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미세플라스틱, 모든 정액 샘플에서도 발견
- 중국에서 미세플라스틱이 모든 인간의 정액에서 발견됐으며, 정자 운동에도 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 중국의 여러 기관과 연계된 공중보건 연구팀은 테스트한 모든 샘플의 정액에서 미세플라스틱을 발견했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '전체 환경과학((Science of the Total Environment)' 저널에 발표됐다. 연구팀은 직업상 플라스틱에 노출되지 않은 개인을 대상으로 △ 미세플라스틱 폴리머(Polimer, 고분자량 화합물)의 존재와 △ 어떤 유형의 플라스틱이 얼마나 많이 들었는지, △ 정액에 영향을 미치는 매개변수와의 관계를 조사하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 중국 동부 산동성의 성도인 지난(Jinan, 濟南)에 살고 있는, 플라스틱 산업에 종사하지 않는 건강한 성인 남성 36명으로부터 정액 샘플을 수집했다. 이전 연구에 따르면 미세플라스틱은 산꼭대기, 외딴 섬, 대기 상층부, 깊은 해양과 남극 등 거의 모든 곳에 존재하는 것으로 나타났다. 또한 심장과 뇌, 태반, 개와 인간의 고환 등 인체의 모든 기관에서도 미세플라스틱이 발견됐다. 이번 연구에서 각 샘플은 화학 용액과 혼합한 뒤 현미경 분석을 위해 필터링(여과)했다. 미세플라스틱 폴리머를 식별하고 정량화하고 뷴류하기 위해 라만 현미경을 사용했다. 연구에 따르면 정자 운동성은 컴퓨터 보조 성분을 통해 평가됐으며, 형태는 Diff-Quik 염색을 통해 평가됐다. 최근 연구에서 과학자들은 사람들이 평균적으로 매주 신용 카드 1장에 해당하는 양의 플라스틱을 소비한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 이제 사람들이 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 실질적으로 불가능하다고 말했다. 8가지 유형의 폴리머 확인 연구팀은 모든 정액 샘플에서 샘플당 평균 2개의 입자(0.72~7.02μm 범위)의 미세플라스틱을 발견했다. 또한 8개의 서로 다른 플라스틱 폴리머가 확인되었으며, 포장용 스티로폼에 흔히 사용되는 폴리스티렌(31%)이 가장 많이 발견됐다. 연구에 따르면 정자 형태학적 이상이 발견됐지만 특정 플라스틱 유형과 유의미한 관련은 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 또한 섭취된 미세플라스틱이 전 세계 출산율 감소의 원인이 될 수 있는지 테스트했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각에 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는데 도움이 될수 있음을 시사한다. 폴리스티렌에 노출된 정액은 폴리염화비닐 노출 그룹에 비해 더 높은 정자 진행성 운동을 보였다. 건강에 미치는 영향은 아직 알려지지 않았지만 전 세계 많은 과학자들은 미세플라스틱 섭취가 많은 염증성 질환의 원인이 될 수 있다고 추정하고 있다. 연구팀은 다양한 미세플라스틱 폴리머에 대한 노출이 정자의 진행성 운동에 미치는 영향이 다양하다고 설명했다. 이는 광범위하게 존재하고 잠재적인 생식 독성을 지난 미세플라스틱이 남성 생식 능력에 어떤 영향을 미치는 지 추가 조사의 필요성을 강조했다.
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- 생활경제
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미세플라스틱, 모든 정액 샘플에서도 발견
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[기후의 역습(13)] 네덜란드 과학자, 녹아내리는 북극 빙하 재동결 프로젝트 가동
- 지구 온난화로 인해 눈 덮인 북극의 빙하가 녹아 내리는 것을 막기 위해 과학자들이 이 지역 전체의 기후를 획기적으로 바꿀 계획을 세우고 있다. 월스트리트저널(WSJ)이 운영하는 동영상 채널에 따르면, 네덜란드의 과학자 팀이 기후 변화와 지구 온난화로 인해 치명적으로 줄어들고 있는 북극 빙하를 보전하기 위한 얼음 재동결 프로젝트를 시작했다. 그렇다고 이 프로젝트가 북극 전체를 아우를 정도로 거창한 것은 아니다. 북극을 거대한 냉동고에 넣는 것과 같은 엄청난 실행 계획은 아니지만, 햇빛을 반사함으로써 북극 온도를 낮추고 냉각시킴으로써 얼음을 늘린다는, 이론적으로나 실제적으로 실현 가능한 프로젝트라는 지적이다. 프로젝트들 중 일부는 이미 진행 중이라고 한다. 한 실험은 물을 얼음 표면으로 퍼 올려 얼게 해 북극의 눈 위에 보호층을 형성하는 것이다. 다른 실험은 과학자들이 태양에서 내리쬐는 직사광선을 반사할 수 있도록 눈 위에 반사 유리 구슬을 흩뿌리는 것이었다. 이들 프로젝트는 모두 지구공학의 한 솔루션으로서, 기후 변화로 인한 피해를 상쇄하기 위해 환경의 특정한 측면을 다루는 기술이다. 과학자들이 이런 프로젝트를 심각하게 고려하고 실행하는 것은 국가나 기업, 기관과 단체의 기후 변화 완화 노력이 충분하지 않기 때문이다. 지난해는 북극에서 기록상 역대 가장 따뜻한 해였다. WSJ 동영상에서 네덜란드의 스타트업 악틱리플렉션(Arctic Reflections)은 북극해 전역에서 전략적으로 선택된 장소에 바닷물을 퍼 올려 얼림으로써 얼음층을 두껍게 만들고, 북극 얼음을 열 차폐로 복원하는 실험을 진행하고 있다. 악틱리플렉션은 "빙상 경기를 위한 아이스링크를 건설하는 방식을 차용해 '들판에 물 뿌려 얼리기'와 같은 작업을 반복했다"고 밝혔다. 회사는 "아이스링크 건설 업체들의 얼음 얼리는 방식에서 영감을 얻어 이 프로젝트를 수행함으로써, 탄소 배출을 줄일 획기적인 기술이 적용되기까지 북극 얼음을 조금이라도 더 두껍게 복원하고 유지할 수 있을 것"이라고 기대했다. 얼음은 재생할 수 있다고 회사는 희망적인 메시지를 전하고 잇다. 이런 노력으로 빙하가 녹는 속도를 30% 정도 감소시킬 수 있지만, 여기에는 막대한 투자 및 국제적인 상호 협력과 공동 운영이 매우 중요하다는 지적이다. 유사한 프로젝트를 북극권에서 대폭 확장하는 데 드는 비용은 대략 5000억 달러에 이른다는 추산이다. 그러나 한 연구에서는 북극의 해빙으로 인해 기후 변화가 가속화하면 향후 3세기 동안 무려 130조 달러의 경제적인 손실이 발생할 수 있다고 경고하고 있다. 그러나 이 프로젝트는 기본적으로 1회용 반창고와 같이 일시적으로 상처를 가리는 솔루션일 수밖에 없다. 환경 변화에 대한 광범위한 대응책을 준비하는 임시방편의 의미가 크다는 지적이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(13)] 네덜란드 과학자, 녹아내리는 북극 빙하 재동결 프로젝트 가동
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[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
- 이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수
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[기후의 역습(11)] 지구 평균 기온, 12개월 연속 사상 최고치
- 12개월 연속으로 지구 평균 기온이 사상 최고치를 기록했다. 미국 매체 더 힐은 5일(현지시간) 유럽연합의 코페르니쿠스 기후변화서비스(C3S)를 인용, 지난달은 사상 가장 더운 5월이었다며 이같이 보도했다. 유럽 기후 과학자들의 데이터에 따르면 지구 평균 기온이 산업화 이전 수준보다도 1.5도 이상 높았던 달이 11개월 연속 기록된 것으로 나타났다. 지난달 세계 평균 기온이 역대 5월 중 가장 높았다고 유럽연합(EU) '코페르니쿠스기후변화서비스(C3S)'가 밝혔다. C3S가 발표한 보고서에 따르면 지난달 지구 표면의 평균 기온은 섭씨 15.9도였다. 이는 산업화 이전 평균치보다 1.52도 높은 수치다. 이로써 작년 6월부터 지난달까지 12개월 연속으로 '역대 가장 더운 달' 기록을 지속하게 됐다. 같은 기간 지구 평균 기온은 산업화 이전 대비 1.63도 높았다. 2015년 파리기후변화협약에서 합의된 기온 상승 폭 제한 기준은 산업화 이전 대비 1.5도다. 지난 12개월 동안 지구의 평균 기온은 1991~2020년 평균 기온보다 0.75°C 높았고, 산업화 이전 평균보다 1.63°C 높았다. 세계기상기구(WMO)도 같은 날 발표한 보고서에서 지구 연평균 기온 상승 폭의 마지노선인 섭씨 1.5도를 2028년 내 넘을 확률이 80%라고 예측했다. C3S의 최신 데이터는 향후 5년 중 적어도 한 해 동안 지구의 연평균 기온이 산업화 이전 수준보다 섭씨 1.5도를 초과할 가능성이 80%에 달한다는 세계기상기구의 최신 연례 업데이트와 유사하다. 