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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발

전기자동차(EV) 시장의 케즘(chasm·일시적 수요 정체) 극복 방안의 하나로 '차세대 배터리'가 거론되는 가운데 미국에서 새로운 음극 소재가 개발됐다. 조지아 공과대학은 홈페이지를 통해 하이롱 첸(Hailong Chen) 교수가 이끄는 다기관 연구팀은 리튬이온배터리(LIBs)를 획기적으로 개선할 수 있는 저렴한 새로운 음극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이는 전기자동차 시장과 대규모 에너지 저장 시스템을 변화시킬 가능성이 있다. 조지아공대 우드러프 기계공학부 및 재료과학·공학부 하이롱 첸 부교수는 "오랫동안 사람들은 기존 음극재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 찾고 있었다. 우리가 그걸 찾은 것 같다"고 말했다. 연구팀에 따르면 획기적인 소재인 삼염화철(FeCl3)은 일반적인 음극재 비용의 1~2%에 불과하지만 동일한 양의 전기를 저장할 수 있다. 음극재는 용량, 에너지 및 효율성에 영향을 미치며 배터리 성능과 수명, 경제성에 중요한 역할을 한다. 첸 교수는 "우리 음극재는 게임 체인저가 될 수 있다"며 "이는 전기차 시장 뿐만 아니라 전체 리튬 이온 배터리 시장을 크게 개선할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 네이처 서스테너빌리티(Nature Sustainability)에 게재됐다. 1990년대 초 소니에 의해 처음 상용화된 리튬이온배터리(LIB)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 개인용 전자제품의 폭발적인 성장을 촉발했다. 이 기술은 결국 전기자동차에 동력을 공급하는 신뢰할 수 있고 충전 가능한 고밀도 에너지원으로 발전했다. 그러나 개인용 전자 제품과 달리 전기차와 같은 대규모 에너지 사용자는 LIB 비용에 특히 민감하다. 현재 배터리는 전기차 총 비용의 50%를 차지하며, 이로 인해 이러한 청정 에너지 자동차는 내연 기관 자동차보다 더 비싸다. 더 나은 배터리 구축 구식 알카라인 배터리와 납축 배터리에 비해 리튬이온배터리는 더 작은 패키지에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 장치에 더 오래 전원을 공급한다. 그러나 리튬이온배터리에는 코발트나 니켈과 같은 희귀 속이 포함되어 있으며 제조 비용이 높다. 지금까지 LIB용으로 네 가지 유형의 음극만 성공적으로 상용화됐다. 기존 LIB는 액체 전해질을 사용하여 에너지 저장 및 방출을 위한 리튬 이온을 운반한다. 저장할 수 있는 에너지 양에는 엄격한 제한이 있으며 누출 및 화재가 발생할 수 있다. 그러나 모든 고체리튬이온배터리는 고체 전해질을 사용하여 배터리 효율성과 안정성을 크게 높이고 더 안전하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 아직 개발 및 테스트 단계에 있는 이러한 배터리는 상당한 개선이 될 것이다. 연구팀이 개발한 FeCl3 음극, 고체 전해질 및 리튬 금속 양극을 사용하면 전체 배터리 시스템 비용이 현재 LIB의 30-40%에 불과하다. 첸 교수는 "이는 전기차를 내연 기관 자동차보다 훨씬 저렴하게 만들뿐만 아니라 새롭고 유망한 형태의 대규모 에너지 저장 장치를 제공해 전력망의 복원력을 향상시킨다"고 말했다. 이어 "또한 우리가 개발한 음극은 전기차 시장의 지속 가능성과 공급망 안정을 크게 향상시킬 것"이라고 기대했다. 음극재로 염화철(FeCl3) 주목 음극재로서의 FeCl3에 대한 첸의 관심은 고체 전해질 재료 연구에서 시작됐다. 그의 연구실은 2019년부터 기존 상용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 배터리를 만들려고 시도했다. 결과는 좋지 않았다. 음극과 전해질 재료가 잘 맞지 않았던 것. 연구원들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 나은 쌍을 이루어 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 점에 착안했다. 첸 교수는 "우리는 시도해볼 가치가 있는 후보(FeCl3)를 찾았다. 결정구조가 리튬이온 저장 및 운송에 잠재적으로 적합했기 때문이다"라고 설명했다. 현재 전기차에서 가장 많이 사용되는 음극은 산화물이며 엄청난 양의 값비싼 니켈과 코발트가 필요하다. 이는 독성이 있을 수 있으며 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 이와 대조적으로 연구팀이 개발한 새로운 음극에는 철(Fe)과 염소(Cl)만 포함되어 있다. 이는 강철과 식용 소금에서 발견되는 풍부하고 저렴하며 널리 사용되는 원소들이다. 초기 테스트에서 FeCl3는 다른 훨씬 더 비싼 음극만큼 또는 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 예를 들어 널리 사용되는 음극 리튬철인산염(LiFePO4, LIF)보다 작동 전압이 더 높다. 작동 전압은 배터리가 장치에 연결될 때 제공하는 전기력으로 정원에서 사용하는 호스의 수압과 유사하다. 연구팀은 이 기술이 5년 이내에 전기차에서 상업적으로 실행 가능할 수 있을 것으로 기대했다. 첸은 현재로서는 연구팀이 FeCl3와 관련 소재를 계속 연구할 것이라고 말했다. ◇ 참고: Zhantao Liu, Jue Liu, Simin Zhao, Sangni Xun, Paul Byaruhanga, Shuo Chen, Yuanzhi Tang, Ting Zhu, Hailong Chen. 「모든 고체 리튬 이온 배터리를 위한 저비용 삼염화철 음극」 Nature Sustainability.
