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[ESGC] 미세플라스틱, 중금속 체내 전달 경로 될 수 있어⋯과학계 경고
- 전 세계적으로 매년 3억 8900만 톤 이상 배출되는 플라스틱 쓰레기 중 상당량이 해양과 산악 지형은 물론, 인체 내부에서도 확인되고 있다. 이 가운데 미세플라스틱이 중금속을 흡착해 인체로 유입될 수 있다는 연구 결과가 제시되면서, 미세플라스틱 오염이 단순한 환경 문제를 넘어 잠재적 건강 위협 요인으로 부각되고 있다. 9일(현지시간) 더쿨다운(TCD)에 따르면 미국 뉴저지공과대학교(NJIT) 연구팀은 최근 학술지 케미칼·엔지니어링뉴스(Chemical & Engineering News, C&EN)에 발표한 실험을 통해, 플라스틱 폐기물에서 유래한 미세플라스틱이 납, 카드뮴, 코발트, 망간, 아연 등 주요 중금속을 빠르게 흡착한다는 사실을 확인했다. 연구진은 실생활과 유사한 환경을 모사하기 위해 플라스틱 폐기물과 수돗물을 혼합한 용액에 미세플라스틱을 노출시켰다. 그 결과, 세 가지 종류의 일반적인 플라스틱 입자에서 5분 이내에 중금속 흡착 반응이 일어났으며, 특히 납의 경우 99% 이상이 빠르게 흡착된 것으로 나타났다. "흡착력 큰 미세플라스틱, 인체 내 침투 시 중금속 전달 가능성" 미세플라스틱(microplastics) 및 나노플라스틱(nanoplastics)은 물병 등 플라스틱 제품이 분해되며 생성되는 극소 입자다. OECD와 미국 국립의학도서관(NLM)에 따르면 이러한 입자는 식품 섭취 또는 호흡을 통해 인체에 유입될 수 있으며, 장기적으로 암 발생 위험이나 대사 장애 등 건강 악영향이 우려된다고 지적했다. NJIT 연구에 참여한 소메나스 미트라(Somenath Mitra) 교수는 "이번 결과는 나노플라스틱 오염이 인체 건강에 미치는 영향에 대한 여러 의문에 접근할 수 있는 실마리"라고 평가했다. 특히 이번 실험은 다양한 크기와 형태의 미세플라스틱을 활용해 실제 환경에서 존재하는 입자 특성과 유사한 조건을 구현했으며, 이러한 입자들은 실험실 합성 입자보다 표면적이 넓어 중금속을 더 잘 흡착하는 경향을 보였다. 독성 여부는 '노출량'이 핵심…"추가 연구 필요" 그러나 이번 연구만으로 미세플라스틱을 통한 중금속 노출이 실제 인체에 유해한지를 단정하긴 어렵다. 퍼듀대학교의 독성학자 조너선 샤나한(Jonathan H. Shannahan) 교수는 "중요한 것은 노출량(dose)"이라며 "현재로서는 우리가 일상에서 어느 정도의 노출을 받고 있는지 구체적으로 알기 어렵다. 이는 장기적 연구를 통해 규명돼야 할 사안"이라고 말했다. 소비자 인식 전환도 중요…"플라스틱 사용 줄여야" 전문가들은 이번 연구를 계기로 미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 영향을 본격적으로 규명할 필요가 있다고 강조했다. 동시에 개인 차원에서도 ▲ 일회용 플라스틱 사용 절감 ▲ 재사용 용기 사용 ▲ 무독성 제품 선택 등 소비 습관의 변화가 중장기적 해결책이 될 수 있다고 제언했다. 플라스틱 오염을 줄이기 위한 제도적 대응과 함께, 일상 속에서 '플라스틱과 거리두기' 실천이 인류 건강 보호를 위한 출발점이 될 수 있다는 점에서 이번 연구는 중요한 경고로 받아들여지고 있다.
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[ESGC] 미세플라스틱, 중금속 체내 전달 경로 될 수 있어⋯과학계 경고
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[ESGC] "흙 속까지 플라스틱 오염"⋯지렁이·달팽이 체내서 미세플라스틱 첫 확인
- 지렁이와 딱정벌레 등 육상 생태계 역시 플라스틱 오염에서 자유롭지 않은 것으로 드러났다. 영국 서식스대와 엑서터대 공동연구진은 정원, 초지, 농경지 등 51개 지점에서 2000마리 이상의 무척추동물과 토양샘플을 수집했다. 그 중에서 580여 개의 무척추동물 표본을 분석한 결과, 지렁이·민달팽이·달팽이·딱정벌레 등 토양 속 생물들에서 미세플라스틱이 검출됐다고 밝혔다. 과학전문매체 더 컨버세이션에 따르면 연구진은 전체적으로 무척추동물 표본의 12%%에서 플라스틱 조각이 확인됐으며, 지렁이의 경우 29%라는 가장 높은 오염률을 보였다고 밝혔다. 이어 달팽이와 민달팽이에서 각각 24%의 오염률이 기록됐다. 한 딱정벌레의 경우, 몸길이의 4분의 1에 해당하는 나일론 조각이 내부에서 발견되기도 했다. 이번 연구는 미세플라스틱이 더 이상 해양 생태계의 문제에 그치지 않고, 육상 생물군에도 광범위하게 확산되고 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 연구팀은 "플라스틱이 토양에서 분해되며 배출하는 화학물질은 생물 다양성에 치명적인 위협이 될 수 있다"며 "이로 인해 성장 저해, 장기 손상, 생식력 감소 등 심각한 생리적 피해가 초래된다는 기존 연구 결과도 있다"고 덧붙였다. 이번 조사에서는 폴리에스터가 가장 많이 검출된 플라스틱 유형이었다. 이는 주로 의류에서 떨어져 나와 하수 슬러지를 통해 토양에 축적되는 것으로 추정된다. 그 외에도 일회용 포장재, 농업 자재(예: 플리스, 멀치 필름, 온실 필름, 사일리지 포장재), 심지어 페인트에도 흔히 사용되는 플라스틱이 발견됐다. 연구팀은 "189개의 고슴도치 샘플 중 19%에서 플라스틱이 검출됐다"며 "한 샘플에서만 분홍색과 투명한 폴리에스터 섬유 12개가 발견되어 충격을 받았다"고 토로했다.. 식물 잔해를 섭취하는 초식성 생물과 분해자들이 가장 높은 수준의 플라스틱 오염을 보였지만, 무당벌레 등 육식성 생물에서도 플라스틱이 확인됐다. 이는 플라스틱이 먹이사슬을 따라 상위 생물로 전달되고 있음을 의미한다. 무척추동물은 생태계에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어 지렁이는 토양에 공기를 공급하고 영양소 순환을 돕습니다. 따라서 지렁이가 플라스틱을 섭취하면 이를 먹이로 삼는 동물, 그들이 사는 토양, 심지어 우리가 재배하는 식량에도 영향을 미친다. 실제로 플라스틱으로 오염된 토양에서 자란 식물은 미세 플라스틱을 세포 내로 흡수하는 것으로 나타났다 . 이는 식물의 성장을 저해하고, 식물이 보유할 수 있는 수분을 제한하며, 궁극적으로 우리에게 필요한 식량을 생산하는 능력을 저하시킬 수 있다. 서식스대 환경생물학자 피오나 매튜스 교수는 "현재 미세플라스틱 오염은 육상 생태계의 모든 먹이망에서 확인되고 있으며, 단순한 쓰레기뿐 아니라 의류, 페인트 등 다양한 경로를 통해 퍼지고 있다"며 "플라스틱이 생태계에 어떤 방식으로 피해를 주는지를 조속히 파악하고, 유입량을 줄이기 위한 긴급한 조치가 필요하다"고 강조했다. 연구를 이끈 서식스대 에밀리 스리프트 박사과정 연구원은 "플라스틱 오염이 이처럼 광범위할 줄은 예상치 못했다"며 우려를 나타냈다. 이번 연구 결과는 최근 국제학술지 '환경 독성학 및 화학(Environmental Toxicology and Chemistry)'에 게재됐다.
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[ESGC] "흙 속까지 플라스틱 오염"⋯지렁이·달팽이 체내서 미세플라스틱 첫 확인
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[ESGC] 가정용 식기세척기, 미세플라스틱 오염의 또 다른 원인
- 플라스틱 용기나 조리도구를 식기세척기로 세척하는 일상적인 행위가 미세플라스틱 오염을 유발할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 호주 퀸즐랜드대 환경보건과학연합센터(Queensland Alliance for Environmental Health Sciences)의 엘비스 오코포(Dr. Elvis Okoffo) 박사 연구팀은 식기세척기가 그간 간과되어 온 미세플라스틱 배출원임을 밝혀냈다고 지난 20일(현지시간) 발표했다. 웹사이트 PHYS.org에 따르면 이번 연구는 플라스틱 용기와 식기를 가정용 식기세척기로 세척할 때, 나노 수준에서 미세한 플라스틱 입자들이 다량 방출된다는 사실을 규명했다. 이 입자들은 세척 과정에서 발생하는 고온(최대 70℃), 화학적 세제, 마찰 등에 의해 용기 표면에서 떨어져 나와 배수구를 통해 하수로 유입된다. 최근 'ACS 수자원 과학저널(ACS ES&T Water)'에 게재된 이번 연구에 따르면, 가정용 식기세척기에서 일반적인 플라스틱 용기를 가득 채워 한 번 세척할 경우 약 92만 개의 미세 및 나노 플라스틱 입자가 하수로 유출된다. 이는 가구당 연간 약 3,300만 개에 달하는 수치다. 이 입자들의 전체 질량은 인당 연간 약 6밀리그램으로, 쌀 한 톨 무게의 4분의 1에 해당한다. 오코포 박사는 "비록 질량으로 따지면 그 양은 적을 수 있으나, 수치상 방출되는 입자 수는 결코 무시할 수 없는 수준"이라며 "플라스틱의 사용과 세척, 폐기 전 과정에 대한 보다 세심한 주의가 필요하다"고 강조했다. 그는 이어 "강이나, 토양, 바다 등 환경에 유입되는 플라스틱은 생태계와 인체 건강에 장기적인 위해가 될 수 있다"고 덧붙였다. 호주에서는 약 58%의 가정이 식기세척기를 정기적으로 사용하고 있다. 이에 연구팀은 향후 세척기 내부에 미세플라스틱을 걸러낼 수 있는 필터나 포집 장치를 내장하는 기술 개발이 필요하다고 제언했다. 더불어 플라스틱 제조업체들에게도 세척기 내 사용에 적합한 내구성 높은 소재 개발이 요구된다고 덧붙였다. 오코포 박사는 "오염이 환경에 유입되기 전에 차단하는 것이, 사후에 복잡하고 비용이 큰 대응책을 마련하는 것보다 훨씬 효과적"이라며 "수많은 가정에서의 작은 변화가 결국은 전 지구적 플라스틱 오염 부담을 줄이는 데 기여할 수 있다"고 강조했다. 이번 연구는 인간 활동이 유발하는 '보이지 않는 오염'에 대해 다시 한 번 경각심을 일깨우며, 일상의 습관이 지구 환경에 미치는 영향을 돌아보게 만든다. ◇ 참고 문헌: 엘비스 D. 오코포 외, 기계식 식기 세척 중 플라스틱 제품에서 마이크로 및 나노 크기의 입자 방출, ACS ES&T Water (2025). DOI: 10.1021/acsestwater.4c00768
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[ESGC] 가정용 식기세척기, 미세플라스틱 오염의 또 다른 원인
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'전자레인지 사용 가능' 표기 지퍼백, 치매 유발 미세플라스틱 논란⋯미국서 집단 소송 제기
- 미국 가정에서 2억여 명이 사용하는 식품 보관 용기 브랜드 '지퍼락(Ziploc)'이 미세플라스틱 유출 논란에 휩싸였다. 미국 캘리포니아주에서 해당 제품을 제조·판매하는 S.C.존슨(S.C. Johnson)을 상대로 제기된 집단소송은, 전자레인지 및 냉동 보관에 안전하다고 표기된 지퍼락 제품이 실제 사용 과정에서 유해 물질을 방출하고 있다고 주장했다고 데일리 메일이 20일 보도했다. 현지시각 20일 공개된 51쪽 분량의 소장에 따르면, 해당 소송은 지퍼락의 냉동백·슬라이더백·저장용기 등이 '전자레인지 사용 가능(Microwave Safe)', '냉동 보관(Freezer)' 등의 문구를 내세워 소비자에게 잘못된 안전 인식을 심어줬다고 지적했다. 소송을 제기한 캘리포니아 주민 린다 체슬로(Linda Cheslow)는 제품에 사용된 폴리에틸렌(polyethylene)이 전자레인지 가열 또는 냉동 시 분해되어 미세플라스틱을 방출한다고 주장했다. 특히 "전자레인지로 3분간 가열할 경우, 플라스틱 1㎠ 당 최대 4.22만개의 미세플라스틱과 21억대 이상의 나노플라스틱이 배출될 수 있다"고 지적했다. 미세플라스틱은 5mm 미만의 플라스틱 입자로, 장기간 노출시 암, 심혈관 질환, 생식계 문제 등과 연관이 있다는 연구 결과가 잇따르고 있다. 이번 소송은 특히 "최근 8년간 인간 뇌조직 내 미세플라스틱 농도가 50% 증가했으며, 치매 환자에게서 그 농도가 현저히 높게 나타났다"고 경고했다. 더 나아가 간과 신장, 골수 등 심부 조직에서도 관련 입자가 검출됐다고 밝혔다. S.C.존슨 측은 이에 대해 "지퍼락 제품은 사용 지침에 따라 사용할 경우 안전하며, 해당 소송은 근거가 없다"고 반박했다. 그러나 해당 소송은 향후 식품 포장용 플라스틱 제품 전반에 대한 소비자 인식과 규제 기준에 변화를 촉발할 가능성이 있다. 소송은 캘리포니아주 내 소비자뿐 아니라 전국 단위 소비자들도 청구권을 가질 수 있다고 주장하고 있으며, 손해배상 및 관련 소비자 보호 조치를 요구하고 있다. 한편 미국 식품의약국(FDA)은 해당 제품군의 '전자레인지 안전성' 표시 기준에 대한 규제가 시대에 뒤처졌다는 비판을 받아왔으며, 이번 사안을 계기로 표기 기준 재검토 압박이 거세질 전망이다.
