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[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수
- 미국 에너지부 산하 태평양 북서부 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory) 연구원들은 폐전자제품에서 망간, 마그네슘, 디스프로슘, 네오디뮴 등 주요 희토류를 선택적으로 회수하는 방법을 개발했다고 마이닝닷컴이 전했다. 연구팀은 간단한 혼합염 수용액과 금속 특성에 대한 지식을 활용하여 연속 흐름 반응로(챔버)에서 이러한 미네랄을 분리할 수 있었다. 두 개의 보완 연구 기사에 자세히 설명되어 있고 시애틀에서 열린 2024 재료 연구 학회(MRS) 춘계 회의에서 발표된 이 방법은 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 흐르는 화학 반응 챔버에 배치되었을 때 서로 다른 금속의 거동을 기반으로 합니다. 연구팀은 금속이 시간이 지남에 따라 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 금속을 분리하고 정제했습니다. 이 방법은 2024년 시애틀에서 열린 재료 연구 학회(MRS) 봄 회의 발표와 함께 두 편의 연구 논문에 상세히 설명되어 있으며, 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 연속 흐름 반응로(챔버)에서 다른 금속들의 행동을 기반으로 한다. 연구팀은 금속들이 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 광물을 분리 및 정제했다. 이 그룹은 2024년 2월에 처음으로 두 가지 필수 희토류 원소인 네오디뮴과 디스프로슘을 혼합 액체에서 성공적으로 분리했다고 보고했다. 기존 분리 방법에 일반적으로 필요한 30시간에 비해 4시간 만에 반응 챔버에서 두 개의 분리되고 정제된 고체가 형성되었다. 두 가지 중요한 광물은 무엇보다도 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈에서 발견되는 영구 자석을 제조하는 데 사용된다. 지금까지 매우 유사한 특성을 가진 이러한 요소를 분리하는 것은 어려운 일이었다. 전자 폐기물에서 이를 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 주요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 이 두 가지 중요 광물은 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈 등에 사용되는 영구 자석 제조에 사용된다. 지금까지는 성질이 매우 유사한 이러한 원소들을 분리하는 것은 어려운 과제였다. 전자 폐기물에서 이들을 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 중요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 마그네슘 공급원인 광산 폐기물과 염수 전자 폐기물에서 광물을 회수하는 것이 이 분리 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 연구팀은 바닷물은 물론 광산 폐기물과 염호 염수로부터 마그네슘을 회수하는 방법을 연구하고 있다. 수석 연구원 친푸 왕(Qingpu Wang)은 보도자료에서 “다음으로 더 많은 양의 제품을 효율적으로 회수하기 위해 원자로 설계를 수정하고 있다”고 말했다. 왕과 그의 동료 엘리아스 나쿠지(Elias Nakouzi)는 보완 기술을 사용해 용해된 리튬 이온 배터리 폐기물을 모방한 용액에서 거의 순수한 망간(>96%)을 회수할 수 있음을 보여주었다. 배터리용 망간은 전 세계적으로 소수의 회사에서 생산되며 주로 음극 또는 배터리의 음극 또는 음극에 사용된다. 본 연구에서 연구팀은 젤 기반 시스템을 사용하여 샘플 내 금속의 다양한 이동 및 반응 속도를 기반으로 물질을 분리했다. 나쿠지는 "이 프로세스의 장점은 간단하다는 것이다"라고 말했다. 그는 "고비용 또는 특수 재료에 의존하는 대신 우리는 이온 거동의 기본 원리를 다시 생각했다. 그리고 거기에서 영감을 얻었다"라고 설명했다. 연구팀은 연구 범위를 확대하고 중요 미네랄과 희토류 원소의 안정적인 국내 공급망을 제공하기 위해 환경 친화적인 새로운 분리 기술을 개발하는 PNNL의 새로운 이니셔티브인 '비평형 수송 구동 분리(NETS, Non-Equilibrium Transport Driven Separations)'를 통해 프로세스를 확장시킬 예정이다. 나쿠지는 "이 접근 방식은 복합적인 공급 흐름과 다양한 화학 성질로부터의 화학 분리와 관련하여 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 이는 더욱 지속 가능한 재료 추출 및 처리를 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 말했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
- 군사 장비나 컴퓨터를 골라서 파괴하지만 사람은 죽이지 않고 인명 피해를 최소화하는 혁신적인 미사일 '챔프(CHAMP)'가 개발됐다. 챔프(CHAMP)는 대전자 고출력 마이크로웨이브 첨단 미사일 프로젝트(Counter-Electronics High Power Microwave Advanced Missile Project)의 약자로 미 공군 연구소에서 개발한 공동 개념 기술 실증 프로그램이다. 다시 말하면 CHAMP는 일종의 고출력 전자레인지인 '고출력 마이크로파 에너지 펄스' 이용해 컴퓨터를 파괴하기 위해 제작된 미사일이다. 미국 국방 전문 매체 포스 넷(Forces net)에 따르면 CHAMP 미사일의 목적은 사망자를 발생시키지 않고 적의 군사 능력을 사실상 쓸모없게 만드는 것이다. 즉, 이 프로젝트는 적의 전자 시스템을 무력화시키는 것이 목표다. CHAMP는 미 공군 연구소(Air Force Research Laboratory)에서 처음 개발한 후 보잉의 국방 및 보안 부문 첨단 프로토타입 제작 부문인 보잉의 팬텀 웍스(Phantom Works)가 제작한 것으로 알려졌다. 이 무기에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 공중 발사 순항 미사일에 장착되어 B-52 폭격기에 의해 전달되는 것으로 전해져 있다. CHAMP 미사일은 적 영공에 진입하면 낮게 유지되며 특정 목표를 겨냥하여 고출력 마이크로파 에너지 펄스를 방출해 중요한 전자 장비를 비활성화한다. 