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마이크로소프트, 나무 태워 탄소 포집⋯스웨덴 파트너와 330만 톤 탄소 제거 계약 체결
- 마이크로소프트(MS)가 나무를 연료로 하는 발전소에서 이산화탄소를 포집하는 방식의 기후 변화 대응 전략을 두 배 이상 크게 강화하고 있다. 마이크로소프트가 스웨덴의 에너지 회사인 스톡홀름 엑서지(Stockholm Exergi)와 스톡홀름에 위치한 바이오매스 발전소에서 333만 톤의 탄소를 포집한다는 계약을 체결했다고 ICT 전문 매체 더버지가 전했다. 이는 현재까지 발표된 이 부문 최대 규모의 거래다. 포집하는 양은 휘발유 자동차 79만 대가 1년 동안 운행해 방출하는 탄소의 양과 맞먹는다. 이는 마이크로소프트가 2030년까지 회사가 생산할 것으로 예상되는 것보다 더 많은 탄소를 포집한다는 의미다. 마이크로소프트는 2050년까지 창립 이래 지금까지 배출한 만큼의 탄소를 대기에서 없애겠다는 기후 경영 목표를 수립한 바 있다. 이번 계약은 회사의 장기 목표 달성에도 크게 기여할 것이라는 기대다. 그러나 이에 대한 비판 여론도 만만치 않다. 나무 연료 발전소가 실제로 기후 변화 대응에 적절한 것인지, 아니면 상황을 오히려 악화시킬 것인지에 대해서는 아직 판단을 내리기 어렵다는 것이다. 생물다양성센터(Centre for Biological Diversity)와 세계 3대 환경보호단체 중 하나인 ‘지구의 벗(Friends of the Earth International)’ 등 저명한 환경 단체들은 이에 대해 ‘잘못된 해결책’이라고 비판했다. 지난 2018년에는 약 800명의 과학자들이 유럽의회에 바이오에너지를 위한 목재 사용 지원을 중단하라는 서한에 서명하기도 했다. 엑서지는 스톡홀름에서 산림 바이오매스라고도 알려진 산림 폐기물의 목재 펠릿과 잔여물을 사용해 발전소를 운영하고 있다. 지지자들은 이론적으로 발전소가 나무를 태워 방출하는 탄소를 포집하고, 나무는 탄소를 흡수하며 다시 자라나므로 탄소 중립 에너지원이라고 주장한다. 유럽연합 집행위원회도 바이오매스 연소가 유럽과 미국 전역의 산림 벌채와 관련되어 있음에도 불구하고 가장 큰 재생에너지원이라고 간주하고 있다. 마이크로소프트와 엑서지는 발전소에 장비를 추가, 탄소가 대기 중으로 배출되기 전에 대부분을 포집한다는 계획이다. 그렇게 하면 오히려 탄소의 마이너스 배출까지도 가능하다는 주장이다. 즉, 방출하는 총량보다 더 많은 탄소를 대기에서 제거한다는 것이다. 탄소 마이너스 배출 기술은 최근 여러 기업들이 연구와 채택을 진행하고 있다. 그러나 많은 연구 결과에 따르면 ‘탄소 포집 바이오에너지(BECCS)’에 대한 수학적인 계산은 정확하게 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 굴뚝에서 탄소를 제거하는 장치는 탄소를 100% 포집할 수 없다. 또 숲을 개간하고 연료로 사용하기 위해 목재를 운반하는 과정에서 추가 배출이 발생한다. BECCS는 결국 탄소 중립이 아니며 실제로는 대기에 온실가스의 주범인 탄소 오염을 더한다는 사실이 밝혀졌다. 마이크로스프트는 이에 대해 공식적인 반응은 보이지 않고 있다. 회사는 작년 덴마크 에너지 회사인 오스테드(Ørsted)와 덴마크의 나무 연료 발전소에서 276만 톤의 탄소를 포집하는 또 다른 계약을 체결했다. 스톡홀름에서 이 발전소의 탄소 포집 장치의 건설은 엑서지가 다른 계약과 함께 정부 지원으로 충분한 추가 자금을 확보한다면, 내년에 시작될 예정이다. 그러면 계약에서 합의된 333만 톤의 탄소를 모두 제거하는 데 10년이 걸릴 것이다. 엑서지는 마이크로소프트와의 계약을 자사의 탄소 포집 기술에 대한 인증이라고 의미 부여했다. 회사는 “이번 계약은 우리 프로젝트의 중요성은 물론 품질 및 지속 가능성을 강하게 시사하고 있다”라고 말했다.
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- 경제
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마이크로소프트, 나무 태워 탄소 포집⋯스웨덴 파트너와 330만 톤 탄소 제거 계약 체결
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[퓨처 Eyes(35)] 첨단 '고밀도 물 없는 수력' 에너지 플랜트 시연
- 기존 수력 발전의 한계를 극복하는 저지대 언덕을 활용한 고밀도(HD) '무수력(無水力·물 없는 수력) 발전' 시스템이라는 혁신적인 에너지 저장 기술이 개발됐다. 영국 스타트업 리에너자이즈(RheEnergise)가 개발한 무수력 발전 시스템은 물 대신 2.5배 더 높은 밀도의 액체를 사용해 기존 수력 발전소의 40% 용량으로 동일한 전력 저장 성능을 달성했다고 리차지뉴스와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 최근 보도했다. 리에너자이즈의 고밀도 무수력(HD Hydro) 기술은 물 대신 특수한 미네랄 분말과 혼합된 액체를 사용해 에너지 저장 효율이 높다. 이 무거운 유체를 사용하면 40%의 부피, 훨씬 작은 탱크 또는 상부 탱크와 하부 탱크 사이의 40%의 높이 차이를 사용해 기존의 양수 발전과 동일한 에너지 저장 성능을 얻을 수 있다. 에너지 수요가 낮을 때 HD Hydro 시스템은 올림픽 규격 수영장보다 큰 지하 저장 탱크로 오르막의 물보다 2.5배 더 밀도가 높은 특허 받은 유체를 펌핑한다. 프로젝트는 5MW에서 100MW까지 다양하며 100m 이하의 수직 높이에서 작업할 수 있다. 또한 이 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양열 시설에서 잉여 전력을 활용하는 데도 사용 가능하다. 기존의 수력 발전 시스템은 세계 최고의 친환경 전기 생산 수단으로, 생산량의 4300TWh, 즉 전체 전기의 15%를 차지한다. 수력 발전으로얻은 전기를 수력 전기라고 하며 일단 건설되면 더 이상 직접적인 폐기물은 발생하지 않으며, 이산화탄소 배출량도 적다. 최근 몇 년 동안 수력 발전이 확장되었음에도 불구하고 지형적인 제약 등으로 더 이상 확장할 여지가 많지 않다. 전통적인 수력 발전은 효율적인 전력 생산을 위해 가파르고 산이 많은 지형 등 충분히 높은 수위를 가진 큰 수역이 필요하다. 기존 수력발전은 지형적 제약을 받지만, 이 기술은 언덕이 훨씬 낮은 지역에도 에너지 저장 시설을 설치할 수 있어, 기존 방식으로는 사용할 수 없었던 전 세계 다양한 지역에 깨끗한 형태의 에너지를 제공할 수 있다. 현재 영국 정부는 이 혁신적인 물 없는 수력 발전소의 파일럿 플랜트 설립을 승인했다. 영국은 무수력 시범 발전소 건설을 통해 기술 검증 및 상업화 기반을 마련하고자 한다. 리에너자이즈의 HD Hydro 500kW 실증기는 영국 데번주의 플리머스 외곽 콘우드(Cornwood)에 있는 광산 회사 시벨코(Sibelco)에 오는 9월 건설을 시작할 예정이다. 영국 정부의 장기 에너지 저장 시범 프로그램 지원으로 무수력 시범 발전소가 건설되며, 성공 시 상업용 대규모 발전소 건설로 이어질 전망이다. 리에너자이즈에 따르면 영국에만 6500개의 무수력 발전소의 잠재적 부지가 있다고 한다. 이 회사는 또 유럽, 아프리카, 북미 및 호주 전역에서 10만개 이상의 잠재적인 부지가 있다고 덧붙였다. 이는 태양열이나 풍력 에너지 저장에도 활용될 수 있으며 리튬 이온 배터리 대비 저렴한 비용과 장기간 저장이 가능하다는 장점이 있다. HD Hydro 시스템은 기존 수력 발전 시설을 건설하는 데 평균 5년에서 10년이 걸리는 데 비해 단 몇 년 만에 건설할 수 있다고 한다. 리에너자이즈는 또한 계곡의 범람이 필요한 기존의 양수 저장 수력 발전 시설보다 설치 면적이 현저히 작기 때문에 몇 년이 아닌 몇 달 만에 계획 승인을 받을 수 있다고 밝혔다. 전 세계가 탈탄소화 경쟁에서 재생 에너지 그리드로 전환하고 있는 상황에서 이 프로젝트는 매우 중요한 소식이다. 무수력 파일럿 플랜트 시설은 시벨코의 콘우드 공장에서 도자기, 타일, 산업용 애플리케이션뿐만 아니라 위생 도기 용 카올린을 생산하는 공장에 설치되고 있다. 이 파일럿 플랜트는 영국 정부의 장기 에너지 저장(LoDES) 실증 프로그램(화장실 제조업체에 적합한 자금 출처)의 지원을 받고 있으며, 데본 카운티 의회의 지원을 받고 있다. 스테판 크로셔(Stephen Crosher) 최고경영자(CEO)는 "이 플랜트 시연은 장기 에너지 저장 부문의 '선구적인 프로젝트'이며 리에너자이즈는 영국과 해외에서 상업 규모의 프로젝트를 구축할 수 있는 강력한 위치에 놓이게 될 것"이라고 말했다. 그는 "호주와 칠레에 이르기까지 전 세계적으로 우리 기술에 관심을 가지고 있다. 우리는 2년 이내에 첫 번째 10MW 그리드 규모 프로젝트를 가동하고 싶다"고 포부를 밝혔다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(35)] 첨단 '고밀도 물 없는 수력' 에너지 플랜트 시연
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왜 쓰레기를 화산에 던져서 태워버릴 수 없을까
- 쓰레기를 용암이 끓고 있는 화산에 던져서 태우지 않는 이유는 무엇일까. 화산의 용암이 일부 쓰레기를 태울 정도로 뜨거운 것은 사실이다. 지난 2018년 하와이 빅아일랜드에서 킬라우에아 화산이 폭발했을 때, 용암류는 섭씨 1100도 이상이었다. 이는 금성 표면보다 더 뜨거운 온도다. 암석을 충분히 녹일 정도로 높은 온도였다. 쓰레기를 태우는 폐기물 소각로의 온도가 섭씨 1000~1200도임을 감안하면, 화산의 용암류로도 쓰레기를 태울 수 있을 것이라는 짐작을 하게 된다. 그러나 야후 테크에 실린 정보에 따르면 실제는 그렇지 않다. 모든 화산 용암이 그렇게 높은 온도인 것은 아니다. 하와이에서의 킬라우에아 화산 폭발은 현무암이라고 불리는 일종의 용암을 생성한다. 현무암은 다른 화산에서 분출되는 용암보다 훨씬 뜨겁고 더 유동적이다. 워싱턴주의 세인트 헬렌스 산에서 분출한 화산 등 일반적인 화산의 경우 현무암보다 더 두꺼운 데이사이트 용암(석영안산암 화산암)이다. 세인트 헬렌스 산에서 2004~2008년까지 분출된 화산은 표면 온도가 섭씨 704도 미만의 용암 돔을 생성했다. 다시 말해 쓰레기를 완전히 태울 충분한 고온이 형성되지 않는다는 의미다. 온도 외에도, 화산에서 쓰레기를 태울 수 없는 이유가 몇 가지 더 있다. 첫 번째로, 섭씨 1100도 온도의 용암은 음식물 찌꺼기, 종이, 플라스틱, 유리 및 일부 금속 등을 녹일 수는 있지만, 강철, 니켈 등 특수한 일부 물질들은 녹이지 못한다. 둘째, 지구에는 쓰레기를 버릴 수 있는 용암 호수나 용암으로 가득 찬 그릇 모양의 분화구가 있는 화산이 많지 않다. 지구상에 있는 수천 개의 화산 중, 과학자들이 발견한 활화산 용암 호수는 남극의 킬라우에아, 에레부스 산, 콩고민주공화국의 니라공고 등을 포함해 8개에 불과하다. 대부분의 활화산은 세인트 헬렌스 산과 같이 바위와 냉각된 용암으로 채워진 분화구이거나 오레곤주의 크레이터 호수처럼 물로 채워진 분화구들이다. 세 번째는 활성 용암 호수라 해도 이곳에 쓰레기를 버리는 것은 매우 위험하다는 사실이다. 용암 호수는 냉각된 용암의 지각으로 덮여 있지만, 그 지각 바로 아래는 용암이 녹아 있어 온도가 매우 높다. 암석이나 다른 물질들이 용암 호수의 표면으로 떨어지면 지각이 깨지고, 밑에 있는 용암의 흐름을 방해해 폭발을 일으키게 된다. 2015년 킬라우에아에서 이런 사태가 일어났다. 분화구 가장자리의 암석 덩어리가 용암 호수로 떨어져 큰 폭발을 일으켰고, 암석과 용암이 분화구 위로 분출됐다. 사람이 용암 호수에 쓰레기를 버린다면 불타 오르는 쓰레기와 폭발하는 용암을 피해 도망치는 방법을 고안해야 할 것이다. 화산에 쓰레기 버리면 유독가스 방출 용암 호수에 쓰레기를 안전하게 버릴 수 있다고 가정한다면 어떻게 될까. 플라스틱, 쓰레기, 그리고 금속이 연소되면 많은 유독 가스가 방출된다. 화산은 이미 황, 염소, 그리고 이산화탄소 등 수많은 유독 가스를 배출하고 있다. 유황 가스는 ‘보그(vog)’라고 부르는 산성 안개를 생성한다. 이는 식물을 죽이고 근처에 거주하는 사람들에게 호흡기 질환을 일으킬 수 있다. 이처럼 위험한 화산 가스에 쓰레기를 태울 때 발생하는 다른 가스가 섞이면 화산 근처의 사람과 식물에 더욱 해로울 것이다. 마지막으로, 많은 원주민 공동체는 화산을 신성한 장소로 여긴다. 예를 들어, 킬라우에아에 있는 할레마우마우 분화구는 하와이 원주민이 섬기는 불의 여신 펠레의 고향으로 여겨지고 있으며, 분화구 주변은 하와이 원주민에게는 신성한 지역이다. 화산에 쓰레기를 버리는 것은 그들에게는 큰 모욕이 될 것이다.
