고 우려했다. 특히 미국 서부 해안 근처의 심해에서는 게와 연어 어장이 분포한 지역에서 가장 급격한 산성화가 나타나고 있는 것으로 조사됐다. 산성화의 근본 원인은 인류의 화석연료 사용이다. 석탄·석유·천연가스 연소로 배출된 이산화탄소는 바다에 흡수되며 산을 형성하고, 이는 해수를 점점 더 산성화시킨다. 산성화가 진행될수록 바다 생물의 주요 구성 성분인 탄산칼슘 농도가 낮아져 산호와 조개류 등 기초 생물군의 생존이 위협받는다. 연구진은 해양 내 탄산칼슘 농도가 산업화 이전보다 20% 이상 감소한 시점이 이미 5년 전 도달했을 가능성이 높다고 지적했다. 이는 독일 포츠담 기후영향연구소가 제시한 지구 생태계 유지에 필요한 '9대 행성 경계' 중 7개를 인류가 이미 넘어섰음을 시사한다. 산성화가 가속하는 지구 온난화 해양은 지금까지 인류가 배출한 이산화탄소(CO₂)의 약 3분의 1을 흡수해 왔으며, 동시에 지구 표면이 받을 수 있었던 열의 약 90%를 흡수해 지구 온난화를 완화하는 역할을 해왔다. 그러나 해양이 흡수할 수 있는 이산화탄소의 포화점이 가까워지면서 표면 온난화 속도는 더 빨라질 수 있다. 이와 함께 해양은 지구 산소의 절반 이상을 공급하는 주요 생태 기반이지만, 산성화와 온난화로 인해 이 산소 생산 기능 역시 약화될 것으로 예상된다. 특히 해수 내 산소 농도는 수심 아래에서 빠르게 감소 중이며, 대기 중 산소 농도마저 장기적으로 감소할 위험이 있다. 위디콤 박사는 "해양 산성화는 단순한 환경 문제가 아니라 인류의 생존과 직결된 문제"라며 "해양 생태계의 붕괴는 수조 원대 경제 가치를 위협할 뿐 아니라, 인류가 의존해온 산소 공급 체계마저 흔들 수 있다"고 경고했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(146)] 해양 산성화, 인류 경고등 켜졌다⋯지구 생태계 9대 한계 중 7개 돌파
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[먹을까? 말까?(104)] 설탕 대체품 에리트리톨, 뇌혈관 건강에 부정적 영향 가능성
- 대표적인 저칼로리 감미료로 널리 사용되는 에리트리톨(erythritol)이 뇌혈관 세포 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 이 감미료는 혈당과 인슐린 반응을 거의 유발하지 않아 비만, 당뇨, 대사증후군 환자들을 위한 '건강한 대체당'으로 여겨져 왔으나, 최근 심혈관계 위험성과 관련된 우려가 커지고 있다. 9일(현지시간) 사이포스트에 따르면 미국 콜로라도대학교와 밴더빌트대학교 등 공동 연구진은 학술지 '응용생리학저널(Journal of Applied Physiology)'에 발표한 논문에서 에리트리톨이 뇌 미세혈관 내피세포 기능을 저하시킨다고 밝혔다. 연구진은 실험실에서 인간 뇌혈관 내피세포를 배양한 뒤 일반적인 음료 한 캔에 해당하는 수준(6mM)의 에리트리톨에 3시간 노출시켜 세포 반응을 측정했다. 산화 스트레스·질산화물 감소·혈관 수축 유도까지 연구 결과에 따르면, 에리트리톨에 노출된 세포는 활성산소(ROS) 생성이 약 75% 증가했다. 이는 세포 손상과 노화를 유발하는 주요 요인으로, 심혈관 질환과도 밀접한 관련이 있다. 이에 대응해 항산화 단백질인 SOD-1과 카탈라아제 발현도 증가했으나, 세포는 완전히 회복되지 못한 것으로 나타났다. 또한 혈관 확장과 혈류 유지에 핵심적인 질산화물(nitric oxide) 생성 역시 저해되었다. 질산화물 생성 효소(eNOS)의 전체 발현량에는 변화가 없었지만, 활성화를 위한 인산화 반응(Ser1177)은 약 65% 감소한 반면, 억제 반응(Thr495)은 약 85% 증가했다. 그 결과, 실제 질산화물 생산량은 약 20% 감소한 것으로 나타났다. 혈관 수축 단백질·혈전 용해 반응도 방해 연구진은 에리트리톨이 혈관 수축 유도 물질인 엔도텔린-1(endothelin-1)의 생성을 촉진한다는 점도 지적했다. 전구체인 Big ET-1의 세포 내 농도가 유의미하게 증가했고, 엔도텔린-1의 분비량도 약 30% 증가했다. 이는 뇌혈류 흐름을 저해하고, 특히 뇌졸중과 같은 뇌혈관질환의 위험성을 높이는 요인으로 작용할 수 있다. 혈전 용해에 중요한 역할을 하는 조직형 플라스미노겐 활성화제(t-PA)의 반응성도 억제된 것으로 나타났다. 정상 세포는 트롬빈(thrombin) 자극에 반응해 t-PA 분비가 크게 증가했지만, 에리트리톨에 노출된 세포는 이에 제대로 반응하지 못했다. 이는 혈전 형성 상황에서 응급 방어기제가 작동하지 않을 위험성을 시사한다. "장기 복용 영향은 향후 추가 연구 필요" 이번 연구를 주도한 오번 베리(Auburn Berry) 연구원은 "에리트리톨은 당분이 없는 식품의 건강한 대안으로 인식돼 왔지만, 실제로는 뇌혈관 기능에 악영향을 줄 수 있다"며 "일상에서 섭취량을 인식하고 주의할 필요가 있다"고 밝혔다. 