이러한 고출력 마이크로파 폭발로 손상을 입히지 않고 전자 장치를 튀겨버려 순식간에 컴퓨터를 마비시킬 수 있다. 미국이 이 무기를 어디에 배치하고 있는지, 누구와 기술을 공유했는지는 확실하지 않다. 간단히 설명하자면, CHAMP는 고출력 마이크로파 방출기를 장착한 미사일을 개발하는 프로젝트다. 이 미사일은 기존의 폭발물을 사용하지 않고도 적의 전자 시스템을 교란하거나 손상시키기 위해 발사할 수 있다. 또한 무인 시스템으로 설계되어 조종사가 탑승하지 않고도 발사 및 작동할 수 있다. 이란 당국자 두 명은 이 공격이 이스파한주 인근의 군사기지 내 S-300 대공 시스템을 타격했다고 밝혔다. 뉴욕타임스가 분석한 위성 이미지에 따르면, 이스라엘의 무기는 이스파한의 제8 셰카리 공군 기지에 위치한 S-300 대공 시스템의 레이더를 타격했다. 그에 앞서 이스라엘은 지난 13일 이란의 공격에 대응하여 그보다 적은 무기를 사용해 이란의 방어망을 우회하고 무력화시킬 수 있음을 보여줬다. NYT는 이스라엘의 이번 공격에 사용된 정확한 무기 유형이 어떤 것인지 불확실하다고 밝혔다. 다만 서방 당국자 세 명과 이란 당국자 두 명은 이스라엘이 여러 드론과 적어도 하나의 공대지 미사일을 사용했다고 전했다. 이에 반해, 이란 당국자들은 이번 공격이 소형 드론에 의한 것이었다고 주장했다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
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미세 플라스틱, 뇌에서도 발견
- 미세 플라스틱이 인간의 장기와 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 최근 실시된 두 개의 새로운 연구에서 미세 플라스틱이 인간의 장기와 심지어 생쥐의 뇌에까지 도달할 수 있다는 사실이 밝혀졌다고 폭스뉴스가 17일(현지시간) 보도했다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 4~8주 동안 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 쥐의 다양한 장기가 미세플라스틱에 오염된 것을 발견했다. 연구 결과 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등 멀리 떨어진 조직에서 폴리스티렌 마이크로스피어가 검출됐다. 논문에는 아울러 "또한 대장, 간, 뇌에서 발생한 대사적 차이에 대해 보고했는데, 이는 마이크로스피어 노출의 농도와 유형에 따라 다른 반응을 보였다"고 적었다. 미세 플라스틱 먹은 쥐, 담석 형성 가속화 지난 4월 5일 '위험 물질(Hazardous Materials)' 저널에 발표된 또 다른 연구에서는 인간과 쥐를 대상으로 실험했다. 연구팀은 50세 미만 환자의 담석(담낭에 있는 담즙이 굳어져 생긴 돌)에서 독성 물질이 훨씬 더 많이 검출된다는 사실을 발견했다. 미세 플라스틱을 먹인 후 실험에 참여한 쥐는 담석이 더 빠른 속도로 형성됐다. 논문은 "우리 연구는 인간 담석에 미세 플라스틱이 존재한다는 사실을 밝혀냈으며, 미세 플라스틱이 큰 콜레스테롤-미세 플라스틱 이종 응집체를 형성하고 장내 미생물을 변화시켜 담석증을 악화시킬 수 있다는 가능성을 보여주었다"라고 설명했다. 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 현재 조사 중이며, 특히 대부분의 미국인이 평생 동안 미세 플라스틱에 노출되어 왔기 때문에 광범위한 우려를 불러일으키고 있다는 것. 자넷 네셰이왓 박사는 폭스 뉴스 디지털과의 인터뷰에서 미세 플라스틱은 "어디에나 존재한다"고 말했다. 네셰이왓 박사는 "우리는 무의식적으로 전례 없는 수준으로 미세 플라스틱을 섭취하고 흡입하고 있다"며 "특히 높은 수준의 미세 플라스틱은 신체에 염증을 일으킨다"라고 설명했다. 그녀는 "미세 플라스틱과 같은 이물질은 체내에 축적되어 정상적인 세포 기능을 방해하고 장기 손상을 증가시킬 수 있는 자극과 염증을 유발할 수 있다"고 덧붙였다. 네셰이왓은 미세 플라스틱이 어느 장기에 도달하느냐에 따라 유해한 영향이 뚜렷하게 나타난다고 말했다. 그러면서 미세 플라스틱 섭취를 줄이려면 플라스틱 제품 대신 유리 제품을 사용하고 미세 플라스틱 오염이 적은 식품을 선택할 것을 권장했다. 그녀는 "미세 플라스틱은 스트레스와 염증을 유발하고 간 기능을 손상시켜 간에 영향을 미칠 수 있다"면서 "뇌에서는 신경 염증을 일으키고 뇌 신호를 방해한다"라고 말했다. "비만·운동 부족이 건강에 더 해로워" 반면, 의학 기고가인 마크 시겔 박사는 폭스 뉴스에 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 아직 알려지지 않았다고 말했다. 시겔 박사는 "이를 추적할 필요가 있지만, 세포 내 미세 플라스틱이 건강에 좋지 않은 결과를 초래한다는 직접적인 증거는 아직 없다"라면서 "더 많이 축적되면 잘못된 것으로 판명될 수 있으며, 화학물질 유출이나 오염된 물 또는 폐기물이 제대로 보관되지 않은 지역에서 발생하는 암 위험은 분명히 우려하고 있다"고 덧붙였다. 그는 "동시에 가장 큰 건강 위험은 좌식 생활, 비만, 치료되지 않은 고혈압, 수면 부족, 운동 부족에서 비롯된다"고 강조했다. 워싱턴 포스트는 다른 연구 결과를 인용해 미세 플라스틱이 암과 알츠하이머병 위험을 증가시키고 출산 문제를 유발할 수 있다고 보도했다. 또한 이러한 영향은 나이가 들면서 더욱 악화될 수도 있다는 전언이다. 또 다른 연구에 따르면 미세 플라스틱은 심장마비와 뇌졸중 발병에도 연관되어 있다고 한다. 미세 플라스틱과 더 작은 나노 플라스틱은 플라스틱으로 만든 물병이나 식품 용기 등이 시간이 지남에 따라 분해될 때 생성된다. 일반적인 미세 플라스틱 크기는 평균 177 x 117 ㎛(마이크로미터)이다. 1마이크로미터는 0.001밀리미터이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 '나노 플라스틱'으로 불린다. 매년 강과 바다로 800만톤의 플라스틱 폐기물이 유입되고 있다고 폭스 뉴스는 전했다. 미세 플라스틱의 양을 줄이는 가장 좋은 방법은 플라스틱 소비를 줄이는 것이다. 예를 들어 영국과 프랑스에서는 대부분의 패스트푸드와 테이크아웃 음식점에서 플라스틱 식기류의 사용을 금지했다. 인도는 2022년에 일회용 플라스틱 사용을 금지했다. 또한 일회용 수저나 플라스틱 빨대 등을 거절하면 쓰레기를 줄일 수 있다. 재활용품은 제대로 분류해서 버리고 업사이클링 제품을 사용하는 것도 플라스틱 오염을 줄일 수 있는 방법이다.
