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2025-05-01 (목)

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[퓨처 Eyes(21)] 붉은털원숭이 복제 성공, 의학 연구의 '게임 체인저' 될까?

중국 과학아카데미 연구팀이 처음으로 붉은털원숭이(레서스원숭이·Rhesus monkey) 복제에 성공했다고 영국 BBC가 보도했다. 이 종은 인간과 유사한 생리학적 특징으로 의학 연구에 널리 활용된다. 이번 성과는 의약 개발 속도를 획기적으로 늘릴 수 있는 잠재력을 지니고 있어 주목받는다. 중국 연구팀은 유전적으로 동일한 개체로부터 얻은 결과는 실험의 신뢰성을 높일 수 있기 때문에 붉은털원숭이 복제를 통해 신약 실험의 효율을 극대화할 수 있다고 기대하고 있다. 기존 붉은털원숭이 복제 시도는 출산으로 이어지지 않거나 탄생 후 몇 시간 만에 태아 사망 등으로 실패했던 반면, 이번에 복제된 원숭이는 2년 이상 건강하게 성장함으로써 연구팀은 안정적인 기술 확보를 입증했다. 붉은털원숭이 복제는 1996년 대리모를 통해서 태어난 '복제 양' 돌리(Dolly) 성공 이후 역사상 두 번째 유명한 동물 복제로 또 다른 시각을 제시한다. 그러나 돌리는 최초로 복제된 동물은 아니다. 1902년 스위스의 한스 스페만이 도룡뇽을 복제했던 것을 최초의 복제 실험으로 보고 있다. 발생생물 분야에 중요한 발전을 이룬 스페만은 도룡뇽의 수정란이 첫 번째 세포 분열을 시작할 때, 미세한 루프를 이용해 수정란을 두 개의 별도 세포로 분리했다. 이외에도 1952년 미국의 브릭스와 킹의 개구리 복제, 면양 복제(1986년), 소와 돼지 복제(1989) 등 다양한 사례가 있다. 다만, 복제양 돌리는 생식세포를 통한 복제가 아니라 체세포를 활용해 복제에 성공한 첫 사례로 유명하다. 이후 2001년에는 세계 최초의 복제 고양이 카피 캣(Copy Cat)이 탄생했다. 텍사스 A&M 대학교의 연구자들이 체세포 핵 이식 방식을 이용하여 카피 캣을 만들었다. 2003년, 이탈리아에서 체세포 핵 이식 방식으로 복제된 최초의 말 프로메테아(Prometea)가 태어났다. 프로메테아는 복제된 동물이 자신의 복제 원본으로부터 탄생한 첫 사례이기도 하다. 또한 2005년, 서울대학교 황우석 박사 연구팀에 의해 복제된 최초의 개 스너피(Snuppy)가 태어났다. 아프가니스탄 하운드에서 복제된 스너피는 체세포 핵 이식 방식을 이용해 과학계의 큰 주목을 받았다. 그 밖에 소와 돼지 복제도 다수 이루어졌다. 특히 돼지는 의학 연구에 매우 중요한 동물로, 인간과 비슷한 생리적 특성을 가지고 있다. 복제 돼지는 장기 이식 연구, 약물 테스트, 유전병 연구 등에 활용되고 있다. 중국 연구팀은 핵심 세포 재프로그래밍 기술을 통해 붉은털원숭이 배아를 형성한 뒤 대리모에게 이식하는 과정을 거쳐 복제 과정을 완료했다. 이는 돌리 양 복제 기술과 유사한 방법이지만, 인간과 더 큰 유전적 유사성을 지닌 붉은털원숭이 복제 성공으로 의료 연구 영역에 획기적인 파급 효과를 낼 수 있다. 중국 과학아카데미의 대학 루 팔롱(Lu Falong)박사는 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 "(복제 원숭이) 성공적인 결과에 모두가 기뻐했다"고 밝혔다. 붉은털원숭이는 아프가니스탄부터 인도, 태국, 베트남, 중국에 이르는 광범위한 지역에서 야생 서식하며 감염과 면역 연구 실험에 주로 활용된다. 2018년 중국과학원은 마카크 원숭이(긴꼬리원숭이) 복제에 처음으로 성공했으나, 의료 연구에서는 인간과의 유전적 유사성 때문에 붉은털원숭이가 더 선호된다. 그동안 성체 세포를 이용한 포유류 복제 기술은 여러 한계를 드러냈다. 대다수의 복제 시도에서 유전자 재프로그래밍 과정 중 오류가 발생하고, 태어난 복제 개체의 수가 적으며 건강한 복제 개체는 더욱 드문 상황으로, 대부분의 포유류에서 성공률은 1~3%에 불과했다. 특히 붉은털원숭이의 경우 이러한 복제는 더 어려운 과제로 여겨졌으며, 연구팀이 2년에 걸친 노력 끝에 처음으로 복제에 성공하기 전까지는 태어나서 생존한 복제 개체가 없었다. 앞서 중국 과학원은 2018년 긴꼬리원숭이 복제에 성공했으나 생존율이 낮았다. 체세포 핵이식(SCNT)로 알려진 표준복제기술(체세포의 핵을 핵이 제거된 난자로 이식하는 기술)은 일반적으로 복제된 배아의 출생율과 생존율이 극이 낮다. 당 연구자들은 109개의 긴꼬리원숭이 복제배아를 생산하고 그 중 21마리의 대리모원숭이에게 이식했다. 그 중 단 2마리만 살아남았으나 성체가 되기까지 생존하지 못했다. 연구팀은 실패한 붉은털원숭이 복제 시도에서 태반이 복제 과정 중 제대로 재프로그래밍되지 않아 정상적인 발달이 이루어지지 않았다는 사실을 발견했다. 배아의 성장에 필수적인 산소와 영양분 공급에 중요한 역할을 하는 태반이 제 기능을 하지 못했기 때문에 복제가 성공하지 못했던 것. 