세계기상기구는 2024∼2028년 5년 동안 지구 연평균 표면 기온이 산업화 이전 시기인 1850∼1900년 기준선보다 1.1∼1.9도 더 높을 것으로 보인다고 밝혔다. 이를 토대로 2024∼2028년 사이에 연평균 기온 상승 폭이 1.5도를 넘어서는 해가 적어도 한번 나올 확률을 80%로 추계한 것이다. 지난해의 경우 연평균 기온이 산업화 이전 대비 1.45도 높아져 사상 최고치를 기록했다. 지난해 6월부터 올해 5월까지 1년간 지구 평균 기온이 산업화 이전 대비 1.63도 높았다는 것은 파리기후변화협약 제한선인 1.5도가 깨졌다는 것을 나타낸다. 이같은 기후변화 추이는 국제사회의 목표 달성이 현실적으로 어려워지고 있음을 시사한다. 기후변화는 그 어느 나라도 예외일 수 없다. 우리나라는 지난 봄 기온이 역대 두 번째로 높고 바다는 10년 새 가장 뜨거웠던 것으로 나타났다. 기상청이 지난 5일 공개한 기후분석 결과에 따르면 지난 봄 전국 평균 기온은 13.2도로, 평년(1990~2010년 평균) 봄 기온보다 1.3도 높았다. 이는 1973년 이후 봄 기온으로 상위 2번째에 해당한다. 봄 기온이 가장 높았던 해는 2023년(13.5도)이고 3번째로 높았던 해가 2022년(13.2도)으로 최근 3년 내내 봄기온은 역대급을 기록했다. 게다가 올 봄 우리나라 주변 해역 해수면 온도는 평균 14.1도였다. 이는 최근 10년 평균치(13.0도)를 1.1도 웃돈 것으로 10년 중 최고치다. 카를로 부온템포 C3S 이사는 성명에서 "12개월 연속 기록에 도달한 것은 충격적이지만 놀랍지는 않다"고 말했다. 그는 "이러한 일련의 기록적인 달은 결국 중단되겠지만 기후 변화의 전반적인 징후는 여전히 남아 있으며 이러한 추세에 변화가 생갈 조짐은 보이지 않는다"고 토로했다. 세계기상기구는 "온실가스 배출을 줄이기 위한 노력을 시급하게 기울이지 않으면 큰 대가를 치르게 될 것"이라고 경고했다. 지구의 열 증가로 인해 해빙이 증가하고 강수량이 많아지면 극한의 기상 조건으로 이어질 수 있다. 미국 남서부의 열돔으로 캘리포니아주 데스밸리는 7일 122도(섭씨 50도)에 도달해 1996년에 이후 최고 기록을 경신했다. 유타주 솔트레이크시티 국립기상청은 8일까지 평년보다 최대 20도까지 높은 기온이 어어질 것이라고 예고했다고 7일 CNN은 전했다. 50도를 오르내리는 멕시코와 인도의 폭염 등 기후변화로 인한 재난의 심각성이 커지는 현실을 직시하고 글로벌 차원의 협력과 대응책을 논의할 때다. 또한 폭염과 집중호우, 태풍 등 자연재해에 선제적으로 대비하기 위한 노력도 더욱 기울여야 할 때다. 우리 정부도 기후변화로 인한 재난관리 체계를 거듭 점검하고 피해를 최소화하기 위한 근본 대책을 세우는데 총력을 기울여야 한다. 한편 지난해 전 세계를 덮친 폭염과 홍수 등 이상기후 현상의 주범으로 지목된 '엘니뇨'가 올 하반기 소멸하고, 그 반대 현상인 '라니냐'가 나타날 가능성이 높다는 전망이 나왔다. 세계기상기구는 엘니뇨가 점차 약해지고 라니냐가 도래할 확률이 6~8월에는 50%, 7~9월에는 60%, 8~11월에는 70%까지 증가할 것으로 예측했다. 엘니뇨는 적도 부근 동태평양 해수면 온도가 비정상적으로 높아지는 현상으로, 지구 온난화를 가속하는 요인으로 꼽힌다. 지난해 지구가 역사상 가장 더운 해로 기록된 배경에도 엘니뇨가 한몫하고 있다. 반면 라니냐는 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 지구 기온 상승을 일부 억제하는 효과가 있다. 하지만 세계기상기구는 라니냐가 온다고 해서 현재의 기후변화 추세가 꺾일 것으로 보지 않는다. 실제로 2020년부터 지난해 상반기까지 라니냐가 지속됐지만, 지구 기온은 오히려 상승세를 기록했다. 세계기상기구 코 배럿 사무부총장은 "엘니뇨 종료가 기후변화의 중단을 의미하지 않는다"며 "온실가스 축적으로 인한 온난화는 계속될 것"이라고 경고했다.
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[기후의 역습(11)] 지구 평균 기온, 12개월 연속 사상 최고치
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해양 폐플라스틱 폴리에틸렌 분해 곰팡이 발견
- 바다에 서식하는 곰팡이 파렝지오돈티움 앨범(Parengyodontium album)이 햇빛에 의한 UV(자외선)에 일정 시간 노출된 플라스틱 폴리에틸렌(PE)을 분해할 수 있는 것으로 나타났다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)의 해양 미생물학 연구팀은 이 같은 사실을 밝힌 연구 결과를 '종합환경과학(Science of the Total Environment)' 저널에 발표했다. 연구팀은 더 많은 플라스틱 분해 곰팡이가 깊은 바다에 살고 있을 것으로 예상하고 있다. 이 곰팡이는 바다의 플라스틱 쓰레기 위에 얇은 층을 이루며 다른 해양 미생물과 함께 공존하고 있다. NIOZ의 해양 미생물학자들은 이 곰팡이가 바다에 유입된 모든 플라스틱 중에서도 가장 많은 PE 입자를 분해할 수 있다는 사실을 규명했다. 연구는 NIOZ 연구팀이 위트레흐트 대학, 해양정화재단(Ocean Cleanup Foundation) 및 파리, 코펜하겐, 스위스 세인트 갈렌 등에 소재한 연구기관의 과학자들과 협력해 수행했다. 이번 발견으로 이 곰팡이는 플라스틱을 분해하는 소수의 해양 곰팡이 목록에 합류하게 됐다. 현재까지 발견된 곰팡이는 4종뿐이지만, 더 많은 수의 박테리아가 플라스틱을 분해할 수 있는 것으로 알려져 있다. 플라스틱 분해과정 정확하게 추적 연구팀은 북태평양의 플라스틱 오염 집중지역에서 플라스틱 분해 미생물을 추적했다. 수집된 플라스틱 폐기물에서 탄소가 포함된 특수 플라스틱을 실험실에서 배양해 해양 곰팡이를 분리했다. 연구팀원인 백스마(Vaksma)는 "13C 동위원소는 먹이 사슬에서 추적 가능한 상태로 유지되며 이는 탄소가 어디로 가는지 파악할 수 있게 해주는 태그와 같은 것이고, 연구를 통해 이를 추적했다"고 밝혔다. 이 연구가 과학적으로 뛰어난 이유는 분해 과정을 정량화할 수 있다는 점이라고 백스마는 강조했다. 실험실에서 연구팀은 이 곰팡이에 의한 PE 분해가 하루 약 0.05%의 비율로 발생한다는 것을 관찰했다. 연구팀의 측정에 따르면 곰팡이는 PE를 분해할 때 PE에서 발생하는 탄소를 많이 내보내지는 않았다. 곰팡이가 분해하는 PE의 대부분은 이산화탄소로 변환되어 다시 배출된다. 배출되는 이산화탄소가 강력한 온실가스이지만 환경 등에 새로운 문제를 일으키지는 않는다. 곰팡이가 방출하는 양은 인간이 호흡할 때 방출하는 것처럼 소량에 지나지 않기 때문이다. 자외선의 영향을 받는 경우에만 작용 연구팀은 곰팡이가 PE를 에너지원으로 사용하려면 햇빛의 존재가 필수적이라고 지적했다. 실험실에서 이 곰팡이는 일정한 시간 동안 자외선에 노출된 PE만 분해한다는 것이다. 이는 바다에서 곰팡이가 처음에 해수면 근처에 떠 있던 플라스틱만 분해할 수 있다는 것을 의미한다는 설명이다. 자외선이 플라스틱 자체를 기계적으로 분해한다는 것은 이미 알려져 있지만, 이번 연구 결과는 해양 곰팡이에 의한 생물학적 플라스틱 분해도 활발해질 수 있음을 보여준다. 그 밖의 다른 곰팡이들 많은 양의 다양한 플라스틱이 햇빛에 노출되기 전에 더 깊은 층으로 가라앉기 때문에 곰팡이가 이를 모두 분해할 수는 없다. 연구팀은 바다의 더 깊은 부분에도 플라스틱을 분해하는 아직 알려지지 않은 다른 곰팡이가 있을 것으로 예상했다. 연구진은 해양균류는 탄소로 이루어진 복잡한 물질을 분해할 수 있으며, 해양균류의 양이 많기 때문에 지금까지 확인된 4종 외에 다른 종들도 플라스틱을 분해할 가능성이 높다고 보고 있다. 더 깊은 층에서 플라스틱 분해가 어떻게 일어나는지에 대한 역학에 대해서는 많이 알려지지 않았다. 해저, 폐 플라스틱 집하지 플라스틱을 분해하는 유기체를 찾는 것이 시급하다. 매년 인간은 4000억kg 이상의 플라스틱을 생산하며, 2060년에는 이 양이 적어도 3배 이상 늘어날 것으로 예상된다. 플라스틱 폐기물의 대부분은 바다로 흘러간다. 극지방에서 열대지방에 이르기까지 플라스틱 폐기물은 표층수를 떠돌다가 바다의 더 깊은 곳까지 도달한 후 결국 해저에 묻힌다. 대량의 플라스틱은 결국 바닷물이 거의 정지해 있는 고리 모양 해류인 아열대 환류에 이르게 되는데, 플라스틱이 일단 그곳으로 운반되면 그대로 갇히게 된다. 그 양은 약 8000만kg에 달한다는 추정이다. 떠다니는 거대한 플라스틱의 양은 이미 태평양의 북태평양 아열대 환류에 축적되어 있는데, 이는 전 세계 6대 환류 중 하나일 뿐이다. 그 만큼 해저에 쌓이는 플라스틱의 양이 막대하다는 뜻이다. 해저 플라스틱 분해 박테리아는 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 현재 발견된 박테리아는 분해 속도가 느려 플라스틱 오염 해결에 효과적이지 못하다는 문제점이 있다. 지속적인 연구와 투자를 통해 해저 플라스틱 분해 박테리아 기술이 발전한다면 우리는 더욱 깨끗하고 건강한 바다 환경을 유지할 수 잇을 것으로 보인다.