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- IT/바이오
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미세 플라스틱, 뇌에서도 발견
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미 플로리다 주 주택에 우주 쓰레기 추정 물질 추락
- 미국 플로리다 주에 거주하는 알레한드로 오테로(Alejandro Otero)의 집에 의문의 물체가 떨어졌다. 이 물체는 지난달 플로리다 주 네이플스에 있는 알레한드로 오테로의 집 지붕과 이층 바닥을 뚫고 떨어져 그의 아들을 놀라게 했다고 과학 뉴스 전문 매체 라이브사이언스가 전했다. 이 정체불명의 물체는 국제우주정거장(ISS: the International Space Station)에서 나온 잔해일 가능성이 높은 것으로 점쳐지고 있다. 미 우주사령부도 우주 정거장에서 잔해 조각이 대기권에 진입했음을 기록했는데, 당시 이 물체는 멕시코만을 지나 플로리다 남서쪽을 향하고 있었다. 떨어진 물체는 원통형 튜브 형태로, 길이가 수 인치에 달하고 무게는 거의 2파운드(0.9kg)에 달했다. 이 물체의 출처는 아직 밝혀지지 않았지만, 오테로는 이 물체가 ISS에서 폐기한 방전된 배터리 9개 중 하나일 가능성이 있다고 생각하고 있다. 우주사령부가 포착한 것과 같은 시각, 배터리를 실은 일본 우주국 JAXA 소속의 대형 화물 팔레트가 멕시코 만 상공에서 플로리다 대기권으로 다시 진입했던 것이다. 지난 2021년 우주정거장에서 버려진 잔해는 대기권에서 소각될 것으로 예상됐지만, 그 잔해 중 하나가 재진입하여 떨어졌을 수도 있다. 오테로는 집을 파괴한 잔해를 나사(NASA) 관계자에게 인도했다. 나사 대변인 조슈아 핀치(Joshua Finch)는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "나사는 주택 소유자 오테로와 협력해 물체를 수거했으며, 가능한 한 빨리 플로리다에 있는 나사의 케네디 우주 센터에서 물체를 분석하여 그 출처를 확인할 것"이라고 말했다. 엔지니어가 물체의 출처를 확인하면 오테로는 미 정부를 상대로 집 수리 비용을 청구할 계획이다. 하지만 해당 물체가 JAXA에서 나온 것으로 간주되는 경우 이 프로세스는 복잡할 수 있다. 이 우주 쓰레기는 지구로 돌아올 예정이었던 화물 팔레트에 부착된 ISS의 고갈된 배터리로 구성됐다. 그러나 일련의 사정으로 인해 이 화물 팔레트가 지구로 돌아갈 수 없게 되자 나사는 무유도 재진입을 위해 2021년에 우주정거장에서 배터리를 버렸다. 미시시피 대학 항공우주법 센터의 전무이사인 마이클 핸런에 따르면 물체가 나사 소유인 경우 오테로 또는 그가 가입한 보험 회사는 연방 불법 행위 청구법에 따라 연방 정부를 상대로 청구를 제기할 수 있다. 그러나 문제 발생 소지는 있다. 배터리는 나사 소유였지만 일본 우주국이 발사한 팔레트 구조에 부착됐다. 오테로의 집에 피해를 입힌 폐기물이 다른 나라에서 발사된 것이라면 미국은 면책되고, 발사한 나라가 피해에 대해 전적으로 책임을 져야 하는 상황이 된다는 것이다. 떨어지는 우주 쓰레기로 피해를 입은 곳은 플로리다만은 아니다. 지난 2020년에서 2022년 사이에 중국의 창정 5B 부스터중 4대가 지구에 떨어져 코트디부아르, 보르네오, 인도양으로 잔해가 쏟아졌다. 2021년과 2022년에는 스페이스X 로켓에서 떨어져 나온 잔해가 워싱턴 주의 한 농장을 덮쳤고 호주의 양 농장에도 떨어졌다. 전 세계 우주국에서는 3만 개가 넘는 쓰레기 조각들을 감시하고 있지만, 모니터링할 수 없을 정도의 수많은 작은 파편 조각이 훨씬 더 많아 골치를 앓고 있다. 과학자들은 그물에 쓰레기를 모으는 것과 같이 지구의 하늘을 정리하는 여러 가지 방법을 제안했다. 발톱 로봇으로 수집하거나, 또는 다른 우주선에서 0.8km 길이의 밧줄을 발사하여 수거하는 방법 등이 있다.