이에 연구팀은 복제 배아의 외부층, 즉 정상적으로 태반으로 발달하지 않는 부분만을 활용해 복제 과정에서의 문제를 해결했다. 연구팀은 동물의 몸통으로 발달하는 내부 세포를 제거하고, 이를 정상적인 태반이 발달할 것으로 예상되는 비복제 배아의 외부층에 주입했다. 이 방법을 통해 연구팀은 총 113개의 배아를 사용하여 11개를 이식했으며, 이 과정에서 2번의 임신과 붉은털원숭이 1마리의 정상 출산으로 이어졌다. 연구팀은 태어난 원숭이에게, 복제기술 '영양포 대체(trophoblast replacement)'에서 따온 '레트로(ReTro)'라는 이름을 붙였다. 레트로는 수컷 원숭이로 2년 이상 생존하고 있다. 다른 대리모는 쌍둥이를 임신했으나 106일만에 사망했다. 이 연구는 지난 1월 17일 학술지 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 개재됐다. 네이처는 "복제된 배아에 건강한 태반을 제공하는 방법은 영장류 연구와 관련된 더 많은 연구의 길을 열어 줄 수 있다"고 평가했다. 복제팀의 루 팔롱 박사는 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 붉은털원숭이 복제 연구의 핵심 목표에 대해 설명했다. 그는 "연구팀의 주된 목적은 더 많은 복제 원숭이를 성공적으로 얻는 동시에 실험에 사용되는 배아의 수를 줄이는 것"이라고 밝혔다. 또한, 그는 이 연구가 모든 윤리적 허가를 받고 진행되었다고 강조했다. 루 박사는 이어서 "연구 과정에서 모든 동물 실험 절차는 중국 과학 아카데미 상하이 생물과학 연구소 및 CAS(Center for Advanced Study) 뇌과학 및 인공 지능 기술 우수 센터 신경과학 연구소의 동물 사용 및 관리 위원회의 엄격한 지침을 따랐으며, 이 프로토콜은 CAS 동물 사용 및 관리 위원회의 승인을 받았다"고 말했다. 이러한 발언은 연구팀이 동물 실험의 윤리적 기준을 준수하고, 과학적 연구에서의 동물 복지를 중시하고 있음을 나타낸다. 과학자들은 이러한 복제 원숭이가 우울증, 불안증과 같은 인간의 정신 질환 연구뿐 아니라 약물 평가 프로젝트를 위한 모델로 사용될 가능성이 있다고 기대했다. 상하이 중국과학원 신경과학연구소 무밍 푸(Mu-ming Poo) 소장은 "약물 테스트에 사용할 수 있는 유전적으로 균일한 원숭이를 대량 생산할 수 있다"고 말했다. 반면, 동물 복지 단체들은 이번 성과에 대해 깊은 우려를 표명했다. 포유류의 경우 자연 번식은 부모로부터 유전자의 혼합을 통해 다양성이 유지되는 반면, 복제는 유전적으로 동일한 개체를 만드는 기술이다. 이에 일부 동물 복지 단체들은 유전자 다양성 저하, 윤리적 문제 등을 우려하며 동물 복제 기술 개발에 반대 입장을 견지하고 있다. 영국 왕립동물학대방지협회(RSPCA)는 최근 이루어진 원숭이 복제 연구에 대해 심각한 우려를 나타냈다. RSPCA의 대변인은 "현재의 연구는 당장에 응용될 수 있는 단계가 아니며, 인간 환자에게 혜택을 줄 것으로 기대되지만, 실제로 이 기술이 의학적으로 적용되기까지는 상당한 시간이 소요될 것"이라고 지적했다. 또한, "이 기술 개발 과정에서 더 많은 동물 '모델'이 필요할 것으로 예상된다"고 덧붙였다. 그는 "RSPCA는 이러한 실험 과정에서 겪는 동물들의 고통과 스트레스, 그리고 낮은 성공률에 대해 깊은 우려를 표명한다"며, "영장류는 단순한 연구 도구가 아니라 고도의 지능과 감정을 지닌 존재임을 인식해야 한다"고 강조했다. 이는 동물 복제 연구가 직면한 윤리적 문제와 동물 복지에 대한 중요성을 부각시킨다. 런던 프랜시스 크릭 연구소의 로빈 러벨-뱃지 교수는 환자 이익이 동물 고통을 능가할 때 동물 연구를 강력하게 지지한다는 입장을 밝히면서도 유사한 우려를 표명했다. 러벨-뱃지 교수는 "유전적으로 동일한 동물을 사용함으로써 실험에서의 변수를 최소화할 수 있다는 점은 분명하다. 그러나 이러한 접근법이 실제로 가치가 있는지에 대해서는 심도 있는 고민이 필요하다"고 지적했다. 또한 그는 "한 마리의 유아를 탄생시키기 위해 많은 배아를 사용하고 다수의 대리모에게 이식한 시도가 상당히 많았다"며, 연구 과정에서의 동물 사용량과 실험의 효율성에 대해 우려했다. 러벨-뱃지 교수는 이 연구에서 단 한 마리의 유아만 탄생했다는 사실을 문제삼았다. 그는 "단 한 번의 성공 사례만으로는 이 기술의 성공률에 대한 명확한 결론을 내리기 어렵다. 이 기술의 신뢰성과 효율성을 입증하기 위해서는 더 많은 성공 사례가 필요하다"고 강조했다. 이러한 입장은 동물 실험의 윤리적 측면과 실험의 효율성 사이에서 고려해야 할 중요한 요소들을 드러내고 있다. 최근 붉은털원숭이의 복제 성공은 의료 연구의 효율성 증대와 질병 치료법 개발의 속도를 높이는 데 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대되지만, 동시에 동물 복지와 윤리적 문제에 대한 논란을 야기할 것으로 예상된다. 이에 따라 과학의 발전과 동물 복지, 윤리적 가치 사이에서 균형을 찾기 위한 지속적인 논의가 필요할 것으로 보인다.