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2024-09-25
[우주의 속삭임(37)] 화성 탐사선, 고대 생명체 흔적 발견

나사(NASA)의 퍼시비어런스(Perseverance) 로버(이동형 탐사선)이 화성의 암석에서 고대 생명체의 흔적을 발견했을 수 있다는 주장이 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 탐사팀은 흥분하고 있지만, 사실임을 확인하기 위해서는 추가 분석이 필요하기 때문에 여전히 조심스럽다는 지적이다. 탐사선은 화성이 지금보다 더 습했던 수십억 년 전 미생물 생명체에 의해 형성되었을 수 있는 화학적 특징과 구조를 보유한 화살촉 모양의 암석을 발견했다. 학자들이 ‘체야바 폭포(Cheyava Falls)’로 명명한 암석 내부에서 탐사선은 우리가 아는 생명체의 선구자 격인 유기 화합물을 검출했다. 암석의 길이를 따라 구비져 흐르는 황산칼슘 혈관은 생명체에 필수인 물을 암시하는 광물의 퇴적물이다. 탐사선은 또한 샘플에서 수십 밀리미터 크기의 반점도 발견했다. 그 반점들은 각각 검은색 고리로 둘러싸여 있고 표범 반점 모양을 닮았다. 이 고리들은 철과 인산염을 함유하고 있는데, 이는 미생물이 주도하는 화학 반응의 결과로 지구에서도 볼 수 있다. 호주 퀸즐랜드 공과대학의 천체생물학자이자 퍼시비어런스 팀의 일원인 데이비드 플래너리는 "지구에서 이런 종류의 암석은 종종 지하에 살고 있는 미생물의 화석 기록과 관련된 특징으로, 대단히 놀라운 발견이다"라고 말했다. 화성에서 이런 특징이 집약된 흔적이 발견된 것은 이번이 처음이라고 한다. 체야바 폭포는 네레트바 밸리스(Neretva Vallis)라는 이름의 고대 400m 폭의 강 계곡 가장자리에 위치해 있다. 네레트바 밸리스는 이 지역의 내벽을 따라 흐른다. 한 가지 시나리오는 유기 화합물을 함유한 진흙이 계곡에 버려져 나중에 체야바 폭포 바위로 굳어졌다가 탐사선 샘플로 채취됐을 가능성이다. 형성된 바위에 물이 두 번째 스며들면 발견된 물체의 황산칼슘 혈관과 검은 고리 반점 모양이 만들어졌을 것이다. 바위의 눈에 보이는 특징들이 화성에 고대 미생물이 화성에 살았다는 반박할 수 없는 증거는 아니다. 예를 들어, 관찰된 황산칼슘이 화산 활동 중에 사람이 살 수 없을 정도로 높은 온도에서 바위에 들어갔을 가능성이 있다. 그러한 비생물학적 화학 반응으로 인해 검은 고리 모양의 반점이 생겼을 수 있는지는 아직 알 수 없다. 캘리포니아 공과대학의 켄 팔리 박사는 "레이저와 X-레이로 채취한 바위를 투시하고 상상할 수 있는 거의 모든 각도에서 이미지를 촬영했다. 과학적으로 퍼시비어런스 탐사선은 더 이상 제공할 것이 없다"고 말했다. 과학자들은 이제 수십억 년 전 화성의 고대 강 계곡에서 실제로 무슨 일이 일어났는지 이해하기 위해 샘플을 지구로 가져와 상세히 조사한다는 계획이다. 그러나 샘플을 지구로 가져오는 비용이 110억 달러로 너무 과도해 난관에 봉착혔다. 샘플을 이동시킬 차량의 배치 및 샘플 적재, 적재된 샘플을 궤도로 발사하고 이를 다시 우주선이 회수해 지구로 보내지는 복잡한 과정이다. 나사는 산업 및 학계에서 제안한 더 간단한 대안을 평가하고, 7개 회사와 150만 달러 규모의 계약을 체결했다. 나사의 자체 연구 센터 3곳도 연구를 수행하고 있다.
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2024-07-30
[퓨처 Eyes(43)] 일본, 도쿄-오사카 500km 컨베이어 벨트 건설...물류 혁신의 신호탄?

일본이 도쿄에서 오사카까지 무려 500km가 넘는 구간에 컨베이어 벨트를 건설해 물류 이동 속도를 획기적으로 높이겠다는 야심찬 계획을 발표했다. 전 세계 물류 회사들이 24시간 운행 가능한 완전 자율주행 트럭에 주목하는 가운데, 일본은 배달 기사 부족 문제에 대한 독특한 해결책을 제시한 셈이다. 참고로 서울에서 광주까지는 약 300km, 서울에서 부산까지는 약 400km임을 감안한다면, 도쿄-오사카 간 거리는 상당히 먼 거리다. 이러한 일본의 컨베이어 벨트 건설 계획은 슈퍼카블론디, 카스쿱스 등 다수 자동차 전문 매체의 주목을 받고 있다. 일본 국토교통성은 6월 보고서를 통해 트럭 운전사 부족 문제를 해결하기 위한 획기적인 계획을 발표했다. '오토플로우 로드(Autoflow Road, 자동 흐름 도로)'라는 이름의 이 컨베이어 벨트 시스템은 도쿄와 오사카를 연결하며, 대형 공항 수하물 컨베이어 벨트와 비슷한 형태로 주요 도로 옆이나 아래에 설치될 예정이다. 자동화된 전기 카트를 이용해 특수 제작된 경로를 따라 물품을 이동하는 방식도 대안으로 고려되고 있다. 24시간 쉬지 않고 운영되는 이 시스템은 이론적으로 매일 2만5000명의 트럭 운전사가 운송하는 것과 같은 양의 화물을 처리할 수 있다. 인구 감소와 운전 시간 규제 강화로 인해 2020년 66만 명이었던 일본 트럭 운전사 수는 2030년 48만 명으로 감소할 것으로 예상되기 때문에, 이러한 시스템은 일본 물류 산업에 큰 변화를 가져올 수 있다. 보고서에 따르면, 일본의 트럭 운전사 부족 현상은 일부 지역에서 41%에 달하며, 대책이 마련되지 않으면 2030년에는 배송 물량의 30%가 최종 목적지에 도달하지 못할 수도 있다. 아직 승인되지는 않았지만, 재팬타임스는 정부 보고서에는 컨베이어 벨트 계획이 2034년 출시를 목표로 하고 있다고 전했다. 2만5000대의 트럭이 도로에서 사라진다면 교통 체증 완화, 탄소 배출 감소, 트럭 운송 문제 해결에 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트 시스템은 이미 전 세계 일부 지역에서 시험 운영되고 있어, 일본의 계획이 실현될 가능성은 충분하다. 일본의 리가타야마 석회석 광산에서는 이미 23km 길이의 컨베이어 벨트를 사용하고 있으며, 아프리카에서는 100km 길이의 시스템으로 광산과 항구 사이에 인산염을 운반하고 있다. 하지만 건설 비용은 막대할 것으로 예상된다. 일본 정부는 아직 공식적인 추정치를 제공하지 않았지만, 재팬타임스는 약 230억 달러(3조7000억 엔)에 달할 것으로 예상한다. 요미우리 신문은 오토플로우 로드 건설 비용이 10km 구간당 5800만 달러(약 93억 7000만엔, 약 800억원)에 달할 것으로 추산했다. 게다가 10년 후 인프라가 완공될 때쯤에는 자율주행 기술이 현재보다 훨씬 발전할 가능성이 높아, 컨베이어 벨트 건설의 실효성에 대한 의문도 제기된다. 컨베이어 벨트의 장점 컨베이어 벨트는 운송 효율성 증대와 인력 부족 문제 등을 해결할 수 있다. 또한 교통 체증 완화와 환경 문제 등에도 도움이 될 수 있다. 컨베이어 벨트는 자동화된 시스템으로 24시간 운영이 가능하며, 대량의 화물을 빠르고 효율적으로 운송할 수 있다. 일본의 경우처럼 트럭 운전사 부족 문제를 해결하고 인건비 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 도로 위 트럭 운행 감소로 교통 체증을 완화하고 탄소 배출량을 줄여 환경 보호에 기여할 수 있다. 자동화 시스템으로 유지 보수가 비교적 간편하며, 고장 발생 시 신속한 대응이 가능하다. 게다가 운전자의 피로, 부주의 등으로 인한 사고 위험을 줄이고, 안전한 운송 환경을 조성할 수 있다. 초기 비용과 기술적 한계 극복해야 컨베이어 벨트는 분명 물류 시스템에 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 지녔다. 하지만 동시에 극복해야 할 과제도 만만치 않다. 우선 막대한 금액의 초기 투자 비용과 높은 전력 소비, 기술적 한계 등의 단점도 있다. 컨베이어 벨트 시스템 구축에는 막대한 초기 투자 비용이 필요하다. 또한 시스템 유지 보수 및 전력 소비 등으로 인해 운영 비용이 높을 수 있다. 컨베이어 벨트는 주로 규격화된 화물 운송에 적합하며, 특수 화물이나 다양한 크기의 화물 운송에는 제약이 있을 수 있다. 폭설, 폭우 등 기상 악화 시 시스템 운영에 차질이 발생할 수 있으며, 야외에 설치된 경우 화물 손상 가능성도 있다. 현재 기술 수준으로는 완벽한 자동화 및 안전성 확보가 어려운 점 등 기술적 한계가 있을 수 있다. 일본 정부는 컨베이어 벨트 시스템을 통해 물류 효율성을 극대화하고, 배송 운전자 부족 문제와 늘어나는 화물 수요에 효과적으로 대응하며, 온실가스 배출량 감축에도 기여할 수 있을 것이라 기대한다. 하지만 10km 구간당 800억 엔이라는 막대한 건설 비용은 여전히 풀어야 할 숙제다. 컨베이어 벨트, 과연 물류 시스템의 구원투수가 될 수 있을까? 아니면 빛 좋은 개살구로 전락할까? 막대한 비용 문제를 해결하지 못한다면 장밋빛 미래는 요원할 수 있다. 일본 정부의 신중한 검토와 현명한 결정이 필요한 시점이다.