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미 플로리다 주 주택에 우주 쓰레기 추정 물질 추락
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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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"파리 올림픽, 역대 최고의 지속 가능한 행사 될 것"
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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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[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발
- 일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발
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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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- 포커스온
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[신소재 신기술(20)] 건물이 대기 중 이산화탄소 흡수한다
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농산물 가격 급등에 2월 생산자물가지수 3개월 연속 상승세
- 귤, 배추 등 농산물 가격이 급등하면서 2월 생산자물가지수가 3개월 연속 상승세를 이어갔다. 상승폭은 전달보다 꺾였지만 신선식품 등 농산물 물가가 여전히 높은 수준을 보여 물가 불안은 당분간 지속될 전망이다. 22일 한국은행이 발표한 2월 생산자물가지수는 122.21(2015년= 100기준)으로 전달(121.83) 대비 0.3% 상승했다. 전달 대비 기준으로는 지난해 11월(-0.4%) 물가가 내린 이후 12월(0.1%), 1월(0.5%)에 이어 석달 연속 오른 것이다. 1년 전보다는 1.5% 올랐다. 생산자물가지수는 국내에 공급되는 상품 및 서비스의 가격변동을 측정한 지수로 소비자물가지수의 선행지표로 여겨진다. 품목별로 보면, 농림수산품이 전달보다 0.8%(152.48) 올라 역대 최고치를 기록했다. 축산물(-2.4%)은 내렸지만, 농산물(2.6%)과 수산물(2.1%)이 오르면서 전체 지수를 끌어올렸다. 감귤(31.9%)과 배추(26.3%), 우럭(57.9%) 등의 가격이 전달 대비 급등했다. 사과와 감귤은 1년 새 두 배 이상 올랐다. 전년 동월 대비 사과는 121.9%, 감귤은 154.9% 상승했다. 휘발유(6.4%), 냉동오징어(6.1%), 경유(5%), 소시지(4.6%)등도 크게 올랐다. 반대로 돼지고기(-9.4%), 달걀(-5.4%), 국제항공여객(-4.3%) 등은 크게 하락했다. 과실류를 포함한 농산물은 1월(8.3%)에 비해선 상승폭이 둔화됐다. 유성욱 한국은행 물가통계팀장은 "농산물의 경우 1월 명절 수요 증가 영향이 있어 가격이 크게 올랐지만 전년 동월 대비해선 여전히 높은 상황"이라며 "사과는 지난해 추수한 물량이 크지 않아 저장물량이 적게 풀리며 가격이 오른 부분이 있다"고 말했다. 이어 "대체 과일 등 수요를 지켜봐야 할 것"이라고 밝혔다. 공산품은 전월대비 0.5% 오른 가운데 국제유가 상승으로 원유정제 처리 제품 중심으로 석탄·석유제품 물가가 오른 여파가 컸다. 화학제품도 원재료 가격 상승 및 공급물량 축소의 영향을 받아 0.9% 올랐다. 음식료품은 0.1% 상승에 그쳤다. 전력·가스·수도·폐기물은 액화천연가스(LNG)와 연동된 산업용도시가스(-9.2%) 등이 내리면서 하락했다. 석유제품과 농산물을 중심으로 물가 오름세가 이어졌지만 상승폭이 꺾이면서 한국은행의 기준금리 인하 시점도 지연되지 않을 것이라는 전망이 제기된다. 다만 고공행진하는 신선식품 물가 오름세는 당분간 계속될 전망이다. 한 전문가는 "사과 같은 경우 비축물량이 다 소진돼 햇사과가 나올 때까진 마땅한 대책이 없다"며 "빨리 수입을 하거나 다른 수입 과일로 수요을 대체시키면서 가을까지 버티는 수밖에 없다"고 내다봤다.