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'전자레인지 사용 가능' 표기 지퍼백, 치매 유발 미세플라스틱 논란⋯미국서 집단 소송 제기
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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
- 중국의 우주정거장 텐궁(Tiangong, 天宮)에서 지구상에서 존재하지 않았던 새로운 미생물 균주가 발견됐다. 중국 선저우(神舟) 우주생명공학연구소와 베이징우주비행체시스템공학연구소 공동연구팀은 최근 국제 학술지 국제 계통진화 미생물학 저널(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)에 발표한 논문을 통해 새로운 균주 '니알리아 톈궁엔시스(Niallia tiangongensis)'를 공식 보고했다. 중국 우주 생명과학 연구진은 이 미생물이 우주 환경에 특화된 적응 능력을 갖춘 것으로 분석했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 아울러 향후 우주 의학·농업·자원재활용 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대하고 있다. 이 미생물은 2023년 5월, 선저우 15호 우주비행사들이 톈궁 우주정거장에 체류 중이던 시기에 채집된 것이다. 이 균주는 기존 지구상의 니알리아(Niallia) 속 박테리아에서 변형된 새로운 형태로, 텐궁에 체류중이던 선저우 15호 승무원이 우주정거장 내부 모듈 표면에서 채취했다. 니알리아 톈궁엔시스는 기존 지구 박테리아의 유전적 변형체로, 극한 우주 환경에서 생존할 수 있도록 진화한 특성을 지녔다. 연구에 따르면 이 박테리아는 산화 스트레스에 대한 저항성이 높고, 방사선으로 인한 손상을 복구하는 능력이 향상돼 있는 것으로 나타났다. 중국 유인우주국(CMSA)은 이번 발견이 '우주정거장 서식 구역 마이크로바이옴 프로그램(CHAMP)'의 일환으로 수행된 미생물 모니터링 활동의 성과라고 밝혔다. 해당 프로그램은 장기 우주체류 중 미생물 군집의 변화를 추적·분석하고 있다. 선저우 15호 승무원들은 정거장 체류 기간 중 모듈 표면을 멸균 포로 닦아 미생물을 채취했고, 이를 지구로 회수해 냉동 보관 후 유전체 분석 및 대사 특성 평가를 진행한 결과 새로운 균주임을 확인했다. 특히 연구팀은 이 신종 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀 우주 내 폐기물을 자원으로 전환할 수 있는 생물학적 기술 기반이 될 수 있다고 분석했다. 과학자들은 이번 연구가 두 가지 측면에서 중요한 의미를 가진다고 분석했다. 첫째, 우주 환경에서 미생물이 생존하는 방식에 대한 이해는 향후 우주선 내 미생물 통제 전략을 설계하는 데 중요한 과학적 토대를 제공할 수 있다. 둘째, 해당 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀, 향후 우주 및 지구 환경에서 폐기물 처리와 자원 재활용 기술 개발에 응용 가능성이 열려 있다. 중국 우주 당국은 "톈궁 우주정거장은 향후 미생물 생존, 유전학, 대사 작용에 대한 방대한 데이터를 축적할 것이며, 이는 지구상의 농업과 산업에도 기여할 수 있는 혁신적 응용으로 이어질 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 미생물학뿐 아니라 우주공학, 자원 순환기술, 바이오메디컬 분야에까지 확장 가능한 다학제적 의미를 지닌 성과로 평가받고 있다.
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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
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[신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어
- 미국 펜실베이니아주에서 태어난 한 신생아가 세계 최초로 '1인 전용' 유전자 치료를 받은 사례로 기록되며, 정밀의학의 새로운 지평을 열었다고 USA투데이가 15일(현지시간) 보도했다. 펜실베이니아대학교 병원에서 태어난 KJ 멀둔(KJ Muldoon)은 출생 직후부터 이상 증세를 보였다. 임신 35주, 예정일보다 약 5주 이르게 태어난 그는 팔을 들어올리면 경직되고, 다시 내릴 때는 이상한 떨림이 동반됐다. 의료진은 이례적인 증상을 포착하고 정밀 검사를 진행한 끝에, 혈중 암모니아 수치가 극단적으로 높다는 사실을 확인했다. 이후 KJ는 병원 맞은편에 위치한 필라델피아 아동병원(Children’s Hospital of Philadelphia)으로 긴급 이송됐으며, 의료진은 그의 몸이 단백질 대사 과정에서 생성되는 암모니아를 제대로 배출하지 못하는 희귀 유전 질환을 앓고 있다고 진단했다. 해당 질환은 암모니아가 체내에 축적돼 뇌를 포함한 주요 장기에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 'n-of-1(단일환자 맞춤형)' 치료법, 차세대 정밀의학의 상징적 모델 간주 이에 따라 KJ는 기존 의료계에 전례가 없는 실험적 치료를 받게 됐다. 바로 특정 환자 한 명을 위해 설계된 '단일 환자 맞춤형 유전자 치료(n-of-1 therapy)'였다. 치료 방식은 유전자를 교정하는 명령을 담은 나노 크기의 지질입자 수십억 개를 간세포에 주기적으로 주입하는 것이다. 이를 통해 간세포가 CPS1(Carbonyl Phosphate Synthetase 1)이라는 효소를 생산하도록 유전적 결함을 일부 복구해, 암모니아 분해 기능을 회복하는 데 성공했다. KJ는 생후 3개월 동안 매달 해당 치료를 받아왔으며, 현재 그의 암모니아 수치는 정상 범위에 근접한 것으로 알려졌다. 다만 의료진은 아직 '완치'라는 표현을 쓰기에는 이르다는 입장이다. 어머니 니콜(34)은 "출생 당시 의료진이 제시한 최선의 시나리오는 그저 고통을 덜어주는 것이 전부였다"며 "지금은 또래 아이들과 동일한 발달 단계를 밟아가는 모습을 보며 놀라움을 금치 못하고 있다"고 말했다. '간세포 유전자 편집' 기술로 'CPS1 결핍증' 극복 이번 치료는 KJ가 태어나기 전부터 펜실베이니아대학교 소속 심장학자 키란 무수누루(Kiran Musunuru) 박사 연구팀이 준비해온 접근법을 기반으로 한다. 무수누루 박사는 간세포 유전자 교정을 핵심으로 하는 정밀 치료법을 개발해왔으며, 관련 기술은 그가 공동 창립한 바이오기업을 통해 구현됐다. 치료의 핵심은 '간세포 유전자 편집(Gene Editing of Hepatocytes)' 기술이다. 인간의 간은 단백질을 에너지로 전환하는 과정에서 암모니아를 분해하는 기능을 수행하는데, 이때 필수적인 효소가 바로 CPS1이다. 이 효소는 간세포 내 특정 유전자에 의해 생성되며, 해당 유전자에 결함이 있을 경우 체내 암모니아가 축적돼 중증 대사성 질환으로 발전한다. KJ는 CPS1 유전자에 결함이 있는 채로 태어났으며, 이는 'CPS1 결핍증' 또는 '요소회로 장애(Urea Cycle Disorder, UCD)'로 분류되는 희귀 질환이다. 이 질환은 신생아기 발현 시 수 시간 내 의식 저하, 경련, 뇌 손상 등으로 이어질 수 있다. 지질 나노입자 활용⋯윤리적 논란도 적어 의료진은 이 유전적 결함을 교정하기 위해 지질 나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP)를 활용했다. 이 입자에는 CPS1 유전자의 정상 설계도를 담은 전령 RNA(mRNA) 또는 CRISPR 유전자가위 시스템이 포함돼 있으며, 이를 간세포에 전달해 유전자 기능을 복구하는 방식이다. 이 치료는 체세포 유전자 치료(somatic gene therapy)의 일환으로, 생식세포나 수정란을 건드리지 않고 환자 본인의 특정 조직 세포만을 대상으로 하기 때문에 윤리적 논란도 상대적으로 적다. 세계 최초 인간 대상 임상 적용 해당 기술은 지금까지 동물실험 또는 실험실 단계에 머물러 있었으며, 인간을 대상으로 한 임상 적용은 이번이 세계 최초다. 특히 단 한 명의 유전형을 위해 개발된 치료법이라는 점에서, 희귀 질환 환자를 위한 정밀의학(personalized medicine)의 상징적인 사례로 평가된다. 무수누루 박사팀의 치료법은 기존의 유전자 대체요법(gene replacement therapy)보다 훨씬 정밀하며, 특정 유전자의 기능만을 선택적으로 조절할 수 있는 장점을 갖는다. 치료 효과가 장기적으로 유지된다면, 평생 지속 가능한 치료로 발전할 가능성도 제기된다. 이러한 방식은 향후 요소회로 결손(UCD)은 물론, 페닐케톤뇨증(PKU), 윌슨병 등 특정 효소 결핍에 기반한 다양한 간 유전 질환에도 응용될 수 있을 것으로 전망된다. 정밀 유전자 편집 기술의 발전은 이제 '한 사람을 위한 치료'가 이론을 넘어 실현 가능한 영역으로 진입했음을 보여준다. 의학계는 이번 KJ 사례가 향후 희귀 유전 질환 치료의 새로운 청사진이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다만 장기적인 안정성과 부작용 여부에 대한 지속적 추적이 필요하다는 점에서, 해당 치료법의 보편화까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.