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왜 쓰레기를 화산에 던져서 태워버릴 수 없을까
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[신소재 신기술(40) 초소형 로봇 '필봇', 내시경 검사 대체할까?
- 인체 내부를 탐색할 수 있는 알약 크기의 초소형 로봇이 개발돼 내시경 검사에 새로운 장을 열고 있다. 의료 검진에 사용하기 위해 삼킬 수 있도록 설계된 새로운 소형 로봇 카메라가 최근 캐나다에서 열린 학술회의에서 시연됐다. 캡슐형 로봇으로 필봇(PillBot)이라고 불리는 이 전동 내시경 카메라는 신체 외부에서 전자기적으로 원격 조종하여 체내로 이동시킬 수 있다고 러닝 잉글리시 voa뉴스가 보도했다. 개발자들은 이 기기가 기존 내시경 검사를 대체할 수 있기를 기대하고 있다. 이전의 내시경 검사는 전선에 연결된 카메라를 환자가 잠든 상태에서 목을 통해 위로 삽입하는 시술로 수면 내시경으로 불렸다. 필봇은 캘리포니아주 헤이워드에 본사를 둔 엔디텍스(Endiatx)가 개발했다. 미네소타 주 로체스터에 있는 연구 병원인 메이요 클리닉(Mayo Clinic)이 이 프로젝트의 파트너다. Endiatx는 2014년 설립됐으며, 소화기계 및 간 질환 진단을 위한 혁신적인 기술 개발에 중점을 두고 있다. 최초의 전동 내시경 카메라 필봇은 최초의 전동 내시경 카메라로 설계됐다. 개발자들의 설명에 따르면 작동 방식은 다음과 같다. △ 환자는 1일 동안 금식한 후 다량의 물과 함께 캡슐형 로봇을 삼킨다. △ 캡슐형 로봇은 무선 리모컨으로 조종되는 작은 잠수함처럼 작동한다. △ 검사가 끝나면 신체는 다른 고형 폐기물과 같은 방식으로 캡슐형 로봇을 배출한다. 비벡 컴바리(Vivek Kumbhari) 박사는 회사의 공동 설립자이며 메이요 클리닉의 의학 교수이자 위장 및 간 질환 부장이다. 그는 복잡한 의료 서비스를 더욱 접근하기 쉽게 만드는 더 큰 목표를 향한 최신 연구 결과라고 밝혔다. 컴바리 박사는 "만약 내시경 검사를 병원에서 환자 집으로 옮길 수 있다면 우리는 그 목표를 달성했다고 생각한다"며 "이 기기는 더 안전하고 편안한 접근 방식"이라고 말했다. 그는 이 기기는 의료 종사자 수를 줄이고 마취도 필요 없을 것이라고 덧붙였다. 컴바리 박사는 또한 이 기술은 기존 내시경에 비해 더 효율적이며 환자가 질병 진행 초기 단계에 치료를 받을 수 있게 할 것이라고 말했다. 의료 시설 부족한 지역 원격서비스 기대 인디텍스 공동설립자인 알렉스 루브케(Alex Luebke)는 캡슐형 로봇이 의료 센터와 치료 시설이 부족한 시골 지역 사람들을 도울 수 있다고 말했다. 그는 "특히 개발도상국에서는 질좋은 의료 서비스에 접근하기 힘들다"고 말했다. 이어 "이 장치는 모든 정보를 수집하여 원격지에서도 솔루션을 제공할 수 있다"고 말했다. 마이크로 로봇 알약 필은 테스트 중이다. 이는 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인되면 필봇은 2026년까지 출시될 수 있다. 이 미세 로봇 캡슐은 현재 테스트 중이며, 앞으로 몇 달 안에 미국 식품의약품국(FDA)의 승인을 받을 수 있다. 승인이 되면 2026년까지 캡슐형 로봇을 사용할 수 있게 된다. 컴바리 박사는 이 미세 로봇 캡슐 기술이 장, 혈관계, 심장, 간, 뇌 및 신체의 다른 부위로 확대될 수 있기를 기대하고 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(40) 초소형 로봇 '필봇', 내시경 검사 대체할까?
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[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성
- 한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
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[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성
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아마존, 애리조나 피닉스 인근 톨레슨에서 '프라임 에어' 드론 배송 개시
- 아마존이 애리조나 피닉스 인근 웨스트밸리 톨레슨(Tolleson) 지역에서 프라임 에어(Prime Air) 드론 배송을 시작한다고 폭스비즈니스 등이 보도했다. 연이어 드론 배송을 미국의 새로운 도시로 확산한다는 계획이다. 반면 탤리포니아 록퍼드에서 운영하던 드론 배송은 중단했다. 드론 배송을 하기에는 거주민이 3500명으로 너무 적었고, 수요도 기대에 미치지 못한 것으로 보인다. 아마존은 이 같은 사실을 공식 인정했다. 아마존은 웨스트밸리 지역의 드론 배송을 올해 말 시작할 계획이라고 밝혔다. 아마존은 연방항공청(FAA)과 지방 정부의 승인을 받는 절차를 진행 중이다. 아마존의 앤디 재시 CEO는 회사의 배송 네트워크가 드론으로 완전히 통합될 것이라고 설명하고, 톨레슨에서의 드론 배송은 당일 배송으로 이루어질 것이라고 부연했다. 톨레슨은 인구가 7000명이 조금 넘는 도시로 피닉스 메트로폴리탄의 서쪽 마리코파 카운티에 위치하고 있다. 하이브리드 주문 처리 센터/배송 스테이션을 통해 아마존 고객에게 당일로 배송한다. 서비스가 공식 시작되면 그 지역 고객에게 미리 공지할 예정이다. 지자체 정부 및 FAA와의 업무 진행 상황에 따라 일정은 달라질 수 있다. 미국에서는 FAA 등 규제 기관의 절차 지연 등의 문제로 인해 드론 배송 서비스 확장이 매우 느리게 진행되고 있다. 올해 톨레슨에서 서비스가 이루어지면 아마존으로서는 유일한 확장이 된다. 케이트 갈레고 피닉스 시장은 드론 배송이 미래 서비스이며 피닉스 지역에서 시작된다는 것은 매우 상징적이라고 강조했다. 그는 탄소배출 제로 상품 배송으로의 전환은 지역의 오염을 줄이는 동시에 혁신 기술 적용의 메카로 자리잡는 데 도움이 될 것이라고 기대했다. 한편 아마존은 2022년 6월 드론 배송이 시작됐던 인구 3500명의 캘리포니아 중부 록퍼드 마을의 프라임 에어 드론 배송은 중단한다. 록퍼드는 텍사스 칼리지스테이션에 이어 아마존의 두 번째 미국 드론 배송 사이트였다. 중단 이유는 자원의 우선순위 재배정 전략이라고 설명했다. 칼리지 스테이션에서의 프라임 에어 드론 배송 서비스는 계속 제공된다.
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- IT/바이오
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아마존, 애리조나 피닉스 인근 톨레슨에서 '프라임 에어' 드론 배송 개시
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[먹을까? 말까?(7)] 미세 플라스틱이 가장 많이 들어 있는 음식은?