다만 연구진은 이번 실험이 세포 수준에서 이루어진 인 비트로(in vitro, 살아 있는 생명체 내부가 아니라 시험관 등 제어가 가능한 환경에서 수행되는 실험 과정) 연구이며, 인간에게 동일한 결과가 나타난다고 단정하기는 어렵다고 밝혔다. 노출 강도, 빈도, 개인 건강 상태 등에 따라 실제 영향은 달라질 수 있다. 그러나 최근 임상 및 역학 연구들과도 일관된 경향을 보이는 만큼, 장기적이고 반복적인 에리트리톨 섭취에 대한 추가 연구가 시급하다고 강조했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(104)] 설탕 대체품 에리트리톨, 뇌혈관 건강에 부정적 영향 가능성
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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
- 우리가 일상에서 사용하는 금이나 은, 백금 같은 귀금속은 과연 어디서 왔을까? 과학자들은 오랫동안 이 무거운 원소들이 우주의 장구한 역사 속, 아주 특별하고 강력한 사건을 통해 생겨났을 것이라고 추측해왔다. 최근까지 유력한 후보는 '중성자별'이라는 매우 무겁고 단단한 천체 두 개가 충돌하며 일으키는 거대한 폭발이었다. 그런데 최근, 과학자들이 금과 같은 무거운 원소를 만드는 또 다른 '공장' 후보를 발견했다는 연구 결과가 나왔다. 바로 '마그네타'라는 초강력 자기장을 가진 특별한 중성자별이 일으키는 거대한 우주 폭발이다. 무거운 원소 기원의 오랜 의문 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 처음 탄생했을 때는 수소, 헬륨 같은 가벼운 원소들만 존재했다. 이후 별 내부 핵융합으로 탄소, 산소, 철 등 좀 더 무거운 원소가 생겨났다. 별이 수명을 다하고 폭발(초신성 폭발)할 때 이 원소들은 우주 공간으로 퍼져나가 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 되었다. 그러나 금, 은, 백금, 우라늄처럼 철보다 훨씬 무거운 원소들은 일반적인 별의 핵융합이나 초신성 폭발만으로는 만들어지기 어렵다. 이들을 만들기 위해서는 훨씬 더 극한의 환경과 특별한 과정이 필요하다. 과학자들은 이 과정을 'r-과정(rapid neutron capture process)'이라고 부른다. 원자핵이 짧은 시간에 중성자를 빠르게 흡수하며 무거운 원소로 변신하는 과정이다. 이 r-과정이 정확히 우주 어디서 일어나는지가 오랜 숙제였다. 2017년, 천문학계는 큰 발견을 했다. 지구에서 약 1억 3000만 광년 떨어진 곳에서 두 개의 중성자별이 충돌하는 장면을 포착한 것이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후를 맞이할 때 남는 핵으로, 각설탕 한 조각 크기가 수억 톤에 달할 정도로 밀도가 높다. 이 두 개의 중성자별이 충돌하면서 시공간이 휘어지는 중력파와 함께 엄청난 빛과 에너지가 뿜어져 나왔다. 과학자들은 이 현상을 '킬로노바'라고 부른다. 이 킬로노바 현상 분석 결과, 금, 백금, 납 등 다양한 무거운 원소가 r-과정으로 대량 생성됨을 처음 확인했다. 마치 우주에 있는 거대한 '금 공장'과 같았다. 이 발견으로 중성자별 충돌은 무거운 원소의 주요 기원 중 하나로 확실하게 자리 잡았다. 그러나 킬로노바만으로는 모든 설명이 부족했다. 컬럼비아 대학교의 천문학자 아닐러드 파텔 박사는 "중성자별 합병은 우리 은하의 역사에서 비교적 후기에 발생하는 현상"이라고 지적한다. 우주 초기에 존재했던 무거운 원소까지 설명하기는 어려웠다. 과학자들은 r-과정이 일어날 수 있는 또 다른 장소를 찾아야 했다. 특별한 중성자별 '마그네타' 주목 새로운 연구는 바로 이 지점에서 출발한다. 연구팀이 주목한 것은 '마그네타'다. 마그네타는 중성자별 중에서도 지구 자기장의 수조 배에 이르는 초강력 자기장을 가진 특별한 천체다. 과학자들은 마그네타가 어떻게 형성되는지 정확히 밝히려고 노력 중이며, 우주 탄생 후 약 2억 년 안에 첫 별들과 함께 등장했을 것으로 추정한다. 마그네타는 때때로 표면에서 거대한 폭발을 일으키는데, 이를 '거대 플레어(giant flare)'라고 부른다. 이는 마치 지구에서 지진이 일어나듯, 중성자별 표면 아래의 움직임 때문에 지각에 쌓인 스트레스가 터져 나오며 발생하는 '별 지진(starquake)'과 비슷하다. 