- 포커스온
2024-01-24 09:55:00
그래핀 반도체, 실리콘 한계 뛰어넘다

미국 조지아 공대 연구팀이 그래핀을 이용해 새로운 반도체 소재를 개발했다. 이 소재는 기존 실리콘 반도체의 한계를 뛰어넘는 뛰어난 성능을 가지고 있어, 차세대 반도체로 주목받고 있다. 미국 IT 전문지인 톰스하드웨어(tom'sHARDWARE)에 따르면, 조지아 연구팀은 탄화규소 웨이퍼에 그래핀을 성장시켜 에피택셜 그래핀을 만들었다. 에피택셜 그래핀은 탄화규소와 화학적으로 결합해 반도체의 특성을 보이는데, 기존 그래핀이 가지고 있던 밴드갭(Band Gap) 문제를 해결했다는 점에서 혁신적이다. 에피택셜 그래핀은 다른 물질의 표면에 그래핀 결정을 갖도록 성장시킨 것을 말한다. 밴드갭은 전자가 전도대에서 고체 내의 다른 에너지 준위로 이동할 수 있는 에너지 차이를 의미한다. 밴드갭이 없는 그래핀은 전류가 자유롭게 흐르기 때문에 반도체로 사용하기 어렵다. 연구팀이 개발한 에피택셜 그래핀은 밴드갭을 조절할 수 있어, 기존 실리콘 반도체보다 더 빠르고 효율적인 컴퓨팅을 구현할 수 있다. 또한, 양자 컴퓨팅에 필요한 전자의 양자 역학적 파동 특성을 활용할 수 있어, 양자 컴퓨팅의 발전에도 기여할 것으로 기대된다. 그래핀의 뛰어난 특성 그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 연결된 2차원 물질로, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 강도는 강철의 200배에 달하는 등 뛰어난 전기적, 기계적 특성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 그래핀은 반도체, 센서, 광전자 등 다양한 분야에서 차세대 소재로 주목받아 왔다. 그러나 그래핀은 전류 흐름을 조절하기 어려운 밴드갭이 없는 것이 단점으로 지적되어 왔다. 밴드갭은 전자가 전도대에서 고체 내의 다른 에너지 준위로 이동할 수 있는 에너지 차이를 의미한다. 밴드갭이 없는 그래핀은 전류가 자유롭게 흐르기 때문에 반도체로 사용하기 어렵다. 에피택셜 그래핀의 의미 이번 연구에서 조지아대 연구팀은 특수 용광로를 이용해 탄화규소 웨이퍼 표면에 에피택셜 그래핀을 성장시켜 밴드갭 문제를 해결했다. 에피택셜 그래핀은 다른 물질의 표면에 그래핀 결정을 갖도록 성장시킨 것을 말한다. 에피택셜 그래핀이 제대로 만들어지면 탄화규소와 화학적으로 결합해 반도체의 특성을 보인다. 연구팀은 에피택셜 그래핀으로 반도체를 제작한 결과, 실리콘보다 전자 이동성이 10~20배 높은 것으로 나타났다. 이는 그래핀 반도체가 기존 실리콘 반도체보다 더 빠르고 효율적인 컴퓨팅을 구현할 수 있음을 의미한다. 또한, 연구팀은 에피택셜 그래핀이 양자 컴퓨팅에 필요한 전자의 양자 역학적 파동 특성을 활용할 수 있다고 설명했다. 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨팅보다 훨씬 빠른 연산이 가능한 차세대 컴퓨팅 기술이다. 이번 연구는 그래핀을 실리콘을 대체할 차세대 반도체 소재로 만드는 데 중요한 진전을 이룬 것으로 평가받고 있다. 그래핀 반도체의 상용화 가능성 그래핀 반도체는 아직 상용화되지는 않았지만, 이번 연구를 통해 실리콘을 대체할 차세대 반도체 소재로의 가능성을 한층 높였다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 앞으로 에피택셜 그래핀의 성능을 더욱 개선하고, 대량 생산 기술을 개발하기 위해 노력할 계획이라고 밝혔다. 그래핀 반도체가 실질적으로 상용화되기 위해서는 대량 생산 기술의 개발이 무엇보다 중요하다. 연구팀의 노력과 더불어 관련 산업의 투자가 확대된다면, 그래핀 반도체는 머지않아 우리 생활 속에서 만나볼 수 있을 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-01-11 13:27:00
큰돌고래, '전기 감각'으로 사냥 성공률 높인다

우리 말로 '물돼지'라고도 알려진 돌고래, 특히 큰돌고래에 대한 흥미로운 연구 결과가 미국의 유명 매거진 스미스소니안(Smithsonian)을 통해 보도됐다. 큰돌고래는 지능이 높고 긴 주둥이를 가지고 있으며, 머리의 정수리 부분에 있는 '멜론'이라는 지방 기관을 통해 다양한 초음파를 생성하여 의사소통을 한다고 알려져 있다. 이 돌고래는 예리한 시력과 청각, 그리고 반향정위라는 고유한 음파 탐지 시스템으로 먹이를 사냥한다. 최근 익스페어리멘탈 바이올로지 저널(Journal of Experimental Biology)에 게재된 연구에 따르면, 큰돌고래는 전기펄스 감지라는 또 다른 감각을 활용하고 있는 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 큰돌고래의 주둥이에는 전기를 감지할 수 있는 '진동 구덩이'라는 보조개가 존재하며, 이는 물고기 사냥과 바다 주변 탐색에 큰 도움을 주고 있다. 더욱이, 갓 태어난 돌고래의 이 구덩이에는 수염이 있는데, 이는 기존 연구자들이 생각했던 것과 달리 중요한 기능을 할 수 있다는 새로운 관점을 제공한다. 이번 발견은 큰돌고래가 희귀한 전기 수용 능력을 가진 작은 포유류 그룹에 포함될 수 있음을 시사한다. 현재까지 이 특이한 감각을 지닌 것으로 알려진 포유류는 오리너구리와 바늘두더지 뿐이다. 반면, 상어와 같은 연골 어류 그룹은 전기장에 대한 민감성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 특히 일부 상어 종은 ㎠당 50억분의 1볼트 정도의 매우 약한 전류도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 해양 포유류의 이러한 능력을 테스트하기 위해, 연구자들은 조련사와 협력하여 돌리(Dolly)와 도나(Donna)라는 두 마리의 포획된 큰돌고래에게 금속 막대에 대한 전기 충격을 감지하는 방법을 가르쳤다. 이를 위해 연구원들은 맞춤형 전기장 발생기에 연결된 전극을 사용하여 다양한 강도의 전기장을 전달했다. 독일 뉘른베르크 동물원의 생물학자 팀 휘트너(Tim Hüttner)는 "이것은 인간이 청력 검사를 받는 것과 유사하며, 돌고래들은 실험에서 정확하게 반응했다"고 말했다. 도나는 더 높은 감도를 보여주었다. 도나는 ㎝당 2.4㎶ 만큼 낮은 직류(DC)를 감지할 수 있었다. 반면 돌리의 임계값은 ㎝당 5.5㎶에 그쳤다. 바이오로지스(The Company of Biologists)는 돌고래에 대한 직류(DC) 전기장 실험에 이어, 교류(AC) 전기장을 인지하는 능력도 테스트했다. 연구에 따르면, 모든 수중 유기체는 정적인 직류 장을 생성하지만, 물고기와 같은 일부 유기체는 아가미 움직임에 따라 펄스 형태의 교류 장을 생성한다고 한다. 