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- 경제
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농산물 가격 급등에 2월 생산자물가지수 3개월 연속 상승세
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[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기
- 건축 자재에 이산화탄소(CO₂)를 저장해 보다 친환경적인 건축 자재를 만드는 혁신적인 기술이 개발됐다. 건물과 건축에 사용되는 자재의 생산은 일반적으로 지구 온난화와 기후 변화에 영향을 미치는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 다량 배출한다. 기술 전문매체 테크익스플로어는 18일(현지시간) 과학자들이 새로 개발한 복합 데크는 제조 과정에서 배출되는 이산화탄소보다 더 많은 이산화탄소를 저장함으로써 탄소 네거티브 특성을 구현했다고 보도했다. 이는 기존 복합 데크의 한계를 극복하는 중요한 성과다. 연구팀은 미국 화학회(ACS) 춘계 회의에서 이번 연구 결과를 발표했다. 이 프로젝트의 수석 연구자 중 한 명인 유기 화학자 데이비드 헬데브란트에 따르면 페록 등 몇 가지 유형의 시멘트를 제외하고는 탄소 네거티브 복합재가 거의 없는 상태다. '페록'은 돌과 철을 결합한 것으로 콘크리트 보다 강도가 5배 높은 친환경 차세대 건축자재다. 시멘트 대용품으로 사용되는 친환경 건축 자재인 페록은 주로 폐철강 분진과 유리 분쇄물에서 나온 실리카 등 재활용 재료로 생산된다. 철강 분진은 이산화탄소와 반응해 탄산철을 생성하고, 이것이 응고되면 페록이 된다. 건축, 전체 탄소 배출량의 11% 차지 헬데브란트는 그의 팀이 개발한 복합 데크는 "사용 기간 동안 이산화탄소를 배출하지 않는 최초의 복합 재료 중 하나"라고 말했다. 데이비드 힐데브란트는 미국 태평양 북서부 국립연구소(PNNL)에서 일하며 CO₂ 포집을 위한 특수 액체를 개발하고 있다. 세계그린빌딩위원회에 따르면 건물 건설에 사용되는 자재와 공정은 전체 에너지 관련 탄소 배출량의 11%를 차지한다. 그로 인해 업계에서는 재활용 또는 식물 유래 제품을 사용하는 등 탄소 배출량을 상쇄할 수 있는 건축 자재를 개발하는 데 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 대부분의 경우 이러한 지속 가능한 건축 자재는 기존 자재보다 비싸거나 강도나 내구성과 같은 특성을 따라갈 수 없는 경우가 많다. 건축 자재의 한 유형인 데크는 수십억 달러 규모의 산업이다. 목재 플라스틱 합성물로 만든 데크 보드는 자외선에 의한 손상이 적고 오래 사용할 수 있기 때문에 목재 보드의 대안으로 인기가 높다. 합성 데크는 일반적으로 목재 칩 또는 톱밥과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 혼합하여 제작한다. 이러한 복합재를 보다 지속가능하게 만들기 위한 대안은 폐기물 또는 태워버릴 수 있는 필러를 사용하는 것이다. 헬데브란트의 동료인 키르티 카파간툴라가는 저품질의 갈탄과 제지 과정에서 남은 목재 유래 제품인 리그닌을 데크 합성물의 충전재로 사용했다. 연구팀은 석탄과 리그닌 입자를 플라스틱과 혼합하여 플라스틱에 부착되게 하기 위해 입자의 표면에 에스테르 기능기를 첨가했다. 헬데브란트는 "에스테르는 본질적으로 카복실산이며, 이는 CO₂가 포집된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 이 과정을 검증하기 위해 CO₂와 석탄, 리그닌과 같은 목재 제품에 풍부한 페놀 사이에 새로운 화학 결합을 형성하는 고전적인 화학 반응으로 전환했다. 이 반응을 거친 후 리그닌과 석탄 입자는 무게 기준으로 2~5%의 CO₂를 함유했다. 이어서 연구팀은 이 입자들을 다양한 비율로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 혼합해 갈색을 띠는 검은색 복합재를 제작하고 그 성질을 평가했다. 필러를 80%까지 포함한 복합재는 CO₂ 함량을 최대화하면서도 국제적인 건축 자재 규정에 부합하는 강도와 내구성을 보였다. 이 소재는 PNNL의 전단 보조 가공 및 압출(ShAPETM) 기계를 사용해 마찰 압출 공정으로 제조됐다. 연구원들은 이 기술을 이용해 데크나 야외 가구에 적합한, 표준 목재 복합재와 유사한 외형과 질감을 지닌 10피트(약 3m) 길이의 복합재 패널을 제작했다. 이 새로운 합성 데크 재료는 우수한 물리적 성질뿐만 아니라, 상당한 경제적 및 환경적 이점을 제공한다. 이 데크는 표준 합성 데크 재료보다 18% 더 저렴하다. 헬데브란트는 이 데크가 제조 과정과 사용 기간 동안 발생하는 이산화탄소 양보다 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 능력을 갖추고 있다고 말했다. 미국, 1년간 목재 데크 판매량은? 미국에서 매년 판매되는 데크의 양은 35억 5000만피트(약 108만 2040km)에 달한다. 헬데브란트는 연구팀이 개발한 CO₂ 네거티브 복합 데크가 이를 대체하게 되면, 연간 약 25만 톤의 CO₂를 격리할 수 있으며, 이는 5만4000대의 자동차가 1년 동안 배출하는 CO₂량과 맞먹는다고 설명했다. 연구팀은 향후 더 다양한 복합재 조합을 개발하고 그 특성을 실험할 계획이다. 또한 울타리나 사이딩(건물 외벽 마감재)과 같은 여러 건축 자재에 대한 탄소 네거티브 복합재를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 동시에, 연구팀은 이 새로운 탄소 네거티브 데크의 상용화를 위해 노력 중이다. 이 혁신적인 데크는 이르면 내년 여름부터 건축 자재 전문 매장에서 판매될 수 있을 것으로 예상된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(17)] 탄소 배출량 25만 톤 감소! 탄소 네거티브 복합 데크로 건설 산업의 탄소 발자국 줄이기