- 포커스온
2024-07-11
[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견

미국 항공우주국(나사·NASA)의 소행성 연구 우주 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 소행성 베누(Bennu)로부터 채취한 4.3온스(121.6g)의 샘플을 분석한 결과 생명체의 구성 요소인 인산염이 발견됐다. 나사는 공식 홈페이지에서 "오시리스-렉스 샘플 분석팀은 소행성 베누가 우리 태양계를 형성하는 성분들을 함유하고 있음을 발견했다"고 밝혔다. 베누의 먼지에는 생명체에 필수적인 구성 요소인 탄소와 질소, 유기 화합물이 풍부한 것으로 나타났다는 것. 지구로 가져온 베누 샘플에는 또한 마그네슘-나트륨 인산염이 포함돼 연구팀을 놀라게 했다. 이는 베누 우주선이 수집한 원격탐사 데이터에서는 나타나지 않았었다. 점토 광물, 특히 사문석(뱀 문양의 돌)이 대부분인 이 샘플은 지구 지각 아래층 맨틀 물질이 물과 만나는 지구의 대양 중간 능선에서 발견되는 암석과 유사한 유형이다. 지구로부터 떨어져 나갔을 가능성을 시사하는 대목이다. 이는 점토 형성에 그치지 않고 탄산염, 산화철, 황화철 등 다양한 광물을 만들었다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 수용성 인산염의 존재였다. 인산염은 오늘날 지구상에 알려진 모든 생명체의 생화학 구성 요소다. 지난 2020년 JAXA(일본우주항공연구개발기구)의 하야부사2 임무에서 채취한 소행성 류구(Ryugu) 샘플에서도 유사한 인산염이 발견됐었다. 그러나 베누 샘플에서 검출된 마그네슘-나트륨 인산염은 어떤 운석 샘플에서도 유례가 없을 정도로 순도가 탁월하다. 연구진은 이것이 베누의 역사에 대한 귀중한 단서를 제공한다고 지적했다. 연구진의 단테 로레타 애리조나 대학 박사는 "베누 샘플에서 나타난 각종 원소, 특히 인산염의 존재와 상태는 과거 소행성에 물이 존재했음을 암시한다"며 “베누는 과거 한때 습한 행성이었을 수 있지만, 이는 추가 조사가 필요하다"고 말했다. 나사의 제이슨 드워킨 박사도 오시리스-렉스가 과거에는 습했으며 질소와 탄소가 풍부했을 것으로 추정되는 원시 소행성 베누 샘플을 가져왔다"고 밝혔다. 베누는 물이 존재한 역사가 있었을 가능성에도 불구하고, 화학적으로 원소 비율이 태양과 매우 유사한 원시 소행성으로 남아 있다. 로레타는 "가져온 샘플의 구성에서 45억 년 이상 전 우리 태양계 초기 모습을 엿볼 수 있다. 이 샘플은 생성된 이래 녹거나 재응고되지 않은 원래의 상태를 유지하면서 고대의 기원을 보여준다"고 의미를 부여했다. 연구진은 샘플을 통해 소행성 베누에 탄소와 질소가 풍부하다는 사실을 확인했다. 이 원소들은 베누의 물질이 탄생한 환경과 함께, 단순한 원소가 복잡한 분자로 변환하는 화학적 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. 지구상의 생명체의 기원을 밝히는 기초를 마련할 가능성도 있다. 태양계 형성의 복잡한 과정과 지구에 생명체가 출현한 프리바이오틱 화학을 밝히는 열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 향후 수 개월 안에 미국과 전 세계의 연구소가 휴스턴에 있는 나사의 존슨 우주센터로부터 베누 샘플의 일부를 제공받게 된다. 베누 샘플 분석이 활발해지고, 더 많은 연구 결과가 발표될 것이라는 기대다. 2016년 9월 발사된 오시리스-렉스 우주선은 지구 근처 소행성 베누로 이동해 베누 표면에서 암석과 먼지 샘플을 수집했고 2023년 9월 이 샘플을 지구로 가져왔다. 나사의 고다드 우주 비행센터가 오시리스-렉스 임무를 관리했다. 이 임무는 국제적인 협력 아래 이루어졌으며 CSA(캐나다 우주국), JAXA 등이 함께했다.