연구 팀은 초당 1회, 5회, 그리고 25회의 펄스를 가진 다양한 주파수의 AC 전기장을 실험했다. 연구 결과, 두 돌고래 모두 DC 전기장에 대해 더 민감한 반응을 보였으나, 저주파 AC 전기장에도 잘 반응하는 것으로 나타났다. 독일 로스토크 대학의 해양 생물학자인 귀도 덴하르트(Guido Dehnhardt)는 "약한 전기장에 대한 돌고래의 민감성이 물고기를 사냥할 때, 특히 퇴적물에 숨어 있는 먹이를 찾는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다. 하지만, 큰돌고래가 이 능력을 실제로 야생에서 어떻게 활용하는지는 아직 명확히 알려지지 않았다. 이 전기 감각은 먹이 사냥뿐만 아니라, 지구 자기장의 변화를 감지해 탐색하는 데에도 유용할 수 있다. 연구팀은 앞으로 돌고래의 움직임과 이 감각 사이의 관계를 더 연구할 계획이다. 이전의 연구에서는 태양 폭풍이 일으키는 행성 자기장의 변화와 돌고래 및 고래의 대량 좌초 사이의 연관성을 제시했다. 새로운 연구는 이 현상에 대한 설명을 시작할 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-15 10:24:00
식중독 예방 위해 설계된 전자 코 'E-노즈' 개발

일반적으로 마약 탐지, 주인 인식, 매몰된 사람 구조와 같은 활동에서 뛰어난 후각을 발휘하는 동물로 개를 떠올리곤 한다. 이 때문에 냄새를 잘 맡는 사람을 종종 '개코'라고 부른다. 하지만 이제는 '개코'가 아닌 'AI 코(AI Nose)'라는 용어를 사용해야 할 시대가 올 것으로 보인다. 인공지능(AI)의 발전으로 인해, 사람의 코를 대체할 수 있는 이 'AI 코'는 다양한 냄새를 구분하도록 훈련되고 있기 때문이다. 미국 BBC에 따르면, 사람의 코에는 약 400개의 후각 수용체가 있어 약 1조 종류의 냄새를 감지할 수 있다고 한다. 그러나 이러한 수준의 감각을 과학적 장비로 복제하는 것은 어려운 과제다. 그럼에도 불구하고, 최근 AI의 발전 덕분에 최신 전자 코(특정 냄새를 감지하고 보고할 수 있는 첨단 센서)의 처리 속도와 정확도가 급속도로 향상되고 있다. 그들의 지지자들은 식품 안전을 변화시킬 수 있다고 말한다. 센시파이(Sensifi)라고 불리는 'E-노즈(e-nose)'의 공동 개발자이자 이스라엘 네게브 벤 구리온 대학교의 화학 교수인 라즈 젤리넥(Raz Jelinek) 교수는 "잠재적으로 치명적인 식인성 박테리아의 일반적인 유형인 살모넬라와 대장균은 고유한 전자적 특성을 가지고 있다"고 설명했다. E 노즈에는 탄소 나노입자로 코팅된 전극이 포함되어 있어, 박테리아가 내뿜는 냄새나 휘발성 유기화합물(VOC)을 감지한다. 서로 다른 종류의 박테리아는 서로 다른 VOC 지문을 생성하며 이는 다시 Sensifi 기계에서 서로 다른 전기 신호를 생성한다. 그런 다음 AI 소프트웨어 시스템에 의해 기록되어 계속 증가하는 데이터베이스와 비교하여 이를 확인하고 사용자에게 알린다. 올해 초 출시된 Sensifi는 식품 산업의 감염과의 전쟁을 변화시킬 수 있기를 희망하고 있다. 모디 펠레드(Modi Peled) CEO는 "대부분의 경우 식품 생산업체가 현재 테스트를 위해 샘플을 실험실로 보낸 다음 결과가 나올 때까지 며칠을 기다려야 한다"며 "하지만 E-노즈는 식품 회사가 직접 현장에서 사용할 수 있으며 1시간 이내에 결과를 제공한다"고 말했다. 펠레드는 "식품 산업의 테스트 방법은 40~50년 동안 동일하게 유지됐다"라며 "지금까지 AI는 실제로 이 시장의 테스트 부문에 진출하지 못했다"고 지적했다. 식중독은 전 세계적으로 여전히 심각한 문제로 남아 있다. 미국에서는 매년 4800만 명, 즉 6명 중 1명이 식중독으로 인해 병에 걸리며, 이 중 12만8000명이 입원했고, 3000명이 사망했다. 영국에서는 매년 240만 건의 식중독 사례가 발생하고, 약 180명이 사망하는 것으로 추산되고 있다. 펠레드는 "사람들은 고기, 가금류, 생선이 주범이라고 말하지만, 지난 5~10년 동안 미국 식품 산업의 가장 큰 암살자는 바로 로메인 상추다”라며 “식품 시장이 산업화될수록 병원균에 더 취약해질 것"이라고 주장했다. 독일 회사인 NTT 데이터 비즈니스 솔루션(NTT Data Business Solutions)는 현재 개발 중인 E 노즈를 구동하는 AI를 훈련하는데 커피를 통해 도움이 되는 새로운 방법을 가지고 있다. 한 테스트에서 기술자들은 AI 센서 옆에 인스턴트 커피 가루를 놓는 데 3일을 보냈다. 그런 다음 AI는 좋은 커피, 나쁜 커피(식초를 곁들인 커피), 커피가 전혀 없는 세 가지 옵션 중 하나를 식별해야 했다. 회사의 혁신 관리자인 안드리안 코츠르(Adrian Kostrz)는 "냄새는 단순한 가스가 아니라 독특한 가스 조합이다"라며 "그리고 냄새가 나는 방식에 변화나 아주 작은 차이가 있는 경우가 많다"고 말했다. NTT의 센서는 3D 프린팅된 인간 코의 플라스틱 모델에 장착된다. 신선하고 상태가 좋을 때 어떤 냄새가 나는지 알 수 있도록 커피와 기타 식품으로 AI를 훈련하고 있으며, 이를 "냄새의 기준값"이라고 회사는 말한다. 아이디어는 NTT의 E-노즈가 전염병의 냄새를 맡는 것뿐만 아니라 식품의 신선도 여부에도 사용될 수 있다는 것이다. 이는 슈퍼마켓이나 카페에서 유통기한이 없는 물건이 있을 때 무엇을 먼저 팔아야 할지 알 수 있도록 도와줄 것으로 기대된다. 코츠르는 "악취의 기준값을 아는 것은 식품 산업이 그에 따라 생산, 저장, 수확 및 공정을 조정하는 데 도움이 될 것이다"라고 말했다. 그러나 일부 AI 전문가들은 최신 E-노즈가 잘 작동하지만, 식품업체들이 비용 문제로 인해 발을 빼게 될 가능성이 높아 큰 수요를 발생할 가능성은 낮다고 말한다. 미국에 본사를 둔 이 회사의 설립자이자 수석 디자이너인 빈센트 피터스(Vincent Peters)는 "피킹부터 보관, 배송까지 전 세계 소형 감지기 네트워크를 구축하는 것에 대해 이야기하고 있다면 이것이 비즈니스 모델에 어떤 영향을 미칠지 고려해야 한다"고 말했다. 한편, 샌프란시스코에 본사를 둔 도미노 데이터 랩(Domino Data Lab)의 동료 AI 전문가인 크젤 칼쏜(Kjell Carlsson)은 "E-이 노스가 작업 중인 각 시설에 대해 복잡한 미세 조정이 필요할 것이다"라며 "이것은 새로운 기술을 수용하는 것으로 알려지지 않은 업계에서 매우 어려운 작업이다"라고 꼬집었다. 이러한 지적에도 불구하고, 뉴질랜드의 센티안 바이오(Scentian Bio)라는 회사는 곤충의 더듬이를 모방해 바이오센서이를 개발했다. 이를 통해 곤충 단백질을 복제하고 이를 냄새 센서에 포함시킨 것이다. 이는 개 코보다 수천 배 더 민감하다는 설명이다.