이 거대 플레어는 태양이 100만 년 동안 방출하는 것보다 더 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아낼 정도로 강력하며, 별 표면의 물질들을 고속으로 우주 공간에 내뿜는다. 연구팀은 2004년 12월, 인근 마그네타에서 관측된 거대 플레어 데이터에 주목했다. 당시 이 폭발 자체도 엄청났지만, 더 흥미로운 것은 폭발이 있고 약 10분 뒤 감지된 정체불명 희미한 '잔광(afterglow)' 신호에 있었다. 이 잔광 신호의 정체는 20년간 미스터리였다. '잔광' 신호에서 찾은 결정적 단서 컬럼비아 대학교와 플랫아이언 연구소의 브라이언 메츠거 교수 등 연구진은 마그네타의 거대 플레어가 r-과정을 통해 무거운 원소를 만들 수 있다는 이론 모델을 개발했다. 이 모델은 플레어로 분출된 뜨겁고 중성자가 풍부한 물질 속에서 r-과정이 일어나 금 같은 무거운 원소가 생성되며, 이 과정에서 특정 감마선이 나올 것으로 예측했다. 루이지애나 주립대학교의 에릭 번스 교수는 과거 데이터를 뒤져 2004년 마그네타 플레어의 잔광 신호를 찾아냈다. 놀랍게도 이 잔광 감마선 신호의 특징이 연구팀 이론 모델 예측과 거의 완벽히 일치했다. 마그네타 거대 폭발이 r-과정으로 무거운 원소를 생성했다는 강력한 증거가 될 수 있다. 나사의 인테그랄(INTEGRAL), 레시(RHESSI), 윈드(Wind) 위성 등 과거 임무 데이터들이 이 발견을 뒷받침했다. 파텔 박사는 "우리 중 누구도 20년 동안 데이터가 그냥 거기에 있었을 것이라고는, 그리고 우리의 이론 예측이 그렇게 완벽하게 일치할 것이라고는 상상하지 못했다"며 "우리 휴대폰이나 노트북 속 부품 일부가 우리 은하 역사 속 이런 극한의 폭발에서 만들어졌다고 생각하니 매우 흥미롭다"고 밝혔다. 새로운 가능성, 신중론 그리고 미래 이 연구 결과는 r-과정이 중성자별 충돌뿐 아니라 마그네타 거대 플레어 같은 다른 환경에서도 일어날 수 있음을 보여준다. 연구에 참여하지 않은 오클라호마 대학교의 존 카원 교수는 "r-과정이 다른 천체물리 현장에도 존재한다는 좋은 증거"라고 평가했다. 또한, 마그네타는 중성자별 충돌에 비해 우리 은하 내에서 더 가까이 발생할 수 있어, 앞으로 무거운 원소 생성 과정을 더 자세히 연구할 기회를 제공할 수 있다. 인디애나 대학교 블루밍턴의 찰스 호로위츠 박사는 "다음 마그네타 거대 플레어에서는 개별 원소를 직접 검출할 수도 있다는 점이 가장 흥미로운 가능성"이라고 기대감을 나타냈다. 그러나 아직 단정하기는 이르다는 신중론도 있다. 2017년 중성자별 충돌에서 방출된 엑스선 발견을 이끌었던 로마 대학교의 엘레오노라 트로야 박사는 이번 마그네타 플레어 증거가 "2017년에 수집된 증거와는 비교할 수 없다"고 지적했다. 그는 마그네타가 만드는 금 생산은 "가능한 설명 중 하나일 뿐이며, 마그네타는 복잡한 천체라 금 대신 다른 가벼운 금속을 만들 수도 있다"고 덧붙였다. 따라서 "금의 새로운 원천을 발견했다기보다는, 생산을 위한 대안 경로를 제안한 것으로 봐야 한다"고 강조했다. 연구팀은 마그네타 거대 플레어가 우리 은하에 있는 철보다 무거운 원소의 약 10% 정도를 설명할 수 있을 것으로 추정한다. 여전히 나머지 90%의 무거운 원소를 만드는 다른 과정이나 장소가 필요하다는 뜻이다. 빠르게 회전하는 중성자별을 탄생시키는 특별한 종류의 초신성 등 다른 후보들도 떠오른다. 파텔 박사는 "이번 발견은 우리를 올바른 그림에 더 가깝게 이끌지만, 다른 가능한 r-과정 장소와 결합해야 한다"고 말했다. 2027년 발사 예정인 나사의 새로운 감마선 망원경 COSI(콤프턴 분광계 및 영상장치)는 앞으로 마그네타 거대 플레어를 직접 관측하고 생성되는 원소를 식별하여 이 수수께끼를 푸는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모은다. 우리가 날마다 사용하는 일상 생활 속 금속들이 사실은 수십억 년 전, 상상조차 할 수 없는 우주의 격렬한 사건 속에서 태어났다는 사실이 경이롭다. 과학자들의 끈질긴 탐구를 통해 우리는 우주와 우리 자신의 기원을 조금씩 더 깊이 이해하게 될 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"⋯혁신적 연구 결과 발표