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
- 생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
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국제우주정거장 폐기 배터리, 지구 대기권 재돌입…위험성 논란
- 약 3톤에 달하는 폐배터리가 지구 대기권에 재진입하며 역대 가장 무거운 국제우주정거장(ISS) 쓰레기 귀환을 기록했다. 과학 기술 전문매체 기즈모도는 12일 국제 우주 정거장에서 사용했던 폐기 배터리 묶음(팔레트)이 지난 3월 8일 멕시코 만 상공에서 지구 대기권에 재돌입했다고 12일 보도했다. 이 폐기물 배터리 묶음은 무게가 약 2.9톤에 이르며, 9개의 배터리로 구성되어 있다. 2021년 3월 로봇 팔 캐나다암2(Canadarm2)에 의해 우주로 던져진 이후 무연소 재돌입 상태로 지구 궤도를 맴돌고 있다. ISS 쓰레기를 추적해온 아마추어 천체 물리학자 조나단 맥도웰에 따르면, 이 폐기물은 지난 3월 8일 오후 3시 29분경 칸쿤과 쿠바 상공 어딘가에서 마침내 지구 대기권에 재돌입했다. 재돌입 시 전체 폐기물이 소멸되었는지 또는 일부 파편이 남아 있는지는 아직 명확하지 않다. 유럽우주국(ESA)은 재돌입 과정을 모니터링했으며 일부 파편이 지상에 떨어질 가능성이 있지만 사람을 맞을 확률은 매우 낮다고 추정했다. 현재까지 이 물체의 지구 귀환으로 인한 인명 피해나 재산 피해 보고는 없었다. ESA에 따르면 재진입은 남위 -51.6도에서 북위 51.6도 사이에서 발생한다. 주로 대기 항력 수준의 변동으로 인한 큼 불확실성으로 인해 더 정확ㅇ한 예측은 불가능하다는 설명이다. 이 팔레트는 국제우주정거장에서 폐기된 가장 큰 물체다. 2020년 5월 일본 우주화물선에 의해 우주정거장으로 룬반됐으며 우주 비행사들이 기존 니켈-수소 배터리를 새로운 리튬-이온 배터리로 교체하도록 돕기 위한 것이었다. 이 배터리는 우주 정거장의 태양 전지 패널에서 수집된 에너지를 저장했다. 원래 계획은 폐기된 배터리를 일본 HTV 화물선 내부에 넣어 안전하게 처리하는 것이었다. 하지만 국제우주정거장에서 이러한 장비 폐기 처리가 지연됨에 따라 NASA는 우주 정거장의 로봇 팔을 사용하여 단순히 화물 팔레트 안에 배터리를 던져 지구 대기권에 무연소 재돌입하도록 했다. 폐기물 팔레트와 같은 거대한 물체의 무연소 재돌입은 비교적 드문 일이며 지구 대기권을 통해 소멸하는 대부분의 물체는 보통 흔적도 남지 않고 땅에 닿기 전에 불타서 소실된다. 대부분의 우주선, 발사체, 운영 하드웨어는 재진입과 관련된 위험을 제한하도록 설계됐다. 유럽 우주국에 따르면 우주 기관들은 단일 무연소 재돌입 사고에 대한 사상자 발생 위험 기준치를 1만분의 1로 설정하고 있다. 우주 산업이 계속 성장함에 따라 규칙을 준수하는 사람들을 모니터링 하는 것이 더 어려워질 수 있으며, 이는 결국 새로운 규제로 이어질 수 있다.
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국제우주정거장 폐기 배터리, 지구 대기권 재돌입…위험성 논란
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[퓨처 Eyes(26)] 소형 원자로 건설 혁명, 획기적인 전자빔 용접으로 1년 공정 하루로 단축
- 소형 모듈 원자로(SMR) 건설에서 1년 걸리는 공정을 하루 만에 끝낼 수 있는 획기적인 전자빔 용접 기술이 개발됐다. 영국 대형 제조회사 셰필드 포지마스터스(Sheffield Forgemasters)는 풀사이즈 소형 모듈형 원자로(SMR) 용기를 일반적인 공정 기간인 12개월이 아닌 단 24시간 만에 용접에 성공하면서 소형 원자로 건설 시장이 급변하고 있다. 이 획기적인 기술은 소형 원자로 보급에 엄청난 파급력을 가져올 것으로 예상된다. 소형 원자로(Small Modular Reactor, SMR·소형 모듈 원전)는 그 이름처럼 작은 크기의 원자로를 의미하며, 경제성, 유연성, 안전성, 확장성 등의 장점을 지닌다. 특히, 최근 급격한 기후 변화의 위협으로 탄소 배출을 최소화하는 에너지원에 대한 수요가 급증하면서 미래의 주요 전력 공급 수단으로 주목받고 있다. 소형 원자로는 기존 대규모 토목 프로젝트 형태의 원자력 발전소 건설 방식을 공장 생산 방식으로 전환해 원자력 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 모듈형 원자로는 표준화된 설계로 대량 생산이 가능하며, 지역 수요에 맞게 필요한 수만큼 설치할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 기존 원자로와 달리 엄청나게 비싼 건물이 필요하지 않아 경제성이 높다. 소형 원자로는 원자력 연료 재사용 기술을 통해 연료 수명을 연장하고 방사성 폐기물 발생량을 감소시킨다. 이는 지속 가능한 에너지 공급을 위한 중요한 기술로 평가된다. 또한, 초기 투자 비용이 상대적으로 적기 때문에 소규모 전력 시장과 개발도상국에서도 원자력 발전 도입이 용이해진다. 소형 원자로는 크기와 디자인의 유연성을 바탕으로 외딴 지역, 도시 인근, 심지어 산업 시설 내부에도 설치가 가능하다. 대부분의 부품은 공장에서 사전 제작되어 현장 설치 과정을 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 필요에 따라 여러 개의 소형 원자로를 한 지역에 설치해 발전 용량을 조절할 수 있어, 전력 수요 변동에 유연하게 대응하고 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다. 소형 원자로는 앞서 언급된 장점들로 인해 투자자들에게 상업적으로 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 전통적인 대형 원자로에 비해 빠른 수익 회수가 가능하다는 점에서 투자 가치가 높게 평가된다. 