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[신소재 신기술(175)] 세계 최초 '1인 맞춤형 유전자 치료' 성공⋯미국 신생아, 정밀의학 새 지평 열어
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
- 남극 얼음속에 묻힌 입자 망원경이 우리 우주의 가장 수수께끼 같은 입자인 '중성미자(neutrino)'에 대한 새로운 단서를 포착했다. 미국 UCLA와 일본 오사카대, 도쿄대 카블리 우주물리수학연구소(Kavli IPMU) 등 국제 공동 연구진은 오징어 은하로도 불리는 '은하 NGC 1068'에서 유래한 고에너지 중성미자 신호를 분석해 기존 이론과는 다른 생성 경로를 제안했다고 UCLA 매거진이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 중성미자는 전기적으로 중성이며, 물질과 거의 상호 작용하지 않아 '유령입자'로 불린다. 이러한 특성 탓에 우주의 기원을 밝히는 열쇠로 주목받고 있지만, 감지 자체가 극도로 어렵다. 이에 따라 연구진은 남극 빙하 1㎦ 깊숙이 5160개의 센서를 설치한 아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory)를 활용해 이 입자를 추적해왔다. UCLA의 물리 및 천문학 교수이자 카블리 IPMU의 선임 연구원인 알렉산더 쿠센코(Alexander Kusenko)는 "우리는 빛을 사용하여 별을 보는 망원경을 가지고 있지만 이러한 천체 물리학 시스템 중 상당수는 중성미자를 방출한다"고 말했다. 남극 입자 망원경에 대해 쿠센코 교수는 "중성미자를 보려면 다른 유형의 망원경이 필요하며, 이것이 바로 남극에 있는 망원경이다"라고 설명했다. NGC 1068에서 이번에 감지된 중성미자는 놀랍도록 강한 신호를 보였지만, 통상 함께 나타나야할 고에너지 감마선의 발산은 에상보다 훨씬 약했다. 일반적으로 활동성 은하핵(AGN)에서는 양성자와 광자의 충돌로 중성미자와 감마선이 동시에 생성되는데, NGC 1068에서는 이러한 상관관계가 깨진 것이다. 연구진은 새로운 논문에서 이 현상의 원인을 중성자 붕괴로 설명했다. 해당 은하 중심에서 방출된 제트가 자외선 광자와 충돌하며 헬륨 원자핵이 분해되고, 이 과정에서 방출된 중성자가 붕괴하며 중성미자를 생성한다는 것이다. 이때 발생하는 전자도 감마선을 만들지만, 그 세기는 매우 약해 관측 결과와 부합한다. 논문 제1저자인 야스다 고이치로 UCLA 박사과정 연구원은 "수소는 양성자 하나로 이뤄져 광자와 충돌하면 강한 감마선과 중성미자를 동시에 만든다. 반면, 헬륨에는 중성자가 있어 감마선 없이도 중성미자를 생성할 수 있다"며 NGC 1068에서 관측되는 중성미자의 기원은 헬륨일 가능성이 가장 높다고 밝혔다. 이 새로운 이론은 NGC 1068뿐 아니라 우주 곳곳에 존재하는 유사한 은하에도 적용될 수 있어, 향후 관측 자료를 통해 검증이 가능하다. 특히 이러한 은하들에서 감마선이 약하다는 이유로 간과됐던 중성미자 신호들이 실제로는 존재했을 가능성을 제기한다. 연구에 참여한 이노우에 요시유키 오사카대 교수는 "이 모델은 기존 코로나(corona, 은하 코로나는 주로 X선이나 자외선 파장에서 탐지되며 수백만~수천만도의 온도를 가진 플라즈마로 구성됨)이론을 넘어선 새로운 시각을 제시한다"며 "향후 다양한 은하에서의 중성미자 검출이 이 가설을 검증할 것"이라고 말했다. 한편, 중성미자 천문학은 아직 초기 단계에 머물러 있으나, 이번 연구는 은하 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀 주변의 극한 환경을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다. 공동저자인 쿠센코 UCLA 교수는 "과학에 대한 투자는 당장은 눈에 띄지 않더라도 수십 년 후 인류 삶을 바꿀 큰 변화를 이끌 수 있다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 세계적인 물리학 저널 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐으며, 공개된 논문은 arXiv에서도 확인할 수 있다. 미국 에너지부, 세계 최초 국제 연구센터 이니셔티브(WPI), 일본 과학진흥협회에서 이번 연구를 지원했다. ◇ 참고 문헌: Koichiro Yasuda 외, '활성 은하핵 NGC 1068 제트의 베타 붕괴에서 발생하는 중성미자와 감마선', Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.151005 . arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.05247
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
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[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"
- 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구진이 공중에 자유롭게 존재하는 원자 간 상호작용을 직접 촬영하는 데 성공하며, 양자역학적 현상을 실시간으로 시각화할 수 있는 길을 열었다. MIT 물리학과의 마틴 즈비얼라인(Martin Zwierlein) 박사가 이끄는 연구팀은 최근 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 발표한 논문에서, 기존 이론으로만 존재하던 '자유 상태 원자 상호작용'을 실공간에서 이미지화하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 원자가 움직일 수 있는 느슨한 레이저 트랩을 이용해 다양한 원자들을 자유롭게 상호작용하게 한 뒤, 광학 격자를 이용해 순간적으로 위치를 고정시키고 미세 조정된 레이저로 형광을 유도해 각각의 원자를 시각화하는 새로운 기법을 개발했다. 이를 통해 최초로 단일 원자들의 움직임과 상호작용을 '스냅샷' 형태로 포착하는 데 성공했다. 즈비얼라인 박사는 "이제 우리는 개별 원자들이 서로 어떤 관계를 맺고 있는지를 직접 볼 수 있게 됐다"며 "양자적 아름다움을 눈으로 확인할 수 있는 수준"이라고 설명했다. 이 연구는 특히 양자역학의 기본 원리인 '하이젠베르크 불확정성 원리'로 인해 그간 직접 관측이 어려웠던 미시 세계의 움직임을 한층 명확히 드러낸다는 점에서 주목된다. 기존 흡수 영상 기술은 원자 구름의 전체적인 윤곽만을 보여줄 뿐, 개별 원자의 구체적인 위치는 식별하지 못했다. 연구진은 이 기술을 활용해 보존입자(보존자)와 페르미입자(페르미온)의 양자 상태를 직접 관찰했다. 나트륨 원자로 구성된 보존자 구름은 극저온에서 '보스-아인슈타인 응축(BEC)' 상태를 형성하며, 입자들이 하나의 양자상태를 공유하는 모습이 포착됐다. 이는 루이 드브로이(Louis de Broglie)의 파동 이론이 예측한 바를 시각적으로 입증한 셈이다. 또한 서로 다른 두 종류의 리튬 원자를 이용해 페르미온의 상호작용을 관찰한 결과, 반대 성질을 가진 페르미온이 쌍을 이루는 모습이 촬영됐다. 이는 초전도 현상의 핵심 메커니즘을 드러내는 결정적인 장면으로 평가된다. 물리학자 루이 드브로이(1892~987)는 1924년 박사 학위 논문에서 모든 물질은 파동성을 가진다는 혁신적인 가설을 제안하며, 양자역학의 발전에 중대한 전환점을 마련했다. 이는 '물질파 이론(matter-wave theory)' 또는 드브로이 파동 이론이라 불린다. 당시까지는 빛은 파동이면서 입자라는 파동-입자 이중성 개념이 확립되어 있었으나, 전자나 원자 같은 입자가 파동의 성질을 가진다는 발상은 전무했다. 드브로이는 아인슈타인의 광양자 이론(빛은 입자처럼 행동함)에 착안해, 반대로 입자도 파동처럼 행동할 수 있다고 주장했다. 즈비얼라인 박사는 "양자 파동의 존재를 이처럼 직접 시각화한 적은 없었다"며 "이는 이론 물리학에서 예측에 그쳤던 복잡한 양자 상태들을 실험적으로 검증할 수 있는 강력한 도구"라고 강조했다. 연구진은 향후 이번 기술을 활용해 '양자 홀 효과(Quantum Hall effect)' 등 더 복잡하고 덜 탐구된 양자 상태들을 관찰할 계획이다. 양자 홀 현상은 자기장 아래 상호작용하는 전자들이 이상한 방식으로 정렬되는 특이한 현상으로, 현재까지도 완전한 이론적 설명이 어려운 영역으로 남아 있다. 즈비얼라인 박사는 "이제는 이론가들이 그림으로 그리던 복잡한 양자 상태들을 실제로 관측해 검증할 수 있다"며 "그간 '상상 속 세계'였던 양자 현상의 실체를 밝히는 데 한 걸음 다가섰다"고 밝혔다. 이번 연구는 양자 컴퓨팅, 정밀 센서 기술, 나노과학 등 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(173)] MIT, 자유 상태 원자 상호작용 첫 관측⋯"양자현상 실시간 시각화 길 열려"
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[글로벌 핫이슈] 워런 버핏, 버크셔 CEO 연말 사임 '한 시대의 마침표'…후계자는 그레그 에이벌