- 아침 밥과 점심, 저녁 식사로 우리는 얼마나 많은 플라스틱을 먹었을까? 이는 공상 과학 영화에 등장하는 내용이 아니다. 즉석 조리 음식과 배달 음식이 넘쳐나는 현재 우리 식탁을 점검해야 할 때가 되었다. 최근 외신에서는 미세 플라스틱이 인체에 미치는 폐해에 대한 보도가 넘쳐나고 있다. "놀랍게도 소금 대체재로 알려진 히말라야 소금에 미세 플라스틱이 엄청나게 함유돼 있다는 사실을 알고 있는 사람은 드물다. 새우와 과일, 당근 등 각종 채소, 즉석밥은 물론 쌀에도 미세 플라스틱이 들어 있다"고 CNN은 22일 보도했다. 2024년 2월 발표된 연구에 따르면 동식물성 단백질 샘플의 90%에서 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 미세한 폴리머 조각인 미세플라스틱 양성 반응이 나왔다. 1마이크로미터보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억 분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 2021년에 발표된 한 연구에 따르면 채식주의자조차도 미세 플라스틱을 피해갈 수 없다. 플라스틱 크기가 아주 작으면 과일과 채소는 뿌리 시스템을 통해 미세 플라스틱을 흡수하여 식물의 줄기, 잎, 씨앗, 열매에까지 이들 미세 플라스틱을 옮길 수 있다. 다시 말하면 육안으로 확인할 수 없지만 우리가 먹는 과일과 채소 등 식용 식물들의 잎이나 뿌리, 열매 등에 이미 다량의 미세 플라스틱이 포함되어 있다는 의미다. 일상 생활에서 흔히 접하지만 미처 인식하지 못했던 미세 플라스틱이 함유된 음식을 다음과 같이 정리했다. 소금·설탕·과일·채소, 전부 미세 플라스틱 함유 소금도 플라스틱이 함유돼 있다. 2023년에 발표된 연구에 따르면 땅에서 채굴한 굵은 히말라야 핑크 소금에 미세 플라스틱이 가장 많았고, 그다음으로 검은 소금과 해양 소금이 그 뒤를 이었다. 2022년 연구에 따르면 설탕도 "인간이 미세 오염 물질에 노출되는 중요한 경로"로 밝혀졌다. 대부분 플라스틱으로 만들어진 티백도 엄청난 양의 플라스틱을 배출할 수 있다. 캐나다 퀘벡의 맥길 대학교 연구진은 플라스틱 티백 하나를 끓일 때 약 116억 개의 미세 플라스틱과 31억 개의 나노 플라스틱 입자가 물로 방출된다는 사실을 발견했다. 동양인들의 주식인 쌀도 미세 플라스틱을 지니고 있다. 호주 퀸즐랜드 대학교의 연구에 따르면 사람들이 밥 100g(1/2컵)을 먹을 때마다 3~4밀리그램의 플라스틱을 섭취한다. 특히 플라스틱 용기에 들어 있는 인스턴트 밥(즉석밥)의 경우 1회 제공량당 미세 플라스틱 섭취량은 13밀리그램으로 증가한다고 한다. 연구원들은 쌀을 씻으면 플라스틱 오염을 최대 40%까지 줄일 수 있다고 말했다. 또한 쌀에 많이 함유되어 있는 비소도 줄일 수 있다고 한다. 생수도 미세 플라스틱 오염을 벗어날 수 없다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 표준 크기의 생수 두 병에 해당하는 1리터의 물에는 나노 플라스틱을 포함한 7가지 유형의 플라스틱 입자가 평균 24만 개 포함되어 있는 것으로 나타났다. 산모의 태반과 모유에도 미세 플라스틱 발견 미세 플라스틱은 이미 사람의 폐, 산모와 태아의 태반 조직, 모유, 사람의 혈액에서 발견됐다. 그러나 안타깝게도 최근까지 이러한 폴리머가 신체의 장기와 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 없었다. 2024년 3월 발표된 연구에 따르면 목의 동맥에 미세 플라스틱이나 나노 플라스틱이 있는 사람은 그렇지 않은 사람보다 향후 3년 동안 심장마비, 뇌졸중 또는 어떤 원인으로든 사망할 확률이 두 배나 높다고 한다. 전문가들은 인체 건강에 가장 우려스러운 플라스틱 오염 물질은 바로 '나노 플라스틱'이라고 지적했다. 그 이유는 아주 미세한 플라스틱 입자가 인체의 주요 장기의 개별 세포와 조직에 침입해 세포 과정을 방해하고 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불화화합물 또는 PFAS(자연 상태에서 절대 분해되지 않는 '영원한 화학물질')와 같은 내분비 교란 화학물질과 중금속을 침착시킬 수 있기 때문이다. 펜실베이니아주 이리에 위치한 펜 스테이트 베렌드의 지속가능성 책임자인 셰리 "샘" 메이슨은 이전 CNN 인터뷰에서 "이러한 화학물질은 모두 플라스틱 제조에 사용되므로 플라스틱이 우리 몸에 들어오면 그 화학물질도 함께 들어오는 것"이라고 말했다. 메이슨은 "체온이 외부보다 높기 때문에 이러한 화학 물질은 플라스틱에서 이동go 우리 몸속으로 들어가게 된다"면서 "이러한 화학 물질은 간과 신장, 뇌로 전달될 수 있으며 심지어 태반 경계를 넘어 태아에게까지 전달될 수 있다"고 설명했다. 반면, 국제생수협회 대변인은 앞서 CNN에 "현재 나노 및 미세 플라스틱 입자의 잠재적인 건강 영향에 대한 과학적 합의는 없다. 따라서 가정과 추측에 근거한 언론 보도는 대중을 불필요하게 겁주는 것 이상도 이하도 아니다"라고 말했다. 소고기 등 모든 유형의 단백질도 오염돼 지난 2월 '환경 연구(Environmental Research)'에 게재된 연구에서 연구진은 소고기, 빵가루를 입힌 새우, 닭 가슴살과 너겟, 돼지고기, 해산물, 두부, 명태 피쉬 스틱, 갈은 소고기와 유사한 식감의 식물성 크럼블, 식물성 생선 스틱 등 여러 식물성 육류 대체품을 포함해 일반적으로 소비되는 12가지 이상의 단백질에 대해 조사했다. 연구 결과에 따르면 빵가루 입힌 새우에는 1회 제공량당 평균 300개 이상의 미세 플라스틱 조각이 발견돼, 미세한 플라스틱이 가장 많이 함유된 식품으로 이름을 올렸다. 그 뒤를 이어 식물성 너겟이 1회 제공량당 100개 미만으로 2위를 차지했고, 치킨 너겟, 명태 피쉬 스틱, 최소한의 가공을 거친 화이트 걸프 새우, 갓 잡은 키웨스트 핑크 새우, 식물성 생선 스틱이 그 뒤를 이었다. 가장 오염이 적은 단백질은 닭 가슴살이었으며, 돼지 등심과 두부가 그 뒤를 이었다. 연구 결과를 소비자 소비 데이터와 비교한 결과, 미국 성인의 미세 플라스틱 평균 노출량은 연간 11,000~29,000개이며, 연간 최대 380만 개의 미세 플라스틱에 노출될 것으로 추정된다. 사과와 당근, 미세 플라스틱 가장 많이 오염돼 바다는 플라스틱으로 가득 차 있으며, 이들 플라스틱이 우리가 먹는 해산물에 어떻게 유입되는지는 여러 연구를 통해 밝혀졌다. 그러나 2020년 8월 발표된 한 연구에 따르면 채소와 소, 돼지 등 육상 동물 단백질과 미세 플라스틱에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 학술지 '환경 과학(Environmental Science)'에 발표된 이 연구에서는 다양한 과일과 채소에서 10㎛(1마이크로미터는 빗방울 지름 정도) 미만의 플라스틱 입자가 5만2050~23만3000개 발견됐다. 연구 결과에 따르면 사과와 당근은 각각 그램당 10만개 이상의 미세 플라스틱을 함유해, 가장 오염된 과일과 채소였다. 가장 작은 미세 플라스틱 입자는 당근에서 발견되었고, 가장 큰 플라스틱 조각은 양상추에서 발견됐다. 참고로 양상추는가장 오염이 적은 채소였다. 플라스틱으로 가득찬 세계 최근 분석에 따르면 오늘날 전 세계에는 엄청난 수의 플라스틱이 존재한다. 그 중 최소 4200종에서 인체와 환경에 '매우 유해한' 것으로 간주되는 1만6000개의 플라스틱 화학물질이 존재한다. 이러한 화학물질은 환경에서 분해되면서 미세 플라스틱으로 변한 다음 나노 플라스틱으로 변할 수 있는데, 이 입자는 너무 작아 수십 년 동안 과학계에서 이를 발견하는 데 어려움을 겪었다. 새로운 기술을 활용한 최근 연구에 따르면 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 나노플라스틱 수가 리터당 11만개~37만 개에 달하는 것으로 나타났다. 앞서 말했듯이 1리터는 약 16온스(약 480ml, 음료에서 일반적인 그란데 사이즈) 생수 두 병에 해당하는 양이다. 연구 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 밝히지는 않았다. 이전 기술을 사용한 연구에서는 같은 양의 생수에서 더 큰 미세 플라스틱과 함께 약 300개의 나노 플라스틱만 확인됐다. 플라스틱 오염을 줄이는 방법 메이슨은 생수에서 발견되는 플라스틱 오염의 노출을 줄이기 위해 유리 또는 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 거듭 지적했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 "사람들은 플라스틱을 흘린다고 생각하지 않지만 실제로는 흘린다"면서 "우리가 피부 세포를 끊임없이 벗겨내는 것과 거의 같은 방식으로 플라스틱은 상점에서 구입한 샐러드나 플라스틱으로 포장된 치즈의 플라스틱 용기를 열 때 등 깨진 작은 조각을 끊임없이 포장된 내용물에 흘리고 있다"고 설명했다. 전문가들에 따르면 우리가 섭취하는 플라스틱에 대해 과학이 더 많은 내용을 밝혀주기까지 사람들은 플라스틱 노출을 줄이기 위해 노력해야 한다. 먼저 플라스틱 용기에 보관된 음식은 먹지 않도록 하는 것이 좋다. 대신 유리, 에나멜 또는 호일에 보관된 식품을 찾아보라고 전문가는 권했다. 또한 천연 섬유로 만든 옷을 입고 천연 소재로 만든 소비재를 구입하는 것이 좋다. 특히 플라스틱 용기에 음식을 담아 전자레인지에 돌리지 말고, 유리 용기에 담아 전자레인지를 돌리는 것이 좋다. 또한 가스레인지에서 음식을 가열해서 데우는 방법도 있다. 전문가들은 "가능한 한 신선한 식품을 많이 섭취하고, 플라스틱으로 포장된 가공식품 및 초가공식품의 구매를 제한하는 것이 바람직하다"고 강조했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(7)] 미세 플라스틱이 가장 많이 들어 있는 음식은?
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해수온도 상승으로 전 세계 산호 백화 현상 심화…"사상 최악 상황" 경고
- 기후 위기로 인해 기록적인 해수온도 상승이 이어지고 있다. 해양이 더워지면서 전 세계 산호초가 대규모 백화 현상을 겪고 있다고 두 과학 단체가 발표했다고 워싱턴포스트, 뉴욕타임스, CNN 등 유력 매체들이 대거 보도했다. 일부 전문가들은 백화 현상이 역사상 최악의 상황으로 치달을 수 있다고 경고했다. 미국 국립해양대기청(NOAA) 및 국제 산호초 이니셔티브(ICRI)의 발표에 따르면 전 세계 산호초 지역의 54% 이상이 지난해 백화 현상을 겪었다. 대서양, 태평양, 인도양을 비롯해 최소 53개 국가 및 영토에 영향을 미쳤다. NOAA의 산호초 감시 프로그램 담당자 데릭 멘잘로는 CNN에서 "이번 백화 현상은 과거 최고치인 56.1%를 곧 넘어설 가능성이 높다"고 우려했다. 해양 열로 백화 현상을 겪고 있는 산호초 지역의 비율이 매주 약 1%씩 증가하고 있다는 것이다. 산호가 해양 고온화에 노출되면 조직 내에 서식하는 조류를 뱉어낸다. 이들 조류는 산호의 색을 내고, 산호에 에너지 대부분을 제공한다. 해양 온도가 정상으로 돌아오지 않으면 백화 현상으로 인해 산호초가 대량으로 죽게 된다. 그러면 산호초에 의존하는 생물종과 먹이 사슬이 붕괴될 수 있다. 최근의 전 세계적인 백화 현상은 역대 네 번째로 일어난 것이다. 과거에는 1998년과 2010년, 2014~2017년에 발생했다. 최근 10년 동안 세계적인 백화 현상은 두 번째 발생하고 있다. 발생 주기가 짧아지고 있는 셈이다. 지난해에는 플로리다와 카리브해 연안, 멕시코, 브라질, 호주, 남태평양, 홍해, 페르시아만, 인도네시아, 아프리카와 세이셀의 동해안을 포함한 인도양 등지에서 대규모 백화 현상이 확인됐다. 호주 퀸즐랜드 대학의 산호초 전문 기후 과학자인 오베 호그-걸드버그 교수는 수 개월 전 이러한 대규모 백화 현상을 예측했다. 그는 CNN과의 인터뷰에서 “바다 온도가 급격히 상승하고 있다는 사실은 알고 있었지만, 이 정도의 속도일 줄은 몰랐다”며 "더 걱정스러운 문제는 이 엄청난 기온 상승이 얼마나 오래 지속될 지 알 수 없다는 것"이라고 우려했다. 지난 1년은 지구 역사상 가장 따뜻했던 기간으로 기록됐다. 바다 온도 역시 마찬가지다. 유럽연합 집행위원회의 코페르니쿠스 기후 변화 서비스(Copernicus Climate Change Service)의 데이터에 따르면 전 세계 해수면 온도는 2월과 3월에 다시 최고치를 기록했다. 한편 지난 2월 NOAA 산호초 감시 프로그램은 과학자들이 해양 온난화의 새로운 양태와 정도를 평가할 수 있도록 산호 백화 경보 지도에 라니냐 등 새로운 요소를 추가했다. 적도 부근의 태평양에서 발생해 지구 온도를 높이는 자연 기후 패턴 엘니뇨는 지난해 전례 없는 해양 열을 발생시켰다. 엘니뇨 현상이 사그러들고 올해는 라니냐가 도래한다. NOAA는 엘니뇨의 대응체인 라니냐가 올해 6월에서 8월 사이에 시작될 것이라고 예측하면서, 이는 산호초 백화 현상 완화에 희망을 던져 주고 있다고 밝혔다. 다만 과거의 경우 라니냐 기간 동안에도 백화 현상은 여전히 발생했다는 것이 문제다. 라니냐가 시작할 즈음 막바지 엘니뇨로 인해 기록적인 고온이 유지될 수 있다. 만젤로는 "카리브해와 플로리다의 2024년 여름이 더 우려스럽다"라고 걱정했다. "올 여름 플로리다와 카리브해 지역이 백화 시즌에 접어들면 기온이 백화 한계점을 넘어설 가능성이 높다"는 것이다. 2월 중순에는 세계 최대 산호초 지대인 호주의 그레이트 배리어 리프(Great Barrier Reef)의 북부와 남부 지역에 걸쳐 있는 5개의 서로 다른 산호초 군에서 광범위한 산호 백화 현상이 목격됐다. 호주 해양과학연구소(AIMS)와 그레이트 배리어 리프 해양 공원 당국의 항공 및 수중 조사가 이루어진 지난달에도 이곳에서 대규모 백화 현상이 공식적으로 확인됐다. AIMS의 CEO 셀리나 스테드는 "기후 변화로 인한 해양 위기 증가가 산호초의 내성을 시험하고 있다"면서 "기후 변화는 전 세계 산호초에 가장 큰 위협이며, 이번 전 세계적인 백화 현상 확인은 지난 12개월 동안 기후 변화의 영향이 얼마나 광범위했는지를 보여준다"고 지적했다. UN 환경 프로그램은 만약 세계가 탄소 배출량을 적극적으로 낮추지 못하면 금세기 지구는 산업화 이전 수준보다 섭씨 3도 가까이 더워질 것이라고 경고했다. 과학자들은 2050년 세계가 도달할 가능성이 있는 2도 수준의 온난화에서도 지구상 산호의 약 99%가 죽을 것이라고 예측한다. 산호초는 해양 생물의 필수 서식지일 뿐만 아니라 세계 해안 생태계에 매우 중요하다. 산호초는 폭풍과 해수면 상승으로 인한 홍수 위협에 맞서는 방어 시스템 역할을 하며, 사람들에게 생계와 필수 식량원을 제공한다. 이 생태계에 의존하는 사람은 전 세계적으로 약 10억 명에 달한다. 호주 그린피스의 데이비드 리터 CEO는 산호초가 실존적 위험에 직면해 있으며, 그 책임은 전적으로 지구 온난화를 촉진하는 주범, 즉 화석연료 회사와 이 산업을 지탱하는 정부에 있다고 비난했다. 그는 "돌이킬 수 없는 기후 재앙을 피할 수 있는 활로가 줄어들고 있다”며 “화석연료의 사용 중단을 위해 신속한 조치를 취해야 한다"고 강조했다.