혁신적인 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술 모든 규모의 원자로 건설에서 발생하는 주요 과제는 원자로 노심을 담는 용기를 용접하여 외부 환경과 격리하는 것이다. 기존 용접 기술은 이 작업에 1년 이상 소요되었지만, 셰필드 포지마스터스는 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술을 통해 하루 만에 완료하는 획기적인 결과를 달성했다. 국소 전자빔 용접은 국소 진공 상태에서 고출력 전자총을 사용해 고에너지 밀도 융합 공정을 통해 두 개의 금속 조각을 용접하는 혁신적인 기술이다. 기존 용접 방식에 비해 작업 효율을 95% 향상시키고, 깊은 침투와 높은 깊이 대 너비 비율을 구현할 수 있다. 셰필드 포지마스터스는 지난 2월 20일 국소 전자빔 용접 기술을 이용해 직경 3미터, 두께 200밀리미터(8인치)의 벽을 결함 없이 저렴하게 용접하는데 성공했다고 밝혔다. 또한, 혁신적인 슬로핑 인 및 아웃 기술을 통해 용접 시작과 마무리 과정을 개선했다. '슬로핑 인(Sloping In)'은 원자로 용기 내부의 핵연료봉을 용기 벽면에서 중심부로 향해 경사지게 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격을 넓히고 중심부 밀도를 높여 핵연료 활용도를 극대화하고, 냉각재 흐름 개선으로 냉각 효율을 높여 과열 위험을 낮춘다. 핵출력 증가 또한 가능하다. '슬로핑 아웃(Sloping Out)'은 '슬로핑 인'과 반대로 핵연료봉을 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격 확대로 냉각 효율을 높이고 핵연료봉 밀도 감소로 핵출력을 조절하여 안전성을 강화한다. 또한, 용기 내부 공간 확보에도 유리하다. 셰필드 포지마스터스의 수석 개발 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 마이클 블랙모어는 "이 기술이 원자력 산업에 미치는 영향은 기념비적이며, 잠재적으로 고비용의 용접 공정을 없앨 수 있다"고 강조했다. 블랙모어는 "LEBW 기술은 용접 접합부가 모재(parent material, 원물질)를 완벽하게 복제하기 때문에 용접 검사의 필요성을 줄일 수 있다는 점에서 획기적이다. 또한 영국과 전 세계 SMR 원자로의 상용화 속도를 크게 높일 수 있다"고 설명했다. 세계 최초로 성공적인 전자빔 용접 시연을 완료한 셰필드 포지마스터스는 수십 년 동안 정체되었던 영국 원자력 산업에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대된다. 이 기술은 앞으로 핵잠수함용 원자로, 시범 발전소, 핵연료 처리 분야뿐만 아니라 SMR 원자로 건설에도 적용될 수 있다. 영국 정부는 이제 롤스로이스가 건설할 모듈형 원자로 15기를 포함한 새로운 원전 건설 계획을 통해 원자력 르네상스를 이끌 계획이다. 셰필드 포지마스터스의 혁신적인 전자빔 용접 기술은 이러한 계획의 성공적인 실행에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 한국 소형원자로 건설 현황 원전 강국인 한국도 세계적인 추세인 소형 모듈 원전 건설을 주도하고 있다. 우리나라 원전 산업의 중심지인 경상남도는 지난 2월 28일 정부의 원전 산업 집중 육성 방침에 발맞춰 핵심 전략을 담은 '경상남도 원전 산업 육성 방안'을 발표했다. 이에 앞서 2월 22일 윤석열 대통령은 경남도청에서 열린 '다시 뛰는 원전산업, 활력 넘치는 창원·경남'이라는 주제의 14번째 민생토론회에 참석했다. 이 자리에서 정부는 원전 생태계 완전 복원, 소형 모듈 원자로(SMR) 독자기술 개발, 경남도·창원시를 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 구체적인 계획을 공개했다. 경상남도는 정부의 정책 방향에 적극적으로 호응하며, 정부 지원과 별도로 지역 원전 기업에 대한 경영 및 시설 자금 중심의 금융 지원을 강화하겠다는 방침을 밝혔다. 이는 지역 원전 산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 성장을 위한 중요한 발걸음이 될 것이다. 경상남도는 SMR 제조 기술, 신형로 설계, 친환경 원전 해체 기술 등 6개 원전 기술을 조세 특례 제한법에 명시된 '국가 전략 기술'로 지정해 달라고 정부에 건의할 예정이다. 또한 경상남도는 SMR 혁신 제작 기술 정부 공모 사업에 지역 업체 참여를 추진하는 등 SMR 독자 기술 확보를 위해 적극적인 노력을 기울일 계획이다. 이를 통해 지역 기업의 경쟁력 강화와 SMR 산업 발전을 동시에 도모할 수 있을 것으로 보인다. 아울러 경상남도는 창원 방위·원자력 융합 국가 산업 단지 조속 추진, 원자력 산업 종합 지원 센터 신설, 원자력 연구원 분원 및 글로벌 SMR R&D 센터 유치 등을 통해 글로벌 SMR 클러스터로 발돋움할 수 있는 구체적인 청사진을 제시했다. 경상남도는 창원시를 중심으로 세계 유일하게 원자력 발전소 주기기 일괄 생산이 가능한 창원 국가 산업 단지 내 두산 에너빌리티를 비롯해 300여 개 협력 업체가 자리잡고 있다. 원자력 발전소 주기기는 원자로, 증기발생기, 터빈, 발전기, 냉각 시스템 등 원자력 발전의 핵심 과정에서 주요한 역할을 하는 장치들을 말한다. 걍상남도는 이러한 유리한 조건을 바탕으로 차세대 원전의 글로벌 제조 거점으로 도약할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다. 류명현 경남도 산업국장은 "대통령이 참석한 경남 민생 토론회의 핵심은 경남도·창원을 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 것이었다"며 "정부 정책에 맞춰 경남이 차세대 원전 글로벌 제조 거점이 되도록 노력하겠다"라고 밝혔다.