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 달 표면의 물 분자 형성에 태양풍이 중요한 역할을 했을 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 이번 발견은 달 극지의 영구 음영 지역(영구 그늘진 지역)에 물 얼음이 어떻게 축적되는지를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. NASA에 따르면, 여러 차례의 우주 탐사를 통해 달 표면에서는 물 분자와 물을 구성하는 성분인 수산기(OH) 분자가 검출된 바 있다. 그러나 이들 물질의 기원은 명확히 규명되지 못했으며, 과거에는 화산활동, 달 지각 내부에서의 가스 분출, 미세 운석 충돌 등이 주요 가설로 제시돼 왔다. NASA가 주도한 이번 실험은 '태양풍 기원설'을 검증하는 데 초점을 맞췄다. 태양풍은 초속 160만 km/h에 달하는 고속의 전하 입자 흐름으로, 태양계 전체를 강타한다. 지구에서 밤하늘을 밝히는 오로라를 통해 태양풍의 생생한 증거를 볼수 있다. 다만, 지구는 자기권에 의해 태양 입자를 반사시켜 태양풍으로부터 보호받지만, 달은 매우 약하고 불규칙한 자기장을 갖고 있어 태양풍의 직격탄을 맞는다. 달 표면은 산소가 풍부한 암석과 먼지로 구성되어 있으나, 수소는 상대적으로 부족하다. 태양풍은 대부분 전자를 잃은 수소 원자핵(양성자)으로 구성되어 있으며, 이들이 달 표면을 지속적으로 강타하면서 수소를 공급하게 된다. 이 과정에서 달 암석과 상호작용을 통해 물이 생성될 수 있다는 것이다. NASA는 특히 달 표면의 물 분자가 일일 주기로 변화하는 패턴에 주목했다. 태양에 의해 가열된 지역에서는 수증기로 방출되지만, 차가운 지역에서는 유지되는 양상이 반복됐다. 만약 미세 운석 충돌이 주요 원인이라면 물의 양이 지속적으로 감소했어야 하지만, 매일 다시 동일 수준으로 회복되는 현상이 관찰됐다. 이는 태양풍이 물 생성을 주도하고 있음을 뒷받침하는 근거로 해석된다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 1972년 아폴로 17호 임무에서 수집한 달 토양 샘플을 이용해 실험을 진행했다. 팀은 진공 상태에서 입자 가속기를 사용해 며칠 동안 모의 태양풍을 퍼부었다. 이는 달에서 약 8만 년에 해당하는 시간이다. 이후 샘플의 화학적 변화를 분석한 결과, 기존에는 존재하지 않던 물의 흔적이 확인됐다. 연구를 이끈 NASA 고다드 우주비행센터의 행성과학자 리 시아 여(Li Hsia Yeo) 박사는 성명에서 "단순히 달 토양과 태양이 지속적으로 방출하는 수소만으로 물이 생성될 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라며 이번 발견의 의의를 강조했다. 이번 연구는 지난 3월 17일 '지구물리학 연구저널: 행성 부문(JGR Planets)'에 게재됐다. 연구팀은 이번 결과가 향후 유인 달 탐사에 실질적인 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 달 남극 지역에 저장된 물 얼음은 향후 탐사 임무에서 귀중한 자원이 될 수 있다. 또한 이번 연구는 달 이외에도 대기나 자기장이 거의 없는 천체들에서 태양풍과 환경 간 상호작용을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공할 것으로 보인다. 이는 생명의 기본 요소인 물이 우주에서 어떻게 생성되거나 소멸하는지를 이해하는 데 기여할 수 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"⋯혁신적 연구 결과 발표
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[퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호
- 우리가 매일 사용하는 에너지, 그 뒤에는 지구를 뜨겁게 달구는 화석 연료의 그림자가 드리워져 있다. 멈추지 않는 지구 온난화의 시계 앞에서, 과학자들은 물에서 무한한 에너지를 얻는 꿈, 바로 '수소 에너지'에 주목해왔다. 마치 마법처럼 물을 분해해 깨끗한 연료를 얻는 기술, 하지만 오랫동안 이 꿈은 풀리지 않는 숙제처럼 에너지 낭비라는 숨겨진 비용에 발목이 잡혀 있다. 그런데 최근 한 대학 연구실에서 이 답답한 문제의 실마리를 찾아냈다. 물 분자 속에 숨겨진 놀라운 비밀, 그리고 더 깨끗한 미래를 향한 희망의 빛을 따라가 볼까? 지속 가능한 에너지 해결책에 대한 전 세계적인 염원이 뜨거운 가운데, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 나누는 '물 분해' 기술은 오랫동안 유망한 대안으로 손꼽아 왔다. 하지만 이론적으로 예상했던 것보다 실제 물 분해 과정에서 훨씬 더 많은 에너지가 필요하다는 점이 과학자들의 오랜 고민이었다. 그런데 최근 미국 노스웨스턴 대학교 화학자들이 물 분해의 에너지 효율 저하의 원인을 분자 수준에서 밝혀내 과학계의 주목을 받고 있다. 연구팀은 산소 원자를 내노기 직전의 아주 짧은 순간에 물 분자가 예상치 못한 '뒤집힘'이라는 특별한 행동을 하며, 이 움직임 때문에 에너지 효율이 떨어진다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 이 연구 결과는 권위 있는 과학 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다. 