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- 포커스온
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해수온도 상승으로 전 세계 산호 백화 현상 심화…"사상 최악 상황" 경고
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해산물 섭취, '영원한 화학 물질' 노출 위험 증가
- 바닷가재(랍스터)나 새우 등 해산물을 많이 섭취하면 잠재적으로 건강에 위험한 '영원한 화학 물질(PFAS)'에 노출될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 뉴햄프셔주에 위치한 다트머스 대학교 연구팀의 새로운 연구에 따르면 해산물을 많이 섭취하는 사람들은 '영원한 화학 물질(PFAS)'에 노출될 위험이 더 높은 것으로 밝혀졌다고 더 힐과 야후 등 다수 외신이 최근 보도했다. '영원한 화학 물질'은 자연에서 분해되지 않고 오랫동안 남아 있어서 환경 오염의 심각한 문제가 되고 있다. '영원한 화학 물질(PFAS)'이란? PFAS(per-and polyfluoroalkyl substances)는 불소와 탄소로 이루어진 인공 합성 화합물이다. 이 물질은 내열성, 방수성, 내유성이 뛰어나 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 방수 옷, 화장품, 프라이팬 등 조리기구, 전자제품, 소화기용 거품 등 다양한 제품에 PFAS가 사용된다. 이들 PFAS는 산업체 배출물, 특정 소방용품, 일반 가정용 제품 등 다양한 경로를 통해 환경으로 유출된다. 일부 PFAS는 암 발병, 갑상선 기능 장애, 생식 장애, 면역 체계 약화 등 건강 문제와 관련 있다는 연구 결과가 나오기도 했다. 이번 연구를 통해 PFAS는 수자원을 오염시켰을 뿐만 아니라 물속에서 서식하는 새우나 랍스터 등 생물들에게 축적되는 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 담수어에서의 PFAS 존재 여부는 오랫동안 연구되어 왔지만 해산물에 대한 연구는 상대적으로 미미했다고 지적했다. 연구 저자 중 한 명인 메건 로마노 박사(다트머스 대학 가이젤 의과대학 역학 부교수)는 "기존 연구 대부분은 사람들이 주로 섭취하지 않는 담수종의 PFAS 수치에 집중되어 있다"고 말했다. 새우·랍스터, 일부 PFAS 수치 높아 연구팀은 해당 지역에서 가장 많이 섭취하는 해산물 종류인 대구, 명태, 랍스터, 연어, 가리비, 새우, 참치 등을 대상으로 26가지 종류의 PFAS 농도를 분석했다. 연구에 따르면 현지 시장에서 판매되는 새우와 랍스터는 PFAS 수치가 가장 높았으며 다른 해산물들은 일반적으로 낮은 것으로 나타났다. 연구팀은 특히 문제가 되는 세 가지 PFAS 물질(PFOS, PFNA, PFUnDA)에 대한 노출 위험을 평가하기 위해 매일 섭취하는 해당 화합물의 양과 연방 또는 주 정부에서 정한 안전 기준치 사이의 비율을 산출했다. 또한 뉴햄프셔 주민 1829명을 대상으로 해산물 섭취 습관에 대한 온라인 설문 조사 결과를 분석했다. 설문 결과 새우, 명태, 연어가 가장 인기 있는 해산물이었다. 연구 결과에 따르면, 해산물을 많이 섭취하는 사람들의 경우 새우에서 발견된 PFUnDA와 PFNA 농도는 위험 수준에 미치지 못했지만 PFOS 농도는 위험 수준을 넘었다. 랍스터의 경우 PFUnDA 농도가 많이 섭취하는 사람들에게 잠재적 우려 사항이었지만 PFOS와 PFNA 농도는 위험 수준이 아니라는 결과가 나왔다. 연구팀은 뉴햄프셔 주민들이 일반적으로 해산물을 많이 섭취하는 편이지만 균등하게 섭취하지는 않는다고 지적했다. 설문 조사 결과 일주일 전 해산물을 섭취했다고 답변한 사람의 절반 이상이 해안 지역이나 매사추세츠주와의 접경 지역에 거주하는 것으로 나타났다. 소득 높으면 해산물 섭취 빈도 낮아 또한 경제 수준에 따른 차이도 발견됐다. 연구에 따르면 연간 소득 4만5000달러(약 6300만원) 미만의 가구는 60% 이상이 일주일에 한 번 이상 해산물을 섭취하는 것으로 보고된 반면, 소득 수준이 높은 가구에서는 해산물 섭취 빈도가 낮았다. 연구 책임자인 로마노 박사는 "우리는 해산물 섭취를 중단하라는 권고를 하지 않는다. 해산물은 저지방 단백질과 오메가 지방산의 훌륭한 공급원이기 때문이다. 하지만 해산물은 사람이 PFAS 노출의 과소평가된 원인이 될 수도 있다"고 말했다. 그는 또 "임산부와 어린이와 같은 취약 계층을 포함하여 식단에 대한 결정을 내릴 때 해산물 섭취의 이러한 위험-이익 균형을 이해하는 것이 중요하다"고 덧붙였다.
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- 생활경제
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해산물 섭취, '영원한 화학 물질' 노출 위험 증가
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NASA, 일본과 첨단 우주 탐사 협력…달 탐사선 계약 체결
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 일본과 공동으로 우주 탐사에 나선다. 먼저 달 탐사를 공동으로 수행할 것으로 보인다. 나사 빌 넬슨 국장과 일본 문부과학성 장관 모리야마 마사히토는 지속 가능한 달 탐사와 우주 개척을 공동으로 수행하기로 합의했다. 이 내용은 11일(현지시간) 나사 공식 홈페이지에 실렸다. 홈페이지 게시글에 따르면 일본은 달 탐사를 위한 유인 및 무인 탐사를 위한 가압 탐사선을 설계, 개발 및 운영할 예정이다. 나사는 로버를 달에 발사하고 인도하며, 이 과정에서 일본 우주비행사가 달 표면을 여행할 수 있도록 지원한다. 바이든 미 대통령과 일본 기시다 총리는 정상 회담에서 “미래의 아르테미스 임무를 통해 일본은 달에 착륙하는 최초의 비 미국인 우주비행사를 배출하게 될 것”이라며 “이는 미국과 일본 국민의 공동 목표”라고 발표했다. 아르테미스는 나사가 진행하는 우주인의 달 착륙 및 탐사 프로그램이다. 가압식 달 탐사선은 우주비행사가 달 표면에서 더 멀리 여행하고 더 오랜 시간 동안 작업할 수 있도록 고안되었다. 양국의 서명은 워싱턴에 있는 나사 본부에서 이루어졌다. 서명식에는 넬슨, 모리야마와 함께 JAXA(일본항공우주탐사국)의 야마카와 히로시 사장도 참석했다. 넬슨은 “별 탐구는 우주를 공개적으로, 평화롭게, 함께 탐사하는 국가들이 주도하고 있다. 미국과 일본이 주역이다. 미국은 이제 혼자서 달 표면을 걷지 않을 것이다. 새로운 탐사선을 통해 양국은 인류에게 도움이 되고 아르테미스 세대에게 달에 대한 획기적인 발견을 전할 것”이라고 말했다. 밀폐된 가압 로버는 우주비행사가 장기간 거주하고 일할 수 있는 이동 거주지 및 실험실 역할을 담당한다. 우주비행사가 더 멀리 여행하고 지리적으로 다양한 지역에서 과학적 연구를 수행할 수 있게 지원한다. 우주비행사 2명이 달 남극 근처 지역을 횡단하면서 최대 30일 동안 활동할 수 있게 된다. 나사는 약 10년 동안 아르테미스7 및 후속 임무에 가압 탐사선을 사용할 계획이다. 일본은 미국과의 달 탐사가 양국 파트너십의 새로운 시대의 상징으로 기억될 역사적인 사건이며, 파트너십을 바탕으로 JAXA와 함께 달 표면 탐사 능력을 대폭 확장하는 가압 로버 개발을 포함, 양국 우주비행사가 함께 탐사한다는 공동 목표를 실현할 것이라고 기대했다. 지난해 1월 체결했던 기본 협정은 우주 과학, 지구 과학, 우주 작전 및 탐사, 항공 과학 및 기술, 우주 기술, 우주 교통, 안전, 임무 보장 등을 포함하여 국가 간 광범위한 공동 활동을 촉진한다. 달 표면 탐사에 대한 합의 외에도 파트너십을 통해 향후 나사의 드래곤플라이 임무, 낸시 그레이스 로마 우주 망원경에 대한 일본의 참여를 보장한다. 태양의 자외선 복사를 관측해 태양 대기의 신비를 밝히는 JAXA의 차세대 태양관측위성 '솔라-C(SOLAR-C)' 개발에도 협력할 예정이다. 나사는 일본 우주비행사가 향후 아르테미스 임무에서 게이트웨이 승무원으로 일할 수 있는 기회를 제공하며, 일본은 게이트웨이의 환경 제어 및 생명 지원 시스템과 화물 운송을 제공하게 된다. 나사는 아르테미스 프로그램을 통해 최초의 여성, 유색인종 및 최초의 국제 파트너 우주비행사를 달에 착륙시키며, 새로운 과학적 연구를 수행한다는 계획이다.