- IT/바이오
2023-12-03 09:05:00
구리 화학 발견으로 값싼 약품 개발 길 열렸다

최근 구리 화학의 발견이 값싼 약품 개발의 새로운 가능성을 열었다. 이제 단 3달러의 비용으로 항암제에 사용될 수 있는 화학 물질을 제조할 수 있게 됐다. 구리는 이미 의학 분야에서 감염과 싸우는 나노 입자 및 임플란트의 형태로 사용되고 있다. 미국의 과학 전문 매체 뉴아틀라스는 미국 캘리포니아대학교 로스앤젤레스(UCLA)의 과학자들이 개발한 새로운 방법으로 간단하고 저렴한 약품 생산이 가능하다고 보도했다. 이 방법은 산소의 한 형태인 오존을 시약으로 사용하고 금속을 촉매로 활용한다. 과학자들은 이를 통해 유기 분자의 탄소-탄소 결합을 끊는데 성공했다. 오존은 이 결합을 알켄, 즉 탄화수소로 분해하고, 구리 촉매는 깨진 결합을 질소와 결합시켜 탄소-질소 결합을 형성한다. 이 결합은 아민이라고 알려진 분자를 형성하게 되는데, 이것이 바로 항암제와 같은 값싼 약품 생산에 필수적인 요소다. 아미노탈알케닐화로 알려진 이 공정은 전통적으로 아민을 생성하는 데 사용되는 다른 유사한 촉매와는 달리 풍부하고 저렴한 금속을 잘 활용하면 된다. 아미노탈알케닐화라고 알려진 이 새로운 공정은 기존의 아민 생성 방법과는 다르다. 이 공정은 전통적으로 사용되는 비싼 금속 촉매 대신에 저렴하고 풍부한 금속을 효과적으로 활용한다. 권오현 유기화학 교수는 이 공정에 대해 설명하면서 "이전에는 이런 방법이 없었다"고 강조했다. 그는 "전통적인 금속 촉매 반응에서는 백금, 은, 금, 팔라듐과 같은 고가의 금속이나 로듐, 루테늄, 이리듐과 같은 귀금속을 사용했지만, 우리는 세계에서 가장 풍부한 비금속 중 하나인 산소와 구리를 사용하고 있다"고 밝혔다. 이러한 접근 방식은 아민을 생성하는 데 필요한 자원과 비용을 크게 줄일 수 있는 가능성을 보여준다. 아민은 의약품과 비료, 농약 생산에 널리 사용되는 중요한 화학물질이다. 이는 식물과 동물에서 발견되는 분자와 강력한 상호 작용을 하며, 암페타민과 도파민과 같은 약물에서도 발견되는 구성 요소다. 이번 연구를 통해 연구팀은 호르몬, 제약 시약, 펩타이드, 뉴클레오시드 등을 아민으로 변형하는 데 성공했다. 이것은 이 새로운 방법이 다양한 분야에 활용될 수 있음을 보여준다. 하지만 권 교수에게 있어서 가장 큰 장점은 훨씬 저렴한 의약품 생산 가능성일 것이다. 일부 항암제에 사용되는 화학물질은 제조 비용이 그램당 약 3200달러(약 412만원)에 달하지만, 연구팀은 그램당 약 3달러(약 3860원)의 비용으로 동일한 약물 분자를 생산할 수 있었다. 기존 12단계 공정 대신 3단계만 사용 연구팀은 항암 c-Jun N-말단 키나제 억제제를 생산하기 위해 기존의 12단계 공정 대신 단 3단계의 화학 과정만을 사용했다. 또한, 이들은 또 다른 실험에서 아데노신이라는 신경 전달 물질과 DNA 구성 요소를 N6-메틸아데노신 아민으로 전환하는 과정을 한 단계만 거쳐서 수행했다. 이 아민은 세포의 유전자 발현, 질병 과정 및 발달에 중요한 역할을 하며, 현재 생산 비용은 그램당 약 103달러(약 13만2,600원)다. 구리는 현재 파운드당 4달러(약 5150원) 미만으로 풍부하게 구할 수 있기 때문에, 과학자들은 은 이 새로운 방법이 아민 기반 의약품과 다른 유기 물질의 생산 비용을 대폭 절감할 수 있기를 기대한다. 한편, 한국원자력연구원(원장 주한규)의 양성자과학연구단은 지난 7월 치료용 방사성동위원소 구리-67(Cu-67)을 고품질로 대량생산할 수 있는 분석법을 개발해 주목을 받았다. 방사성의약품은 방사성동위원소를 포함하여 질병의 진단과 치료에 사용된다. 구리-67은 진단용 감마선과 암세포를 사멸시키는 치료용 베타선을 방출하는 동위원소로, 동시에 진단과 치료가 가능하며, 기존 동위원소보다 반감기가 짧아(2.5일) 체내 피폭 위험도 적다. 이러한 특성으로 인해 구리-67은 높은 활용 가능성을 가지고 있다고 평가된다. 방사성의약품은 암세포에서 발현하는 특정한 단백질을 표적으로 하여 정상세포에는 영향을 주지 않고 암세포만 선택적으로 제거할 수 있다. 이로 인해 강력한 치료 효과와 함께 높은 안전성을 제공한다. 다만, 구리-67은 다른 핵종과 달리 방출하는 감마선 스펙트럼이 불순물인 갈륨-67(이하 Ga-67)과 정확히 겹쳐 물리적인 측정법으로는 이 두 핵종을 구분할 수 없었다. 이에 양성자과학연구단 입자빔이용연구부 박준규 박사 연구팀은 두 핵종의 감마선 방출강도 뿐만 아니라 반감기 차이(Cu-67은 2.5일, Ga-67은 3.2일)까지 고려한 새로운 해석적 분리방법을 제시했다. 연구팀은 구리-67과 Ga-67 각각의 감마선 세기 합이 전체 감마선 세기와 같다는 점과 감마선 방출 강도 비율, 반감기 차이를 이용했다. 이를 통해 화학적 분리 과정 없이도 구리-67의 정확한 핵자료를 얻을 수 있었다. 한국원자력의학원의 김희진, 김정영 연구원은 "구리-67은 방사능 강도가 낮고 담체가 없는(carrier-free) 방사성동위원소로, 이로 인해 효과적인 암 치료가 가능하다"고 말했다. 이 연구팀은 2025년 경주 양성자가속기를 활용해 고품질 구리-67을 본격적으로 대량 생산할 예정이다.