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2024-06-28
손소독제 등 가정용 화학용품, 자폐증 유발 가능성 제기

손소독제나 세탁 세제 등 개인 위생용품과 가구에서 발견되는 화학물질을 포함한 특정 가정용 화학물질은 뇌 건강에 위험을 초래해 잠재적으로 다발성 경화증과 자폐증을 유발할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 25일(현지시간) 뉴로사이언스뉴스닷컴에 따르면 미국 오하이오주의 케이스 웨스턴 리저브 대학교 의과대학 연구팀은 1800가지 화학물질을 조사한 결과 가구에서 헤어 제품에 이르기까지 다양한 품목에서 발견되는 일반 가정용 화학물질이 다발성 경화증과 자폐 스펙트럼 장애와 관련이 있을 수 있다고 주장했다. 연구팀은 일부 가정용 화학물질이 신경 세포 보호에 필수적인 역할을 하는 뇌의 희소돌기아교세포(올리고덴드로세포·oligodendrocytes)를 손상시킨다는 사실을 규명했다. 생쥐 실험에서 세 가지 4차 화합물 중 하나를 경구 투여한 새끼는 며칠 후 뇌 조직에서 해당 화학 물질이 검출 가능한 수준으로 나타났다. 이는 해당 화합물이 혈류와 뇌 세포 사이의 보호 요새인 혈액 뇌 장벽을 통과할 수 있음을 시사한다. 신경학적 문제는 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치지만 유전적 요인만으로 설명할 수 있는 경우는 극히 일부에 불과하다. 이는 알려지지 않은 환경적 요인이 신경 질환의 중요한 원인임을 나타낸다. 이 연구의 수석 연구자인 폴 테사르(Paul Tesar) 도널드 앤드 루스 웨버 굿맨 혁신 치료학 교수 겸 의과대학 신경교과학연구소 소장은 "희소돌기아교세포의 손실은 다발성 경화증 및 기타 신경 질환의 기초가 된다"고 말했다. 테사르 소장은 "이번 연구는 소비자 제품의 특정 화학물질이 희소돌기아교세포에 직접적으로 해를 끼칠 수 있으며, 이는 이전에는 인식되지 않았던 신경 질환의 위험 요인이라는 것을 보여준다"고 설명했다. 1800가지 화학물질 분석 연구팀은 '화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 철저한 연구가 충분히 이루어지지 않았다'는 전제하에 인간에게 노출될 수 있는 1800여 가지 화학물질을 분석했다. 연구 결과 유기인산계 난연제와 소독제 성분의 제4급 암모늄 화합물 등 두 종류의 가정용 화학물질이 희소돌기아교세포에 더욱 유해한 것으로 밝혀졌다. 유기인산 난연제는 플라스틱의 내연소성을 높이기 위해 추가하는 첨가제다. 특히 제4 암모늄 화합물은 최근 코로나19 대유행과 함께 소독제 사용량 증가로 인해 노출 가능성이 급격히 높아졌다. 연구팀은 이들 화학물질이 희소돌기아교세포의 성숙을 저해하거나 직접 세포 사멸을 유발한다는 사실을 규명했다. 희소돌기아교세포는 뇌 신경 세포를 보호하는 절연막 생성에 중요한 역할을 하는 세포다. 연구팀은 실험실에서 세포 및 오가노이드 시스템을 사용해 제4급 암모늄 화합물이 희소돌기아교세포를 사멸시키는 반면 유기인산염 난연제는 희돌기아교세포의 성숙을 막는다는 것을 보여줬다. 코로나19 후 손소독제 등 사용증가 또한 연구팀은 동일한 화학물질이 생쥐의 발달 중인 뇌에서 희돌기아교세포를 어떻게 손상시키는지 확인했다. 아울러 화학물질 중 하나에 대한 노출이 어린이들의 신경학적 결과 저하와 관련있다는 사실도 밝혀냈다. 소독제인 제4급 암모늄 화합물의 사용이 증가하면서 특히 어린이의 신경학적 결과와 연관된 맥락에서 뇌에 미치는 장기적인 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학 의료 과학자 훈련 프로그램의 수석 저자이자 대학원생인 에린 콘(Erin Cohn)은 "우리는 다른 뇌 세포가 아닌 희소돌기아교세포가 제4급 암모늄 화합물과 유기인산염 난연제에 놀랍도록 취약하다는 사실을 발견했다"고 말했다. 콘 연구원은 "이러한 화학 물질에 대한 인간의 노출을 이해하면 일부 신경계 질환이 어떻게 발생하는지에 대한 누락된 연결 고리를 설명하는 데 도움이 될 수 있다"고 설명했다. 연구에서 콘과 동료 연구팀은 2013년부터 2018년까지 미국 CDC의 국민건강영양조사에서 수집한 어린이 소변 샘플에서 한 가지 난연제 대사산물인 BDCIPP의 수순을 연구해 난연제 수치를 분석했다. 3~11세 어린이 1763명 중 거의 모두의 소변에서 BDCIPP가 발견됐다. 가장 높은 수준의 사람들은 노출이 낮은 사람들보다 운동 기능 장애나 교육 지원 요구 사항과 같은 부정적인 신경 발달 결과를 경험할 가능성이 2배, 6배 더 높았다. 그러나 관찰 데이터는 직접적인 원인이 아닌 연관성을 가리킬 뿐이다. 이 연구처럼 대부분의 데이터가 동물과 세포에서 나온 것이기 때문에 이러한 화학물질이 인간에게 미치는 영향에 대한 이해에는 여전히 큰 차이가 있다. 연구팀은 그렇기 때문에 특히 어린이를 대상으로 이러한 화합물이 건강에 미치는 영향을 지속적으로 조사해야 한다고 주장했다. 이들은 "발달 중인 중추신경계는 환경에 특히 민감하며, 화학물질 노출이 중요한 발달 시기에 발생하면 어린이에게 특히 해로울 수 있다"고 말했다. 전문가, 추가 조사 필요성 강조 한편, 전문가들은 이러한 화학물질에 대한 인체 노출과 뇌 건강에 미치는 영향 사이의 연관성에 대해서는 추가 조사가 필요하다고 경고했다. 이 획기적인 연구는 이러한 화학물질이 신경계 질환에 미치는 영향에 대한 추가 조사의 필요성을 시사하며 공중 보건을 위해 보다 엄격한 조사와 규제가 필요하다는 점을 강조한다. 향후 연구에서는 성인과 어린이의 뇌에서 화학물질 수준을 추적하여 질병을 유발하거나 악화시키는 데 필요한 노출의 양과 기간 등을 밝혀내야 한다. 테사르 소장은 "우리의 연구 결과는 이러한 일반적인 가정용 화학물질이 뇌 건강에 미치는 영향에 대한 보다 포괄적인 조사가 필요하다는 것을 시사한다"고 말했다. 그는 "우리의 연구가 화학물질 노출을 최소화하고 인간의 건강을 보호하기 위한 규제 조치 또는 행동 개입에 관한 정보에 입각한 결정에 기여할 수 있기를 바란다"고 말했다. 이번 연구는 뇌 질환 발생에 미치는 환경적 요인의 중요성을 다시 한 번 확인시켜주며, 신경 질환 예방을 위한 화학물질 규제 및 사용 제한 필요성을 제안한다. 케이스 웨스턴 리저브 의과대학과 미국 환경보호청의 벤자민 클레이튼, 마유르 마다반, 크리스틴 리, 사라 야콥, 유리 페도로프, 마리사 스카부조, 케이티 폴 프리드먼, 티모시 셰퍼 등이 이 연구에 추가로 참여했다. 이번 연구 결과는 '네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-03-26
[신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬

배터리 소재 스타트업인 코어쉘(Coreshell)은 저렴한 리튬 이온 배터리 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 미국 기술전문매체 티크크런치는 15일(현지시간) 코어쉘이 야금용 실리콘을 활용한 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극으로 만든 전기차 배터리를 내년부터 양산에 들어간다 보도했다. 회사에 따르면 kWh당 최대 30% 저렴한 비용으로 비교할 수 없는 충전 성능과 안전성을 갖춘 배터리를 만들 수 있다. 야금 등급 실리콘은 고순도 실리콘보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다는 설명이다. 현재 전기자동차(EV) 보급의 가장 큰 장애물 중 하나는 비용이다. 소비자들은 현재 대부분의 전기자동차는 휘발유 차량보다 가격이 높아 구매를 망설이고 있다. 실리콘은 리튬이온배터리의 음극 단자인 양극에서 흑연을 대체할 수 있는 잠재력이 있다. 실리콘과 흑연 모두 배터리가 충전 중일 때 리튬 이온을 받아들이고 저장한다. 실리콘은 훨씬 더 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 단점이 있다. 충전할 때 양극이 부풀어 오르는 경향이 있다. 흑연 음극은 약간 부풀뿐 크게 팽창하지는 않는다. 하지만 실리콘 양극은 충전할 때 풍선처럼 부풀어 원래 크기의 몇 배까지 팽창할 수 있다. 이를 보완할 수 있는 소재가 없으면 충전과 방전을 반복하면 양극이 무너질 수 있다. 