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- IT/바이오
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해양 폐플라스틱 폴리에틸렌 분해 곰팡이 발견
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[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발
- 싱가포르의 과학자들이 재활용 플라스틱을 활용해 새로운 '냉각 페인트(cool paint)'를 개발했다. 난양이공대학교(NTU) 연구팀은 재활용 플라스틱(아크릴, 폐 PVC 파이프, 폴리스티렌 폼)과 황산바륨(BaSO4)을 이용해 새로운 유형의 '냉각 페인트'를 제조하는 방법을 개발했다고 PHYS가 5일(현지시간) 보도했다. 이 페인트는 신규 플라스틱 사용을 대체하는 지속 가능하고 효율적인 방법을 제공한다. 난양이공대학교는 싱가포르 난양에 위치한 연구집약형 공립 종합대학으로 이공계 분야 세계적인 명문대학이다. NTU 연구팀은 '솔-겔(sol-gel)'과 '상 분리(phase inversion)' 등 두 가지 방법을 사용해 냉각 페인트를 개발했다. 먼저 솔-겔 방법으로, 연구팀은 재활용 플라스틱과 황산바륨을 혼합해서 페인트를 제조했다. 싱가포르 건물 옥상에서 실시된 24시간 테스트 결과, 이 페인트는 직사광선에 노출되었을 때 주변 기온보다 최대 1.2°C 낮은 온도를 유지했다. 야간에는 주변 온도보다 최대 3°C 낮은 온도를 유지했다. 이 페인트는 태양열 반사율이 약 97.7%이며 적외선 영역에서 열 방출율이 95%에 달하는 것으로 나타났다. 두 번째인 상 분리 방법 역시 재활용 플라스틱과 황산바륨을 사용하지만, 제조 과정에서 공기가 들어갈 수 있는 미세 기공을 형성시켜 재활용 플라스틱을 다공성으로 만드는 데 중점을 두었다. 이러한 기공은 햇빛을 스펙트럼 전체에 걸쳐 산란시키는 데 도움을 준다. 테스트 결과, 이 페인트로 코팅된 표면은 정오에는 거의 주변 기온과 동일한 온도를 유지했으며 야간에는 주변 온도보다 최대 2.5°C 낮았다. 두 방법 모두를 사용해 개발된 냉각 페인트는, 일반적으로 표면 온도를 주변 온도 이하로 낮추지 못하는 시판용 냉각 페인트보다 성능이 뛰어났다. 또한 분류되지 않은 플라스틱 폐기물(아크릴, PVC 파이프, 폴리스티렌 폼 혼합물)을 사용한 추가 연구에서도 단일 종류의 플라스틱 폐기물만 사용해서 개발된 냉각 페인트와 비슷한 결과를 얻었다. 이는 NTU 연구팀의 접근 방식이 다양한 종류의 플라스틱 분류 필요성을 줄여준다는 것을 시사한다. NTU 방식은 열대 환경의 온도를 낮추는 데 도움이 될 뿐만 아니라 효과적인 플라스틱 폐기물 관리에도 기여할 수 있다. 한편, 모든 플라스틱이 재활용 되는 것은 아니다. 플라스틱 액션 플랫폼인 리퍼포스 글로벌(rePurpose Global)에 따르면 실제로 재활용된 플라스틱은 10% 미만이다. 약 12%는 소각되었으며, 나머지는 매립되거나 바다로 버려졌다. 씨넷에 따르면 플라스틱의 약 91%는 재활용되지 않았다. 실제로 재활용할 수 없는 유형의 플라스틱이 많이 있지만 소비자의 부주의로 인해 재사용에 적합하지 않은 플라스틱도 있다. 예를 들어 플라스틱 용기에 잔여물이나 쓰레기, 또는 기타 물질이 들어 있으면 재활용을 할 수 없다. 따라서 재활용하려는 픍라스틱 용기를 깨끗하게 청소해서 분리수거 통에 버리는 것이 재활용 율을 높일 수 있는 가장 기본적이면서도 제일 중요한 방법이다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(55)] 재활용 플라스틱으로 지속가능한 '냉각 페인트' 개발
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[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
- 북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
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[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
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[먹을까? 말까?(20)] 오렌지 껍질, 심혈관 질환 위험 감소 효과
- 오렌지 껍질에 심혈관 건강에 도움이 되는 성분이 함유되어 있다는 연구 결과가 나왔다고 사이언스얼럿이 보도했다. 미국 플로리다 대학교의 유 왕(Yu Wang) 박사와 농무부 연구팀은 오렌지 껍질에서 페루로일푸트레신((FP, feruloylputrescine)이라는 새로운 활성 생물학적 화합물을 발견했다. FP는 장 내의 독성 화합물인 TMAO(trimethylamine N-oxide)와 트리메틸아민(TMA)을 감소시키는 효능이 있다. TMAO는 심혈관질환 발병 위험을 증가시킬 수 있다. 연구팀은 실험에서 6주 동안 FP가 풍부한 오렌지 껍질 추출물을 섭취한 쥐에게서 혈액 지표가 개선되는 것을 관찰했다. 이 지표는 염증과 심혈관 질환과 관련이 있었다. 또한 실험 기간 동안 고지방 식단을 섭취했음에도 불구하고 FP를 섭취한 쥐는 대조군에 비해 체지방 축적이 적었다. FP는 자몽 잎과 주스에서 발견된 대사 산물이다. 일부 오렌지에도 존재하지만 라임, 레몬, 귤 등에는 없는 것으로 알려져 있다. 이 화합물은 최근 항산화 및 항염증 효능으로 많은 주목을 받고 있다. 이번 연구를 주도한 플로리다 대학교의 식품 과학자인 유 왕 박사는 "페루로일푸트레신(FP)이 심혈관 질환 위험을 감소시키는데 영향을 미친다"며 "이전에는 알려지지 않았던 건강 효능을 보여주는 새로운 발견"이라고 말했다. 오렌지는 주로 과육을 섭취하거나 오렌지 주스로 활용되지만 오렌지 껍질은 대부분 버려지고 있다. 미국에서 매년 오렌지 주스 생산과정에서 발생하는 500만톤(t)의 오렌지 껍질 중에서 절반은 가축 사료로 사용되고 나머지 절반은 폐기되고 있다. 다만 오렌지 껍질은 설탕과 함께 끓여 마아말레이드 잼으로 활용되고 있다. 과육과 비교해 오렌지 껍질은 비타민, 항산화물질, 리모덴(항염증 및 항암 특성이 있을 수 있는 화학 물질)을 풍부하게 함유하고 있다. 연구 결과에 따르면 FP는 특정 장내 박테리아가 음식을 분해하는 과정에서 생기는 트리메틸아민(TMA)이라는부산물 생성을 억제하는 것으로 보인다. 플로리다에서는 오렌지 껍질을 주로 가축의 사료로 활용하고 있다. 연구 결과에 따르면 실제로 오렌지 찌꺼기를 닭에게 먹였을 때 건강에 이점이 있는 것으로 나타났다. TMA는 주로 육류 또는 지방이 많고 단백질이 적은 식단을 섭취할 때 장내 박테리아에 의해 생성된다. 이 화합물은 장을 통해 혈류로 들어가 간에서 트리메틸아민 N-옥시드(TMAO)로 대사된다. TMAO는 동맥 플라크 축적, 심장 질환, 뇌졸중, 비만 및 2형 당뇨병 위험 증가와 관련이 있다. 연구 결과에 따르면 오렌지 껍질의 FP는 이러한 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 "대사 산물을 생성하는 박테리아가 계속 활동하더라도 이들 쥐의 TMA와 TMAO 수치는 감소했다"고 밝혔다. 쥐 실험 결과가 인간에게도 동일하게 적용되는지는 아직 명확하지 않지만, 미 농무부는 이에 대한 연구에 관심을 가지고 있다. 왕 박사는 새로운 연구 결과를 바탕으로 오렌지 껍질이 건강에 이로운 식이보충제나 새로운 식재료로 사용될 수 있을 것이라고 말했다. 왕 박사 팀의 연구는 미국 농무부로부터 50만 달러(약 7억 원)의 기금 지원을 받아 진행됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(20)] 오렌지 껍질, 심혈관 질환 위험 감소 효과