- '투자의 귀재', '오마하의 현인'으로 불리는 워런 버핏(94) 버크셔 해서웨이 회장이 최고경영자(CEO)직 사임을 발표했다. 버핏 회장은 지난 3일(이하 현지시간) 미국 네브래스카주 오마하에서 열린 버크셔 해서웨이 연례 주주총회 끝에 "올해 연말부로 그레그 에이벌(62) 부회장이 CEO직을 맡아야 할 때가 왔다"고 밝히며, 이사회에 이를 제안하겠다고 말했다. 에이벌 부회장은 2021년 후계자로 공식 지명되었지만, 버핏의 사임 시점 발표는 주총 현장의 4만여 주주들에게 놀라움을 안겼다. 에이벌 부회장은 캐나다 출신으로, 2000년 버크셔가 인수한 미드아메리칸 에너지 CEO 등을 거쳐 현재 비보험 부문 부회장을 맡고 있다. 그는 버핏의 가치 투자 철학을 잇겠다는 뜻을 밝히며 막대한 현금 보유고를 운용할 준비가 되었다고 말했다. 1965년 부실 방직회사를 인수해 60년 동안 보험, 철도, 에너지 등을 아우르며 시가총액 1조 2000억 달러(약 1683조 원)에 이르는 거대 복합기업으로 키운 버핏 회장은 앞으로도 이사회에 남아 조언할 것으로 보인다. 그는 "이 새로운 단계에서도 단 한 주의 버크셔 주식도 팔지 않겠다"고 강조했다. 버핏 회장의 발표 후 주총은 그의 업적에 대한 존경을 담은 기립 박수 속에 마무리되며 한 시대의 끝을 알렸다. 버핏의 앞으로 공식 직함과 에이벌 부회장의 회장직 승계 여부는 4일 열릴 이사회에서 논의될 예정이다. 버크셔의 1분기 영업이익은 96억 4000만 달러(약 13조 5201억 원)로 지난해 같은 기간보다 줄었지만, 현금 보유액은 3330억 달러(약 467조 325억 원)로 사상 최대치를 기록했다. [미니해설] 워런 버핏, 왜 지금 에이벌인가…'버크셔 방식'의 계승과 미래 해마다 5월 첫 토요일, 네브래스카주 오마하는 '자본주의의 우드스톡'으로 바뀐다. 전 세계 투자자들이 '오마하의 현인' 워런 버핏의 지혜를 듣기 위해 모여드는 버크셔 해서웨이의 연례 주주총회. 2025년 5월 3일, 94세의 노장은 마침내 한 시대의 마침표를 찍는 선언을 했다. CEO직에서 물러나겠다는 것. 예상된 순서였지만, 그가 직접 발표한 순간, 장내는 놀라움과 함께 숙연함이 감돌았다. 이 발표는 단순히 한 기업 CEO의 교체를 넘어, 지난 60년 동안 세계 자본시장을 움직여 온 거인의 시대가 저물고 있음을 알리는 상징적인 의미를 지닌다. 오라클의 퇴장, 왜 지금인가? 버핏은 총회 끝에 차분하지만 단호한 목소리로 말했다. "내일 버크셔 이사회가 열립니다... 저는 그레그가 연말에 회사의 최고경영자가 되어야 할 때가 왔다고 생각합니다." 그의 나이(94세)를 생각하면 은퇴는 당연한 일이다. 버핏은 단순히 나이 때문만은 아니라고 선을 그었다. 그는 후계자 그레그 에이벌의 경영 능력을 높이 평가하며 지금이 적기임을 분명히 했다. "저보다 그레그와 함께할 때 (회사가) 훨씬 더 잘 작동합니다. 왜냐하면, 아시다시피, 저는 그가 일하는 만큼 열심히 일하고 싶지 않았기 때문입니다." 노장의 솔직한 자기 고백인 동시에, 60개가 넘는 자회사를 거느린 거대 복합기업 버크셔의 현실적인 필요를 인정한 발언이다. 과거 버핏과 찰리 멍거 콤비 시절과는 견줄 수 없을 만큼 복잡해진 사업 구조 속에서, 에이벌의 더 적극적이고 세밀한 경영 방식이 필요하다는 판단이다. 버핏은 심지어 "그레그의 경영 아래서 버크셔의 전망이 저보다 더 나을 것이라고 생각하기 때문입니다" 라며 후계자에 대한 절대적인 믿음과 지지를 보였다. 자신의 물러남이 회사에 더 이롭다는 판단은 투자자들에게 에이벌 체제에 대한 강력한 확신을 심어주는 동시에 버핏다운 합리적인 결정이다. 후계자 그레그 에이벌, 버핏의 그림자를 넘어서 이제 관심은 그레그 에이벌에게 쏠린다. 캐나다 앨버타 출신의 62세 경영인. 2000년 버크셔의 미드아메리칸 에너지 인수를 통해 합류한 그는 25년 동안 버핏의 곁에서 경영 수업을 받았다. 특히 에너지 부문에서 보여준 탁월한 경영 능력은 이미 입증되었다. 에이벌은 버핏 철학의 충실한 계승자가 될 것을 약속했다. "핵심은 투자 철학이며, 워런과 팀이 지난 60년 동안 자본을 배분해 온 방식입니다. 정말로, 그것은 변하지 않을 것입니다." 버핏의 '인내심 있는 가치 투자' 원칙은 버크셔의 바탕과 같다. 그의 앞에는 3330억 달러(약 467조 325억 원)가 넘는 기록적인 현금 보유고라는 달콤하면서도 무거운 과제가 놓여 있다. 에너지 등 운영 부문 전문가인 그가 버핏만큼의 '자본 배분' 능력을 보여줄 수 있을지는 아직 알 수 없다. 거시 경제 변화가 커지고 마땅한 투자처를 찾기 어려워지는 환경 속에서, 이 막대한 자금을 어떻게 슬기롭게 운용하느냐가 '에이벌 시대' 버크셔의 성공과 실패를 가를 핵심 열쇠다. 버핏의 앞날과 남겨진 숙제 버핏은 완전히 무대 뒤로 사라지지는 않을 것으로 보인다. 그는 "곁에 머물며 돕겠다"고 했고, 1600억 달러(약 224조 4000억 원)가 넘는 자신의 지분도 그대로 유지할 뜻을 밝혔다. 버크셔 이사 론 올슨은 "워런이 그레그 에이벌에게 찰리 멍거 같은 존재가 되기를 간절히 기대합니다"라고 말했다. 버핏이 단순한 상징적인 존재를 넘어 에이벌에게 경험과 지혜를 전하는 조언자 노릇을 해주기를 바라는 마음이 담긴 발언이다. 다만, '오마하의 현인'이라는 강력한 존재감이 자칫 에이벌의 지도력을 가릴 수 있다는 걱정도 있다. 회장직 승계 문제도 아직 뚜렷하지 않다. 버핏은 생전에 아들 하위 버핏을 비상임 회장으로 앉혀 '버크셔 문화'를 지키려 했으나, 이번 결정이 이 계획에 어떤 영향을 미칠지는 불분명하다. 버핏 이후의 버크셔가 그의 철학과 문화를 어떻게 이어받아 발전시켜 나갈지 지켜봐야 할 점이다. 버핏이 남긴 교훈, 시대를 뛰어넘는 지혜 이번 주총에서 버핏은 은퇴 발표 외에도 중요한 생각을 밝혔다. 특히 무역 전쟁 걱정에 대한 그의 생각은 시사하는 점이 크다. 그는 "무역은 무기가 되어서는 안 됩니다"라고 강조하며 보호무역주의와 적대적인 무역 정책을 비판했다. 짧은 기간의 이익이나 정치적인 목적 때문에 국제 협력을 해치는 행동이 모두에게 해가 될 것이라는 노 현인의 경고는 불안정한 지금 국제 정세 속에서 더욱 깊은 울림을 준다. 시장의 짧은 변화에 흔들리지 않는 태도, 기업의 본질 가치에 집중하는 원칙, 정직하고 합리적인 경영 철학. 버핏이 60년 동안 쌓아 올린 것은 단순히 막대한 부나 거대 기업이 아니다. 그는 투자와 경영에 대한 시대를 뛰어넘는 교훈을 남겼다. 이제 버크셔는 새로운 시대를 맞는다. 그레그 에이벌이라는 검증된 경영자가 버핏이 닦아놓은 길 위에서 '버크셔 방식'을 어떻게 이어갈지 전 세계가 주목하고 있다. 버핏의 그림자는 크고 깊지만, 그가 남긴 원칙과 문화라는 든든한 자산 위에서 에이벌의 버크셔가 또 다른 성공 이야기를 써 내려갈 수 있을지, 앞으로 60년의 서막이 이제 막 올랐다.
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[글로벌 핫이슈] 워런 버핏, 버크셔 CEO 연말 사임 '한 시대의 마침표'…후계자는 그레그 에이벌
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전 세계 플라스틱 쓰레기, 연간 4억 톤⋯생태계 파괴·인체 축적·기후 악화 '삼중고'
- 전 세계가 지난해 배출한 플라스틱 쓰레기가 약 4억 톤에 달하는 것으로 나타났다. 이는 에펠탑 4만 개 무게에 해당하는 규모로, 일회용 생수병부터 샴푸 용기, 의류 섬유, PVC 배관, 포장재에 이르기까지 각종 플라스틱 제품이 바다와 강, 도심, 사막과 빙하 등 육해공을 가리지 않고 지구 전역을 오염시키고 있다. 4월 30일(현지시간) 유엔환경계획(UNEP)에 따르면 전문가들은 플라스틱 오염이 생태계 파괴는 물론, 인체에 축적돼 건강을 위협하고 기후변화까지 가속화하는 복합 재난이라고 경고했다. 유엔은 이에 대응해 법적 구속력을 갖춘 국제 협약을 추진 중이며, 올해 세계 환경의 날(6월 5일) 역시 플라스틱 오염 퇴치를 핵심 의제로 삼았다. 유엔환경계획(UNEP)의 자원시장국 엘리사 톤다 국장은 "플라스틱 오염은 인류가 직면한 가장 중대한 환경 위협 중 하나지만, 충분히 해결 가능한 문제"라고 강조했다. 이어 "이 문제를 해결하면 인류와 지구의 건강은 물론, 수조 달러 규모의 경제적 기회까지 창출할 수 있다"고 덧붙였다. UNEP는 오는 6월 5일 '세계 환경의 날'을 앞두고 "전 세계는 '플라스틱 오염 종식'을 위한 법적 구속력 있는 국제협약 체결을 목표"로 협상에 나섰다. 올해 환경의 날은 '일회용 플라스틱 오염 차단'과 '제품의 지속 가능성 제고'를 핵심 주제로 내세운다. 플라스틱 오염, 왜 문제인가? 플라스틱은 현대 사회를 지탱하는 핵심 재료다. UNEP에 따르면 플라스틱은 자동차 부품부터 의료기기까지 다양한 분야에서 활용되며 1950년대 이후 92억 톤 이상이 생산됐다. 그러나 그중 약 70억 톤은 폐기물로 전환됐으며, 재활용률은 고작 9%에 불과하다. 특히 문제의 핵심은 '일회용 플라스틱'이다. 생수병, 포장재, 테이크아웃 용기, 포장용 완충재 등 한 번 쓰이고 버려지는 제품들이 폐기 시스템을 압도하고, 폐 플라스틱은 더 작은 조각인 미세플라스틱으로 분해돼 자연으로 무분별하게 유입되고 있다. 플라스틱 쓰레기는 이제 지구 어디서든 발견된다. 해양은 물론, 사막, 도시 도로변, 농지, 남극과 북극의 빙하, 심지어 에베레스트산 정상과 심해저 마리아나 해구에서도 플라스틱 조각이 검출됐다. 플라스틱 오염이 인간과 기후에 미치는 영향 플라스틱 오염이 위험한 이유는 크게 세 가지다. 첫째, 생태계 교란이다. 미세 플라스틱은 식물성 플랑크톤의 성장을 억제해 수중 먹이사슬을 붕괴시키며, 물고기는 플라스틱을 먹이로 오인해 소화하지 못한 채 굶어 죽는다. 둘째, 마이크로플라스틱과 나노플라스틱이 인체에 축적된다는 점이다. 연구에 따르면 사람의 간, 고환, 심지어 모유에서도 미세 플라스틱이 검출되고 있으며, 생수 한 병에는 평균 24만 개의 마이크로플라스틱이 포함돼 있을 수 있다. 셋째, 플라스틱 생산 과정 자체가 막대한 온실가스를 배출한다는 점이다. 2020년 기준 플라스틱 생산은 전 세계 온실가스 배출량의 3% 이상을 차지한 것으로 추정된다. 재활용만으로는 부족하다…'전 생애 주기 접근'이 해법 플라스틱 오염을 줄이기 위해서는 단순한 재활용을 넘어서는 대책이 필요하다. 대부분의 플라스틱 제품은 다회 재활용이 어렵거나 재활용이 불가능한 구조로 설계돼 있다. 여기에 수거·분류·재처리 인프라가 부족한 국가도 많다. 더욱이 글로벌 플라스틱 생산량은 2000년 이후 20년 만에 두 배 이상 증가하며, 쓰레기 증가 속도는 재활용 시스템의 역량을 초과하고 있다. 따라서 '제품 생산-디자인-소비-폐기' 전 과정을 포괄하는 '생애주기 접근법(lifecycle approach)'이 필요하다. △ 일회용 플라스틱 사용 최소화, △ 재사용 가능한 디자인 확대, △ 지속 가능한 대체 소재 개발, △ 제품 수명 연장, △ 미세플라스틱 유출 방지 시스템 강화 등 이러한 접근은 단순한 환경보호를 넘어 경제적 효과까지 기대된다. UNEP에 따르면 생애주기 접근법을 도입하면 2040년까지 최대 4조5000억 달러(약 6200조 원)의 사회·환경 비용을 줄일 수 있다. 국제사회의 대응과 협력 현재 세계 각국은 일회용 플라스틱 규제와 생산자 책임 강화를 골자로 한 자국 법안을 마련 중이다. 그러나 플라스틱 오염은 국경을 넘는 문제이기에, 국제 협력이 필수다. 이를 위해 정부간 협상위원회(Intergovernmental Negotiating Committee)는 오는 8월 5일부터 14일까지 스위스 제네바에서 제5차 회의의 두 번째 세션을 개최할 예정이다. 이 회의는 '플라스틱 오염 종식을 위한 법적 구속력 있는 국제 협약'을 수립하는 데 중대한 분수령이 될 전망이다. 2050년, 연간 플라스틱 폐기물 10억 톤 시대 경제협력개발기구(OECD)는 지금과 같은 추세가 이어질 경우 2060년까지 전 세계 플라스틱 쓰레기 배출량이 현재의 3배인 연간 10억 톤에 이를 것으로 예측했다. 이 가운데 절반 이상은 매립되거나 소각되거나 그대로 자연환경으로 유출될 것이라는 전망이다. 플라스틱 오염에 대한 대응은 더 이상 미룰 수 없는 시대적 과제다. UNEP가 이끄는 '플라스틱 오염 퇴치(#BeatPlasticPollution)' 캠페인과 '세계 환경의 날(6월 5일)'은 전 세계 시민과 정부, 기업의 실천을 촉구하는 강력한 메시지를 던지고 있다.