에너지 효율을 갉아 먹는 주범 연구를 이끈 프란츠 가이거 교수는 물 분해 반응 중 산소를 만드는 과정이 마치 닫힌 자물쇠를 여는 것처럼 매우 까다롭다고 설명한다. 그는 이론적으로 1.23볼트의 에너지면 충분해야 하지만, 실제로는 1.5~1.6볼트나 더 많은 에너지가 필요하다고 지적하며, "물을 뒤집는 데 필요한 에너지가 바로 이 추가 에너지의 주요 원인"이라고 강조했다. 마치 보이지 않는 손이 에너지 효율을 붙잡고 있는 듯한 상황이었던 셈이다. 물 분자는 전기를 띤 작은 자석과 같다. 음(-)전하를 띤 전극 쪽으로 양(+)전하를 띤 수소 원자를 향하려는 성질이 있다. 하지만 이렇게 되면 물 분자의 산소 원자에서 전극으로 전자가 이동하는 길이 꽉 막혀 버린다. 연구팀은 아주 강력한 전기장이 걸리는 순간, 물 분자가 순식간에 회전하며 산소 원자가 전극 표면을 향하게 된다는 것을 알아냈다. 마치 굳게 닫혀 있던 문이 활짝 열리듯, 수소 원자가 비켜서면서 전자가 자유롭게 이동할 수 있게 되는 것이다. pH 농도 조절로 효율 높이기 연구팀은 이 신기한 물 분자의 '회전' 운동에 얼마나 많은 에너지가 숨어 있는지 정밀하게 측정했다. 그 결과는 놀라웠다. 물 분자가 액체 상태를 유지하도록 서로 끌어 당기는 에너지와 거의 같은 양이었던 것이다. 하지만 희소식도 있다. 물의 pH 농도를 높이면 이 회전에 필요한 에너지를 놀랍게도 줄일 수 있다는 사실을 발견한 것이다. pH 농도가 낮을 때는 물 분자를 올바르게 회전시키는 데 더 많은 힘이 필요했지만 pH 농도가 높아질수록 물 분해 과정이 훨씬 더 수월하게 진행됐다. 가이거 교수는 "pH9 이하에서는 전기가 거의 흐르지 않는다"며, 물 분자는 여전히 회전하지만, 그 과정에 너무 많은 에너지가 소모되어 전기화학 반응 자체가 멈춰버린다고 설명했다. 수소 경제와 우주 탐사에 밝은 전망 이번 연구는 오랫동안 과학자들을 괴롭혔던 물 분해의 숨겨진 에너지 비용 문제를 명쾌하게 해결했을 뿐만 아니라, 더 효율적인 물 분해 기술 개발의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 물 분자가 마치 숙련된 곡예사처럼 더 쉽고 빠르게 회전하도록 돕는 새로운 촉매를 설계한다면, 물 분해 기술을 우리의 삶에 더욱 가깝고 경제적인 방식으로 가져올 수 있을 것으로 기대하고 있다. 가이거 교수는 "우리의 궁극적인 목표는 지구를 병들게 하는 화석 연료에서 벗어나 깨끗한 에너지, 즉 수소 에너지를 주 에너지원으로 사용하는 '수소 경제' 사회를 건설하는 것"이라며, "태양 빛을 이용해 물을 분해하는 꿈은 더 이상 먼 미래의 이야기가 아닐지도 모른다"고 강조했다. 태양광 에너지를 활용하면 물 분해에 필요한 전기 에너지를 획기적으로 줄여 연료 생산 비용을 낮출 수 있기 때문이다. 또한, 이번 연구는 촉매 표면의 디자인을 물 분자 회전에 최적화하는 것이 마치 꽉 막힌 도로를 시원하게 뚫는 것처럼 전자 이동을 원활하게 시작하는 데 매우 중요하다는 점을 시사한다. 또한, 이 연구 결과는 미래에 있을 화성 탐사에서도 우주비행사들이 숨 쉴 공기와 깨끗한 에너지원을 확보하는 데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 이번 연구에는 라이덴 스피먼, 에즈라 J. 마커 외에도 아르곤 국립 연구소의 알렉스 마틴슨과 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소의 메이비스 보아마, 제이콥 쿠퍼버그, 마크 엥겔하르트, 야통 자오, 케빈 로소 등 여러 연구자가 공동으로 참여했다. 가이거 교수는 "이제 물 분자 회전이 금속 전극뿐만 아니라 반도체 전극에서도 일어난다는 것을 알게 되었다"며, "이는 우리가 처음 생각했던 것보다 훨씬 더 흔한 현상일 수 있다. 앞으로 물 분자 회전이 가장 쉽게 일어나는 최적의 조건을 찾아 최적화할 계획"이라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 니켈, 적철석과 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물질을 활용하여 더욱 효율적인 물 분해 기술을 개발하기 위한 연구를 꾸준히 이어갈 예정이다. 이 작은 물 분자의 숨겨진 움직임 속에서 과학자들은 인류의 미래를 바꿀 거대한 가능성을 발견했다. 수십 년간 풀리지 않던 에너지 효율의 비밀을 밝혀낸 끈기와 노력은, 깨끗한 에너지로 가득한 세상을 향한 밝은 희망을 쏘아 올리고 있다. 마치 지구라는 푸른 별을 넘어 더 넓은 우주로 나아가는 꿈처럼, 효율적인 물 분해 기술은 지속 가능한 미래를 향한 우리의 여정에 든든한 동반자가 되어줄 것이다. 묵묵히 연구에 매진하는 과학자들의 열정과 끊임없는 탐구 정신이 만들어낼 더 놀라운 발견들을 기대하며, 우리 모두 깨끗한 에너지로 빛나는 미래를 함께 만들어갈 수 있기를 바란다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호