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[기후의 역습(10)] 치명적인 열돔 강타, "캘리포니아 평년 대비 10도 급등"
- 텍사스 등 미국 남부와 멕시코를 덮친 열돔(Heat Dome)이 북상해 미국 애리조나주와 캘리포니아주 등 서부까지 폭염으로 기온이 급격히 상승하는 열파 현상을 겪을 것으로 예상된다. . 미국 기상청(NWS)은 3일(이하 현지시간) 이번 주 애리조나주와 네바다주, 캘리포니아주 일부 지역에 폭염 경보를 발령한다고 밝혔다. 열돔(heat dome)이라는 기상 현상은 고기압에 의해 뜨거운 공기가 특정 지역에 갇히면서 발생한다. 이 현상은 지난달 멕시코에서 수십 명의 사망을 초래했으며, 이번에는 미국 남서부 지역에 기록적인 고온을 가져올 것으로 예상된다. 다시 말하면 열돔은 찬 공기 이동을 방해해 구름과 비를 몰아내고 산불 발생 가능성을 높인다. 마치 뜨거운 냄비에 뚜껑을 덮으면 더 빨리 끓는 것과 비슷하다고 데일리 메일은 설명했다. NWS는 미 서부의 여러 지역에서 6월 초 기온이 평년보다 10도 이상 높게 오를 수 있다고 경고했다. 특히 캘리포니아 중남부 내륙부터 뜨겁게 달아오를 것으로 예상됐다. 광활한 농장 지대가 있는 캘리포니아 센트럴밸리에서 샌프란시스코 베이 북부의 나파밸리, 로스앤젤레스(LA)의 북쪽 내륙인 팜데일 등 지역에도 4일부터 폭염 주의보가 발효된다. 평소 기온이 크게 오르지 않아 와인 산지로 유명한 나파밸리는 4일 최고 기온이 화씨 96도(섭씨 36도)로 예보됐다. 캘리포니아 주도(州都)인 새크라멘토는 4일 최고 기온이 올해 처음으로 섭씨 38도를 넘을 것으로 예상된다. 이 같은 캘리포니아 중부 지역의 이상 고온은 오는 6일 밤까지 이어질 전망이다. 세계에서 가장 더운 곳으로 알려진 데스밸리 사막 지대는 오는 6일 예상 기온이 섭씨 49도 이상 오를 것으로 관측됐다. 데스밸리는 보통 6월 중·하순에 이렇게 뜨거워지지만, 올해는 더 일찍 고온 현상이 나타나고 있다. 캘리포니아는 최소 1주일 동안 평균 기온보다 섭씨 11도 이상 기온이 높아질 수 있으며, 텍사스 국경 근처 일부 지역은 최대 섭씨 45.5도까지 올라갈 수 있다. 뉴욕 타임스 보도에 따르면, 열돔 현상으로 캘리포니아 센트럴밸리의 기온은 최대 섭씨 43.3도까지 올라갈 것으로 예상된다. 이는 6월 평균 기온보다 섭씨 11도 높은 수치다. 열돔으로 미국 전역 기온 상승 미 기상청은 남서부 지역의 열돔으로 인해 중서부에서 북동부에 이르는 미국 전역의 기온도 상승할 것으로 예상된다고 경고했다. 악시오스 보도에 따르면 일부 지역에서는 열돔이 6월 8일까지만 지속될 것으로 예측하지만, 다른 지역은 이 현상이 6월 내내 지속될 수 있다. 미 기상청은 10일까지 극심한 열파 발생 확률이 40~60%라고 밝혔다. 미 내무부에 따르면, 캘리포니아주 센트럴밸리 지역은 과일, 견과류, 곡물 등 미국 식량의 25%를 생산한다. 이 극심한 열파는 약 14만6400명의 농장 노동자들에게 위험을 초래할 수 있다. 캘리포니아 환경보호국은 성명을 통해 "극심한 열기는 기후변화의 보이지 않는 위험이며, 캘리포니아의 노인과 어린이들은 특히 취약하다"고 공지했다. 이 열파는 또한 아몬드, 토마토, 호두, 견과류, 와인 포도 등 농작물의 생산에 크게 영향을 미칠 수 있다. 텍사스, '열파 주의보' 발령 텍사스에서는 멕시코 국경 근처 남부 및 서부 지역에 열돔이 집중될 것으로 예상된다. 텍사스 주 일부 지역은 앞으로 며칠 동안 최고 기온이 섭씨 43.3도에서 45.5도 사이에 이를 것으로 예상되며, 이는 6월 평균 기온보다 최대 섭씨 5.5도 높은 수치다. 텍사스는 1998년에 기록된 최고 기온 섭씨 42.2도를 뛰어넘어 5월 30일에 섭씨 46.1도를 기록했다. 이러한 극심한 고온은 주 전역에 걸쳐 폭풍우를 유발했다. 텍사스 당국은 라사라, 카메론파크, 브라운즈빌 등 멕시코 국경 근처 도시들을 대상으로 '열파 주의보'를 발령했다. 애리조나 남부와 네바다 남부 일부 지역은 오는 5일부터 낮 최고 기온이 섭씨 43도에 가까워진다. 애리조나주 피닉스는 오는 6일 낮에 섭씨 43도를 찍을 것으로 예상된다. 피닉스의 최고 기온이 화씨 110도(섭씨 43도) 이상으로 예보된 것은 올해 들어 처음이다. 지난해 피닉스에 이 정도 기온의 폭염이 덮친 것은 6월 말부터였다. 이번 열파는 이번 달 멕시코에서 시작되어 20명 이상의 사망자와 심각한 정전을 초래했다. 평균 이상의 기온은 치명적인 위험도 초래할 수 있다. 2023년 미국에서는 최소 1만1000명이 열파로 사망했다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 폭염은 체온 조절 능력의 저하로 인해 심장과 신장에 부담을 주고 심장 마비, 뇌졸중, 신장 기능 장애를 유발할 수 있다. 미국 질병관리본부(CDC)는 매년 약 1220명이 폭염으로 사망한다고 추정하고 있다. 그러나 실제 사망자 수는 이보다 더 높을 가능성이 있다. 미국 기상 전문가 크리스티 달 박사(Climate and Energy program at the Union of Concerned Scientists 소속 주요 기후 과학자)는 영국 일간지 가디언에 "우리는 또 다른 기록적인 날씨를 맞이할 것으로 예상된다. 이미 텍사스와 플로리다 일부 지역에서는 일일 기록이 깨지고 있다"고 우려했다. 지난해 같은 시기 뉴욕시 기온은 섭씨 18.3도에서 21.1도 사이였지만, 올해는 섭씨 22.2도에서 26.7도 사이에 이르고 있다. 2023년 6월 4일 플로리다 마이애미 기온은 섭씨 29.4도였지만, 올해는 섭씨 30도에 이를 것으로 예상된다. 올 여름도 기록적인 폭염 예상 전문가들은 올 여름에도 극심한 열파와 더 많은 기록적인 폭염이 발생할 가능성이 있다고 경고하고 있다. 이번 열파는 열돔의 영향을 크게 받았다. 이번 경우 멕시코 만에서 상승한 뜨거운 공기가 고기압에 의해 텍사스와 캘리포니아 위에 머무르면서 열돔을 형성했다. 태평양 적도부 해수면 온도 변화와 관련된 라니냐(La Niña) 현상도 이번 열파에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 라니냐 현상은 태평양 적도부 동쪽 해수면 온도가 평년보다 낮아지는 현상으로, 이는 북미 지역에서 겨울철 기온이 낮아지고 여름철 기온이 높아지는 경향을 초래할 수 있다. 실제로 2023년 겨울 북미 지역은 평년보다 추운 겨울을 보냈고, 이는 이번 여름철 극심한 열파 발생 가능성을 높였을 가능성이 있다. 한편, 북미 뿐만 아니라 동남아시아 지역에서도 폭염 피해가 심각하다. 인도에서는 최근 북부와 서부 중심으로 섭씨 50도 아팍의 기록적인 폭염이 계속되고 있다. 인도과학대학(IIS)의 구프란 베이그 교수는 로이터통신에 최근 기록적인 기온 상승 등은 결국 기후 변화와 관련돼 있다고 말했다. 전문가들은 기후변화로 인해 홍수 등 남아시아의 자연재해가 해를 거듭할수록 강해지고, 예측하기가 더욱 힘들어진다고 지적했다.