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- IT/바이오
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NASA, 일본과 첨단 우주 탐사 협력…달 탐사선 계약 체결
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[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
- 역사상 최초로 움직이는 물 엔진(Water engine·수력 엔진)이 오스트리아에서 개발됐다. 오스트리아의 레이싱 기업 AVL 레이스텍(AVL Racetech)은 물을 주입하는 분사 시스템을 통해 강력한 수소 연소 엔진을 개발했다고 에코뉴스가 전했다. 최근 수소는 경제의 탈탄소화 과정에서 주목받는 대안 에너지원으로 부상하고 있다. 수소 생산에 대한 투자는 전 세계적으로 증가하고 있으며, 스페인의 경우 2022년 1분기에 세계 신규 수소 프로젝트의 20%를 차지했다. 하지만 기존 수소 연소 엔진은 출력 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AVL 레이스텍은 헝가리의 훔브다(HUMDA) 연구소와 협력해 혁신적인 수소 연소 엔진을 개발했다. 이 엔진은 물 분사 시스템을 통해 기존 수소 연소 엔진의 문제점을 개선했다. 이 수소 연소 엔진은 더 나아가 레이싱카에 사용될 가능성도 있다. 물 분사 시스템 통한 성능 향상 AVL 레이스텍은 기존의 물 주입 방식인 PFI(포트 액체 분사)를 사용해 엔진의 공기 흡입 시스템에 물을 주입했다. 이를 통해 부품 손상을 유발할 수 있는 조기 점화를 방지하고 안정적인 연소를 촉진한다. 회사 측은 이는 '린번 엔진(lean-burn engine)'의 잠재적인 단점을 보완할 수 있다고 설명했다. 린번 엔진은 공연비(공기와 연료의 비율)가 일반적인 엔진보다 훨씬 높다. 이는 엔진이 연료 대비 더 많은 양의 공기를 사용해 연소시키는 것을 의미하며, 결과적으로 연료 효율이 개선되고 배출가스 중 일부 오염 물질의 양이 줄어든다. 린번 방식은 특히 질소산화물(NOx) 같은 오염물질의 배출을 줄이는 데 효과적일 수 있으며, 이는 환경에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 데 도움이 된다. 하지만 이 기술은 연소 과정에서 고온이 발생할 수 있어, 질소산화물의 생성을 억제하기 위한 추가적인 기술이나 장치가 필요할 수 있다. 린번 엔진은 주로 가솔린 엔진에 적용되지만, 디젤 엔진에서도 유사한 원리의 연소 방식이 사용된다. 수소 연소 엔진의 미래 물 주입 방식인 PFI분사와 같은 개선을 통해 분당 3000~4000회 회전에서 410hp(마력)과 500Nm(뉴터 미터)의 토크를 내는 2리터 수소 엔진이 탄생했다. 이 엔진 리터당 약 205마력(리터당 150kW)의 특정 출력 밀도를 달성했다. 실제 테스트 결과 이 엔진은 하이 레벨 모터 레이싱 대회에서도 경쟁력을 갖출 것으로 예상된다. 모터스포츠 AVL 디렉터이자 전 프로 레이싱 드라이버인 엘렌 로어(Ellen Lohr)는 "H2 레이싱 엔진으로 얻은 결과는 이 기술로 매우 경쟁력 있는 패키지를 제공할 수 있다는 것을 확인시켜 주었다"고 설명했다. AVL 레이스텍은 이번 개발을 통해 모터스포츠의 지속 가능성 확보에도 기여하고자 한다. 이 수소 연소 엔진은 레이싱뿐만 아니라 일반 자동차의 탈탄소화 전환에도 활용될 수 있으며, 수소 에너지의 자동차 산업 활용 가능성을 한층 더 높였다. 이처럼 수소의 잠재력은 지금까지 우리가 가지고 있었던 자동차의 수소 개념을 바꾸고 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(29)] 물 엔진, 역사적 첫 작동! 수소 엔진 능가하는 성능 기록
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"파리 올림픽, 역대 최고의 지속 가능한 행사 될 것"
- 올여름 개최되는 파리 올림픽 및 패럴림픽 대회는 지속 가능성이라는 명제의 새로운 기준을 세울 것이라고 파리 올림픽 조직위원회가 호언했다고 세계경제포럼(WEF)이 홈페이지를 통해 전했다. 800회의 스포츠 경기, 1만 5000명의 선수, 4만 5000명의 자원봉사자, 1300만 끼에 달하는 식사 등 올림픽의 세부 내용에서 최고의 지속 가능성을 성취한다는 것은 만만치 않은 일이다. 실제로 주최 측은 이를 인류의 '가장 큰 도전'이라고 묘사했다. 그렇다면 파리 올림픽이 최고의 지속 가능한 행사가 되도록 주최측은 어떻게 준비할까. WEF는 주최 측이 밝힌 다양한 구상을 소개하고 있다. 지속 가능한 올림픽 구상 파리 올림픽은 지금까지의 준비상황만 놓고 보아도 올림픽 역사상 가장 친환경적인 대회로 평가받고 있다. 주최 측은 이번 대회에서 탄소 배출량을 과거 올림픽 평균의 절반으로 줄이겠다고 약속했다. 파리 2024 조직위원회는 "가장 지속 가능한 올림픽을 개최한다는 의미에서 탄소 배출량을 약 175만 톤으로 제한할 것“이라고 말했다. 2020 도쿄 올림픽, 2016 리우 올림픽, 2012 런던 올림픽을 포함한 이전 하계 올림픽에서는 평균 350만 톤의 탄소가 배출되었다고 한다. 특히 탄소 배출을 줄이는 것 외에도 전 세계의 환경 및 사회 프로젝트에 투자해 탄소 상쇄까지 도모한다. 재생에너지부터 어망 재활용까지 과거에는 올림픽 개최로 인해 일반적으로 새로운 경기장에 막대한 비용이 지출되었다. 그러나 파리에서는 95%의 경기를 기존 경기장이나 임시 인프라에서 개최한다. 신규 경기장 건설을 극소화한다는 의미다. 지난 1998년 월드컵 축구를 진행하기 위해 지어진 스타드 드 프랑스(Stade de France)에서 대부분의 행사가 개최될 예정이다. 올해 올림픽을 위해 건설하는 새로운 경기장은 생드니의 아쿠아틱스 센터뿐이다. 건설되는 센터도 자연 친화적인 태양열로 구동되며, 천연 바이오 기반 건자재와 재활용 자재를 사용하고 있다. 선수촌에서 소모하는 전기도 지열이나 태양광 발전 등 신재생에너지 생산을 통해 충당한다는 방침이다. 선수들은 재활용 어망으로 만든 매트리스와 강화 판지로 만든 침대에서 수면한다. 생물 다양성을 위해 선수촌 옥상에는 곤충과 새를 수용할 수 있는 울타리와 개구부가 설치돼 있다. 다양한 종을 유치하기 위해 선수촌 주변에 9000여 그루의 나무도 심었다. 2800동의 선수촌 아파트는 올림픽 경기가 모두 끝난 후 주택으로 개조될 예정이다. 지속 가능한 여행과 음식 지속 가능한 올림픽을 위한 또 다른 특징은 1000km의 자전거 도로와 거리에 새로 심은 20만 그루에 달하는 나무다. 선수 및 관계자들은 물론 관람객들까지 배려한다는 것이다. 파리 관광청은 자전거 도로의 증설로 3000대의 자전거가 추가로 이용할 수 있게 되었으며, 대부분의 올림픽 경기장은 대중교통으로 접근 가능하다고 밝혔다. 올림픽 기간 동안 약 1500만 명의 방문객이 파리를 방문할 것으로 예상된다. 또한 탄소 배출을 줄이고 폐기물을 줄이기 위해 제공되는 식물성 식품의 양을 두 배로 늘리고 일회용 플라스틱의 양을 절반으로 줄이겠다고 약속했다. WEF는 최신 '글로벌 위험 보고서 2024'에서 "대규모 집단이 채식과 지속 가능한 여행 등 다양한 저탄소 생활을 영위할 때 큰 변화를 가져올 수 있다"고 지적했다. WEF는 파리 올림픽이 이 같은 노력을 실천한다면 시장을 변화시키고 ‘기후 변화 완화에 대한 다이얼을 더 빨리 돌릴 수 있다’고 기대했다.
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- 생활경제
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"파리 올림픽, 역대 최고의 지속 가능한 행사 될 것"
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[신소재 신기술(26)] 암석의 혁신, '지질학적 수소' 생산 가능
- 지속 가능한 에너지 환경에 획기적인 변화를 가져올 암석 기반 수소 생산 연구가 활발하게 진행되고 있다. 미국 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스 연구팀은 철분이 풍부한 암석에서 이산화탄소 배출 없이 수소 가스를 생산하는 천연 촉매 개발에 힘쓰고 있다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 전했다. 기존 방식에 비해 저탄소 대안을 제공하는 이 기술은 미래 에너지 시장의 주역으로 주목받고 있다. 이 프로젝트가 성공한다면 '지질학적 수소'라는 새로운 산업 분야를 창출하며 에너지 전환에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. UT 잭슨 지구과학대학 경제지질학국의 연구 부교수이자 이 프로젝트의 수석 연구원 토티 라슨 박사는 "우리는 암석에서 수소를 생산하고 있다"고 말했다. 라슨은 "철분이 풍부한 암석에서 수소를 비화석 연료로 생산하는 것은 산업적 규모로 시도된 적이 없는 일종의 비화석 연료 생산이다"라고 설명했다. 수소는 연료로 연소할 때 이산화탄소 가스를 배출하지 않기 때문에 에너지 전환에서 중요한 역할을 한다. 유일한 부산물은 물뿐이다. 그러나 오늘날 대부분의 수소는 천연가스에서 생산되며 이 과정에서 CO₂도 배출한다. 라슨은 철분이 풍부한 암석에서 지질학적 수소를 생산하면 탄소 배출량이 적기 때문에 에너지 전환에 큰 변화를 가져올 수 있다고 지적했다. 이 과정은 지질학적 현상인 '사문석화'를 촉진하는 원리다. 사문석화 과정에서 철분이 풍부한 암석은 화학 반응의 부산물로 수소를 생성한다. 사문석화는 일반적으로 고온에서 일어난다. 연구팀은 현재 기술로 쉽게 접근할 수 있는 낮은 온도와 심도에서 수소 생산을 촉진하기 위해 니켈과 백금족 원소 등을 포함하는 천연 촉매 물질을 활용하고 있다. 즉, 철이 풍부한 암석에서 천연 촉매를 사용해 수소를 생산하면 전 세계적으로 수소 생산량을 크게 늘릴 수 있는 잠재력이 있다. 기존의 대부분 수소 생산 방식은 천연가스를 이용하며 이산화탄소를 배출한다. 지질학적 수소 생산은 저탄소 배출 특징을 지니고 있어 에너지 전환에 획기적인 진전을 가져올 수 있다. 잭슨 스쿨의 연구 부교수이자 이 프로젝트의 공동 연구자인 에스티 우카르 박사는 "전 세계에서 지질학적 수소의 자연 축적이 발견되고 있다. 탐사가 계속되고 있지만 대부분의 경우 규모가 작고 경제성이 없다"며 "자연에서 수백만 년이 걸리는 반응을 유도해 이러한 암석에서 더 많은 양의 수소를 생산할 수 있다면 지질학적 수소는 정말 획기적인 기술이 될 수 있다고 생각한다"고 말했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(26)] 암석의 혁신, '지질학적 수소' 생산 가능
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매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인
- 매립지에 쌓이는 쓰레기는 단지 눈에 거슬리는 존재를 넘어선다. 지구를 온난화시키는 엄청난 양의 메탄가스를 배출하는 기후의 악몽이기도 하다. 미국 전역 수백 곳의 매립지에서 메탄 오염을 측정한 새로운 연구에 따르면, 문제가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 심각하다고 사이언스 온라인판이 전했다. 이 소식은 CNN 등 주요 매체에도 비중 있게 보도됐다. 과학자들은 2018~2022년까지 18개 주에 걸쳐 200개 이상의 매립지를 항공 조사했다. 이는 미국 매립지에 대한 측정 조사 중 최대 규모이다. 사이언스 저널에 발표된 연구에 따르면, 조사 결과 평균 메탄 배출량이 공식적으로 보고된 것보다 훨씬 높은 것으로 나타났다. 눈에 보이지 않고 냄새가 없는 가스인 메탄은 이산화탄소에 비해 대기중에 머무는 시간이 짧지만 80배 이상의 온난화 효과를 지니며, 다양한 부문에서 생산된다. 그 중 가장 큰 부문은 석유, 가스, 농업이다. 매립지는 잘 알려지지 않은 메탄 발생원인이지만, 전 세계 메탄 배출량의 약 20%를 차지해 큰 영향을 미친다. 매립지는 음식물 쓰레기, 종이, 목재 등의 유기 폐기물을 산소 없이 분해하면서 메탄을 생성하는 박테리아가 살기에 완벽한 환경을 조성한다. 미국의 대부분의 매립지는 연방 정부에서 휴대용 센서를 사용한 보행 조사를 통해 1년에 4회 메탄 배출량을 측정하도록 규정하고 있다. 연구에 따르면 보행자들은 가파른 경사면이나 쓰레기가 자주 버려지는 곳 등 안전하지 않은 지역을 피하는 경향이 있기 때문에 조사의 정확성을 기하기 어렵고 결과도 다르다. 연구를 담당한 비영리 기관 카본매퍼(Carbon Mapper)의 과학자인 다니엘 커스워스(Daniel Cusworth)는 "보행에 의한 측정은 정확하지 않고 단지 메탄 발생의 핫스팟을 감지하는 것일 뿐”이라고 지적한다. 따라서 매립지 메탄 배출량 추정은 직접 측정보다는 모델을 기반으로 하는 경향이 있으며 이는 데이터에 격차가 있음을 의미한다. 보고서는 항공기, 드론, 위성 등의 원격 감지를 사용하는 고급 모니터링 시스템이 보다 정확하고 포괄적인 상황을 제공할 수 있다고 주장한다. 과학자들은 공중 영상 분광계를 사용하여 측정한 매립지의 52%에서 대량의 메탄 방생을 발견했다. 보고서는 이는 석유 및 가스 부문에 대해 수행된 항공 연구의 메탄 검출 비율을 훨씬 초과한다고 지적한다. 분석 결과는 환경보호국의 온실가스 보고 프로그램(GHGRP)과 같은 현재의 보고 시스템에 메탄 발생원이 대거 누락되어 있음을 보여준다고 연구팀은 지적했다. 보고서는 매립지의 평균 메탄 배출량은 GHGRP에 보고된 것보다 1.4배 더 높았다고 밝혔다. 또한 매립지 메탄 배출이 일반적으로 석유 및 가스 생산으로 인한 배출보다 훨씬 지속적이며 60%가 수개월, 심지어 수년 동안 지속된다는 사실도 발견했다. 스탠포드대학의 환경과학 교수 롭 잭슨(Rob Jackson)은 CNN과의 인터뷰에서 매립지가 ‘슈퍼 메탄 방출자’라며 "항공 데이터는 우리가 수십 년 동안 지적해 왔던 사실을 입증한다"고 말했다. 매립 문제가 조만간 사라질 것 같지는 않다. 커스워스는 “화석연료에 의존하지 않는 미래에도 인간이 버리는 폐기물은 계속 발생할 가능성이 높다. 더 깨끗한 연료로 전환하더라도 우리는 여전히 폐기물 관리 문제를 다룰 것”이라고 말했다. 과학자들은 메탄의 급격한 감소가 기후 변화를 늦추는 가장 효과적인 방법 중 하나라고 말한다. 그러나 미국의 대부분의 메탄 정책은 석유 및 가스 산업을 대상으로 한다. 커스워스는 "기후 목표를 달성하려면 석유와 가스만으로는 메탄 배출량을 줄일 수 없으며, 매립지는 석유나 가스와 마찬가지로 주목을 받아야 한다"라고 주장했다.