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- ESGC
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전 세계 플라스틱 쓰레기, 연간 4억 톤⋯생태계 파괴·인체 축적·기후 악화 '삼중고'
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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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[퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호
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[ESGC] 연 4억톤 플라스틱 시대, 일본 연구진 '투명 종이소재'로 돌파구 제시
- 일본 연구진이 해양 오염의 주범인 일회용 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재를 개발했다. 이 소재는 플라스틱처럼 투명하고 내열성이 뛰어나며, 해양에 유입되더라도 1년 이내에 완전히 분해되는 특징을 갖고 있다고 클린 테크니카가 17일(현지시간) 보도했다. 플라스틱인 엄청난 강도와 내구성을 갖고 있지만 바로 그 특성 때문에 환경에 악영향을 미친다. 토양이나 바다에 유입된 플라스틱은 분해되는 데 수백년이 걸린다. 오션 클린업 프로젝트(The Ocean Cleanup Project)에 따르면 매년 약 200만 톤의 플라스틱 쓰레기가 해변과 수로를 통해 바다로 유입된다. 플라스틱은 작은 조각으로 쪼개져서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱으로 분해되며, 미세 플라스틱은 바다의 가장 깊은 곳과 가장 높은 산 정상에서도 발견된다. 최근 과학자들은 인간의 태반, 모유, 혈액, 뇌 세포에서도 미세 플라스틱이 발견됐다는 연구 결과를 발표해 충격을 던졌다. 일본 해양지구과학기술기구(JAMSTEC)를 포함한 연구팀은 4월 9일 국제 학술지 사이언티픽 어드바이저(Scientific Adviser)를 통해 새로운 투명 종이보드 'tPB(transparent PaperBoard)'를 공개했다. 이 소재는 100% 셀룰로오스로 구성되어 있으며, 용도 폐기 후에도 재활용이 가능하고 심해 환경에서도 완전 분해되는 특성을 지닌다. 연구팀은 셀룰로오스를 수산화리튬 브로마이드 수용액에 녹인 뒤 겔 상태로 가공하여 1mm 두께의 투명한 시트를 제조했다. 이 시트는 컵이나 빨대 형태로 성형할 수 있으며, 식물성 지방산 유도체로 표면을 처리하면 완전 방수 기능도 확보할 수 있다. 연구진은 이 소재의 해양 생분해성을 확인하기 위해 4곳의 서로 다른 해양 환경(수심 2m의 항만 인근부터 수심 5,550m에 이르는 심해까지)에 시트를 침수시키는 실험을 진행했다. 그 결과, 깊은 해역에서도 300일 이내에 완전 분해됐으며, 수온이 높은 얕은 바다에서는 더 빠르게 분해가 진행됐다. 연구 책임자는 "tPB는 기존 셀룰로오스 기반 소재의 한계를 극복하면서도 생분해성과 재활용성을 모두 갖춘 최초의 소재"라고 강조하며 "심해 유입 시까지 염두에 둔 순환형 소비재로서의 가능성을 입증했다"고 밝혔다. 이번 연구는 단순한 기술 개발을 넘어 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 구조적 대안을 제시한다는 점에서 의미가 크다. 현재 전 세계 플라스틱 생산량은 연간 4억 톤에 달하며, 이 중 약 40%가 일회용으로 사용된 뒤 곧바로 폐기된다. 특히, 해양으로 유입된 일회용 플라스틱은 수백 년에 걸쳐 분해되며 미세플라스틱으로 축적돼 인체와 생태계를 위협하고 있다. 일회용 플라스틱을 대체할 수 있는 현실적이면서도 환경 친화적인 소재가 확보된 것은 이러한 악순환의 고리를 끊는 전환점이 될 수 있다. 연구팀은 "tPB는 순환경제 사회 실현을 위한 핵심 소재로 자리잡을 수 있다"고 전망했다.
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[ESGC] 연 4억톤 플라스틱 시대, 일본 연구진 '투명 종이소재'로 돌파구 제시
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[ESGC] '조용히, 그러나 치명적으로'…일상 속 플라스틱이 인체 침투하는 나노 입자로 변하는 과정 규명
- 플라스틱이 쓰레기통을 넘어 인간 세포 내부까지 침투하고 있다는 경고가 거듭 나오고 있는 가운데 과학자들이 일반 플라스틱이 나노 플라스틱으로 분해되는 과정을 처음으로 규명했다. 미국 컬럼비아대 공대 연구진은 일상에서 사용되는 플라스틱이 어떻게 수십억 개의 미세·나노플라스틱으로 분해되어 환경과 인체를 위협하는지를 분자 수준에서 규명했다고 과학 전문매체 어스닷컴과 웹사이트 PHYS.org 등 다수 외신이 보도했다. 이 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 바이러스보다 작은 입자, 세포핵까지 침투 75년 전 시장에 출시된 플라스틱은 자연 상태에서 햇빛, 열, 수분 등에 노출되면 눈에 보이지 않는 크기의 미세조각으로 분해된다. 특히 나노플라스틱은 1마이크로미터(μm) 이하의 크기로, 인간 세포막은 물론 세포핵까지 통과할 수 있을 만큼 작다. 연구를 이끈 사낫 쿠마르(Sanat Kumar) 컬럼비아대 화학공학과 교수는 "이런 입자들은 공기와 물, 식품은 물론 인체 혈액과 심지어 남극의 눈 속에서도 검출된다"고 설명했다. 플라스틱 구조의 붕괴 메커니즘 현재 사용되는 플라스틱의 약 75%는 '반결정성 고분자(semicrystalline polymer)'로 구성되어 있다. 강력한 현미경으로 보면 플라스틱은 단단한 결정 구조와 유연한 비결정 구조가 층을 이루며 결합돼 있다. 연구진은 이 구조 중 유연한 층이 환경 자극에 가장 먼저 손상되며, 이로 인해 플라스틱 전체 구조가 무너진다는 점에 주목했다. 즉, 단단한 층에서는 플라스틱 분자가 강한 결정 구조로 단단하게 조직되어 있다. 부드러운 층에서는 분자 구조가 없고 비정질의 덩어리를 형성한다. 이러한 층이 수천개 쌓이면 가볍고 내구성이 뛰어나며 매우 다재다능한 플라스틱 재료가 만들어진다. 연구팀은 부드러운 층에서 나노플라스틱으로 분해되기 시작하며 환경적 열화로 인해 시간이 지남에 따라 약해지고 플라스틱이 스트레스를 받지 않아도 부서질 수 있다는 것을 발견했다. 부드러운 층은 그 자체로 환경에서 빠르게 분해된다. 그런데 부드러운 층이 파괴되면서 단단한 층이 부서지면 문제가 발생하기 시작한다. 이러한 결정질 조각이 수 세기 동안 환경에 남아 인간을 포함한 생명체에 심각한 피해를 줄 수 있는 나노 플라스틱 및 미세 플라스틱으로 분해되는 것이다. 쿠마르 교수는 "매립지처럼 겉보기에는 조용한 조건에서도 유연한 층은 쉽게 붕괴된다"며 "이때 단단한 결정성 조각들이 분리되면서 나노플라스틱이 된다"고 설명했다. 이 입자들은 자연 분해가 거의 불가능해 수백 년간 환경에 잔존할 수 있으며, 공기 중이나 수계, 식품을 통해 인체로 유입될 수 있다. "세포 안에서 DNA 교란 가능성도" 가장 작은 나노플라스틱은 세포핵까지 침투해 유전물질(DNA)에 영향을 줄 수 있다. 쿠마르 교수는 "이 입자들은 석면(asbestos)과 유사한 행동을 보이며, 암, 심혈관 질환, 뇌졸증 등과의 연관 가능성이 제기된다"고 경고했다. 그는 이어 "이제는 나노플라스틱이 단순한 환경문제를 넘어, 건강 문제이자 경제적 부담이 될 수 있다는 점을 인식해야 한다"고 덧붙였다. 나노플라스틱 적게 배출하는 소재 개발 필요 연구진은 문제 해결을 위해 플라스틱 구조 자체를 개선하는 방향을 제시했다. 특히 유연한 층을 강화하면 플라스틱이 나노 조각으로 분해되는 속도를 늦출 수 있다는 설명이다. 쿠마르 교수는 "강도나 유연성을 해치지 않으면서도 구조를 안정화하는 기술이 충분히 가능하다"며 "플라스틱 폐기보다는 재활용 비율을 높이는 것이 장기적으로는 더 경제적일 수 있다"고 말했다. '보이지 않는 위협'에 대응할 시점 통계 데이터 플랫폼 스태티스타에 따르면 전 세계 플라스틱 폐기물 발생량은 지난 40년 동안 7배 이상 증가하여 연간 3억 6000만 톤에 달했다. 또한 2040년까지 전 세계 플라스틱 오염이 두 배로 증가할 것으로 예상했다. 현재 전 세계에서 재활용되는 플라스틱은 전체의 2%에 불과하다. 그 외 대부분은 자연 속에서 미세·나노플라스틱으로 변해 인간과 생태계를 위협하고 있다. 쿠마르 교수는 "플라스틱 폐기에는 보이지 않는 건강 비용이 따른다. 지금 행동하지 않으면 그 대가는 생각보다 클 것"이라고 경고했다. 이번 연구는 우리가 일상적으로 사용하는 플라스틱 제품-물병, 식품 포장재 등-이 완전히 사라지는 것이 아니라 '작아질 뿐'이라는 사실을 과학적으로 증명했다. 플라스틱 오염 문제는 눈에 보이지 않는 크기로 조용히, 그러나 치명적으로 다가오고 있어 더욱 주의해야 한다. ◇ 참고 문헌: Nicholas F. Mendez et al, '반결정성 폴리머에서 정지 나노플라스틱 형성의 메커니즘', Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58233-3
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[ESGC] '조용히, 그러나 치명적으로'…일상 속 플라스틱이 인체 침투하는 나노 입자로 변하는 과정 규명
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코카콜라, 연간 60만톤의 플라스틱 폐기물 바다 투기 논란