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[기후의 역습(10)] 치명적인 열돔 강타, "캘리포니아 평년 대비 10도 급등"
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
- 태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
- 화성 표면에 신비한 구멍이 포착돼 우주 과학자들의 주목을 받고 있다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선이 화성에서 신비한 구멍을 포착했다고 사이언스얼럿과 위온 등 다수 외신이 최근 보도했다. 위의 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선 MRO에 있는 HiRISE(고해상도 이미징 과학 실험) 카메라로 캡처됐다. 신비한 구덩이 폭은 몇 미터에 불과하며 화성의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 지역에 위치하고 있다. 아르시아 몬스는 3개의 화산으로 구성된 타르시스 몬테스(Tharsis Montes)군에 속한 휴화산 중 하나다. 타르시스 벌지(Tharsis Bulge)의 타르시스 지역은 수천 킬로미터에 이르는 광활한 화산 평원이다. 화성의 다른 지역에 비해 고도가 높으며 평균적으로 화성의 평균 고도보다 약 10km(3만3000피트) 높다. 이 지역은 과거에 화산 활동이 활발했던 곳으로, 이번에 포착된 구덩이와 같은 지형은 고대 화산 활동의 직접적인 결과물이다. 구덩이에 대한 과학자들의 다양한 추측 중에 하나는 지하 용암 동굴로 가는 채광창이 될 수도 있다는 것이다. 이 이론은 지구상의 하와이 같은 화산 지역에서 유사한 지형이 목격 되었다는 사실에 근거한다. 이러한 유형의 채광창은 옹암 동굴의 지붕이 무너지고 구멍이 생길 때 형성된다. 화성의 구덩이가 과학자들의 추정과 같이 실제로 채광창이라면 미래에 우주 비행사들에게 자연적인 피난처가 될 수 있다. 이 구덩이는 방사선과 극한 온도, 먼지 폭풍과 같은 극한의 우주 환경에서 우주 비행사들을 보호해 줄 수 있다. 구멍이 지각이나 화산 활동에 의해 형성되었을 가능성도 있다. 이러한 구덩이는 지구에서 흔히 발견되며, 화산 활동으로 생긴 공극(토양이나 암석 속의 비어 있는 부분) 뒤에 있는 땅이 붕괴된 후에 만들어진다. 아르시아 몬스 지역의 몇몇 구덩이는 지하 용암 동굴로 이어지는 것일 수도 있지만 불확실하다. 지하 훨씬 더 깊은 곳에서 일어난 붕괴의 결과일 수도 있다. 화성에 용암동굴이 존재하지 않을 이유는 없다. 화성의 중력은 지구보다 훨씬 약하기 때문에 더욱 큰 용암 동굴이 존재할 수도 있다. 화성 화산의 구덩이 중 하나인 파비스 몬스는 더욱 특이하다. 구덩이 아래에는 일종의 빈 공간이 있지만 그 정체를 파악하기는 어렵다. 용암 동굴로 보기에는 지구상 대부분의 용암 동굴보다는 왜소하다는 지적이다. 앞에서 설명했듯이 구멍이 실제로 용암 동굴로 이어진다면 미래의 우주 탐험가들을 위해 이상적인 거주 가능 지역이 될 가능성이 있다. 더 큰 용암 동굴은 영구 기지 건설에 가장 적합한 광대하고 안정적인 환경을 제공할 가능성이 높다. 또 농업에 적합한 환경을 제공하고 화성에서 인간이 장기적으로 거주하는 데 중요한 생명 시스템을 지원할 수도 있다. 과학자들은 화성에 용암 동굴이 풍부하다는 형태학적 증거를 많이 발견했지만 이번에 발견된 신비한 구덩이가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 미스터리로 남아있다고 말했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
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"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
- 국내 과학자 팀이 피 한 방울로 전립선암 재발부터 치료 반응까지 예측할 수 있는 검사 기술을 개발했다. 한국연구재단은 3일 인제대 정재승·한기호 교수와 서울대 변석수 교수 공동연구팀이 혈중암세포의 전립선특이막항원(PSMA) 메신저리보핵산(mRNA) 농도를 측정해 전립선암을 진단할 수 있는 검사 방법을 개발했다고 발표했다. 전립선암은 남성의 생식기관인 전립선에 생기는 암으로, 최근 발생률과 사망률이 급격히 증가하고 있다. PSMA는 전립선 세포 표면에 주로 존재하는 단백질이다. PSA(전립선특이항원) 검사, 조직생검 등 방식이 전립선암 진단에 사용되고 있지만 PSA 검사는 특이성이 낮고 조직생검은 감염 우려가 있으며 반복 검사가 어렵다는 단점이 있다. 또한 PSMA 양전자방출단층촬영(PET-CT) 방식은 장비가 고가인 데다 운용에는 전문 인력이 필요해 자주 사용하기 어려운 것이 단점이다. 연구팀은 6년 동안 추적·관찰해온 전립선암 환자 247명의 혈액을 채취, 혈중암세포(CTC)를 분리했다. 이어 이 암세포들이 발현하는 PSA·PSMA 등 6가지 전사체(mRNA)의 발현량을 측정했다. 그 결과 혈중암세포에서 발현되는 PSMA mRNA 농도가 수술 후 전립선암 환자의 생화학적 재발과 밀접한 관련이 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 이 새로운 바이오마커(질병의 진행 정도를 진단하는 생물학적 지표)를 활용해 단순한 혈액 검사만으로 전립선암의 재발과 진행, 약물 치료 반응성을 예측할 수 있다고 설명했다. 연구를 주도한 정재승 교수는 "종양의 위치에 대한 공간적인 정보를 제공하는 PSMA 영상과 혈중암세포 기반 PSMA 검사를 결합하면 PSMA PET-CT의 위양성(가짜 양성) 오류 문제를 해결하고 전립선암 진단 치료 정확성을 높일 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 미국암연구회(AACR)의 '임상암연구회지'(Clinical Cancer Research) 지난 6월 1일 온라인판에 게재됐다.
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- IT/바이오
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"전립선암, 피 한 방울로 진단·치료 예측"
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희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져
- 특수 용도로 사용되는 희토류 원소인 방사성 물질 프로메튬(promethium)이 발견된 지 80년 만에, 과학자들이 처음으로 프로메튬의 신비하고도 중요한 특성을 밝혀내 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 프로메튬은 주기율표의 맨 아래 15개의 란타넘족에 속해 있는 원자번호 61번의 원소다. 희토류로 알려진 프로메튬은 강한 자성과 특이한 광학 특성을 포함해 여러 가지 유용한 특성을 나타내 현대 전자 장치 소재로 중요하게 사용된다. 프로메튬은 안정된 동위원소는 없고 방사성 동위원소들만 존재한다. 프로메튬은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 지난 1945년 처음으로 발견했다. ORNL 연구원들이 발견한 프로메튬 자체는 원자 배터리 및 암 진단 분야에서 적용됐다. 그러나 이 원소의 화학적 성질은 지극히 일부만 알려졌고, 이 때문에 더 널리 사용되는 것은 지금까지 불가능했다. 방사성 원소를 연구하는 것 자체가 적합한 샘플 확보의 어려움으로 인해 수십 년 동안 높은 장벽으로 작용했던 것. 연구팀인 ORNL의 알렉산더 이바노프는 "프로메튬에는 안정된 동위원소가 없고 모두가 방사성이기 때문에 시간이 지남에 따라 다른 원소로 붕괴된다. 프로메튬은 핵분열 과정을 통해 얻어지기 때문에 특히 희소하고 연구하기 어렵다"고 말했다. 그런데 작년에 개발된 프로메튬 생산 방법을 사용, ORNL 연구팀은 이 동위원소를 원자로 폐기물로부터 분리, 연구를 위한 가장 순수한 샘플을 만들어내는 데 성공했다. 그 후 연구팀은 이 샘플을 금속 원자를 가두기 위해 특별히 고안된 분자인 리간드(수용체에 결합하는 항체·호르몬·약제 등의 분자)와 결합해 물속에서 안정적인 복합체를 형성했다. PyDGA로 알려진 배위 분자(리간드 배위 결합을 통해 형성된 분자)는 9개의 프로메튬-산소 결합을 형성했다. 이 결합은 연구팀에 프로메튬 복합체의 결합 특성을 분석할 수 있는 기회를 처음으로 제공했다. 그러나 분석하는 일도 쉽지는 않았다. 프로메튬이 방사성이었기 때문에 일단 붕괴되면, 주기율표상 인접 원소인 사마륨으로 변환된다. 사마륨 형태로 소량의 오염이 발생하게 됐던 것이다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘싱크로트론 기반 X선 흡수 분광법’이라는 극도로 전문화된 기술을 사용했다. 입자 가속기에 의해 생성된 고에너지 광자는 프로메튬 복합체에 충격을 가해 원자의 위치와 결합 길이의 그림을 만들었다. 금속-산소 결합 길이의 미묘한 차이를 통해 팀은 오염된 사마륨과 관계없이 주요 프로메튬-산소 결합 분석에 집중할 수 있었다. 결국 이런 방식을 통해 연구팀은 처음으로 프로메튬의 특성을 다른 희토류 복합체와 비교할 수 있었다. 리간드는 모든 란타넘족 원소에 안정적인 복합체를 형성할 수 있는 방법을 제공했다. 동일한 원소 비율과 동일한 종류의 기하학적 구조를 가질 수 있게 된 것이다. 이로써 복합체의 기본적인 물리적 화학적 특성을 연구할 수 있었다. 란타넘족은 자연적인 원소들의 혼합물로 발견되므로, 결합 길이 및 복합체 형성과 같은 주기적인 경향을 이해하는 것은 과학자들이 금속을 분리하는 새롭고 보다 효율적인 방법을 개발하는 데 도움이 된다. ORNL의 연구원이자 '네이처' 지에 발표된 새로운 연구를 이끈 일자 포포브스는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "프로메튬은 레이저에 사용되며 스마트폰 화면에도 일부 들어간다. 또한 풍력 발전을 위한 풍력터빈과 전기자동차의 자석에도 쓰인다"고 말하고, 프로메튬에 대한 추가 연구가 이루어지면 응용을 대폭 확대할 수 있다고 설명했다. 현재 ORNL 연구팀은 프로메튬 원소의 화학적 움직임과 배위 환경에 대한 보다 명확한 그림을 만들기 위해 물속의 프로메튬 연구를 확대하고 있다. 포포브스는 "우리의 연구가 다른 과학자들에게 더 나은 분리 기술을 설계하는 방법을 알려주고, 다른 응용 분야 연구에 더 많은 관심을 불러일으킬 수 있기를 바란다"고 말했다.