실리콘 음극 기술 개발 경쟁 이에 실리콘의 배터리 성능 향상 잠재력을 인식한 여러 스타트업은 실리콘의 팽창 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대부분의 접근 방식은 실리콘의 팽창 특성을 수용하기 위해 특수한 미세 구조를 사용한다. 이들 기업은 자체 개발 배터리를 제조하기 위해 더욱 정제되고 비용이 높은 실리콘을 사용한다. 결과적으로 실리콘 음극은 현재까지 가격 프리미엄을 보다 쉽게 흡수할 수 있는 소비자 전자 제품 및 고급 전기자동차 시장을 타겟으로 했다. 코어쉘은 이전에는 다양한 배터리 재료의 성능 저하를 늦추는 코팅 기술에 주력했지만, 현재는 실리콘 전문 기업으로 전환했다. 조나단 탄 코어쉘 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 테크크런치와의 인터뷰에서 "우리는 2년 전 야금용 실리콘 분야에서 획기적인 발전을 이루었다"라고 말했다. 그는 야금용 실리콘 코팅은 충전 및 방전 사이클을 통해 재료를 유지하는 데 도움이 되는 탄력적인 특성을 가지고 있으며 표면 저하도 방지한다고 강조했다. 탄 CEO는 "시장에 출시한 이 기술은 내년부터 상용화에 집중할 것"이라고 밝혔다. 야금 등급 실리콘, 흑연 비용의 절반 탄 CEO는 지난 14일(현지시간) 국제 배터리 세미나의 프레젠테이션에서 야금 등급 실리콘은 고순도 옵션보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다고 말했다. 코어쉘은 이번 주 금속 생산업체인 페로글로브와 야금용 실리콘 공급 계약을 체결했다. 야금용 실리콘은 전 세계 흑연 공급망을 쥐고 있는 중국을 벗어날 수 있는 지정학적 파급 효과도 있다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 전 세계 흑연 음극 공급망의 4분의 3이 중국을 통과한다. 이로 인해 배터리 제조업체와 자동차 제조업체는 곤경에 처해 있다. 미국에서 전기차에 대한 세금 공제 혜택을 받으려면 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 배터리 소재의 최소 비율을 미국산 또는 미국과 자유무역협정을 맺은 국가에서 조달해야 한다. 이 비율은 2028년에 90%까지 늘어날 예정이다. 실리콘은 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 동일한 용량의 배터리는 흑연에 비해 재료가 더 적게 들어간다. 코어쉘은 이를 감안해 미국이 수요를 충족하기에 충분한 금속 실리콘을 보유해야 한다고 추정했다. 또한 금속 실리콘은 흑연보다 가격이 저렴하기 때문에 중국산 흑연을 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극 코어쉘이 생산하는 첫 번째 제품은 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극이 될 예정이다. LFP 음극은 니켈-망간-코발트(NMC) 등 전기차에 사용되는 다른 화학 물질보다 저렴하고 안전하며, 중국 외 지역에서 쉽게 구할 수 있다. 이러한 이점에도 불구하고, 자동차 제조업체들은 NMC에 비해 에너지 밀도가 낮다는 점 때문에 LFP의 광범위한 적용을 망설여 왔다. 그러나 실리콘 음극과의 결합은 이러한 에너지 밀도의 차이를 해결할 것으로 보인다. 코어쉘은 실리콘 음극을 사용함으로써, 흑연 음극을 사용하는 기존의 NMC 배터리에 비해 LFP 배터리가 경쟁 우위를 가질 수 있다고 전망했다. 한편, 코어쉘은 기술을 확장하고 상용화해야 하는 과제가 있다. 이 과정은 쉽지 않으며, 초기 시장은 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 듄 버기 같은 e-모빌리티 분야가 될 것으로 보인다. 이와 관련해, 코어쉘은 1960년대 상징적인 듄 버기를 제작한 마이어스 맨스(Meyers Manx)와 파트너십을 체결했다. 현재는 자체적으로 재료를 생산하고 있으나, 기술을 라이선스하고 공급업체와 더 긴밀히 협력하는 방안에도 열려 있다. 이 회사는 2025년까지 파트너사에 첫 번째 샘플(A-샘플)을 제공할 계획이다. 또한 10년 내에 자사의 기술이 전기차에 탑재되기를 기대하고 있다. 경쟁 업체인 실라(Sila)와 그룹 14(Group14)도 2025년까지 상업 생산을 목표로 하고 있다. 실리콘 음극 재료는 현재 비용이 더 높지만, 대량 생산과 축적된 경험을 통해 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 자동차 제조업체들에게 이는 매력적인 옵션이 될 수 있다. 모든 배터리 혁신이 시장의 요구를 충족시키는 것은 아니지만, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 효율적으로 계속 발전하려면, 다양한 접근 방식이 필요하다. 코어쉘의 기술이 성공적으로 입증된다면, 중국에 대한 의존도를 줄이면서도 비용 효율적인 배터리 개발로 나아가는 새로운 방향을 제시할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-16
캐나다 화산호수, 생명의 기원 새로운 가능성 제시

캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교의 연구팀이 화산암반 위에 위치한 '라스트 찬스 호수(Last Chance Lake)'에서 주목할 만한 발견을 했다. 이 호수에서는 지구상의 자연 수역 중에서 가장 높은 농도의 인산염이 검출되었으며, 이는 지구상의 생명 기원과 연관될 수 있다는 가능성을 제시했다. 18일(현지시간) 인도 매체 인디아 타임즈에 따르면 연구팀은 2021년부터 2022년까지의 연구에서 캐나다 브리티시 컬럼비아 주에 있는 이 호수의 물과 퇴적물 샘플 분석을 통해, 인산염과 인을 축적하는 데 유리한 탄산염 광물인 돌로마이트가 풍부하다는 사실이 밝혀졌다. 인산염은 생명체 분자의 핵심 구성 요소로, 리보핵산(RNA), 디옥시리보핵산(DNA), 아데노신 삼인산(ATP) 등에 필수적인 역할을 한다. 돌로마이트(Dolomite)는 탄산칼슘(CaCO₃)과 탄산마그네슘(MgCO₃)으로 이루어진 퇴적암으로, 약 40억 년 전의 원시 지구 환경에서 흔히 발견되던 광물이다. 이러한 발견은 라스트 찬스 호수가 초기 지구 환경과 유사한 특성을 가지고 있음을 시사하며, 생명의 기원에 대한 연구에 중요한 단서를 제공할 수 있다. 18일 CNN은 연구의 공동 저자인 워싱턴 대학교 지구과학 데이비드 캐틀링 교수는 화산암 위에 위치한 얕고 짠 수역인 라스트 찬스 호수는 고대 지구의 탄산염이 풍부한 호수가 '생명의 요람'이었을 수 있다는 단서를 담고 있다고 전했다. 캐틀링은 "우리는 사람들이 자연에서 생명의 구성 요소를 합성하는 데 사용하는 특정 조건을 찾을 수 있었다"고 말했다. 그는 "우리는 생명의 기원에 대한 매우 유망한 장소를 가지고 있다고 생각한다"고 덧붙였다. 캐틀링과 그의 동료들은 문헌 검토를 통해 1990년대 미발표 석사 논문에서 비정상적으로 높은 수준의 인산염이 기록된 것을 발견한 후 이 호수를 연구 대상으로 처음 알게 되었다. 하지만 연구자들은 직접 눈으로 확인해야만 했다. 라스트 찬스 호수는 수심이 1피트(30.48cm)를 넘지 않다. 해발 1000미터(3280피트)가 넘는 브리티시 컬럼비아의 화산 고원에 위치한 이 호수에는 지구상의 자연 수역 중 가장 높은 수준의 농축 인산염이 함유되어 있다. 세바스찬 하스(Sebastian Haas) 박사가 이끄는 브리티시 컬럼비아 대학교 연구팀은 이 연구 결과를 바탕으로 지난 1월 9일 '화산 호수가 생명의 기원을 위한 가능한 환경을 제공했을 수 있다'라는 제목의 논문을 네이쳐(Nature) 저널에 게재했다. 이 발견은 생명체가 어떻게 시작되었는지에 대한 과학적 이해를 발전시킬 수 있다. 라스트 찬스 호수와 같은 독특한 환경을 연구함으로써 과학자들은 고대 역사의 수수께끼를 해결해 나갈 수 있다. 그러나 라스트 찬스 호수가 생명의 기원과 실제로 연관되어 있는지, 그리고 그 환경이 40억 년 전의 지구 환경과 얼마나 유사했는지를 확인하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 이 연구는 생명의 기원에 대해 새로운 시각을 제공하며, 앞으로 화산 호수와 같은 독특한 환경에 대한 연구가 활발히 이루어질 것으로 전망된다. 과학자들은 라스트 찬스 호수와 생명의 기원 사이의 실제 연관성을 밝히기 위해 지속적으로 연구를 수행할 계획이다.