- IT/바이오
2023-12-01 10:56:00
강북·노원·구로 아파트값 하락세⋯강남구도 2주째 보합세

강북·노원·구로 등 서울 외곽지역의 아파트값이 속속 하락세로 돌아서고 있다. 인기지역인 강남구도 2주째 보합세를 나타냈다. 17일 한국부동산원이 발표한 '11월 둘째 주(13일 기준) 전국 주간 아파트 가격 동향'에 따르면 전국의 아파트 매매 가격은 전주 대비 0.02% 상승했다. 18주 연속 상승세를 지속 중이다. 그러나 상승폭은 둔화하고 있다. 10월 셋째 주 0.07%였던 상승률은 같은 달 넷째 주 0.05%, 다섯째 주 0.04%로 하락했고, 이달 첫째 주 0.03%로 재차 내린 데 이어 이번 주에도 0.01%p(포인트) 떨어졌다. 수도권(0.04%→0.03%)의 상승 폭이 둔화한 가운데 서울은 지난주와 이번 주 모두 0.05%로 동일한 상승률을 기록했다. 서울의 25개 자치구 가운데 구로(-0.02%)가 지난주 보합에서 하락 전환했고, 도봉·강남은 이번 주 0.00%로 보합이었다. 종로(0.06%→0.02%), 송파(0.11%→0.07%), 성북(0.06%→0.03%), 용산(0.11%→0.10%) 등은 상승 폭이 줄었다. 부동산원은 "서울은 선호 단지 및 정비 사업에 대한 기대감이 있는 단지 위주로 간헐적인 거래가 유지됐다"면서도 "매수자와 매도자 간 희망 가격 격차로 거래 심리가 위축되는 등 전체적으로 관망세를 보이면서 지난주의 상승 폭을 유지했다"고 설명했다. 경기(0.05%→0.03%)도 상승폭이 축소됐다. 용인(보합), 오산(0.04%→0.08%), 구리(0.01%→0.02%) 등을 제외한 대부분 지역이 상승 폭을 줄이거나 하락 반전했다. 김포(-0.04%), 파주(-0.01%) 등은 하락 전환했다. 지방(0.02%→0.02%)은 상승 폭을 유지했는데, 충북(0.07%), 전북(0.07%), 강원(0.01%)은 상승 폭은 축소됐지만 오름세를 지속했다. 충남(0.04%)은 오름폭을 키웠다. 대구(-0.01%→0.03%)의 아파트 매매가격은 한 주 만에 다시 상승세로 돌아섰다. 한 주 전인 지난주 월요일(6일) 대구 지역 아파트 매매가 변동률은 -0.01%로 14주 만에 하락세로 돌아선 바 있다. 전국 아파트 전셋값은 0.11% 오르며 17주 연속 상승했지만, 역시 상승 폭은 지난주보다 0.01% 떨어졌다. 서울(0.21%→0.19%)을 비롯한 수도권(0.20%→0.18%)의 상승 폭이 축소됐고, 지방(0.04%→0.04%)은 유지됐다. 부동산원은 "주요지역 선호단지 내 전세 거래는 주춤한 가운데, 정주여건이 양호한 단지나 상대적으로 저가 인식 있는 중소형 규모 및 구축 단지 위주로 상승 중"이라고 말했다.
- 산업
2023-11-17 11:13:00
산업장관, 칠레와 리튬 등 핵심광물 경협 강화

방문규 산업통상부장관이 윤석열 대통령의 특사로 칠레를 방문, 핵심 광물과 그린 수소 등 재생에너지 분야에서의 양국 경제협력 강화 방안을 논의했다고 산업부가 1일 전했다. 이번 방문은 10월 29일부터 11월 1일 4일간 이루어졌으며, 방 장관은 이 기간 동안 칠레와의 경제협력 확대 방안에 대해 깊이 있게 논의했다. 칠레는 2003년 한국과 최초로 자유무역협정(FTA)을 체결한 국가로, 중남미 진출의 거점 역할을 하고 있다. 특히, 칠레는 세계 1위의 리튬 매장량을 보유하고 있어, 핵심 광물 공급망과 그린수소 등 재생에너지 분야에서 주도적 역할을 하고 있다. 방 장관은 지난 10월31일 반 클라베렌 칠레 외교부 장관과 만나, 60년 이상 동안 쌓아온 양국 간의 두터운 우호 관계를 기반으로, 미래를 위한 새로운 협력 관계 구축을 제안하며 윤석열 대통령의 친서를 전달했다. 또 방 장관은 지난 10월 30일과 31일 간 파르도 에너지부 장관과 그라우 경제개발관광부 장관, 윌리엄스 광업부 장관 등을 연이어 만나 핵심 광물, 수소, 무역투자 등 다양한 분야에서 협력 강화 방안을 집중적으로 논의했다고 밝혔다. 방 장관은 이들과의 면담을 통해 양국 간 다양한 분야에서의 실질적인 협력 방안을 모색하였으며, 특히 윤석열 대통령이 지난 9월 유엔총회에서 제안한 '무탄소(CF) 연합' 참여에 대해 칠레 측의 적극적인 관심과 참여를 요청했다. 방 장관의 이번 방문에는 대한무역투자진흥공사(코트라)와 주요 대기업, 중소기업 등 총 39명의 경제사절단이 동행했다. 이들은 삼성전자, LG전자, 현대자동차, 포스코홀딩스, 롯데케미컬, SK어스온, HD현대 인프라코어, 고려아연, 이건산업 등 다양한 기업과 기관에서 온 대표로 구성됐다. 최근 방문한 칠레에서 경제사절단은 현지 기관과 총 2건의 업무협약(MOU)을 체결하며 다양한 비즈니스 기회를 모색했다. 먼저, 코트라는 지난 10월 30일 칠레투자청과 투자협력에 관한 MOU를 맺었으며, 이를 통해 양국 간 주요 프로젝트 정보 공유와 다양한 산업 분야에서의 비즈니스 기회 창출을 목표로 했다. 대한상공회의소와 칠레 산업협회는 '한·칠레 비즈니스 라운드 테이블' 행사를 공동으로 주최했다. 양국의 주요 경제인 약 60명이 이 자리에 모여 양국 간 업계의 포괄적이고 전략적인 협력 방안에 대해 논의하는 시간을 가졌다. 또, 한국수출입은행은 칠레의 국영 구리회사와 함께 금융협력에 관한 MOU를 맺어, 구리와 같은 핵심 광물의 안정적인 확보를 지원하는 방향의 금융 협력을 추진하기로 결정했다.