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- 경제
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희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져
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[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다
- 미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다
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[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
- 태양 궤도선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 우주선의 첫 번째 태양 근접 여행으로 수집된 데이터에를 통해 느린 태양풍의 신비한 미스터리가 풀릴 실마리가 밝혀졌다고 전문 매체 PHYS가 전했다. 초당 수백 킬로미터의 속도로 이동하는 태양풍은 수년 동안 과학자들의 연구 대상이었다. 그런데 '네이처 천문학지(Nature Astronomy)'에 발표된 최근의 연구에서 마침내 태양풍이 어떻게 형성되는지가 밝혀졌다는 것이다. 이 연구는 영국 노섬브리아 대학교 스테판 야들리 박사팀이 수행했다. 태양풍은 전하를 띠는 플라즈마 입자가 태양에서 우주로 계속 유출되는 것을 말한다. 바람은 초속 500km을 기준으로, 그 이상일 경우 '빠름'으로, 그 미만을 '느림'으로 규정한다. 태양풍이 지구까지 날아와 대기에 부딪히면 북극광으로 알려진 오로라가 나타난다. 그러나 더 많은 양의 플라즈마가 코로나 질량 방출의 형태로 방사되면 위험할 수 있으며, 위성과 통신 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 수십 년 동안의 관찰에도 불구하고, 태양이 태양풍 플라즈마를 태양계로 방출, 가속 및 이동시키는 원인과 메커니즘, 특히 느린 태양풍에 대해서는 제대로 규명되지 않았다. 지난 2020년 유럽우주국(ESA)은 나사(NASA)의 지원을 받아 태양 궤도선 임무를 시작했다. 이 임무의 주요 목표 중 하나는 태양의 가장 가깝고 상세한 이미지를 포착하는 것 외에도, 태양풍을 측정해 분석하는 것이었다. 이를 위해 쏘아 올려진 솔라 오비터 우주선에는 10개의 서로 다른 과학 장비가 탑재됐다. 일부는 우주선을 통과할 때 태양풍 샘플을 현장에서 수집하고 분석하며 원격 감지도 수행한다. 태양 표면 활동에 대한 고품질 이미지를 캡처하도록 설계된 장비다. 연구팀은 솔라 오비터가 촬영한 사진과 기기 데이터를 결합함으로써 처음으로 느린 태양풍이 어디서 발생하는지 더 명확하게 식별하는 데 성공했다. 연구팀은 "우주선이 현장에서 측정한 태양풍 흐름의 변동성은 우리에게 그 근원에 대한 많은 정보를 제공했다. 태양에 가까이 접근함으로써 태양풍의 복잡한 특성을 포착할 수 있었으며, 태양풍의 기원과 복잡성이 발생 지역의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 그림을 얻을 수 있었다"고 밝혔다. 연구팀은 빠른 태양풍과 느린 태양풍의 속도 차이가 태양풍의 기원이 되는 대기의 가장 바깥층인 코로나의 영역이 다르기 때문이라고 추정했다. 개방형 코로나는 자기장 선의 한쪽 끝이 태양에 고정되고 다른 쪽 끝은 우주로 뻗어나가 플라즈마와 같은 우주 물질이 우주로 나갈 수 있는 고속도로를 만드는 영역을 말한다. 이는 빠른 태양풍의 근원지로 여겨진다. 반대로 폐쇄형 코로나는 태양의 자기장 선이 닫혀 있는 영역을 의미한다. 태양 표면의 양쪽 끝이 연결되어 닫혀 있다는 뜻이다. 이는 자기 활성 영역 위에 형성되는 크고 밝은 루프로 볼 수 있다. 때로는 닫힌 자기 루프가 끊어지는 현상이 발생하고 끊어진 루프가 다시 연결되는 사이에 짧은 시간차가 발생하고, 그 사이에 플라즈마가 탈출하게 된다. 이는 개방형 코로나와 폐쇄형 코로나가 만나는 지역에서 발생한다. 솔라 오비터의 미션 중 하나는 느린 태양풍이 폐쇄형 코로나에서 발생하고, 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 우주로 탈출할 수 있다는 이론을 테스트하는 것이었다. 태양풍의 구성을 측정하는 방법을 통해서다. 태양 물질에 포함된 중이온의 조합은 그것이 어디서 유래되었는지에 따라 달라진다. 연구팀은 솔라 오비터에 탑재된 장비를 사용해 태양 표면에서 일어나는 활동을 분석한 후 이를 우주선이 수집한 태양풍 흐름과 대비했다. 솔라 오비터가 포착한 태양 표면의 이미지를 사용해 연구팀은 느린 태양풍의 흐름이 열린 코로나와 닫힌 코로나가 만나는 지역에서 발생했다는 것을 정확히 찾아낼 수 있었다. 결국 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 느린 태양풍이 닫힌 자기장에서 벗어날 수 있다는 이론을 증명했다. 야들리 박사는 "솔라 오비터에서 측정한 태양풍의 다양한 구성은 코로나 소스 전체의 구성 변화와 일치했다. 코로나의 폐쇄 루프와 개방 루프 사이에서 발생하는 재연결 과정에서 발생한다는 강력한 증거를 제공했다"고 설명했다. 이로써 태양풍의 기원을 구체적으로 연구할 수 있는 길을 열어줄 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
- 중국의 창어 6호 달 탐사선이 샘플 수집을 위해 달 뒷면에 성공적으로 착륙했다고 국영 신화통신이 2일 보도했다. 신화통신은 중국 국가우주국(National Space Administration)을 인용해 창어 6호가 태양계에서 가장 큰 충돌 분화구 중 하나로 알려진 거대한 남극-에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)에 착륙했다고 밝혔다. 거의 탐사되지 않은 달위 뒷면에서 샘플이 수집되는 것은 이번이 처음이다. 창어 6호는 지난 5월 3일 원창 우주발사센터에서 발사된 후 역사상 처음으로 달 남극이 거대한 분화구 지역의 암석과 토양 수집을 목표로 하고 있다. 신화통신은 이 과정이 이틀 안에 완료될 것이라고 전했다. 과학자들은 최대 3일이 소요될 것으로 예상하고 있다. 국가우주국에 따르면 이번 임무는 드릴과 기계 팔을 사용해 약 2kg의 물질을 수집하는 것을 목표로 하고 있다. 과학자들은 달의 뒷면(태양 광선을 전혀 받지 않기 때문이 아니라 지구에서 보이지 않기 때문에 소위 말하는 달의 뒷면)은 달의 분화구가 가까운 면보다 고대 용암 흐름으로 덜 덮여 있기 때문에 연구에 큰 가능성을 갖고 있다고 말했다. 달의 뒷면에서 수집된 물질은 달이 처음에 어떻게 형성되었는지 더 잘 밝혀줄 수 있다. 달의 남극은 달 탐사의 다음 개척지다. 얼음이 있을 가능성이 높기 때문에 국가들은 이 지역을 탐사, 연구하고 싶어한다. 맨체스터 대학의 달 지질학 전문가인 존 퍼넷-피셔(John Pernet-Fisher)는 BBC에 "이전에 누구도 본 적이 없는 이 암석을 우리가 보게 될 것이라는 사실에 모두가 매우 흥분하고 있다"고 말했다. 중국이 달에서 샘플을 채취하는 임무를 시작한 것은 이번이 두 번째다. 2020년 창어 5호는 달 근처에 있는 오세아누스 프로셀라룸(Oceanus Procellarum)이라는 지역에서 1.7kg의 물질을 지구로 가져왔다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지를 건설하는 것 등을 탐사 목표로 이번 10년 동안 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다.