- 무더운 여름날 코카콜라 병의 이미지는 시원함을 상징하지만, 그 이면에는 플라스틱 오염이라는 심각한 위험이 도사리고 있다. 해양 보호 비영리 단체 오세아나(Oceana)의 새로운 분석에 따르면, 코카콜라의 플라스틱 폐기물은 2030년까지 연간 약 60만3227톤(13억 3000만 파운드)에 달해 해양과 수로를 오염시킬 것으로 예측됐다고 어스닷컴이 보도했다. 이는 고래 1800만 마리의 위장을 채울 수 있는 엄청난 양이다. 더 이상 단순한 오염 문제가 아닌, 통제되지 않은 성장의 단면이자 심각한 환경 문제에 대한 경고 신호로 해석된다. 이번 보고서는 미세 플라스틱 문제가 더 이상 간과할 수 없는 수준에 이르렀다는 점을 시사한다. 미세 플라스틱은 이미 생태계, 식수, 심지어 인간의 장기까지 침투했으며, 그 존재는 더 이상 놀라운 일이 아니다. 과학자들은 이러한 미세 플라스틱이 얼마나 빠른 속도로 전 세계적인 위협으로 확산되었는지에 주목하고 있다. 미세 플라스틱 섭취에 숨겨진 건강 위험 미세 플라스틱 확산은 심각한 건강 문제를 야기한다. 연구자들은 플라스틱 입자와 암, 불임, 심혈관 질환 간의 연관성을 점점 더 많이 밝혀내고 있다. 해양에서 분해된 플라스틱은 사라지는 것이 아니라, 인체에 유입될 수 있을 정도로 작은 입자인 미세 플라스틱(5mm크기)과 마이크로 플라스틱으로 변형된다. 해양 생물부터 시작되는 먹이사슬은 이미 인간이 선택한 플라스틱 포장재의 흔적을 고스란히 담고 있다. 기업의 환경 오염 감시 캠페인을 이끌고 있는 오세아나의 매트 리틀존(Matt Littlejohn)은 "코카콜라는 세계 최대의 음료 제조업체이자 판매업체이다. 따라서 코카콜라의 행보는 해양에 미치는 영향 측면에서 매우 중요하다"고 강조했다. 최근 자료에 따르면, 이러한 영향은 더 이상 가설이 아닌 측정 가능하고 예측 가능하며, 점차 확대되고 있는 현실이다. 코카콜라, 플라스틱 오염 순위 1위 특히 과학 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 따르면, 코카콜라는 세계 최악의 플라스틱 오염 기업으로 선정됐다. 뒤를 이어 펩시코, 네슬레, 다논, 알트리아 등 주요 기업들이 플라스틱 오염의 주범으로 지목됐다. 오세아나는 2018년부터 2023년까지의 코카콜라 자체 공개 자료와 미래 판매 예측치를 종합하여 분석했으며, 그 결과는 비관적이다. 현재 추세가 지속된다면, 코카콜라의 연간 플라스틱 사용량은 2030년까지 연간 413만 톤 이상의 플라스틱을 사용할 것으로 전망된다. 학술지 '사이언스(Science)'에 발표된 동료 검토 방식을 사용하여 연구자들은 이 중 60만3200톤이 수중 생태계로 유입될 것으로 추정했다. 이는 500ml 플라스틱 병 약 2200억 개에 해당하는 양이다. 재활용 수거는 단순한 미봉책 코카콜라는 당초 2030년까지 전체 포장재의 25%를 재사용 가능한 형태로 전환하겠다고 발표했으나, 2024년 12월 이 목표를 철회하면서 논란을 더욱 가중시키고 있다. 현재는 재활용과 수거 중심의 전략을 유지하고 있지만, 환경 전문가들은 이 방법이 근본적인 해결책이 될 수 없으며 오히려 기업의 책임을 소비자에게 전가할 수 있다고 지적한다. 특히 얇은 일회용 플라스틱의 경우, 재활용은 에너지 효율성이 낮고 오히려 기업의 책임을 소비자에게 전가하는 결과를 초래할 수 있다. 오세아나의 리틀존은 "재활용은 물론 중요하다. 하지만 재활용 플라스틱으로 더 많은 일회용 플라스틱을 생산하는 것은 문제"라고 지적했다. 유리병 1개, 최대 50번 재사용 가능 재사용 가능한 포장재의 가치는 내구성에 있다. 어스닷컴에 따르면 유리병 하나는 최대 50번까지 재사용할 수 있으며, 두꺼운 PET 플라스틱 용기는 최대 25번까지 재사용이 가능하다. 각각의 재사용은 플라스틱 폐기물, 생산 배출량, 에너지 소비를 줄이는 효과를 가져온다. 이러한 이점에도 불구하고, 코카콜라와 같은 주요 브랜드는 여전히 재활용을 주요 해결책으로 내세우고 있다. 코카콜라의 재사용 목표 철회는 전 세계적인 플라스틱 생산량 감축 노력에 걸림돌이 된다. 재사용 시스템은 인프라 구축과 계획이 필요하지만, 플라스틱 순환에서 벗어날 수 있는 장기적인 해결책을 제시한다. 반면, 재활용은 종종 근본적인 문제를 해결하지 못하는 단기적인 미봉책에 그치는 경우가 많다. 플라스틱 사용이 기후 변화에 미치는 영향 플라스틱은 단순한 쓰레기 문제가 아닌 탄소 문제이기도 하다. 거의 모든 플라스틱은 화석 연료로 만들어지므로, 모든 플라스틱 병은 생산부터 폐기까지 기후 변화에 영향을 미친다. 플라스틱 폐기물과 지구 온도 상승 간의 연관성은 보고서가 발표될 때마다 더욱 명확해지고 있다. 대량으로 일회용 플라스틱을 생산하는 기업들은 환경 위기와 기후 위기를 동시에 심화시키는 주범인 셈이다. 그러나 코카콜라는 변화가 가능하다는 것을 이미 보여줬다. 일부 국가에서는 이미 대규모 재사용 시스템을 운영하고 있다. 브라질, 독일, 나이지리아, 심지어 미국 남부 텍사스와 같은 지역에서도 재활용 모델이 성공적으로 도입됐다. 리틀존은 "코카콜라는 이미 전 세계에서 가장 큰 규모의 재사용 인프라를 보유하고 있는 기업"이라며 "이러한 인프라를 활용해 플라스틱 오염을 실질적으로 줄일 수 있는 강력한 리더십을 보여줘야 한다"고 강조했다. 전문가들은 근본적인 해결책으로 플라스틱 사용 감축과 재사용 인프라 확대를 요구하고 있다. 광범위한 글로벌 네트워크를 가진 코카콜라는 실질적인 변화를 주도할 수 있는 역량을 갖추고 있다. 공급망, 소비자 습관, 산업 동향에 대한 코카콜라의 영향력은 플라스틱 위기 해결에 있어 핵심적인 역할을 할 수 있게 한다. 그러나 리더십은 단순한 성명 발표 이상의 것을 요구한다. 단기적인 이익보다 장기적인 지속가능성을 중시하는 과감한 결정이 필요하다. 재활용만으로는 충분하지 않다. 해결책은 재사용, 감축, 그리고 음료 포장 방식에 대한 근본적인 재고에 있다. 전 세계가 증가하는 플라스틱 쓰레기와 악화되는 해양 생태계 오염 문제로 씨름하고 있는 가운데, 코카콜라는 중대한 기로에 서 있다.
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코카콜라, 연간 60만톤의 플라스틱 폐기물 바다 투기 논란
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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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[기후의 역습(125)] 자연 탄소 흡수 능력 감소 추세, 기후 변화 가속화 경고
- 자연적인 이산화탄소(CO₂) 격리 과정이 약화되고 있으며, 이로 인해 기후 변화가 더욱 가속화될 것이라는 연구 결과가 발표되어 주목을 받고 있다. 스코틀랜드 스트라스클라이드 대학교 연구팀은 식물이 광합성을 통해 대기 중 CO₂를 흡수하고 저장하는 탄소 격리 과정이 1960년대에는 연간 0.8%씩 증가했으나, 2008년을 정점으로 하락세로 전환되어 현재는 연간 0.25%씩 감소하고 있다고 밝혔다. 과거 1960년대의 탄소 격리 성장률이 지속되었다면 자연 탄소 격리는 1960년부터 2010년까지 50% 증가했을 것이지만, 현재의 감소 추세가 이어진다면 250년 안에 절반으로 줄어들 것이라는 분석이다. 해당 연구에 대해서는 글래스고우 스트라스칼라이드 대학교가 17일(현지시간) 홈페이지를 통해 밝혔다. CO₂ 인위적 배출 상쇄 능력 약화 자연 탄소 격리는 최근 연간 약 1.2%씩 증가하고 있는 인간 활동으로 인한 탄소 배출량을 일부 상쇄하는 역할을 한다. 이러한 상쇄 효과를 유지하기 위해서는 인간의 탄소 배출량을 연간 0.3%씩 감축해야 한다. 이는 약 1억 톤의 CO₂ 감축에 맞먹는 양이다. 본 연구 결과는 영국 왕립 기상학회(Royal Meteorological Society) 학술지 '웨더(Weather)'에 게재됐다. 연구의 공동 저자인 스트라스클라이드 대학교 지속가능발전센터 방문 교수 제임스 커런(James Curran) 박사는 "지구 육지의 대부분은 북반구에 위치하며, 북반구의 여름철에는 풍부한 식생이 대기 중의 막대한 양의 CO₂를 흡수한다"고 설명했다. 커런 박사는 이어 "북반구의 겨울철에는 일부 CO₂가 죽은 식물의 자연 분해를 통해 대기 중으로 다시 방출되지만, 일부는 뿌리, 토양 및 휴면 상태의 목질 물질에 갇혀 남아있다. 인간 활동으로 인한 추가적인 배출 때문에 CO₂ 농도의 전체적인 곡선은 여전히 매년 상승하고 있다"고 덧붙였다. 그는 또한 "탄소 격리를 포함한 생물 다양성과 관련 생태계 서비스를 재건하기 위한 모든 노력이 시급하다. 삼림 벌채를 중단하고, 생태계 복원을 장려하며, 산불을 예방해야 한다. 회복력이 뛰어나고 향상된 생태계 서비스를 제공하는 대규모 서식지의 경우, 단편화를 우선적으로 해결해야 하며, 화석 연료를 단계적으로 폐지하고, 목재 및 섬유 제품을 더 넓은 순환 경제의 일환으로 가능한 한 오랫동안 재사용해야 한다"고 강조했다. "탄소 격리 감소는 이미 진행중" 커런 교수는 탄소 격리가 여전히 증가하고 있으며 미래의 어느 시점에서 감소하기 시작할 것이라는 광범위한 믿음이 존재하지만, 데이터는 이미 감소가 진행 중임을 보여준다고 지적했다. 그는 "대기 중 CO₂ 증가는 식물의 비료와 같은 역할을 하며, 특히 캐나다와 러시아의 광활하고 추운 북위 지역에서 지구 온난화로 식물이 더 빠르고 쉽게 잘 자랄 수 있는 것은 알려진 사실이다"라고 말했다. 커런 교수는 "위성 관측 결과 지구의 식생이 확산되면서 '더 푸르게' 변하고 있는 것으로 보고되지만, 과도한 열, 가뭄, 홍수, 바람 피해, 산불, 사막화, 그리고 잠재적으로 더 넓게 퍼지는 식물 해충 및 질병으로 인한 식생 성장 손상 등 다른 모든 영향으로 인해 그 단순한 가정이 반박된다"고 설명했다. 이 연구에 사용된 데이터는 하와이 마우나 로아 화산 북쪽 측면에 위치한 마우나 로아 천문대(MLO)에서 제공했다. 해발 3397m에 위치한 마우나 로아 천문대는 1950년대부터 대기 변화와 관련된 데이터를 지속적으로 모니터링하고 수집해온 최고의 대기 연구 시설이다. 2022년 마우나로아 화산이 폭발하면서 용암이 진입로를 가로질러 시설로 가는 전선을 끊어버려 마우나로아 천문대에서의 측정이 중단됐다. 현재 천문대는 차량으로 접근이 불가능하고 지역 전력회사의 전력 공급이 중단된 상태다. 천문대 직원들은 4개의 천문대 건물에 제한적인 태양광 발전을 설치해 글로벌 모니터링 연구실과 스크립스의 중요한 CO₂ 기록 및 기타 대기 측정값을 포함한 약 33%의 측정값을 현장에서 복구했다. ◇ 참고 문헌: James C. Curran et al, Natural sequestration of carbon dioxide is in decline: climate change will accelerate, Weather (2025). DOI: 10.1002/wea.7668
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[기후의 역습(125)] 자연 탄소 흡수 능력 감소 추세, 기후 변화 가속화 경고
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[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발