- 산업
2024-02-19
포스코퓨처엠, 흑연 100% 국산화 도전⋯수입 원료 활용 검토

포스코퓨처엠은 흑연의 국내 생산을 촉진하기 위해 다양한 원료 수입을 포함한 여러 방안을 모색하고 있다고 밝혔다. 김준형 포스코퓨처엠 사장은 15일 서울 서초구 JW메리어트 호텔에서 열린 한국배터리산업협회 이사회 및 총회에서 기자들과의 만남에서, 흑연의 국내 생산화가 시급한 과제임을 강조하며, 이 분야에서 포스코퓨처엠이 중요한 역할을 해야 한다고 말했다. 이차전지 음극재의 주요 원료는 천연흑연과 인조흑연으로 구분된다. 포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 이차전지 음극재를 생산하는 기업으로, 세종에 위치한 공장에서 천연흑연 기반의 음극재를 생산하고 있다. 지난해 중국의 흑연 수출 통제 조치가 시행되면서, 중국에 의존하던 흑연 수입 구조의 문제가 드러났다. 이에 포스코퓨처엠은 포스코인터내셔널을 통해 중국 외의 지역인 마다가스카르와 탄자니아 등에서 천연흑연 원료를 확보하고 있음을 밝혔다. 중국은 지난해 10월 20일, 이차전지 음극재의 핵심 원료인 구상흑연을 포함한 고민감성 흑연을 수출 통제 대상에 추가함으로써, 국내외 배터리 및 관련 산업계에 긴장감을 고조시켰다. 중국 상무부와 해관총서(세관)가 발표한 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선 및 조정에 관한 공고'에 따르면, 이러한 수출 통제 조치는 지난해 12월 1일부터 시행되었다. 공고에는 기존에 통제 대상이었던 인조흑연뿐만 아니라, 이차전지 음극재에 사용되는 고순도 천연흑연도 통제 대상에 추가했다고 명시하고 있다. 지난해 1월부터 9월까지의 기간 동안, 우리나라가 중국으로부터 수입한 흑연 제품의 의존도는 천연흑연의 경우 97.7%, 인조흑연은 94.3%에 달했다. 이러한 상황에서 김 사장의 발언은 중국에 대한 천연흑연 수입 의존도를 줄이고 수입처 다변화를 추진하려는 의도로 해석된다. 또한, 포스코퓨처엠은 포항에 위치한 공장에서 국내 유일의 인조흑연 생산을 담당하고 있다. 이 공장에서는 포스코 제철 공정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 사용하여 원재료부터 최종 제품까지의 전 과정을 국내에서 완성, 국산화를 실현하고 있다. 최근 미국의 인플레이션 감축법(IRA)과 유럽연합(EU)의 핵심 원자재법(CRMA) 등 글로벌 공급망 강화 조치가 잇따르는 가운데, 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 공장은 국가적인 공급망 강화에 있어 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 지난해 중국이 흑연 수출통제를 시작했을 때, 포스코퓨처엠이 국내에서 인조흑연을 100% 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있음이 크게 주목받았다. 포스코퓨처엠은 현재 연간 8000톤 규모의 인조흑연을 생산하고 있으며, 이를 올해 안에 1만8000톤까지 증대할 예정이다. 또한, 2025년 말까지 총 4000억 원을 추가 투자해 현재 생산 규모를 2배 이상으로 확장할 계획임을 발표했다. 또 김 사장은 장인화 신임 회장 후보 내정 이후 그룹 차원의 이차전지 투자 축소 가능성에 대한 질문에 대해, 그와 관련된 어떤 정보도 듣지 못했으며 신임 회장 후보와도 만난 적이 없고 어떠한 지침도 받지 않았다고 답변했다. 한편, 김 사장은 올해 포스코퓨처엠의 과제로는 인조흑연 생산 확대와 함께 리튬인산철(LFP) 생산 준비를 꼽았다. 특히, LFP 양극재의 양산 시점에 대해 김 사장은 이 문제가 단순하지 않으며, 국내에서의 투자가 어려워 글로벌 시장으로 확장을 고려해야 하는지에 대해 심각한 고민 중이라고 말했다. LFP 양극재는 리튬 이온 배터리의 한 종류로 사용되는 양극 소재다. 이 소재는 리튬 이온, 철(Fe), 인산염(PO₄)으로 구성되어 있다. LFP 배터리는 열에 안정적으로 고온에서 화재나 폭발 위험이 낮다. 일반적으로 다른 리튬 이온 배터리 소재보다 더 긴 수명을 갖는다. 그러나 LFP 배터리는 에너지 밀도가 다른 리튬 이온 배터리 소재보다 낮은 편이므로, 같은 양의 에너지를 저장하기 위해 더 큰 무게나 부피가 필요할 수 있다는 단점이 있다. 이는 전기차의 주행 거리에 영향을 미칠 수 있다. 김 사장은 하이니켈 단결정 양극재의 공급에 대해서 "지난해 고객의 요구 사항을 충족시키는 것이 우리의 의무임을 깊이 깨달았다. 품질과 수량 면에서 많은 교훈을 얻었다"고 말했다. 그는 이어서 "올해는 계획에 따라 생산이 원활하게 진행될 것으로 확신한다"고 덧붙였다. 하이니켈 단결정 양극재는 리튬 이온 배터리의 양극재 중 하나로, 니켈의 함량이 높은 단결정 구조를 가진 소재를 말한다. '하이니켈(High-Nickel)'은 니켈(Ni) 함량이 높다는 것을 의미하며, 이는 배터리의 에너지 밀도를 높여주는 주요 요소 중 하나다. 니켈의 비율이 높을수록 배터리는 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 되어, 전기차의 주행 거리를 증가시킬 수 있다. 단결정 양극재는 결정 구조가 단일한 형태로 되어 있어, 다결정 양극재에 비해 화학적, 물리적 안정성이 더 높다. 이러한 단결정 구조는 배터리의 수명을 연장하고, 고온에서의 성능 저하를 줄이는 데 도움을 준다. 특히, 고온에서의 안정성과 장기적인 성능 유지가 중요한 전기차 배터리에 적합한 소재로 평가된다. 하이니켈 단결정 양극재는 고성능 전기차 배터리에 필요한 높은 에너지 밀도와 우수한 안정성을 제공하는 핵심 소재 중 하나로, 배터리 산업에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나, 니켈 함량이 높아질수록 코발트(Co)와 같은 다른 금속의 비율을 줄여야 하기 때문에, 소재의 가격과 공급망, 환경적 영향 등 여러 측면에서의 고려가 필요하다. 김 사장은 "고객들이 단결정 양극재를 선호하고 있어, 포항과 광양의 생산 시설에서 이를 준비하고 있다. 고객의 요구에 부응하는 공급을 할 계획이다. 현재 생산 수율도 목표에 도달하고 있다"고 밝혔다.