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- IT/바이오
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
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호주에서 1억년 된 단공류(알 낳는 포유동물) 화석 발견
- 호주 과학자팀이 호주박물관(AM), 빅토리아박물관(MV) 및 호주 오팔센터에서 '단공류 시대'의 화석을 발견했다고 전문 매체 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 연구팀은 이 생물이 선사 시대에도 존재했음을 보여준다고 밝혔다. 이 연구는 포유류 학자인 호주박물관연구소(AMRI)의 팀 플래너리 교수와 크리스 헬겐 교수가 주도했으며, 연구 결과는 '알체링가: 호주 고생물학 저널(Alcheringa: An Australasian Journal of Palaeontology)'에 게재됐다. 단공류는 알을 낳는 포유류를 지칭한다. 여기에는 대표적으로 오리너구리와 가시두더지가 속한다. 이번에 발견된 단공류는 공식적으로 ‘오팔리오스 스플렌덴스(Opalios splendens)’라는 종명이 부여됐다. 오팔 광산에서 발견됐음을 알리는 이름이다. 플래너리 교수에 따르면, 이번 연구 결과는 ‘완전히 새로운 문명’을 발견한 것과 같은 것으로 큰 의미를 지닌다. 이 화석 그룹은 약 25년 전 고생물학자인 엘리자베스 스미스와 그녀의 딸 클라이티가 오팔 광산 잔해를 지나던 중 처음 발견했다. 플래너리 교수는 이들은 우연히 발견됐으며, 고대 단공류라는 사실이 즉각 알려졌다. 오팔 잔해에서 발견된 턱 화석은 매우 오래된 것으로 보이는데, 추정한 결과에 따르면 이는 1억 200만~9960만 년 사이인 백악기 세노마니아 시대로 보인다. 플래너리 교수는 호주에는 다양한 단공류 서식지가 있으며, 오리너구리와 가시두더지는 그들 중에서 살아남은 유일한 후손이라고 지적했다. 그는 "오늘날 호주는 캥거루와 같은 유대류의 땅으로 알려져 있지만, 이번 새로운 화석의 규명은 호주가 이전에 다양한 단공류의 본거지였다는 사실을 입증하는 첫 번째 증거다. 완전히 새로운 문명을 발견하는 것과 같다”고 재차 지적했다. 연구팀은 호주가 한때 '단공류의 천국'이라고 부를 만큼 풍부한 종으로 유명했다고 강조했다. 헬겐 교수는 이번 연구 결과, 생존해 있는 단공류나 화석 단공류에서 볼 수 없는 특징을 가진 세 가지 새로운 종이 있었음을 알게 됐다고 언급했다. 헬겐은 “오팔리오스 스플렌덴스는 오늘날 우리가 가지고 있는 단공류의 공통 조상이 진화하기 이전의 진화 분류이며, 전반적인 해부학적 구조는 오리너구리와 유사하다. 그러나 턱과 주둥이의 특징은 가시두더지와 좀 더 닮았다. 그런 점에서 이를 '가시두더지의 일종'이라고 부를 수도 있을 것이다”라고 말했다. 헬겐은 "알을 낳는 포유류가 어떻게 진화했는지에 대한 이론은 가장 오래된 단공류인 테이놀로포스 트루슬레리(Teinolophos trusleri)의 '이빨이 없어지는‘ 시기로, 그 역사는 1억 3000만 년 전 빅토리아로 거슬러 올라간다. 이번 화석에서 보이는 것은 1억 년 전까지 단공류 중 일부는 여전히 5개의 어금니를 가지고 있지만, 일부는 3개로 줄었음을 보여준다"고 설명했다. 어린 오리너구리에게는 기초적인 어금니가 존재하지만 성체 오리너구리는 이빨이 없다. 성체 오리너구리가 거의 1억 년 후에 이빨을 잃은 시기와 이유는 여전히 미스터리다. 지난 200만 년 동안 호주에 들어온 호주 물쥐와의 경쟁 때문일 수는 있다. 이로 인해 오리너구리는 오늘날 부드럽고 미끄러운 먹이를 찾게 되었을 수 있다고 한다.
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- IT/바이오
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호주에서 1억년 된 단공류(알 낳는 포유동물) 화석 발견
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[우주의 속삭임(12)] 금성, 생생한 용암 흐름 감지…화산 활동 활발
- 레이더 이미지에서 금성 표면에 신선한 용암의 흐름이 나타났다. 이는 금성에 활화산이 있음을 시사하는 것이라고 CBS뉴스가 전했다. 이탈리아 국제 행성과학연구학교(International Research School of Planetary Sciences)의 과학자들은 금성의 전체 표면을 최초로 촬영한 마젤란 우주선이 1990~1992년까지 촬영한 이미지를 현재 상태와 비교해 행성 표면의 변화에 대한 증거를 발견했다고 밝혔다. 학자들은 새로 관측된 암석이 정해진 길을 따라 흐르면서 형성되었다고 판단했다. 그 암석층은 시프 몬스(Sif Mons) 화산의 서쪽 지역과 니오베 플래니티아(Niobe Planitia)의 넓은 화산 저지대 두 지역에서 화산 활동으로 인한 '새로운 용암 흐름의 증거'로 설명하는 것이 가장 합리적이라는 의견이다. 연구팀은 미 항공우주국(나사·NASA)을 통한 보도자료에서 "이 지도를 비교하면 금성이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 화산 활동이 많을 수 있다는 사실을 보여준다"면서 "연구팀은 금성의 두 곳에서 용암 흐름을 분석함으로써, 금성의 화산 활동이 지구에서의 화산 활동과 비슷할 수 있다는 것을 발견했다"고 밝혔다. 이번 발견은 금성에 화산이 다수 존재한다는 지난해의 연구 결과를 뒷받침한다. 당시 연구도 마젤란 우주선의 이미지를 이용해 화산의 증거를 찾았다. 알래스카 대학과 캘리포니아 공과대학의 연구원들은 금성의 고지대에서 두 개의 큰 화산을 발견했고, 화산 분출구의 위치도 확인했다. 알래스카 대학교 페어뱅크스 지구물리학 연구소의 로버트 헤릭 교수는 이번 연구 결과에 대해 "오자 및 마트 몬스(Ozza and Maat Mons)의 부피는 지구의 최대 화산과 비슷하지만 경사가 더 낮아 용암이 더 넓게 퍼져 있다"고 말했다. 나사는 '지구의 사악한 쌍둥이'라고도 부르는 행성인 금성에 활화산이 있다고 오랫동안 믿어왔다. 금성은 열을 가두는 두꺼운 대기를 가지고 있어 태양계에서 가장 뜨거운 행성을 만들고 있다. 금성의 표면에는 화산과 기형적인 산이 대거 포함돼 있다. 연구팀은 금성의 화산이 목성의 달 이오(Io)의 화산보다 덜 활동적이라고 추정했다. CBS뉴스는 과거에도 연구팀이 포착한 모든 이미지에서 '여러 차례의 지속적인 화산 폭발이 있다'고 보도한 바 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(12)] 금성, 생생한 용암 흐름 감지…화산 활동 활발
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영국 흑색종 피부암 발병률 사상 최고치
- 영국에서 흑색종 피부암 발병율이 사상 최고치를 기록했다. 영국 암 연구 기관(Cancer Research UK)에 따르면 영국 내 흑색종 피부암 진단 건수가 지속적으로 증가하고 있다고 BBC가 26일(현지시간) 보도했다. 2020년과 2022년 사이 연 평균 1만9300건이었던 흑색종은 올해 2만800건에 이를 것으로 예상된다. 2009년~2019년 사이 흑색종 진단율은 10만 명당 21건에서 28건으로 약 30% 증가했다. 흑색종은 다른 신체 부위로 퍼질 수 있는 심각한 유형의 피부암이다. 일반적으로는 더 흔하지만 흑색종보다 심각성이 낮은 비흑색종 피부암도 있다. 흑색종 진단 증가 이유 흑색종 진단 증가는 부분적으로 고령화 인구 증가와 피부암 징후 인식 증가 때문이다. 보고서에 따르면 매년 약 1만7000건의 흑색종암이 예방 가능하며, 그 중 약 90%는 과도한 자외선(UV) 노출로 인해 발생한다고 제시했다. 암 연구기관 자료에 따르면 모든 연령대에서 흑색종 암이 증가 추세를 보였지만 특히 80세 이상의 노인 연령대에서 가장 급격한 증가세를 보였다. 이 연령대의 진단율은 10년 만에 10만 명단 61건에서 96건으로 급증했다. 25~49세의 젊은 성인 사이에서도 증가세가 나타났다. 이 연령대의 진단율은 10년 만에 10만명당 14건에서 15건으로 증가했다. 과학자들은 젊은 세대는 이전 세대에 비해 자외선과 피부암 사이의 연관성을 더 잘 알고 있어 노년층에 비해 태양에 그대로 노출되기 보다는 자외선 차단제를 바르는 등 예방 조치를 취할 가능성이 더 높다고 설명했다. 암 연구 기관 최고경영자(CEO)인 미셀 미첼은 흑색종을 포함한 암의 생존율이 지속적으로 향상되고 있으며 “연구를 통해 가능한 실질적인 향상을 보여주고 있다”고 말했다. 미첼은 하지만 "개인이 처음부터 흑색종 발병 위험을 줄이기 위한 노력이 매우 중요하다"고 덧붙였다. 흑색종 예방법 암 연구 기관은 강한 자외선이 내리피비치는 햇빛 아래서는 주의하고 피부에 새로운 모반이나 변화하는 모반, 아물지 않는 궤양 또는 비정상적으로 보이는 피부 부위 등 이상한 변화가 발견되면 의사와 상담할 것을 권고했다. 암을 조기에 발견하는 것은 큰 차이를 만들 수 있다. 한국 질병관리청에 따르면 자외선에 장기적으로 괴도하게 노출될 경우 피부의 조기 노화와 피부암이 발생할 수 있다. 비흑색종 피부암의 가장 흔한 두 가지 유형은 기저세포암과 편광세포암이다. 악성 흑색종은 새로운 점으로 발생하거나 오래된 반점, 주근깨 또는 점의 색, 모양, 크기 또는 감각의 변화로 발생할 수 있다. 자외선 차단제는 피부 손상 효과를 제한하는 것을 넘어 햇빛으로 인한 재발성 발진을 예방하는데 효과적일 수가 있다. 영국 국영 의료서비스(NHS)에서는 오후 1시에서 3시 사이에는 햇빛에 노출하거나 피부를 절대 태우면 안 되고, 그늘에서 시간을 보내야 한다고 밝혔다. 또한 최소 자외선 차단 지수 30 이상의 자외선 차단제를 정기적으로 사용하라고 권장했다.