- 국내 연구진이 최근 박테리아를 활용해 기존 플라스틱 생산 방식의 한계를 극복하고 친환경적인 폴리머 생산 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표해 학계의 주목을 받고 있다. 플라스틱은 현대 사회에 필수적인 소재이지만, 생산 과정에서 화학 연료 기반 화학 물질 사용으로 인한 환경 문제와 폐기할 때 자연적으로 분해되지 않아 발생하는 환경 오염 문제가 지속적으로 제기되어 왔다. 이러한 가운데, 한국과학기술원(KAIST)의 생물분자공학자이자 공동저자인 이상엽 박사 연구팀은 포도당만을 연료로 사용해 유용한 폴리머를 생산할 수 있도록 박테리아는 유전자 조작하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 시스템은 박테리아가 특이한 영양 조건이 직면했을 때 사용하는 효소를 기반으로 하며, 다양한 종류의 폴리머를 생산할 수 있도록 조절이 가능하다. 해당 연구에 대해서는 과학기술 전문매체 아르스 테크니카, 네이처닷컴, PHYS.org 등 다수 매체가 17일(현지시간) 보도했다. 네이처 닷컴에 따르면, 매년 전세계적으로 약 4억 톤의 분해 불가능한 석유 기반 플라스틱 폐기물과 미세 플라스틱이 생산되어 야생동물과 인간의 건강을 위협하고 지구를 오염시키고 있다. 탄소 과잉 상태를 활용한 폴리머 합성 메커니즘 연구진은 박테리아 세포가 폴리하이드록시알카노에이트(PHA·폴리에스테르)를 생성하는 시스템에 주목했다. PHA는 박테리아 세포가 탄소원과 에너지를 충분히 공급받지만, 성장과 분열에 필요한 특정 영양소가 부족할 때 생성되는 화학 물질이다. 이러한 환경에서 박테리아 세포는 탄소 원자를 포함하는 작은 분자들을 연결하여 거대한 폴리머를 형성한다. 이후 영양 조건이 개선되면, 박테리아는 이 폴리머를 분해하여 개별 분자들을 에너지원으로 활용할 수 있다. 이 시스템의 핵심적인 특징은 폴리머를 구성하는 단량체의 종류에 크게 구애받지 않는다는 점이다. 지금까지 150가지 이상의 다양한 작은 분자들이 PHA에 통합될 수 있음이 확인됐다. 폴리머를 합성하는 효소인 PHA 합성 효소는 분자가 에스터 결합을 형성할 수 있는지 여부와 세포 내 생화학 반응의 중간체로 흔히 사용되는 코엔자임 A에 결합될 수 있는지 여부만을 중요하게 고려하는 것으로 나타났다. 일반적으로 PHA 합성 효소는 산소 원자를 통해 분자들을 연결하지만, 아미노산에서 발견되는 것과 같이 질소 원자를 통해 연결되는 유사한 화학 결합을 형성하는 것도 가능하다. 그러나 이러한 반응을 촉매하는 효소는 지금까지 알려진 바가 없었다. 이에 연구진은 기존 효소들이 통상적으로 수행하지 않는 반응을 유도할 수 있는지 실험하기로 결정했다. 연구진은 클로스트리디움(Clostridium) 속 박테리아에서 유래한 효소를 활용했는데, 이 효소는 다양한 화학 물질과 상호작용하는 것으로 알려져 있다. 실험 결과, 이 효소는 아미노산을 코엔자임 A에 비교적 효과적으로 결합시켰다. 아미노산들을 서로 연결하기 위해 연구진은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 박테리아에서 유래한 효소에 네 가지 돌연변이를 도입하여 반응 물질의 범위를 넓혔다. 시험관 내 실험에서 이 시스템은 성공적으로 작동하여 아미노산들이 폴리머 형태로 연결되는 것을 확인했다. 세포 내 발현 및 생산량 증대 노력 다음 과제는 이 시스템이 실제 세포 내에서도 작동하는 지 확인하는 것이었다. 불행히도 사용된 두 효소 중 하나가 대장균(E. coli)에 약한 독성을 나타내 성장을 저해하는 것으로 밝혀졌다. 이에 연구팀은 해당 단백질을 내성적으로 발현하는 대장균 균주를 개발했다. 이 두 단백질을 모두 발현시킨 결과, 세포는 소량의 아미노산 폴리머를 생산했다. 배지에 특정 아미노산을 과량으로 첨가하면, 생성되는 폴리머에 해당 아미노산의 함량이 높아지는 경향을 보였다. 하지만 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량은 다소 낮은 수준이었다. 연구팀은 "이러한 [아미노산]들은 적절한 탄소원으로부터 세포 내에서 생성될 경우 폴리머에 보다 효율적으로 통합될 수 있을 것"이라고 판단했다. 이에 특정 아미노산(라이신) 생산에 필요한 유전자 복제본을 추가적으로 도입했다. 그 결과 더 많은 폴리머가 생산됐으며, 폴리머 내 라이신 함량 비율도 높아졌다. 생성된 폴리머 대부분에는 에스터 결합을 형성할 수 있는 젖산이 상당량 포함되어 있었다. 젖산은 포도당 대사 과정의 잠재적 산물 중 하나이므로 세포 내에 자연적으로 많이 존재한다. 이에 연구팀은 젖산 생성의 주요 효소를 암호화하는 유전자를 제거해 폴리머에 통합되는 젖산의 양을 현저히 줄였다. 연구진은 다양한 조건에서 실험을 진행하여 두 가지 다른 아미노산 단량체의 혼합물로 이루어진 폴리머를 만들 수 있음을 입증했으며, 혼합물에 비아미노산 물질을 통합하는 데에도 성공했다. 대장균 균주에 몇 가지 추가적인 효소를 도입함으로써 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량을 50% 이상으로 끌어올렸다. 또한, 중합 반응을 담당하는 효소에 돌연변이를 도입하여 특정 아미노산이 생성되는 폴리머에 선택적으로 더 많이 통합되도록 조절할 수 있음을 확인했다. 다양한 물성 조절 및 생분해 가능성 제시 연구팀이 개발한 시스템은 매우 유연하여 광범위한 학 물질을 폴리머에 통합할 수 있다는 점이 가장 큰 특성이다. 이는 생성되는 플라스틱의 다양한 물성을 조절할 수 있도록 해줄 것으로 기대된다. 또한, 효소를 통해 결합이 형성되었으므로 생성된 폴리머는 거의 확실하게 생분해될 가능성이 높다. 다만 몇가지 한계점도 존재한다. 폴리머에 통합되는 물질을 완전히 통제할 수는 없다는 것이다. 특정 아미노산 또는 기타 화학 물질의 혼합 비율을 높일 수는 있지만, 효소가 세포 내 대사 과정에서 생성되는 임의의 하학 물질을 어느 정도 수준으로 통합하는 것을 완전히 막을 수는 ㅇ첪다. 또한 생산된 폴리머를 제조 공정에 적용하기 전에 다른 세포 구성 성분으로 정제해야 하는 문제와 대규모 산업 생산에 비해 생산 속도가 느리다는 점도 해결해야 할 과제다. 비록 이 기술이 당장 전 세계 플라스틱 생산을 대체할 수 있는 수준은 아니지만, 생물 기반 제조의 잠재력을 훌륭하게 보여주는 연구 결과라는 평가를 받고 있다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 2025년 3월 18일 자 온라인판에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: Tong Un Chae et al, Biosynthesis of poly(ester amide)s in engineered Escherichia coli, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01842-2
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[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발
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KAI, 인도네시아 KT-1B 훈련기 수명 150% 연장…6400만 달러 규모 사업 수주
- 한국항공우주산업(KAI)이 인도네시아 현지 항공사와 협력해 인도네시아 공군(TNI AU)의 KT-1B 훈련기 운용 수명을 150%까지 늘리는 6400만 달러(약 930억 원) 규모의 사업을 수주하며, 단순 항공기 납품을 넘어 '종합 항공 솔루션' 제공 기업으로서의 입지를 확고히 했다. KAI는 지난 3월 13일 인도네시아 정부와 계약을 체결했다. 15일(현지시각) 자카르타닷컴 보도에 따르면 이번 수명 연장 사업은 KT-1B 훈련기의 동체와 날개 등 주요 구조를 강화하는 데 초점을 맞춘다. 이를 통해 항공기의 작전 능력을 향상시키는 것은 물론, 설계 수명을 목표 운용 시간까지 연장하여 운용 기간을 기존 대비 약 150% 늘리는 효과를 거둘 것으로 기대된다. 이번 사업의 핵심은 인도네시아에서 운용 중인 KT-1B 훈련기를 분해 및 정밀 검사하여 잔여 수명을 정확하게 진단하는 과정이다. KAI는 고객의 항공기 운용 분석 및 수명 해석 결과를 바탕으로 최적의 수명 연장 방안을 적용할 계획이다. 이 과정을 통해 인도네시아는 항공기를 지속적으로 효과적으로 운용하면서도 장기적으로 유지보수 비용을 절감하는 상당한 경제적 효과를 누릴 수 있을 것으로 예상된다. 인도네시아는 지난 2003년 KT-1B를 처음 도입한 이후 현재까지 총 20대를 운용하고 있다. KT-1B는 KAI의 기본 훈련기인 KT-1의 인도네시아 수출형 모델로, 기본 조종 훈련뿐만 아니라 인도네시아 공군 곡예비행팀 '주피터'의 에어쇼에도 활발하게 활용되고 있다. 현재까지 튀르키예, 페루, 세네갈 등 다양한 국가에 총 84대의 KT-1 계열 항공기가 수출되며 KAI의 우수한 기술력을 입증했다. 특히 인도네시아는 KT-1뿐만 아니라 T-50 고등훈련기 등 국산 항공기를 처음으로 도입한 해외 국가이며, KF-21 전투기 공동 개발국으로서 KAI와 긴밀한 협력 관계를 이어오고 있다. 이번 수명 연장 사업은 인도네시아 현지에서 진행될 예정이며, KAI는 기술 전문가를 파견하여 인도네시아 공군 및 현지 항공사와 긴밀히 협력할 계획이다. 특히 이번 협력은 인도네시아의 국영 항공기 제작업체인 PTDI와 같은 기업으로 확대되어, 인도네시아가 지역 항공기 유지보수 및 후속 지원 서비스의 핵심 기지 역할을 수행하는 데 기여할 것으로 보인다. KAI는 이미 지난달 인도네시아의 PT PDS 인도네시아와 양해각서를 체결하고, 협력사에 항공 전문가 교육 및 인력 공급을 제공하는 등 인도네시아 항공 산업과의 다각적인 협력을 모색하고 있다. 강구영 한국항공우주산업(KAI) 사장은 "우리는 항공기 납품뿐만 아니라 후속 지원 및 성능 개선 분야에서도 성공적인 사업 성과를 거두고 있다"며, "이번 KT-1B 수명 연장 사업 수주는 KAI가 항공기 개발부터 제조, 운용, 유지보수, 성능 개량까지 아우르는 '종합 항공 솔루션' 제공 기업으로서의 역량을 입증한 쾌거"라고 강조했다. 그는 이어 "향후 KT-1뿐만 아니라 T-50, 수리온 등 국내외 고객이 운용하는 다양한 플랫폼으로 시장을 확대해 나갈 것"이라고 포부를 밝혔다. 한편, KAI는 현재까지 전 세계에 224대의 국산 항공기를 수출했으며, 앞으로도 국제 시장 점유율 확대를 위해 적극적으로 노력할 계획이다. 최근에는 인도네시아 공군 소속 KT-1B 훈련기 '웡 비'(기체 번호 LL-0113)가 제10정비창 제2정비대대에서 중정비를 마치고 다시 작전 투입 준비를 완료했다는 소식도 전해졌다. 이는 인도네시아 공군이 자체적으로 무기체계의 작전 가동률을 유지하고 비행 임무 및 군사 훈련을 원활하게 지원하기 위한 노력의 일환으로 풀이된다. 당시 인도 과정에서 제11정비대대장인 아르디 아르디안 P.S. 소령은 관련 서류와 함께 항공기를 족자카르타 아디 수칩토 공군기지 비행 교관에게 인도했으며, 이로써 해당 항공기는 각종 훈련 및 작전 임무에 즉시 투입될 수 있게 되었다. 자카르타닷컴은 '웡 비' 훈련기가 인도 전 모든 시스템의 정상 작동 여부를 확인하기 위해 5일간의 시험 비행을 성공적으로 마쳤다고 보도했다. 또한, 이번 정비는 엄격한 제조업체 기준과 항공 규정에 따라 진행되어 항공기의 안전과 성능을 완벽하게 보장한다고 덧붙였다. 이번 정비 성공은 인도네시아 공군 제10정비창 제11정비대대가 자체적으로 무기체계의 중정비를 수행할 수 있는 뛰어난 능력을 입증하는 사례로 평가되며, 외부 지원에 대한 의존도를 줄이고 정비 기간을 단축함으로써 인도네시아 공군 훈련기의 전투 준비 태세를 한층 강화하는 데 기여할 것으로 전망된다. 이번 KAI의 인도네시아 KT-1B 훈련기 수명 연장 사업 수주는 단순한 계약 이상의 의미를 지닌다. KAI가 항공기 개발 및 제조 역량을 넘어, 운용 수명 관리 및 성능 개선 분야에서도 국제적인 경쟁력을 확보했음을 입증하는 사례이기 때문이다. 특히 인도네시아는 KF-21 공동 개발 파트너로서, 이번 사업을 통해 양국 간의 방산 협력이 더욱 공고해질 것으로 기대된다. 또한, KAI가 '종합 항공 솔루션' 제공 기업으로 도약하는 발판을 마련했다는 점에서도 주목할 만하다. 향후 KAI는 축적된 기술력과 경험을 바탕으로 다른 국가에서도 유사한 사업 기회를 확대해 나갈 수 있을 것으로 전망된다.