- 산업
2023-11-01 10:58:00
에너지 저장·CO₂ 동시 포집하는 이중 목적 배터리 탄생

기후 변화 대응을 위해 에너지 저장과 CO₂ 포집이 동시에 가능한 이중 목적 배터리의 개발이 가속화되고 있다고 에너지 전문 매체 오일프라이스(OILPRICE)가 최근 보도했다. 영국 서리 대학교(University of Surrey) 연구진은 리튬-CO₂ 배터리용 촉매 개발을 가속화하는 새로운 시스템을 개발했다고 밝혔다. 이 시스템은 랩온어칩(lab-on-a-chip, '칩 속의 실험'이라는 의미) 기술을 기반으로 하며, 백금, 금, 은, 구리, 철, 니켈 등 다양한 재료를 빠르고 효율적으로 테스트할 수 있다. 리튬-CO₂ 배터리는 리튬과 이산화탄소를 결합하여 작동하는 새로운 유형의 배터리다. 에너지를 저장할 뿐만 아니라 CO₂를 포집할 수 있어 기후 변화 대응에 유망한 기술로 평가받고 있다. 이 연구는 '에너지·환경 과학(Energy & Environmental Science)' 저널에 게재됐다. 연구진이 새로운 시스템을 도입해 다양한 재료를 테스트한 결과, 철과 니켈이 가장 효과적인 촉매로 작용한다는 사실을 확인했다. 앞으로 이 시스템을 활용하여 리튬-CO₂ 배터리의 성능 향상과 상용화 연구에 집중할 예정이다. 이 연구를 주도한 카이 양(Kai Yang) 박사는 "우리는 여러 작업을 동시에 진행할 수 있는 혁신적인 랩온어칩 전기화학 테스트 플랫폼을 개발했고, 이 방법은 기존 방법에 비해 비용과 효율성 면에서 우수하며 조작도 더 용이하다"고 설명했다. 에너지 저장과 CO₂ 포집 기술은 기후 변화에 대응하는 데 있어 필수적이다. 에너지 저장은 재생에너지의 일시적 불안정성을 보완하며, CO₂ 포집은 지구 온난화를 완화하기 위해 대기 중 CO₂ 농도를 감소시키는 데 기여한다. 이 두 기술을 결합한 이중 목적 배터리는 기후 변화 대응의 중심 기술로 각광받고 있다. 리튬-CO₂ 배터리는 기존 배터리보다 에너지 밀도가 높아 오랫동안 사용할 수 있다. 또한, 재생에너지와의 연계 사용이 가능해 환경에 더 친화적이다. 하지만, 이중 목적 배터리는 여전히 에너지 저장 용량이 상대적으로 적고, 비용이 높으며, 안전성 문제도 해결 과제로 남아 있다. 연구자들은 리튬-CO₂ 배터리 성능 향상과 상용화를 위해 노력할 계획이며, 여러 종류의 이중 목적 배터리 개발도 계속 진행 중이다. 이중 목적 배터리는 아직 초기 개발 단계에 있지만, 앞으로 기후 변화에 대한 중요한 대응 수단으로 자리매김할 것으로 예상된다.
- 산업
2023-10-31 11:12:00
친환경 배터리 재활용 기술로 알루미늄‧리튬 대량 회수

스웨덴 샬머스 대학의 연구팀이 전기차 폐배터리 셀로부터 알루미늄 100%와 리튬 98%를 회수할 수 있는 친환경 배터리 재활용 기술을 개발했다고 광업·금속산업 전문지 마이닝 닷컴(MINING.COM)이 보도했다. 이 연구팀은 식물에서 추출한 옥살산이라는 유기 화합물을 이용해 폐자동차 배터리에서 알루미늄과 리튬을 우선적으로 추출했다. 이후 순차적으로 코발트, 니켈, 망간 등 다른 금속도 회수했다. 이번 연구의 주재료인 옥살산은 일반적으로 시금치나 루바브에서 발견되는 유기화합물로 기존의 무기 화학물질에 비해 독성이 낮고 환경에 미치는 영향이 낮다. 한국에서는 익숙하지 않은 채소인 루바브의 세모꼴 이파리는 옥살산이 과다 함유돼 식용으로 사용하지 못하는 것으로 알려졌다. '세퍼레이션 앤드 퓨러퍼케이션 테크널러지(Separation and Purification Technology)' 저널에 실린 논문에 따르면 이 기술은 폐리튬이온 배터리의 내용물을 고체 미립자로 분쇄하는 것으로 시작한다. 여과 과정을 거친 그 결과, 투명한 액체인 옥살산에 용해된 미세하게 분쇄된 흑색 분말이 생성되면서 각종 금속을 회수하는 원리다. 연구원들은 온도와 농도, 시간의 미세한 조절을 통해 옥살산을 활용해 리튬과 코발트 등을 회수하는 새롭고 획기적인 방법을 발견한 것. 수석 연구원 마르티나 페트라니코바(Martina Petranikova)는 "무기 화학 물질에 대한 대안이 절실히 필요하다. 현재 공정에서 가장 큰 장애물 중 하나는 알루미늄과 같은 잔류 물질의 제거다. 이 새로운 방법은 재활용 산업에 혁신적인 대안을 제시하며, 전기차 폐배터리 개발을 방해하는 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 설명했다. 연구원들이 개발한 이 방법은 '습식 제련'이라고 불리며, 전통적인 습식 야금 공정과는 다르다. 습식 야금에서는 전기차 배터리 셀의 모든 금속이 무기산에 용해된다. 그러나 이 새로운 방법에서는 '불순물'로 분류되는 알루미늄과 구리 같은 재료가 제거된 후에, 코발트, 니켈, 망간, 리튬과 같은 귀금속이 분리 회수된다. 기존 방법은 알루미늄과 구리의 잔여량은 적지만, 여러 번의 정제 과정이 필요하며 이 과정에서 리튬의 손실이 발생할 수 있다. 새롭게 개발된 방법은, 일반적인 순서와는 반대로 리튬과 알루미늄을 먼저 회수함으로써 새 배터리 제조에 필요한 귀중한 금속의 낭비를 줄일 수 있다. 이 과정에서 생성되는 검은색 물질의 여과 과정은 마치 커피 추출을 연상시킨다. 여과 과정을 통해 알루미늄과 리튬이 액체 상태로 분리되며, 다른 금속들은 '고체' 상태로 남게 된다. 그 다음 단계는 알루미늄과 리튬을 분리하는 것이다. 논문의 수석 저자인 레아 루케트(Léa Rouquette)는 "각 금속이 매우 다른 특성을 가지고 있어서 분리 작업은 그리 어렵지 않을 것이라 생각한다. 우리의 방법은 배터리 재활용 분야에서 새로운 가능성을 열고 있으며, 더 깊게 연구할 가치가 있다"라고 말했다. 페트라니코바 수석연구원은 "확장 가능한 방법이기 때문에 앞으로 몇 년 동안 이 분야에서 널리 사용될 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 한국 배터리 재활용 기술 시장 전망 전기차의 보급이 확대됨에 따라 한국의 배터리 재활용 시장도 성장세가 예상된다. 정부는 2030년까지 배터리 재활용률을 90%로 끌어올리려는 목표를 세우고 있으며, 이를 향한 기술 개발이 활발히 진행 중이다. 포스코케미칼, LG화학, SK이노베이션 등 주요 기업들이 친환경 배터리 재활용 기술 개발에 투자하고 있다. 특히 포스코케미칼은 리튬이온 배터리에서 리튬을 효과적으로 회수하는 새로운 기술을 연구하고 있다. 이 기술은 리튬이온 배터리의 양극재로부터 리튬을 효율적으로 추출하며, 기존 방법에 비해 리튬의 손실을 줄이는데 초점을 맞추고 있다. 또 포스코케미칼은 최근 스웨덴의 리튬 이온 배터리 재활용 회사인 노르드볼트와 양극재 리사이클링 기술 개발에 관한 협약을 맺었다. LG화학은 리튬이온 배터리로부터 코발트와 니켈을 더 효율적으로 회수하기 위한 기술을 연구 중이다. 이 기술은 배터리의 양극재와 음극재를 분리해 코발트와 니켈을 회수하는 과정을 포함하며, 이를 통해 기존 방법에 비해 코발트와 니켈의 회수율을 향상시킬 수 있다. SK이노베이션은 리튬, 코발트, 니켈, 망간을 리튬이온 배터리로부터 회수하는 새로운 기술을 개발하고 있다. 이 기술은 배터리를 고온에서 처리하여 이들 금속을 추출하는 방식으로, 기존 공정보다 에너지 효율이 높다. 한국의 친환경 배터리 재활용 기술은 국제적으로도 주목받고 있는 분야다. 지속적인 기술 개발이 활발하게 진행됨에 따라, 한국은 전기차 배터리 재활용 분야에서 세계적인 선두 위치를 차지할 것으로 예상된다.