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- 생활경제
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영국 흑색종 피부암 발병률 사상 최고치
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스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산
- 스위스 과학자들이 벌레로 인해 고사 위기에 처한 카카오 나무 열매를 최대한 활용할 수 있는 기술을 개발했다고 예루살렘포스트가 26일(현지시간) 보도했다. 전 세계 초콜릿의 50%는 서아프리카 코트디부아르와 가나에 있는 카카오나무에서 생산된다. 하지만 이 지역 카카오나무는 '카카오 새싹 팽창 바이러스 감염병'이 빠르게 확산되면서 코코아 공급과 가격 급등에도 큰 영향을 미치고 있다. 코코아 콩(cocoa bean)은 건조된, 그리고 부분적으로 발효된 카카오나무 열매의 씨앗으로 초콜릿의 원료가 된다. 카카오의 꼬투리는 3cm 두께의 거칠고 가죽과 같은 외피를 가지고 있다. 이 꼬투리는 단 맛을 내는 점액질의 펄프로 가득차 있으며, 그 안에 30~50개의 아몬드처럼 생긴 큰 씨앗들이 담겨 있다. 세계적으로 인기 있는 간식인 초콜릿의 주성분은 카카오 열매에서 추출한 코코아 매스(카카오를 발효해서 만드는 초콜릿의 원료)와 코코아 버터다. 스위스 연방공립대학 ETH 취리히의 연구원들은 초콜릿 업계와 협력해 코코아 열매를 최대한 활용함으로써 코코아 재배의 수익성을 높이는 동시에 초콜릿을 더 건강한 기호식품으로 만들 수 있는 가능성을 조사하고 있다. 에리히 빈드하브 교수와 그의 연구팀은 지속 가능한 코코아 열매 재배에 전념하는 스트트업인 코아(Koa), 스위스 초콜릿 제조업체 펠클린(Felchlin)과 협력해 카카오 과육을 활용한 새로운 코코아 열매 초콜릿 레시피를 개발했다. 전 세계가 순환적이고 지속가능한 경제를 중심으로 재편성되면서 식품 분야에도 혁신적인 기술이 요구되고 있다. 식품 활용도를 극대화하여 관련 환경 부담을 줄이는 쪽으로 향하고 있는 것. 이는 코코아 재품과 같이 환경에 미치는 영향이 큰 식품의 경우 특히 중요하다. 이번 논문은 저명한 학술지 '네이처 푸드(Nature Food)'에 게재됐다. 「코코아 꼬투리 측면 스트림의 가치화로 초콜릿의 영양 및 지속 가능성 측면 개선」이라는 이번 논문의 주저자인 킴 미쉬라는 코코아 열매가 허니듀 멜론과 비슷하다고 말했다. 연구팀은 "카카오 열매와 허니듀는 구조가 비슷하다. 둘다 딱딱한 껍질을 가지고 있어 자르면 과육이 드러나고 안쪽에는 코코아 콩이나 멜론 씨앗과 같은 과육이 들어 있다"고 설명했다. 기존 초콜릿은 카카오 꼬투리 안에 들어 있는 코코아 콩만 사용하지만 연구팀은 '코코아 과일 초콜릿 레시피'에 과육과 과육의 속껍질을 사용했다. 연구팀은 이를 분말로 가공하고, 과육의 일부와 섞어 코코아 젤을 만들었다. 이 젤 물질은 매우 달콤하며 일반적으로 초콜릿에 첨가되는 가루 설탕을 대체할 수 있다. 연구팀은 완벽한 레시피를 찾기 위해 실험실에서 다양한 구성의 질감을 체계적으로 테스트한 끝에 이같은 결과물을 내놓았다. 과육에서 추출한 과즙을 너무 많이 넣으면 초콜릿이 덩어리가 졌고., 너무 적게 넣으면 단맛이 부족했다. 연구팀은 단맛과 식감 사이의 완벽한 균형을 찾기 위해 노력했다. 가루 설탕을 사용할 때는 덩어리 문제가 발생하지 않았다. 실험 결과 초콜릿에는 과육 젤이 최대 20% 함유될 수 있으며, 이는 5~10%의 가루 분말 설탕(이하 가루 설탕)이 함유된 초콜릿의 맛과 같았다. 일반 다크 초콜릿에는 가루 설탕이 30~40% 정도 함유돼 있다. 새로운 레시피를 테스트하기 위해 스위스의 베른 응용과학대학의 패널들은 각 5g 무게의 초콜릿 조각을 다양한 양의 가루 설탕이 함유된 초콜릿과 코코아 젤로 단맛을 낸 새로운 제품으로 나누어 데트스를 진행했다. 미쉬라 연구원은 "이를 통해 동일한 양의 가루 설탕으로 표현되는 우리 레시피의 단맛을 경험작으로 확인할 수 있었다"고 말했다. 새로 개발된 레시피는 코코아 젤을 감미료로 사용함으로써 코코아 과일 초콜릿은 일반 유럽산 다크 초콜릿보다 섬유질 함량(100g당 15g대 12g)이 더 높다. 유럽산 일반 다크 초콜릿에는 섬유질이 100g당 12g이 들어있지만 새로운 레시피에는 15g이 함유됐다. 또한 포화지방 함량도 일반 초콜릿의 33g에 비해 23g에 불과하다. ETH 연구팀은 포화 지방산을 약 30% 줄이면서 섬유질 함량을 약 20% 늘릴 수 있었다. 미쉬라 연구원은 "섬유질은 장 활동을 자연스럽게 조절하고 초콜릿 섭취시 혈당 수치가 너무 급격히 상승하는 것을 방지하기 때문에 생리학적 측면에서 가치가 있다. 포화 지방도 너무 많이 섭취하면 건강에 위험을 초래할 수 있다. 포화 지방의 섭취 증가와 심혈관 질환의 위험 증가 사이에는 관계가 있다고 말했다. 그는 "농부들이 코코아 콩을 판매할 수 있을 뿐만 아니라 과육과 과피에서 나오는 주스를 말려서 분말로 갈아서 판매할 수도 있다는 것을 의미한다"면서 "이렇게 하면 코코아 재배 농가의 수입을 더 많이 창출할 수 있으며, 코코아 열매의 가치 창출이 많아지면 지속 가능한 코코아 생산이 가능해진다"고 덧붙였다. 그렇다고 해서 코코아 열매 초콜릿이 곧 식료품점에 출시되는 의미는 아니다. 미쉬라는 "우리 초콜릿이 매력적이고 일반 초콜릿과 비슷한 감각적 경험을 제공한다는 것을 보여주었지만, 건조 시설이 필요한 코코아 농부부터 시작해 전체 가치 창출 사슬을 조정해야 할 것"이라고 말했다. ETH는 코코아 과육 초콜릿 레시피에 대한 특허를 출원했다. 코코아 과일 초콜릿의 개발은 기술, 영양, 친환경성, 소규모 농가를 위한 소득 다각화가 어떻게 코코아 공장의 전체 가치 창출 사슬을 개선할 수 있는지를 보여주는 유망한 사례다.
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스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산
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