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KAI, 인도네시아 KT-1B 훈련기 수명 150% 연장…6400만 달러 규모 사업 수주
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[신소재 신기술(160)] 플라스틱, 4시간만에 94% 재활용⋯공기 중 습기가 비결
- 지구촌 플라스틱 문제 해결에 청신호가 켜졌다. 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 공기 중 습기를 이용해 플라스틱 폐기물을 분해하는 혁신적인 신기술을 개발했다고 발표했다. 이 신기술은 기존 플라스틱 재활용 방식에 비해 안전하고 경제적이며 지속가능한 것으로 플라스틱 순환 경제 구축에 크게 기여할 것으로 전망된다. 새로운 기술은 공기 중의 미량의 습기만으로 플라스틱 폐기물을 효율적으로 재활용하는 간편한 방법이다. 연구팀은 폴리에스터 계열 플라스틱 중 가장 널리 사용되는 페트(PET)의 결합을 끊는 저렴한 촉매를 개발했다. 이 촉매를 활용해 분해된 PET는 공기중의 미량의 수분에 노출되는 것만으로 플라스틱의 기본 구성 단위인 단량체로 전환된다. 연구팀은 이 단량체를 재활용하거나 고부가가치물질로 업사이클링할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구에 대해서는 전문매체 쿨다운, 인터레스팅엔지니어링,웹사이트 PHYS.org 등 다수 매체가 다루었다. 연구의 공동 교신 저자인 노스웨스턴 대학 조교수인 요시 크라티쉬 연구원은 보도자료를 통해 "본 연구의 가장 획기적인 성과는 플라스틱 분해에 공기 중 습기를 활용하여 매우 깨끗하고 선택적인 공정을 달성했다는 점"이라고 말했다. 크라티쉬 연구원은 "미국은 1인당 플라스틱 오염국 1위이며, 우리는 그 플라스틱의 5%만 재활용한다"면서 "다양한 유형의 플라스틱 폐기물을 처리할 수 있는 더 나은 기술이 절실히 필요하다. 오늘날 우리가 가진 대부분의 기술은 플라스틱 병을 녹여서 품질이 낮은 제품으로 다운사이클한다"고 밝혔다. 이어 "우리 연구에서 특히 흥미로운 점은 공기 중의 수분을 이용해 플라스틱을 분해하여 매우 깨끗하고 선택적인 공정을 달성했다는 것이다. PET의 기본 구성 요소인 단량체를 회수함으로써 재활용하거나 더 가치 있는 재료로 업사이클할 수도 있다"고 강조했다. 플라스틱 지속 가능한 해결책 제시 연구팀은 플라스틱 폐기물을 분해하기 위해 몰리브덴 촉매와 활성탄을 사용했다. 이 두 물질은 모두 저렴하고 풍부하며 무독성이라는 장점을 지닌다. 실험 과정은 다음과 같다. 먼저 PET 플라스틱과 촉매, 활성탄을 혼합한 후 가열한다. 폴리에스터 플라스틱은 화학 결합으로 연결된 반복 단위의 거대 분자(폴리머)로 구성되어 있다. 가열 과정을 통해 이 화학 결합이 단시간내 끊어지는 것이다. 다음으로 연구진은 분해된 물질을 공기에 노출시켰다. 놀랍게도 분해된 물질은 극소량의 습기만으로 폴리에스터의 고부가가치 전구체인 테레프탈산(TPA)으로 변환됐다. 부산물은 상업적 가치가 있는 산업용 화학물질인 아세트알데히드뿐이었다. 이는 쉽게 제거할 수 있다. 연구의 제1 저자인 나빈 말라크 연구원은 "상대적으로 건조한 환경에서도 대기 중에는 평균 1만~1만5000㎦의 물이 존재한다"며 "대기 중 습기를 활용함으로써 대량의 용매를 제거하고 에너지 투입량을 줄이며, 공격적인 화학 물질 사용을 피할 수 있어 더욱 깨끗하고 환경 친화적인 공정이 가능하다"고 설명했다. 크라티쉬 연구원은 시스템이 완벽하게 작동했지만, 과도한 양의 물을 첨가했을 때 기능이 오히려 저하됐다고 밝혔다. 이는 폐플라스틱 분해에 적절한 균형 유지가 중요하며, 결국 자연적인 공기 중 습도가 플라스틱 폐기물 분해에 최적의 양을 제공했다는 것이다. 심각한 플라스틱 오염 문제 PET 플라스틱은 식품 포장재 및 음료 용기에 광범위하게 사용되며, 전 세계 플라스틱 소비량의 12%를 차지한다. 자연 분해가 잘 안 돼 플라스틱 오염의 주범으로 꼽힌다. 사용 후 매립되거나 미세 플라스틱 또는 나노 플라스틱으로 분해되어 토양과 하수, 수로를 오염시킨다. 플라스틱 재활용은 중요한 연구 분야이지만, 기존 방식은 고온, 고에너지 소비, 유해 용매 사용 등 극단적인 조건에 의존하며 독성 부산물을 생성하는 경우가 많다. 더욱이 백금, 팔라듐과 같은 촉매는 고가이며 독성이 있어 더욱 유해한 폐기물을 생성한다. 반응 완료 후에는 재활용 물질을 용매로부터 분리해야 하는데, 이 과정 또한 시간과 에너지가 많이 소모된다. 크라티쉬 연구원은 "용매 대신 공기 중 수증기를 사용했다. 이것은 플라스틱 재활용 문제를 해결하는 훨씬 더 우아한 방법"이라고 강조했다. 빠르고 효율적인 공정 새로운 공정은 빠르고 효율적이다. 단 4시간 만에 가능한 TPA의 94%를 회수한다. 개발된 촉매는 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라 재활용이 가능하며, 반복 사용에도 효과를 유지한다. 또한 이 방법은 혼합 플라스틱에도 적용 가능하도록 설계되어 선택적으로 재활용 할 수 있다. 이러한 선택성은 재활용 산업에 상당한 경제적 이점을 제공하는 전처리 분류의 필요성을 없애준다. 실제 플라스틱 병, 의류, 혼합 플라스틱 폐기물 등 실제 재료에 대한 테스트에서도 이 공정은 매우 효과적이었으며, 색깔있는 플라스틱까지 순수하고 투명한 무색의 TPA로 분해됐다. 연구팀은 향후 산업적 응용을 위해 공정 규모를 확대해 대량의 플라스틱 폐기물을 효율적으로 관리할 수 있도록 노력할 계획이다. 이번 연구 결과는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 학술지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'에 최근 게재됐다.
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[신소재 신기술(160)] 플라스틱, 4시간만에 94% 재활용⋯공기 중 습기가 비결
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[기후의 역습(122)] 남극 오존층, 회복세 공식 확인…MIT, 완전 소멸 궤도 진입
- 한때 지구 생태계를 위협했던 남극 오존층 구멍이 국제 사회의 공동 노력으로 괄목할 만한 회복세를 보이며 완전 소멸을 향해 나아가고 있다는 고무적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구진은 5일(이하 현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 게재한 논문에서 "남극 오존층이 95% 신뢰 수준으로 회복되고 있으며, 이는 자연적 기상 변동성이 아닌 오존층 파괴 물질 감축 노력의 직접적인 결과"라고 밝혔다. MIT 뉴스는 5일 "이러한 회복(오존층 구멍 회복)이 자연적인 기상 변화나 성층권으로의 온실가스 배출 증가와 같은 다른 영향보다는 오존 고갈 물질의 감소에 주로 기인환다는 것을 보여준 최초의 연구"라고 밝혔다. 수십 년간 과학계는 남극 오존층 구멍의 점진적 개선 징후를 관찰해 왔으나, 이번 연구는 장기간의 관측 데이터를 토대로 오존층 회복에 대한 확고한 과학적 증거를 제시했다는 점에서 의미가 깊다. 논문의 주저자인 MIT의 저명한 대기 화학자 수잔 솔로몬 교수는 성명을 통해 "남극 오존층 구멍이 개선되고 있다는 정성적 증거는 많았지만, 이번 연구는 오존층 회복에 대한 신뢰도를 처음으로 수치화했다"고 강조했다. 솔로몬 교수는 "95% 신뢰도로 회복되고 있다는 결론은 매우 놀라운 성과이며, 인류가 환경 문제 해결에 실제로 나설 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다. CFCs 남용으로 오존층 구멍 형성 오존층은 지구 표면 15~30km 상공의 성층권에 위치하며, 대기 중 오존 농도가 높아 유해한 태양 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 그러나 1970년대와 80년대에 들어서면서 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 형성되기 시작했다. 이는 에어로졸 스프레이, 용매, 냉매 등에 광범위하게 사용된 염화불화탄소(CFCs)와 같은 합성 화합물이 주범으로 지목됐다. CFCs는 성층권에 도달하면 염소 원자를 방출하여 오존 분자 분해를 촉진하는 것으로 알려져 있다. 특히 남극 지역은 극도로 낮은 기온, 극지방 성층권 구름의 존재, 그리고 오존층 파괴 화학 물질을 가두는 극 소용돌이와 같은 특수한 조건으로 인해 남반구의 봄철에 오존층 파괴가 더욱 심각하게 나타난다. 솔로몬 교수는 과거 미국해양대기청(NOAA) 소속으로 1986년 남극에 파견되어 CFCs가 오존층 파괴의 원인임을 입증하는 결정적인 증거를 수집하는 데 기여했다. 몬트리올 의정서 채택 이후 CFCs 단계적 폐지 이러한 과학적 근거를 바탕으로 국제 사회는 문제 해결을 위해 발 빠르게 움직였다. 1987년 몬트리올 의정서 채택 이후 197개국과 유럽연합(EU)은 냉장고와 에어로졸에 사용되는 CFCs와 같은 오존층 파괴 물질의 단계적 폐지에 합의했다. 지난 10년간 남극 오존층 구멍은 특히 9월, 남극이 온난해지기 시작하며 오존층 구멍이 가장 크게 열리는 시기에 매년 축소되는 긍정적인 신호가 나타났다. 그러나 대기 중 '혼란스러운 변동성' 때문에 과학자들은 섣불리 회복을 단정하기를 주저했으며, 일각에서는 회복 속도가 기대에 미치지 못한다는 주장이 제기되기도 했다. 하지만 15년간 축적된 관측 데이터를 분석한 결과, 연구진은 오존층이 확실히 회복되고 있다는 결론을 내렸다. 현재 추세가 유지된다면 남극 오존층은 약 10년 후 완전히 회복될 것으로 전망된다. 연구팀은 남극 오존 회복의 원인을 파악하기 위해 정량적 접근 방식을 취했다. 팀은 기후 변화 커뮤니티에서 '지문 분석(fingerprinting)'이라는 방법을 차용했다. 이는 클라우스 하셀만이 개발한 것으로, 그는 2021년 이 기술로 노벨물리학상을 수상했다. 기후의 맥락에서 지문 분석은 자연적 기상 노이즈와 별도로 특정 기후 요인의 영향을 분리하는 방법을 말한다. 하셀만은 지문 분석을 적용해 기후 변화의 인위적인 지문 식별, 확인 및 정량화했다. 솔로몬 교수 팀은 지문 분석법을 적용해 또 다른 인위적인 신호, 즉 사람들이 오존층 파괴 물질을 줄이는 것이 오존층 회복에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 아울러 지구 대기의 시물레이션으로 시작해 서로 다른 시작 조건에서 동일한 지구 대기의 여러 '평행 세계' 또는 시뮬레이션을 생성했다. 연구팀은 예를 들어, 온실 가스나 오존층 파괴 물질의 증가가 없다고 가정한 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 또한 온실 가스만 증가하고 오존층 물질만 감소하는 시뮬레이션도 실행했다. 이러한 시뮬레이션을 통해 연구팀은 수십년에 걸쳐 오존이 매월 회복되는 시간과 고도를 매핑하고 오존 고갈 물질의 감소로 인한 오존 회복의 핵심 '지문' 또는 패턴을 식별했다. 그런 다음 연구팀은 2005년부터 현재까지 남극 오존층에 대한 실제 위성 관측에서 이 지문을 찾았다. 팀은 2018년에 이 지문이 가장 강했고, 오존 회복이 주로 오존층 파괴 물질의 감소 때문이라고 95%의 신뢰도로 확신했다. 솔로몬 교수는 "2035년쯤에는 남극 오존층에서 오존층 파괴가 전혀 나타나지 않는 해를 보게 될 수도 있다. 이는 매우 감격스러운 일"이라며 "우리 시대에 오존층 구멍이 완전히 사라지는 것을 목격하게 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 인류가 국제적인 협력을 통해 심각한 환경 문제에 효과적으로 대응할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로 기록될 전망이다.
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