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매립지 메탄가스, 지구 온난화의 원인
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
- 기후 변화로 극지방 얼음이 녹으면서 지구의 자전 속도에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. CNN은 지난 27일(현지시간) 앞으로 몇 년 안에 1초를 잃는 음의 윤초 현상이 나타나게 될 것이라며 북극의 얼음이 녹으면 자구의 자전 속도가 바뀌고 그로 인해 시간 자체가 바뀐다는 새로운 연구가 나왔다고 보도했다. 이날 학술 저널 '네이처(Nature)' 저널에 발표된 연구에 따르면 지구 온난화의 영향으로 윤초가 나타날 가능성이 크다. 보고서는 북극 얼음이 녹으면서 윤초가 3년 늦어져 2026년에서 2029년으로 늦춰진다고 밝혔다. 하루를 결정하는 시간과 분은 지구의 자전에 의해 결정된다. 그러나 그 회전은 일정하지 않아서, 지구 표면과 중심의 핵에서 일어나는 현상에 따라 조금씩 변할 수 있다. 거의 눈에 띄지 않는 이같은 시간의 변화는 세계의 시계를 때때로 '윤초(1초를 더하거나 빼는 것)'로 조정해야 함을 의미하며, 이는 컴퓨팅 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있다. 실제로 2017년은 365일하고도 1초가 더 있는 해였다. 한국 시간으로 2017년 1월 1일에 1초가 추가됐다. 세계협정시(UTC)는 세슘 원자의 진동수를 기준으로 측정하기 때문에 오차(3000년에 1초)가 거의 없다. 원자시에 따르면 하루는 정확히 8만6400초다. 그런데 온난화 영향으로 인류는 처음으로 1초를 빼야할 위기에 처한 것. 1972년부터 26초의 윤초가 추가됐고 2017년 1월에 추가된 윤초는 27번째였다. 지금까지 음의 윤초가 실시된 적은 없다. 사상 첫 '음의 윤초' 도입할 수도 1972년부터 지금까지 윤초로 인해 27초가 추가됐으며 오랜 기간 둔화 추세를 보인 끝에 지구 중심 핵의 변화로 인해 지구의 자전 속도가 이제 빨라지고 있다. 그로 인해 음의 윤초를 실시해야 할 때가 다가온다는 지적이다. 프랑스 국제 도량형국 시간 부서의 일원인 파트리샤 타벨라(Patrizia Tavella)는 연구에 첨부된 글에서 "음의 윤초는 추가되거나 테스트된 적이 없으므로 이로 인해 발생할 수 있는 문제는 전례가 없다"라고 적었다. 캘리포니아 대학교 샌디에고 지구물리학 교수이자 이번 연구의 저자인 던컨 애그뉴(Duncan Agnew)는 "지구 시간을 측정하는 과정에서 예상되는 변화들을 파악하는 것은 지구 온난화가 미치는 영향을 이해하는 데 달려 있다"고 말했다. 1960년대 후반부터 전 세계는 세계협정시(UTC)를 사용해 시간대를 설정하기 시작했다. UTC는 원자시계의 정확성에 기반하지만 지구의 자전 속도도 반영한다. 그러나 지구 자전의 불규칙성으로 인해 UTC와 지구 자전 기반의 시간 차이에 미묘한 차이가 발생한다. 이 차이를 조정하기 위해 때때로 '윤초'를 추가해야 한다. 장기적으로 보면, 지구의 자전 속도 변화는 주로 해저의 조수 마찰에 의해 영향을 받아 왔으며 이는 자전 속도의 저하로 이어졌다. 애그뉴 교수는 최근 인간이 화석 연료 사용으로 인한 열이 북극 얼음이 녹는 것에 커다란 영향을 미쳤으며, 이 현상은 지구의 자전 속도에 중대한 영향을 미치고 있다고 지적했다. 얼음이 바다로 녹아내리면, 이 녹은 물이 극지방에서 적도 쪽으로 이동하면서 지구의 자전 속도가 더욱 느려진다는 설명이다. 그는 극지방의 얼음이 녹는 현상이 지구의 회전에 전례 없는 방식으로 영향을 미쳤다며 "인간 활동이 지구의 자전을 변화시킬 수 있다는 사실이 정말 놀랍다"고 말했다. 그러나 보고서에 따르면 얼음이 녹아 지구의 자전 속도가 느려질 수 있지만 지구의 핵과 같은 다른 요소도 세계의 시간 측정에 영향을 미치고 있다. 이는 지구 자전 속도 변화의 복합적인 원인을 시사한다. 지구의 핵, 외부 지각과 독립적으로 회전 액체상태인 지구의 핵은 단단한 외부 지각과 독립적으로 회전한다. 애그뉴는 지구 핵의 회전 속도가 느려지면 단단한 지각의 속도가 상대적으로 증가해 전체적인 추진력이 유지된다고 설명했다.그리고 이것이 바로 현재 발생하고 있는 현상이라고 지적했다. 지구 표면 아래 약 2897km(약 1800마일)에서 발생하는 현상에 대해서는 거의 알려진 바가 거의 없으며 핵의 회전 속도 변화 원인 역시 분명하지 않다. 애그뉴는 이에 대해 "근본적으로 예측이 불가능하다"고 말했다. 연구 결과 분명한 것은 극지방의 얼음이 녹는 것이 지구 자전 속도를 늦추는 영향에도 불구하고 전반적인 지구의 자전 속도는 빨라지고 있다는 것이다. 이는 세계가 음의 윤초, 즉 1초를 제거해야 하는 상황에 처음으로 직면해야 할 수도 있음을 의미한다. 1초는 짧은 시간처럼 보일 수 있지만 증권 거래와 같은 민감한 활동을 위해 설계된 컴퓨팅 시스템은 1000분의 1초까지의 정확성을 요구한다. 대부분의 컴퓨터 시스템은 1초를 추가할 수 있는 소프트웨어가 있지만 1초를 제거할 수 있는 기능을 갖춘 시스템은 드물다. 음의 윤초가 도입되면 많은 시스템이 새로운 프로그래밍을 필요로 하게 되며, 이는 오류를 유발할 가능성이 있다. 애그뉴 교수는 "지구의 자전 속도가 윤초를 제거해야 할 정도로 빨라질 것이라고 예상한 사람은 거의 없다"고 말했다. 콜로라도 대학교 볼더 빙하학자인 스캄보스(Scambos) 박사는 이 연구에서 주목할 점으로 "지난 10년 간 지구의 핵 변화가 극지방의 증가하는 얼음 손실 추세보다 더욱 두드러진 경향을 보이고 있다"고 지적했다. 애그뉴는 "얼음이 지금처럼 많이 녹아 지구의 자전 변화가 실제로 측정할 수 있는 수준에 이르렀으면 '이건 정말 심각한 문제다'라고 느껴질 것"이라고 말했다. 극소용돌이 궤도 변화 한편, 지난 27일 라이브사이언스에 따르면 3월 초, 대기권의 기습적인 온난화로 인해 북극의 극소용돌이의 궤도가 변경됐다. 이는 최근 발생한 가장 극단적인 대기권 변화 중 하나로 기록됐다. 라이브사이언스는 차가운 공기를 담은 극소용돌이가 잘못된 방향으로 회전하고 있으며, 이로 인해 발생하는 '오존 급증'이 전 세계 기상 패턴에 영향을 미칠 수 있다고 전했다. 과거, 북극을 둘러싼 차가운 공기의 회전 덩어리인 극소용돌이의 붕괴는 미국의 전역에 걸쳐 극심한 추위와 폭풍을 초래했다. 극소용돌이의 방향이 갑자기 바뀌면서 북극 상공에서는 기록적인 '오존 증가' 현상이 관측됐다. 극소용돌이는 주로 겨울철에 가장 두드러지며 지표면에서 약 50km(약 30마일) 위까지 대기의 두 번째 층인 성층권까지 확장된다. 영국 기상청에 따르면, 이 소용돌이는 시계 반대 방향으로 회전하며 최대 풍속은 약 250km/h로, 5등급 허리케인과 비슷한 속도다. 유사한 극소용돌이 현상은 남반구의 겨울 동안에 남극 주변에서 발생한다. 기상청은 극소용돌이는 때때로 일시적으로 방향을 바꾼다고 설명했다. 이러한 현상은 갑작스러운 성층권 온난화(SSW)에 의해 발생할 수 있으며, 이때 성층권의 온도가 화씨 90도(섭씨 50도)만큼 상승할 수 있으며 짧게는 며칠, 몇 주 또는 길게는 몇 달 동안 지속될 수 있다. 음의 윤초 도입에 앞서 지속 가능한 방식으로 온실 가스 배출을 줄이고, 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력이 더욱 시급한 때라고 할 수 있다.