- 산업
2024-02-15
뉴질랜드 스타트업, 우드칩으로 전기차 배터리용 흑연 생산

뉴질랜드에 본사를 둔 한 스타트업이 우드칩을 사용하여 전기자동차(EV) 배터리에 사용할 수 있는 인조 흑연을 만들었다. 미국 매체 비즈니스인사이더(businessinsider)는 스타크업 카본스케이프(CarbonScape)가 목재 제조 폐기물을 가열해 대체 흑연을 생산한다고 보도했다. 이 업체는 탄소가 풍부한 재료인 바이오 숯을 만들기 위해 열분해로 알려진 공정을 통해 목재 제조 폐기물을 가열하여 대체 흑연을 생산하고, 그 다음 원료를 밀링해 흑연 형태로 변형시킨다. 회사는 이것을 "지속 가능한 옵션"이라고 말했다. 카본스케이프 이반 윌리엄스(Ivan Williams) CEO는 "우리의 임무는 배터리 산업의 탄소 배출을 줄이는 것"이라며 "이는 공급망 현지화를 포함한 다른 문제도 해결라는 데 도움이 된다"고 말했다. 흑연에 대한 대체 가능한 솔루션을 개발하는 것은 중국산 전기차(EV) 배터리에 대한 의존도를 줄이려는 서방 국가들에게 점점 더 중요한 역할을 하고 있다. 모건스탠리 애널리스트들은 7월 보고서에서 "현재 중국은 많은 전기차가 사용하는 리튬, 철, 인산염 등 LFP 배터리의 최대 생산국 중 하나"라며 "전기차 배터리 공급망의 최대 90%가 중국에 의존하고 있다"고 밝혔다. 중국은 이러한 공급망 지배력을 활용하여 경쟁사보다 배터리를 더 저렴하게 생산하고 결과적으로 더 낮은 가격으로 제공할 수 있다. 그러나, 최근 몇 년간 긴장된 미·중 관계로 인해 서방 국가들은 향후 공급망 중단을 피하기 위한 대안을 모색하고 있다. 미국에 진출한 한국 배터리 업체들은 더욱 타격을 받을 것으로 전망되고 있다. 한국무역협회의 ‘중국 흑연 수출 통제의 영향 및 대응 방안’ 보고서에 따르면, 중국은 첨단 반도체 제조 때 쓰는 갈륨·게르마늄 관련 품목의 수출을 지난 8월부터 통제한 데 이어 12월부터는 흑연 수출도 통제할 계획이다. 흑연은 전기차 배터리에 들어가는 음극재의 핵심 소재로 한국은 올해 1~9월 천연 흑연 제품의 중국 수입 의존도가 97.7%, 인조 흑연은 94.3%에 달하는 등, 사실상 전량을 중국에서 수입하고 있다고 봐도 과언이 아니다. 도원빈 무역협회 연구원은 "중국의 흑연 수출 통제 조치는 미국에 대한 보복성 조치로 해석되는데, 미·중 관계가 더욱 나빠지면 미국에 공장을 둔 우리 배터리 기업이 중국산 흑연을 들여오는 과정이 지연되거나 허가가 반려될 수 있다"고 우려했다. 카본스케이프의 아이디어가 수입을 대처할 수 있다는 주장에 설득력이 있어 보인다. 하지만, 일부 비평가들은 카본스케이프의 아이디어에 대해 의문을 제기했으며, 너무 많은 우드칩이 필요하고 흑연만큼 비용면에서 효율적이지 않다고 지적했다. 그럼에도 불구하고 뉴질랜드 스타트업은 글로벌 EV 생산이 확대됨에 따라 국제적인 주목을 받고 있다. 카본스케이프는 올해 초 유럽의 임산물 회사인 스토라 엔소(Stora Enso)로부터 1800만 달러(약 234억4500만원)의 자금을 확보해 유럽에 새로운 공급망을 열었기 때문이다. 로이터에 따르면 윌리엄스 장관은 "이번 투자는 글로벌 탈탄소화를 위한 배터리 소재의 지속 가능한 조달에 대한 강력한 지지를 표명한 것"이라고 말했다. 홍콩에 본사를 둔 배터리 제조업체인 암페렉스 테크놀로지(Amperex Technology )도 이 회사에 투자했다. 흑연은 미국과 유럽연합(EU)의 핵심 광물이며, 관계자들은 더 많은 현지 광산 생산을 장려하기를 희망하고 있다. 한편, 한국의 경우 중·장기적으로 모잠비크, 브라질, 일본 등으로 흑연 수입처를 다변화해야 하며, 배터리산업에서 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 음극재 기술을 개발해 공급망 리스크를 낮추는 것이 필요하다.