- 산업
2023-10-26 11:25:00
한국전기연구원(KERI), 차세대 '리튬황배터리' 개발 성공

기존 배터리가 전기 저장만을 목적으로 했다면, 미래의 배터리는 단순 저장을 넘어서 부가가치 있는 화학물질 생산 기능을 갖는 하이브리드 배터리로 변화할 것으로 보인다. 한국의 연구팀은 아연과 망간을 활용해 이러한 하이브리드 배터리를 개발했고, 그 결과 기존 배터리에 비해 10% 이상의 향상된 전압과 에너지 효율을 보였다. 과학·기술 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 최근 과학자들은 단순 전기 저장 외에도 유용한 화학물질을 생성하는 하이브리드 배터리 시스템의 개발에 성공했다고 발표했다. 이 하이브리드 배터리는 전기 에너지를 저장하는 동시에 유용한 화학물질도 생성한다. 전통적인 2차 배터리는 전극 재료에 전기 에너지를 저장하는 방식을 사용한다. 반면, 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 전극에 연결된 탱크에 보관된 화학물질을 활용한다. 이는 산화와 환원의 화학적 반응을 통해 전자가 전해액을 통해 음극에서 양극으로 이동하며 전기에너지를 발생시키는 원리를 기반으로 한다. 이번에 연구자들이 개발한 하이브리드 배터리는 사용 과정에서 푸르푸랄(나일론 합성에 사용되거나 살충제로 활용되는 액체)을 기반으로 한 니켈 수산화물 배터리이다. 이 배터리는 바이오매스(생물 유기체)에서 추출한 푸르푸랄을 푸르푸릴 알코올이나 푸로산 중 하나로 변환할 수 있다. 푸르푸랄 자체는 농업용 바이오매스에서 흔히 발견되는 오탄당에서 형성되는 작은 분자이며, 다양한 화학 분야에서 중요한 중간체로 사용되는 플랫폼 화학물질로 알려져 있다. 이물질은 푸로산으로 산화될 때 식품 방부제, 약물, 향료 합성의 중간체가 될 수 있으며, 환원될 때는 레진(수지), 향료, 약물의 전구체로서의 역할을 하는 푸르푸릴 알코올로 변환된다. 중국 베이징의 청화대학(Tsinghua University)에서 활동하는 하오홍 두안(Haohong Duan) 박사를 포함한 연구팀은 하이브리드 흐름 배터리를 사용해 두 종류의 부가가치 화학물질을 추출함으로써 배터리 시스템의 비용 효율성을 개선하는 데 성공했다. 기존의 충전식 배터리는 충전 과정에서 전극에 전기를 저장하고, 방전 시에는 해당 전기를 회로로 전달한다. 반면 레독스 흐름 전지라는 다른 타입의 배터리는 특정 화학물질에 전기를 저장하며, 해당 화학물질은 두 상태 사이에서 순환하면서 배터리 내에 계속 보관된다. 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀과 부산대학교의 박민준 교수팀은 아연과 망간을 주요 소재로 사용하여 고성능 '레독스 흐름 전지' 기술을 개발했다. 레독스 흐름 전지는 큰 용량 저장이 가능하며, 배기가스를 발생시키지 않아 화재나 폭발 위험에서 상대적으로 안정적이다. 이러한 특성으로 인해 에너지저장장치(ESS) 용도로서 많은 관심을 받는 차세대 전지로 평가받고 있다. 연구자들은 에너지 저장 및 제공과 동시에 추가 화학물질을 생산하는 능력을 결합하여 이를 조사했고, 그 과정에서 흥미로운 결과를 발견하게 되었다고 한다. 양극용 이중 기능성 금속 촉매의 혁신적인 발전이 관찰되었는데, 로듐(백금족 금속의 일종)과 구리를 단일 원자 합금으로 조합하여 만들어진 촉매가 등장했다. 이 촉매는 배터리가 충전될 때 푸르푸랄(전해액 포함)을 푸르푸릴 알코올로 효과적으로 변환하며, 방전 시에는 푸로산을 생성한다. 또한 연구원들은 음극에서 니켈-아연 또는 니켈-금속 수소화물 배터리에서 사용되는 음극 재료와 유사한 특성을 가진 코발트-도핑 수산화니켈 재료를 확인했다. 이러한 조합을 통해 참신한 이중용 배터리 시스템이 개발되었다. 태양 전지로 충전된 이 배터리는 4개를 직렬로 연결하여 사용되며, LED 조명과 스마트폰 등의 장치를 작동시키면서도 지속적으로 푸르푸릴 알코올과 푸로산을 생성한다. 이 화학물질들은 흐름 시스템을 통해 전달된다. 이 새로운 하이브리드 배터리는 일반 배터리와 비교하여 에너지 밀도와 전력 밀도에서 유사한 성능을 보이면서도, 동시에 전력과 부가가치 있는 화학물질을 생산한다는 점이 새로 확인되었다. 1kWh의 에너지 저장 시, 0.7kg의 푸르푸릴 알코올이 생성되고, 0.5kWh의 전력 공급 시에는 1kg의 푸로산이 생산된다. 단, 푸르푸랄은 지속적으로 시스템에 공급되며, 최종 제품은 전해질에서 분리해야 한다. 이 연구팀이 제시한 하이브리드 방식은 2차 전지의 지속 가능성과 경제성을 높이는 첫걸음이지만, 이를 더욱 발전시키기 위한 지속적인 노력이 필요하다.
- IT/바이오
2023-09-07 08:48:00