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[기후의 역습(131)] 북극해 뒤흔드는 해빙과 오염물 확산⋯"시베리아 강 오염물질, 북극 생태계 위협"
- 지구 온난화로 인해 북극해의 해빙이 가속화되면서, 시베리아 강에서 유입된 오염물질이 북극해를 넘어 북대서양까지 광범위하게 확산되고 있다는 연구 결과가 발표됐다. 이번 연구는 북극의 해류 흐름과 오염 물질 경로를 정밀 추적하며, 기후 변화가 북극 생태계에 미치는 새로운 위협을 조명했다. 영국 브리스톨대학교가 주도하고 독일 킬대학교, 미국 우즈홀 해양연구소 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 북극해의 주요 표층 해류인 '트랜스폴라 드리프트(Transpolar Drift)'를 따라 시베리아 강 유입물이 어떻게 이동하는지를 연중 관측 데이터와 동위원소 분석을 통해 정밀하게 규명했다고 사이테크데일리가 보도했다. 해당 연구는 지난 4월 14일 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표됐다. 시베리아 강에서 북극을 넘어⋯이동하는 오염물질 연구팀은 시베리아 대륙붕에서 유입된 담수, 영양염, 미세플라스틱, 중금속 등 오염 물질이 북극해 중심부를 지나 프람 해협을 통해 노르딕해로 유입되는 횡단 북극 이동 경로를 분석했다. 특히 이 물질들이 단순히 해류를 따라 이동하는 것이 아니라, 계절적 해빙 형성과 해류 변화, 대륙붕의 유속 변화에 따라 경로가 크게 달라지는 고도로 역동적인 양상을 보인다고 강조했다. 트랜스폴라 드리프트는 과거 노르웨이 탐험가 프리드쇼프 난센(Fridtjof Nansen)이 1890년대 프람호 탐험 당시 처음 관측한 북극의 주요 흐름으로 알려져 있었으나, 이번 연구는 이 해류조차 시간·공간적으로 예측 불가능한 변동성을 지니고 있다는 점을 처음으로 입증했다. 해빙, 단순한 운반체 아닌 '능동적 확산 매개체' 연구를 이끈 브리스틀대학교 조지 라우커트(Dr. Georgi Laukert) 박사는 "시베리아 강에서 유입된 물질이 해류뿐 아니라 해빙 과정에서도 재분포되며, 특히 트랜스폴라 드리프트에서 생성된 해빙은 다양한 강원(江源)의 물질을 동시에 포착해 복합적으로 운반하는 역할을 한다"며 "해빙이 단순한 운반체를 넘어, 물질 분산 경로를 형성하는 주체로 기능한다"고 설명했다. 해양학자들은 이러한 복합적 경로를 추적하기 위해 산소, 네오디뮴 동위원소, 희토류 원소 등 지화학적 추적 기법을 동원해. 해수·해빙·눈 시료를 분석했다. 이들은 북극 최대 연구 탐사인 MOSAiC(2020~2021)의 일환으로 7척의 쇄빙선과 전 세계 과학자 600명 이상이 참여해 1년간 북극 전역에서 시료를 수집했다. 여름 해빙 축소가 해류 재편 촉진 이번 연구의 공동저자인 독일 알프레드 베게너 연구소 벤자민 라베 교수는 "지속적인 기온 상승과 여름 해빙 축소는 북극해의 표층 순환을 크게 바꾸고 있으며, 이는 담수 및 오염물질의 확산 범위와 속도에 중대한 영향을 미칠 수 있다"고 경고했다. 이어 "이러한 변화는 북극 생태계뿐 아니라 해양 생지화학적 순환, 전 지구적 해양 역학에도 광범위한 파급 효과를 미칠 것"이라고 덧붙였다. 연구팀은 이번 결과가 특정 오염물질의 농도나 영향에 초점을 맞추기보다는, 물질의 운반 메커니즘 그 자체를 밝힌 데 의의가 있다고 강조했다. 라우커트 박사는 "트랜스폴라 드리프트조차 이렇게 가변적이라면, 북극해 전체는 우리가 이전에 생각한 것보다 훨씬 더 민감하고 변동성이 클 수 있다"고 지적했다. 이번 연구는 기후 변화로 인한 극지방 해양 구조의 근본적 변화 가능성을 제시함으로써, 향후 북극 오염 물질의 확산 양상 예측과 생태계 보호 정책 수립에 중요한 과학적 기반을 제공할 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: "트랜스폴라 드리프트를 따라 역동적인 해빙 경로가 시베리아 물질의 분산을 증폭시킨다(Dynamic ice–ocean pathways along the Transpolar Drift amplify the dispersal of Siberian matter)" 2025년 4월 14일, Nature Communications.