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
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[신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장
- 유럽에서 가장 긴 하이퍼루프 터널이 네덜란드에서 개통됐다. '하이퍼루프(Hyperloop)'는 진공 튜브 안에서 고속 이동하는 차량을 이용한 미래형 교통 시스템이다. 마치 SF 영화에서 나온 것처럼 빠르고 효율적인 이동을 가능하게 하는 것으로 기대된다. 26일(현지시간) 테크 익스플로어에 따르면 네덜란드에서 개장한 유럽 하이퍼루프 센터(European Hyperloop Center)는 하이퍼루프 기술 시험을 위한 터널로 길이 420m(미터)에 달한다. 하이퍼루프 차량은 이론적으로 저압 상태의 진공 튜브 안에서 이동한다. 이를 통해 공기 저항을 최소화해 매우 빠른 속도를 낼 수 있다. 또한 자기부상 기술을 사용해 마찰 없이 튜브 안을 이동하며, 차량 추진 방식은 전자기력, 팬, 압축 공기 등 다양한 방법이 있다. 네덜란드 북부 빈담(Veendam) 근처의 지금은 사용되지 않는 철도 센터에는 폭 약 2.5m의 상호 연결된 34개의 파이프로 구성된 길이 420m(1380피트)의 매끈한 Y자형 하이퍼루프 용 흰색 터널이 있다. 이 센터는 세계 최초로 고속 주행로 변경 시험을 위한 분기선로를 갖추고 있다. 유럽 하이퍼 루프 센터는 공기 저항을 줄이기 위해 터널 내 공기를 거의 모두 배출하고 자석을 사용해 최대 시속 1000km에 도달할 수 있는 속도로 캡슐을 추진한다. 네덜란드에 본사를 둔 하르트 하이퍼루프(Hardt Hyperloop)는 앞으로 몇 주 안에 초기 차량 테스트를 실시할 계획이다. 최초의 유인 운행은 2030년까지 가능할 것으로 예상된다. 하이퍼루프는 처음에는 공항과 도시 연결 등 5km 정도의 짧은 노선에서 운영될 계획이다. 센터 디렉터인 사샤 라메(Sascha Lamme)는 2050년까지 유럽 전역을 연결하는 1만km의 하이퍼루프 터널 네트워크가 세워질 것으로 예측했다. 그는 하이퍼루프 운항에 대해 "비행기와 비슷하지만 번거로움이 전혀 없다"면서 "우리는 확장성이 매우 뛰어난 것을 만들었다. 매우 빠르게 이동할 수 있다. 암스테르담 역에 탑승해 2시간 안에 바르셀로나와 같은 도시로 이동하는 것이 실제로 가능할 것"이라고 말했다. 하지만 과학자들은 하이퍼루프 기술 완성까지는 시간이 오래 걸리고 실제 승객 실험까지는 더 많은 시간이 필요하다고 전망했다. 지지자들에 따르면 하이퍼루프 기술은 환경 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 지상 또는 지하에 쉽게 설치할 수 있어 기존 교통망보다 낮은 인프라 설치 면적을 요구한다. 그러나 일부 전문가들은 실용성에 의문을 제기하며, 고속 캡슐 이동 시 승객이 느끼는 승차감에 대해 우려했다. 비평가들은 좁은 터널을 통해 음속에 가까운 속도로 발사되는 하이퍼루프의 승객 이동의 경험에 대해 의문을 제기했다. 반면, 개발자들은 가속도는 고속열차와 크게 다르지 않을 것이며, 쾌적한 승차감을 제공할 것이라고 말했다. 또한 하이퍼루프가 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 도시와 시골 환경 모두에서 배경과 조화를 이룬다고 주장한다. 하르트 하이퍼루프의 기술 및 엔지니어링 이사인 마리누스 반 데르 메이(Marinus Van der Meijs)는 "교통 수단으로서 하이퍼루프의 에너지 소비는 다른 것보다 훨씬 낮다"고 말했다. 한편, 기술 억만장자인 일론 머스크 스페이스X와 테슬라의 최고경영자(CEO)는 2013년 샌프란시스코와 로스앤젤레스를 연결하는 '다섯번째 교통수단(fifth mode of transport)'을 제안하는 논문을 통해 하이퍼루프를 대중에게 알렸다. 머스크는 하이퍼루프 튜브를 이용하면 LA와 샌프란시스코를 단 30분 만에 연결할 수 있다고 말했다. 이는 자동차를 타고 도로를 주행하면 최장 6시간, 비행기로 최대 1시간 걸리는 것에 비해 엄청난 시간 절약이다. 이후 세계 각국에서는 하이퍼루프 아이디어에 착안해 치열한 연구 경쟁을 펼치고 있다. 영국 사업가 리처드 브랜슨(Richard Branson)은 2020년 네바다 사막에 두 명의 승객을 500미터 떨어진 곳으로 보냈다. 그러나 이후 하이퍼루프 원(Hyperloop One)으로 바뀐 그의 버진 하이퍼루프(Virgin Hyperloop) 회사는 지난해 말 문을 닫았다. 중국은 시속 700km에 달하는 속도에 도달할 수 있는 더 긴 터널 시설을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 하이퍼루프는 시속 1200km 이상의 속도를 낼 수 있으며 서울에서 부산까지 16분 만에 갈 수 있는 것으로 추정된다. 전 세계 여러 도시에서 미래형 교통 시스템 연구 프로젝트에 수백만 달러를 투자했지만 미래 교통 시장을 바꿀 잠재력이 있는 하이퍼루프 사업은 아직 본격적으로 시작되지 않았다.
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[신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장
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[퓨처 Eyes(29)] 핵융합 강화 전기 추진기, 우주선 추진력 혁명 가져올까?
- 미국 핵융합 로켓 추진 분야의 선두주자 로켓스타(RocketStar)는 핵융합 강화 펄스 플라즈마를 활용하는 획기적인 우주선용 전기 추진 시스템 시험에 성공했다고 밝혔다. 이 역사적인 성과는 스페이스 데일리, 에어로스페이스 테스팅 인터내셔널 등 국제적인 명성을 자랑하는 다수의 외신에 의해 보도되며 전 세계의 관심을 끌었다. 로켓스타의 혁신적인 파이어스타(FireStar) 드라이브는 물을 연료로 사용하는 펄스 플라즈마 추진 장치로, 미래 우주여행의 가능성을 혁신할 잠재력을 지닌 중성자 핵융합(aneutronic nuclear fusion) 방식을 통해 성능을 향상시켰다. 핵심 기술인 파이어스타 드라이브는 물 연료 펄스 플라즈마 추진기에 중성자 핵융합을 도입하여 이온화된 수증기에서 발생하는 고속 양성자를 활용하여 기존 추진 방식을 뛰어넘는 압도적인 성능을 구현했다. 이 양성자가 붕소 핵과 상호 작용하면 핵융합을 촉발하여 알파 입자로 붕괴하는 고에너지 탄소를 생성, 획기적으로 향상된 추진력을 제공한다. 이 혁신적인 융합 기술은 미 공군과 미 우주국의 혁신 허브인 AFWERX의 SBIR 1단계 프로젝트에서 처음 확인됐다. 펄스 플라즈마 추진기의 배기 가스에 붕소수를 주입해 알파 입자와 감마선을 생성하는 과정은 로켓스타와의 공동 연구를 통해 성공적으로 수행됐다. 이후 조지아주 애틀랜타에 위치한 조지아 공과대학교의 고출력 전기 추진 연구소(HPEPL)의 SBIR 2단계 프로젝트에서는 추진 장치의 추진력을 50%까지 향상시키는 놀라운 성과를 거두었다. 2017년 설립된 AFWERX는 민간 기술,. 스타트업, 투자자, 학계의 협력을 통해 미공군과 우주국의 미래 능력을 개발하고 전환하는 역할을 한다. 로켓스타에 따르면, 파이어스타 드라이브의 기본 추진기는 수증기를 이온화하여 고속 양성자를 생성한다. 이 양성자가 붕소 원자의 핵과 충돌하면 핵융합을 거쳐 고에너지 형태의 탄소로 변하고 빠르게 세 개의 알파 입자로 붕괴된다. 이 과정은 추진력을 획기적으로 향상시키는 핵심 요소이다. 파이어스타 드라이브는 추진기 배출 가스에 붕소를 주입하여 이 융합 과정을 가능하게 한다. 이는 제트 엔진에서 애프터버너가 배출 가스에 연료를 주입해 추력을 증가시키는 방식과 유사하다. 하지만 핵융합을 통해 에너지를 얻는다는 점에서 혁신적인 기술이라고 할 수 있다. 이 융합 과정은 미 공군의 AFWERX 이니셔티브의 R&D 프로그램에서 처음 고안됐다. 펄스 플라즈마 스러스터의 배기 플룸에 붕소수를 주입해 핵융합의 명확한 증거인 알파 입자와 감마선을 생성하는 데 성공했다. 로켓스타의 시험 결과에 따르면 이 과정은 이온화 방사선을 생성하여 기본 추진 장치의 추력을 획기적으로 향상시키는 것으로 나타났다. 뉴멕시코 대학교 핵공학과 아담 헥트(Adam Hecht) 박사는 "로켓스타는 추진 시스템을 점진적으로 개선하는 데 그치지 않고 배출 가스에서 핵융합-분열 반응을 일으키는 혁신적인 개념을 적용하여 한 단계 더 도약했다"고 평가했다. 헥트 박사는 이번 시험 결과가 기술 개발의 흥미로운 시기를 맞이하고 있으며 앞으로 더욱 놀라운 혁신이 기대된다고 덧붙였다. 로켓스타의 크리스 크래독(Chris Craddock) 최고경영자(CEO)는 "우리 팀이 오랫동안 탐구해 온 아이디어에 대한 초기 시험 결과를 얻게 되어 매우 기쁘다. 플로리다에서 열린 컨퍼런스에서 냅킨에 이 아이디어를 스케치하고 마일즈 스페이스의 창립자인 웨스 팔러에게 설명했는데, 그는 기본 추진체와 핵융합 강화 기술을 모두 개발하는 데 뛰어난 역량을 보여주었다"고 말했다. 크래독 CEO는 "우리는 마일즈 스페이스를 인수했고 팔러는 이제 우리의 최고기술책임자(CTO)가 되었다. 뛰어난 성능을 자랑하는 우리의 추진기를 핵융합 강화 기술로 획기적으로 개선할 수 있게 되어 기대가 크다. 이것이 가능하다고 믿어준 AFWERX와 미국 우주군(USSF)에 감사드린다"고 덧붙였다. 파이어스타 드라이브는 올해 추가 지상 테스트를 거쳐 2025년 2월 우주 로봇 회사 로그 스페이스 시스템(Rogue Space Systems)의 배리-2(Barry-2) 우주선에 탑재되어 우주에서 시연될 예정이다. 이는 핵융합 강화 펄스 플라즈마 기술의 획기적인 성능을 검증하고 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열 중요한 계기가 될 것이다. 로그 스페이스 시스템의 브렌트 애봇(Brent Abbott) 최고수익책임자(CRO)는 "로켓스타의 파이어스타 드라이브 시험 참여에 큰 기대를 하고 있다"고 밝혔다. 그는 "파이어스타의 탁월한 성능이 검증된다면 향후 로그의 다양한 임무에 이 기술을 적용할 가능성을 적극적으로 검토할 것"이라고 강조했다. 로켓스타의 파이어스타 드라이브는 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열었다는 평가다. 핵융합 기술을 접목하여 추진력을 획기적으로 향상시킨 이 시스템은 미래 우주 탐사의 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(29)] 핵융합 강화 전기 추진기, 우주선 추진력 혁명 가져올까?