- 산업
2023-12-22
플라스틱 폐기물, 새우 등 해양 소형생물 번식에 악영향

플라스틱 폐기물이 해양으로 유입되면서 해양 생물의 번식에 악영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 가벼운 쓰레기의 경우 조류를 따라 전 세계 해안에 도착하면서 또 다른 해양 환경오염까지 유발하는 등 악순환이 이어지고 있는 상황이다. 해외 매체 인콰이어러(inquirer)는 최근 영국 포츠머스 대학의 연구팀이 플라스틱 폐기물이 새우 등 작은 해양생물의 번식을 방해한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 생태 독성학자인 알렉스 포드(Alex Ford)와 그의 동료들은 특정 종에 대해 몇 가지 화학 첨가물을 테스트했는데, 플라스틱 폐기물에 포함된 화학 첨가물이 갑각류의 행동을 변화시켜 교미 성공률을 감소시키고 있다는 것을 발견했다. 인콰이어러는 인정하지 않을 수도 있지만 인류의 부주의가 환경 오염과 자연의 경로 왜곡을 야기하고 있다고 지적했다. 이 매체는 적극적인 조치가 취해지지 않으면, 우리 생태계의 상당 부분이 심각한 위험에 처할 수 있다고 경고했다. 플라스틱 폐기물, 갑각류 정자수 감소시켜 플라스틱 폐기물이 해양 생태계에 미치는 영향에 대한 연구에서, 작은 갑각류의 정자 수 감소가 관찰됐다. 대부분은 상어와 같은 대형 동물이 해양 생태계에 가장 큰 영향을 미친다고 생각하는데, 새우 등 소형 갑각류는 해양 먹이사슬에서 중요한 역할을 하며, 그들의 손상은 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 수 있다. 알렉스 포드는 “이 생물들은 유럽 해안에서 흔히 발견되며, 물고기와 새 등의 먹이의 상당 부분을 차지한다”며 “예를 들어, 고래는 보통 크릴을 주식으로 하는데 만약 이들이 손상되면 전체 먹이사슬에 영향을 미칠 것”이라고 강조했다. 바로 이 점이 환경 독성학자인 비데미 그린-오조(Bidemi Green-Ojo)와 그의 동료들이 '에치노가마루스마리누스(Echinogammarus marinus)라고 불리는 작은 갑각류 종을 플라스틱에서 발견되는 4가지 화학 첨가물에 노출시킨 이유다. 그린 오조는 “이 네 가지 첨가제가 인체 건강에 미치는 위험에 대해 잘 알고 있기 때문에 이를 선택했다”며 "우리가 조사한 두 가지 화학물질(DBP와 DEHP)은 규제를 받고 있으며 유럽에서는 제품에 사용이 허용되지 않는다“고 말했다. 이어 "다른 두 화학물질은 현재 제한이 없으며 많은 가정용품에서 발견된다"며 "우리는 이러한 화학물질이 수중 짝짓기 행동에 미치는 영향을 테스트하고 싶었다"고 연구 배경을 설명했다. 테스트된 화학물질 중 3개는 영국의 지표수와 지하수에서 검출된 상위 30개 화학물질에 포함되어 있다. 이 물질들은 바다 생물의 행동에 영향을 미치며, 특히 짝짓기 성공률 감소에 기여할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 샘플 화학 물질 중 두 가지인 디부틸 프탈레이트(DBP)와 트리페닐 인산염(TPHP)은 갑각류의 정자 수를 감소시켰다. 알렉스 포드는 연구팀이 실험한 동물들이 환경에서 일반적으로 발견되는 것보다 높은 농도의 화학물질에 노출되었다고 말했다. 그는 이러한 화학물질들이 정자 수에 영향을 미칠 수 있음을 지적했다. 오랜 기간 동안 또는 생활사의 중요한 단계에서 노출된 새우에 대한 추가 실험을 통해 이러한 영향이 더 명확해질 수 있음을 나타냈다. 독도 괭이갈매기 미세플라스틱 오염 한편, 한국의 독도 괭이갈매기 깃털도 미세플라스틱에 오염된 것으로 밝혀져 충격을 안겨줬다. 국제학술지 해양오염학회지 11월호에 실린 '한국 괭이갈매기 깃털에서 미세플라스틱 검출 첫 보고' 논문에 따르면 5㎜ 미만의 미세플라스틱 170ｇ, 73개가 검출됐다. 경희대 한국조류연구소 연구진은 작년 6월 독도와 울릉도에서 괭이갈매기 17마리를 포획한 후 가슴깃을 떼어내 과산화수소수로 처리한 뒤 적외선분광기로 검사했다. 포획한 괭이갈매기의 몸무게는 평균 490ｇ으로, 몸무게의 2%를 미세플라스틱이 차지하고 있었다. 종류별로는 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 각각 26개와 21개로 가장 많이 나왔다. 폴리스타이렌(PS)도 10개, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등도 16개 발견됐다. 체내에 축적된 미세플라스틱이 소화기관에 악영향을 주며, 깃털에 붙은 미세플라스틱은 유기오염물질이나 독성화학물질과 흡착해 건강을 해칠 수 있다. 미세플라스틱이 깃털을 둘러싼 기름막을 흡수하면 방수성과 보온성을 저해해 생존력을 떨어트릴 수 있다.
- 생활경제
2023-12-11
폐배터리 '블랙매스'에서 희토류 재탄생

전세계적으로 내연 자동차의 전동화 추세가 가속화되면서 폐배터리 폐기물 처리 문제가 점점 부각되고 있다. 특히 리튬, 코발트, 니켈 등의 중요한 자원이 한정적이라는 점에서 이러한 자원에 대한 과도한 의존이 환경적, 경제적 위험요소로 지적되어 왔다. 그러나 최근 업계는 이 문제의 해결책으로 배터리 재활용 기술에 주목하고 있다. 특히 배터리 폐기 과정에서 발생하는 '블랙매스(Black Mass)'라는 검은색 덩어리에서 희망의 신호가 보이고 있다. 프랑스의 주요 일간지 프레시트론(presse-citron)에 따르면, '블랙매스(Black Mass)'는 말 그대로 짙은 검정색의 분말 덩어리인데, 배터리 제조과정에서 발생하는 폐기물인 스카프(Scarp, 배터리 제조 공장에서 발생하는 불량품)와 폐배터리를 수거해 분쇄한 가루를 지칭한다. 이때 폐배터리를 기술적으로 안전하게 파쇄해야 하며, 이 과정에서 니켈, 코발트, 리튬, 망간 등 가치 있는 희토류 원소들을 고순도로 추출해 내는 기술이 매우 중요하다. 이러한 기술을 활용하면 희소 금속에 대한 의존성을 대폭 감소시킬 수 있을 것으로 보인다. 외신 보도에 따르면, 2030년까지 리튬은 15%, 니켈은 11%, 코발트는 44%의 재활용 소재 비중으로 증가할 것으로 예상된다. 유럽연합(EU)은 2023년까지 재활용 배터리 비율을 최대 73%까지 높이는 내용의 새로운 법안을 채택했다. 다만, EU에서는 국가별로 재료 분류가 달라 블랙매스의 대규모 생산 절차가 좀 복잡하다. '유해 폐기물'이라는 라벨이 부착되면 경제협력개발기구(OECD) 회원국만 수출할 수 있기 때문이다. 또 철, 리튬, 인산염 등을 기반으로 하는 새로운 유형의 배터리 출현도 걸림돌이다. 배터리 찌꺼기에 불과했던 블랙매스는 전기차 확산과 자원의 한계라는 측면에서 볼 때 상당한 이점을 가지고 있다. 이 분야에서 선두에 있는 한국 기업 SK에코플랜트는 경주에 첫 배터리 리사이클링 공장을 구축한 것으로 알려져 미래의 친환경 에너지 솔루션으로서의 가능성을 제시하고 있다. SK에코플랜트는 2026년까지 매년 1만 톤의 블랙매스를 처리할 계획이다. 이는 한국에서 처음으로 건설된 이차전지 재활용 공장이다. 이 회사는 자체 개발한 용매추출 공정을 활용하여 후처리 공정의 경쟁력을 강화하겠다는 전략이다. 또한, 유럽, 미국, 아시아와 같은 배터리 산업의 중심지와 전기차가 널리 보급된 지역에 거점을 마련했다. 박경일 SK에코플랜트 사장은 "전기차 확산 본격화와 한정적인 자원 속에서 이차전지 리사이클링 사업은 선택이 아닌 필수"라며, "글로벌 폐배터리 수거망을 확보한 SK에코플랜트는 이번 경주 리사이클링 사업 추진으로 국내는 물론 글로벌 배터리 리사이클링 시장을 선점해 나갈 것"이라고 밝혔다.
- IT/바이오
2023-09-14