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- ESGC
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[기후의 역습(131)] 북극해 뒤흔드는 해빙과 오염물 확산⋯"시베리아 강 오염물질, 북극 생태계 위협"
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
- 미세플라스틱이 인체에 미치는 유해성을 줄이는데 특정 식품이 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 과학자들이 주도한 국제 연구팀은 최근 발표한 논문에서 블루베리나 흑미, 검은콩 등 짙은 색을 띠는 채소와 과일이 미세플라스틱에 의한 세포 손상을 완화할 수 있다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 영국 일간지 데일리메일이 7일(현지시간) 온라인판에 게재했다. 연구팀은 '안토시아닌(anthocyanin)'이라는 천연 항산화 물질을 주목했다. 블루베리, 블랙베리, 검은콩, 자색고구마, 흑미, 석류, 적포도 등에 풍부한 안토시아닌은 직물의 짙은 자색, 붉은색, 남색 등을 만들어내는 수용성 색소로, 인체내 활성산소를 제거하는 항산화 작용을 한다. 이번 연구는 총 89편의 기존 논문을 종합 검토한 문헌 리뷰 형태로, 미국 학술지 'Journal of Pharmaceutical Analysis(약물분석저널)'에 게재됐다. 미세플라스틱, 호르몬 교란부터 불임까지 유발 미세플라스틱은 식품, 물, 의류, 생활용품 등에 널리 퍼져 있으며, 이미 대부분의 인체 내에 축적되어 있다는 연구 결과들이 나오고 있다. 이 물질은 체내에 들어오면 세포 속으로 침투해 DNA 손상, 호르몬 불균형, 염증 반응을 유발하고, 그 결과 대사 장애, 심혈관 질환, 심지어 생식 능력 저하로까지 이어질 수 있다. 미세플라스틱은 특히 산화 스트레스(oxidative stress)를 유발하는 주범으로 지목된다. 이는 활성산소가 과다하게 생성되어 세포를 손상시키는 현상으로, 만성 염증과 노화, 암, 심장병 등 각종 질환과 관련이 깊다. '짙은 색일수록 항산화 성분 높아' 연구팀은 실섬실 실험과ㅑ 동물 실험을 중심으로 안토시아닌이 미세플라스틱이 유발하는 세포 손상을 어떻게 완화하는 지 검토했다. 예를 들어, 한 실험에서는 검은콩과 흑미에 많은 '시아니딘 3-글루코사이드(Cyanidin-3-glucoside, C3G)'라는 성분을 쥐에게 투여한 결과, 정자 수가 증가하고 고환 조직 손상이 완화된 것으로 나타났다. 또한 석류와 붉은 사과에 풍부한 '시아니딘 3, 5디글루코사이드(Cyanidin-3,5-diglucoside)'는 실험실에서 남성호르몬 생성세포에 작용해, 미세플라스틱 유사 물질로 유발된 산화 스트레스를 줄이고 테스토스테론 분비를 회복시켰다. 여성 생식 건강에 긍정적 영향을 미쳤다는 동물 실험 및 세포 실험 결과도 함께 인용됐다. 블루베리 하루 1컵 섭취 권장 다만 이번 연구는 대부분 동물이나 세포를 대상으로 한 기초 연구로, 사람에게도 동일한 효과가 나타나는 지 확인하기 위해서는 추가 임상 연구가 필요하다는 점을 연구진은 명확히 했다. 안토시아닌의 구체적인 일일 섭취 권장량은 명시되지 않았지만, 기존 연구에서는 약 50mg 즉 블루베리 한 컵 분량이 유익한 수준으로 제시됐다. 미국 통계에 따르면, 현재 평균적인 식단에서 섭취하는 안토시아닌의 양은 이에 미치지 못하는 것으로 분석된다. 이에 전문가들은 블루베리, 크랜베리, 자색 양배추, 붉은 포도, 아사이베리 등 자색·남색·적색 식품을 식단에 꾸준히 포함시킬 것을 권장하고 있다. 미세플라스틱 노출 줄이기 위한 실천법도 병행해야 전문가들은 안토시아닌 섭취 외에도 플라스틱 포장 식품 구입 최소화, 전자레인지용 플라스틱 용기 사용 금지, 일회용 플라스틱 도구 사용 자제, 플라스틱 도마나 조리기구의 대체 사용 등을 통해 미세플라스틱 노출 자체를 줄이는 것이 중요하다고 조언한다. 연구에 참여하지 않은 미국 통합의학 전문의 앙젤로 팔코네 박사는 "과일과 채소의 색이 짙고 선명할수록 안토시아닌 함량이 높은 경향이 있다"며, "딸기류는 물론, 자색 옥수수, 흑미, 붉은 고구마도 우수한 공급원"이라고 덧붙였다.