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[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다
- 미국에서 공기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수, 저장하는 건축 자재가 개발됐다. 에코뉴스는 지난 23일(현지시간) 미국의 기술 거물 빌 게이츠가 투자한 스타트업 그래파이트(Graphyte)가 대기 중 이산화탄소를 포집해서 지하에 저장하는 혁신적인 기술을 개발했다고 보도했다. 이 기술은 건설 활동으로 인한 미세먼지 발생, 수질 오염, 소음 문제 등 심각한 환경 오염 문제에 대한 해결책으로, 탄소 배출 감소를 위한 중요한 해결 방안으로 평가된다. 그래파이트는 빌 게이츠가 공동 설립한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)가 투자한 스타트업으로 2020년 설립됐다. 이 회사는 2023년 5월 약 1억5000만달러(약 2000억원)의 투자금을 유치했다. 주요 투자자로는 빌 게이츠와 브레이크스루 에너지 벤처스 외에 테마섹(Temasek) 등이 있다. 건설업계는 탄소 중립을 목표로 노력하고 있지만 지속 가능성 달성을 위한 실천 속도는 여전히 느린 편이다. 높은 비용과 업계의 보수적 태도, 환경 규제 부족 등이 지속 가능한 건설의 활성화를 저해하는 주요 요인으로 꼽히고 있다. 그래파이트의 사업 분야는 탄소 제거와 친환경 건축 자재 생산이다. 나무 찌꺼기나 쌀겨(쌀 껍질)와 같은 폐 바이오매스를 활용하는 그래파이트의 '탄소 주조(카본 캐스팅·Carbon Casting)' 공정은 이산화탄소를 흡수해 대기로 다시 배출되지 않도록 하는 탄소 농축 블록을 생산한다. 그래피아트는 "카본 캐스팅은 바이오매스에 포집된 거의 모든 탄소를 보존하고, 그 과정에서 에너지를 거의 소비하지 않으며, 수십억톤의 탄소를 제거할 수 있도록 확장할 수 있다"고 설명했다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 기후 변화에 맞서는 국제적인 시도에 부합하는 탄소 제거에 대한 미래 지향적인 해결책을 제시한다. 카본 캐스트는 건설 산업 혁신에도 기여하고 있다. 그래파이트의 이러한 카본 캐스팅 기술은 2023년 'MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review)'의 50대 혁신 기술에 선정됐다. 건설 프로젝트에 탄소 저장 물질을 사용하면, 건물 자체가 탄소 중립 또는 탄소 네거티브가 되어 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 탄소 제거는 세계 경제의 탈탄소화를 실현하고, 배출량을 감축하는 데 필수적인 요소다. 그래파이트의 카본 캐스팅 기술은 직접 공기 포집이나 탄소 포집을 통한 바이오매스 에너지 사용과 같은 기존 방법보다 비용을 절감하며, 경제적으로 대규모 탄소 저장을 가능하게 목표를 달성할 수 있다. 이 기술은 쌀겨 등 폐식물 물질을 사용하기 때문에, 탄소 제거를 위한 지속 가능하고 확장 가능한 솔루션으로 평가 받고 있다. 그래파이트의 탄소 저장 기술은 단순한 탄소 격리 외에도 추가적인 이점을 제공한다. 이 기술로 제작된 탄소 고밀도 블록은 구조적 강도와 우수한 단열을 제공해 건물의 내구성과 에너지 효율성이 향상된다. 또한 폐기물 바이오매스를 원료로 사용하면 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고, 유기 물질과 관련된 기존의 폐기물 관리 문제를 해결할 수 있다. 탄소 흡수 건축 자재는 주거용 주택, 상업용 건물, 심지어 인프라 프로젝트에도 사용할 수 있어 프로젝트의 전반적인 환경 영향을 크게 줄일 수 있다. 그래파이트의 탄소를 포집하고 저장하는 건물은 자체적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라 미래의 도시가 어떻게 자급자족할 수 있는지를 보여주는 완전히 새로운 개념이라고 할 수 있다.
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[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다
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[신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발
- 에어버스와 보잉을 포함한 항공기 제조업체들은 연료 효율 개선 등을 위해 새로운 날개 디자인을 연구하고 있다. 롭리포트는 24일(현지시간) 날개가 펄럭이는 비행기는 항공 우주보다는 애니메이션에 등장할 기술처럼 들릴지 모르지만 세계 최대 항공기 제조업체들은 넷제로를 실현하기 위해 혁신적인 방법으로 차세대 비즈니스 및 여객기를 개발하고 있다고 보도했다. 연구 목표는 항공기의 연료 효율을 획기적으로 향상시켜 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 항공 업계의 지속 가능성 목표를 실현하는 것이다. 유럽의 에어버스는 기류 저항을 극복하기 위해 모양이 변형되는 날개 디자인 등 급진적인 형태의 날개인 엑스트라 퍼포먼스 윙(Extra Performance Wing) 개발을 진행하고 있다. 반면 미국의 보잉은 NASA와 협력하여 기존보다 훨씬 길고 날씬한 날개를 받치는 트러스 구조를 사용하는 실험 항공기 X-66A 개발에 참여하고 있다. 에어버스 업넥스트 프로그램의 일부인 이 프로젝트의 기술 날개 책임자인 세바스티앙 블랑은 에어버스가 개발 중인 엑스트라 퍼포먼스 윙은 "새의 깃털을 모방해 공기역학적 흐름을 극대화하기 위해 자동으로 조정된다"고 말했다. 이 변형 날개 길이는 165피트에 이르며 내년에 세스나 시테이션 Ⅶ(Cessna Citation VII) 제트기로 시험 비행을 시작할 예정이다. 블랑은 "새처럼 능동 제어 기술을 사용해 주변 환경에 맞게 동적으로 적응한다"고 설명했다. 또한 부가적인 디자인인 접이식 윙팁을 통해 공항 게이트의 제약 조건에 맞으면서도 성능을 향상시킬 수 있다. 얇고 길쭉한 날개는 또한 보잉이 지난해 NASA의 지속 가능한 비행 시연 프로그램의 일환으로 승인한 컨셉트인 X-66A에도 중요한 부분이다. 7년에 걸쳐 11억 5000만 달러 규모의 이 프로젝트를 주도하는 보잉은 동체를 줄이고 엔진을 트랜소닉 트러스 브레이스드 윙(Transonic Truss-Braced Wing)이라는 공기 역학 트러스에 장착해 MD-90 항공기를 개조할 예정이다. 에어로플랩에 따르면 X-66은 미국이 항공 온실가스 배출 제로 목표를 달성하도록 돕는 데 초점을 맞춘 NASA의 첫 번째 실험용 비행기 프로젝트다. 지상 및 비행 시험은 2028년에 시작될 것으로 예상된다. NASA의 X-66A 프로젝트 관리자인 브렌트 코블리지는 "우리의 목표는 현재의 단일 통로 항공기를 대체할 수 있는 더 지속 가능한 비행기를 개발하는 것"이라고 말했다. 그는 또한 단일 통로 항공기는 전 세계 항공기 배출량의 거의 절반을 차지한다며 "우리는 이 프로젝트를 통해 최첨단 추진 시스템과 더 가벼운 소재를 사용하여 연료 소비를 30% 줄일 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 항공 업계가 향후 26년내에 탄소 중립을 달성하려는 목표는 비용 측면에서만도 상당한 어려움에 직면해 있다. 하지만 세계 최대 항공 우주 혁신 기업들이 독창적인 개념의 새로운 날개 설계에 나섬에 따라 다른 기업들도 곧 지속 가능 디자인을 속속 개발할 것으로 예상된다.
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[신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발
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[신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발
- 스웨덴에서 시멘트를 재충전 가능한 배터리로 전환하는 데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 쿨다운(TCD)과 ZME 사이언스는 21일(현지시간) 스웨덴 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 과학자들은 전기 전도성 섬유를 시멘트 기반 혼합물에 통합하는 방법을 발견했다며 이같이 보도했다. 찰머스 공과대학교의 연구원들은 세계에서 가장 흔한 건축 자재인 시멘트를 배터리로 전환하는 방법을 개발하고 있다. 이 혁신을 통해 콘크리트 슬래브를 배터리로 바꿀 수 있다. 이 개념은 가정과 건물에 전력을 공급하는 방식을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 생산으로 인한 전 세계 대기 오염의 약 9%를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다. 21일 ZME사이언스에 따르면 콘크리트 산업은 대기 중으로 배출되는 탄소의 최대 9%를 차지하는 거대한 탄소 배출원이다. 공해는 치매와 뇌졸중 위험 증가와 관련이 있기 때문에 시멘트 충전 배터리는 더 깨끗한 공기와 더 건강한 정신과 신체를 의미할 수 있다. 이 프로젝트에 참여한 연구원 엠마 장(Emma Zhang) 박사는 "우리는 이 기술을 통해 향후 다층 건물의 전체 구간을 기능성 콘크리트로 만들 수 있을 것이라는 비전을 가지고 있다"고 찰머스의 논문 요약에서 밝혔다. 연구팀은 전통적인 표준 시멘트 제조법에 '소량'의 전기 전도성 탄소 섬유를 추가했다. 이를 통해 콘크리트 혼합물에 전도성과 강도를 더했다. 연구팀은 또한 철과 니켈을 각각 양극과 음극으로 사용하는 '금속 코팅 탄소 섬유 메쉬'도 추가했다. 과학자들이 콘크리트 배터리를 만들려고 시도한 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 이 새로운 방법은 에너지 밀도 측면에서 엄청난 발전을 이뤘다. 질량 대비 콘크리트가 저장할 수 있는 에너지의 양은 기존 배터리만큼 많지는 않지만, 찰머스 보고서에 따르면 다른 콘크리트 배터리 개념보다 최대 10배 더 우수하다. 장 박사는 "우리가 개발한 재충전 가능한 이 특별한 아이디어는 이전에 한 번도 탐구된 적이 없다. 이제 우리는 실험실 규모의 개념 증명을 갖게 됐다"고 밝혔다. 이어 "예를 들어 태양 전지 패널과 결합하여 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서가 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 6번의 충전-방전 주기를 통해 발명품을 실행하여 콘크리트 배터리 혼합물을 완성했다. 이번 연구 결과는 '빌딩스(Buildings)' 저널에 실렸다. 시멘트 배터리는 실험실에서 테스트되었으며 작동했다. 하지만 에너지 밀도는 그다지 높지 않다. 현재는 평방미터당 7Wh(와트시), 리터당 0.8와트시에 불과하다. 이에 비해 스마트폰과 전기차에 전력을 공급하는 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 무려 250Wh/L~700Wh/L에 달한다. 상업용 배터리보다 시멘트 베터리 밀도가 훨씬 낮지만 콘크리트 건물은 거대하기 때문에 가치가 있다. 이론적으로 새 건물의 대형 콘크리트에 상당한 양의 콘크리트 배터리를저장할 수 있다. 구상되는 시멘트 배터리 애플리케이션은 LED 전원 공급부터 원격 위치의 4G 연결 제공, 심지어 콘크리트 인프라를 부식으로부터 보호하는 것까지 다양하다. 장 박사는 "예를 들어 태양전지 패널과 결합해 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서는 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 요약문에서 시멘트 배터리의 실험적 조합이 상용화되기 전에 더 많은 테스트가 필요하다는 점을 인정했다. 연구팀의 루핑 탕(Luping Tang) 교수는 "우리는 이 개념이 미래의 건축 자재가 재생 에너지원과 같은 추가 기능을 갖도록 하는 데 크게 기여할 것이라고 확신한다"고 말했다. 한편, 미국 내 전문가들은 에너지 저장 솔루션을 개발하기 위해 자체적인 콘크리트 제조법을 연구하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 시멘트, 물, 카본 블랙이라는 물질을 사용해 슈퍼커패시터(또다른 배터리로 전기 에너지를 저정하는 장치)를 만들어 집의 기초를 배터리로 전환하고 있다. 슈퍼커패시티는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 게면에서의 이온 이동이나 표면 화학 반응을 통해서 작동한다. 불과 몇 초 내의 빠른 충전과 방전이 가능하며 수십만 번의 충전과 방전 사이클을 견딜수 있는 긴 수명과 안정성 등이 특징이다. 하지망 아직 배터리만큼 높은 에너지밀도를 가지고 있지 않아 모든 뷴야에 대체할 수 없다. 이러한 발명은 미래를 위한 여러가지 잠재력을 가지고 있다. 그러나 최대 100년까지 지속될 수 있는 콘크리트 구조물의 수명에 맞춰 배터리의 수명을 연장하고 효과적인 재할용 방법을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
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[신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발
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