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
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[우주의 속삭임(108)] 화성에서 긴 탄소 분자 사슬 발견, 고대 생명체 존재 가능성 시사
- 화성에서 최대 12개의 탄소 원자로 이루어진 사슬이 고대 호수 바닥으로 추정되는 지역에서 발견되어, 고대 생명체 존재 가능성을 더욱 높이고 있다. NASA의 큐리오시티 로버에 탑재된 샘플링 장비가 이번 발견을 이끌었으며, 국제 연구팀이 지구 실험실에서 결과를 검증했다고 과학 전문매체 사이언스 얼럿이 25일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 분석화학자 카롤린 프라이시네(Caroline Freissinet) 박사가 주도했다. 발견된 탄소 화합물 자체는 비생물학적 과정을 통해 생성되었을 가능성도 있지만, 수십억 년 전에 형성되었을 수 있는 긴 유기 분자를 화성 표면에서 식별할 수 있는 로버의 능력을 입증한다. 프라이시네 박사는 인터뷰에서 "깨지기 쉬운 선형 분자가 형성된 지 37억 년이 지난 후에도 화성 표면에 여전히 존재한다는 사실은 새로운 가능성을 제시한다. 수십억 년 전 지구에 생명체가 나타났을 때 화성에 생명체가 존재했다면, 오늘날에도 그 고대 생명체의 화학적 흔적을 발견할 수 있을 것이다"라고 설명했다. 화성 탐사선 큐리오시티의 주요 목표는 화성에 생명체가 존재했는지, 혹은 존재 가능성이 있었는지를 알려줄 단서를 수집하는 것이다. 게일 크레이터(분화구)의 퇴적암을 탐사하는 동안 큐리오시티는 염소 및 황 함유 유기 화합물과 질산염 등 다양한 흥미로운 퇴적물을 발견했으며, 이는 고대 암석에서 더 복잡한 생명체 지표가 발견될 수 있다는 가능성을 시사한다. 연구진은 컴벌랜드(Cumberland)라는 이암(머드스톤) 퇴적물에서 채취한 광물 샘플을 분석하기 위해 화학적 증강제를 사용하는 실험 절차를 이용했다. 실험 조건은 기체 크로마토그래피-질량 분석법을 위해 온도를 약 850°C(1,562°F)까지 올릴 때 연소 위험을 제한하기 위해 분자 산소를 제거하는 방식이었다. 분석 결과, 현재까지 화성에서 발견된 가장 긴 탄소 사슬 중 일부인 데케인(C10H22), 운데케인(C11H24), 도데케인(C12H26) 형태의 포화 탄화수소 사슬이 미량 검출됐다. 연구진은 실험실 조건에서 다양한 분석 실험을 수행하여, 샘플에 함께 존재했던 벤조산을 포함한 다른 유기 화합물로부터 화성과 유사한 광물 조건이 어떻게 탄소 사슬을 생성할 수 있는지 밝혔다. 어떤 경우든, 샘플 분석과 실험실 연구 모두 화성 머드스톤에 상당한 길이의 탄소 분자 사슬이 존재함을 강력하게 시사한다. 프라이시네 박사는 "검출된 분자는 10개, 11개, 12개의 선형 탄소 사슬로, 알케인 또는 탄화수소로 알려져 있다"며, "이는 최대 6개의 탄소로 구성된 원형 고리인 방향족 분자를 검출한 이전 결과와는 상당히 다르다. 원형 고리는 선형 분자보다 더 안정적이다"라고 덧붙였다. 만약 이 화합물이 실제로 암석에 존재했다면, 생명체의 도움 없이 수소와 일산화탄소와 같은 더 간단한 분자로부터 '생성'되었을 가능성이 있다. 그러나 생물학적 징후일 수 있는 더 복잡한 화합물의 분해를 포함한 다른 가능성을 고려해 볼 수도 있다. 예를 들어, 우리 몸에는 퇴적암에 보존될 수 있는 종류의 카르복실산이 풍부하게 존재한다. 연구진은 "비록 비생물학적 과정이 이러한 산을 형성할 수 있지만, 이들은 지구 및 어쩌면 화성의 보편적인 생화학적 산물로 간주된다"고 말했다. 이 연구는 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(108)] 화성에서 긴 탄소 분자 사슬 발견, 고대 생명체 존재 가능성 시사
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