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[퓨처 Eyes(26)] 소형 원자로 건설 혁명, 획기적인 전자빔 용접으로 1년 공정 하루로 단축
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[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발
- 중국 과학자들이 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구는 폐기물 활용과 리튬 이온 배터리 성능 개선이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했다. 과학기술 전문 매체 더 쿨다운은 지난 5일(현지시간) 중국 과학기술대학교 연구팀이 땅콩 껍질에서 추출한 산화철을 이용하여 리튬 이온 배터리 음극을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 전했다. 연구 결과 땅콩 껍질 기반 음극은 높은 전기 용량과 우수한 사이클 안정성을 보였다. 게다가 떵콩 껍질 기반은 기존 흑연 기반 음극보다 저렴하고 친환경적이다. 이 연구 결과는 지난해 11월 14일 에너지 저장 기술과 시스템에 관한 연구를 다루는 국제 학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 게재됐다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극(각각 양전극과 음전극) 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 작동한다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 흑연, 규소, 또는 이 둘의 복합체와 같은 탄소 기반 물질로 제조된다. 그러나 리튬 이온 배터리 연구에 종사하는 과학자들은 이러한 기존 소재보다 더 우수한 물질을 개발할 수 있다고 기대해 왔다. 땅콩 껍질 기반 음극, 높은 전기 용량 지녀 또 다른 학술지 '응용 표면 과학 언드밴스(Applied Surface Science Advances)' 저널에 게재된 「리튬 이온 전지용 음극 재료: 리뷰」라는 제목의 연구 논문에서 연구팀은 "흑연 음극은 용량이 적고 안전상의 문제가 있다는 것이 잘 알려져 있다"고 지적했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 "다음 세대 리튬 이온 전지용 새로운 음극 재료로서 많은 고성능 음극 재료들이 연구되고 있다"고 덧붙였다. 이같은 상황에서 최근 개발된 음극 재료 중 하나가 바로 땅콩 껍질을 활용한 것이다. 연구팀은 땅콩 껍질이 저렴하다는 점에서 재료로 매력적이라고 설명했다. 연구 논문에서 저자들은 "싸고 반복 성능을 개선하는 데 적합한 열분해 공정을 위한 탄소 원천으로 저렴한 원료를 찾기 위해 노력했다"고 밝혔다. 폐기되는 유기물질인 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 제조하는 것은 두 가지 문제를 동시에 해결하는 훌륭한 방법이다. 이는 배터리의 효율, 안전성 및 비용을 개선하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 식품 폐기물 문제 해결에도 기여한다. 땅콩 껍질을 이용해 배터리를 만들면 쓰레기 매립지에 폐기되어 지구 온난화 가스를 배출하는 대신 유용한 자원으로 활용될 수 있다. 연구팀은 또한 대나무, 흰목이버섯의 일종인 트레멜라(tremella), 뽕잎, 목재, 녹차 등에서 추출한 탄소 함유 물질 등을 사용해 동일한 실험을 진행했다. 감귤 껍질로 리튬 배터리 재활용 비슷한 맥락에서 또 다른 연구팀은 최근 감귤류 껍질을 이용해 리튬 배터리를 재활용하는 방법을 개발했다. 싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University·NTU) 과학자들은 감귤 껍질을 활용해 리튬 배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 새로운 방법은 과일 껍질을 이용해 사용한 배터리에서 귀금속을 추출한 다음 새 배터리에 재사용할 수 있었다. 이는 리튬 배터리를 재활용하는 가장 환경 친화적인 방법일 수도 있다. 이 연구팀의 일원인 마다비 스리니바산(Madhavi Srinivasan) 교수는 "현재 산업적으로 전자 폐기물을 재활용하는 과정은 에너지 집약적이며, 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출하므로 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 재활용 방법이 시급히 필요하다. 우리 팀은 생분해성 물질로 재활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다"며 "이러한 발견은 우리의 기존 작업을 기반으로 한다"고 설명했다. NTU 팀은 극한의 온도를 요구하지 않고 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산만을 사용하여 산업 재활용 공정과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
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[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발
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[신소재 신기술(8)]치즈 부산물로 폐전자제품에서 금 캐내기…획기적인 친환경 기술 개발
- 스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 연구팀은 치즈 제조공정 부산물로 폐전자제품에서 금을 추출하는 획기적인 친환경 기술을 개발했다. 지난 4일(현지시간) 과학 기술 전문매체 퓨처리즘에 따르면 스위스 연구팀은 식품 산업 부산물을 기반으로 하는 지속 가능한 방법으로 전자 쓰레기에서 귀금속을 추출하는 새로운 방법을 고안했다. 이 방법은 경제적으로도 매우 효과적이다. 연구팀은 단 1달러의 투자로 50달러 가치의 금을 생산할 수 있다고 추산했다. 특히 주목할 만한 점은 이 과정이 매우 친환경적이라는 것이다. 연구팀은 치즈 제조 과정에서 생성되는 단백질이 풍부한 부산물로 만들어진 단백질 섬유 스폰지가 폐전자제품에서 금을 추출하는 데 유용하게 사용될 수 있다는 사실을 발견했다. 공동 저자이자 ETH 취리히의 라파엘레 메진가(Raffaele Mezzenga) 교수는 성명에서 "제가 가장 좋아하는 사실은 식품 산업 부산물을 사용해서 전자 쓰레기에서 금을 얻었다는 것"이라면서 "이보다 더 지속 가능한 것은 없다"고 말했다. 연구팀은 저널 '어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표된 새로운 논문에서 20개의 오래된 컴퓨터 마더보드(motherboard, CPU와 주기억장치 및 주변 장치 접속을 위한 소켓을 탑재한 기판으로 메인보드라고도 함)에서 450mg(밀리그램)의 22캐럿(91.67%의 순금) 금 덩어리를 회수할 수 있었다고 밝혔다. 이를 위해 연구팀은 산성 조건과 고온에서 유청 단백질을 변성시켜 단백질 나노섬유 슬러리(slurry)를 만들었다. 그런 다음 이 젤을 건조시켜 스폰지를 제작했다. 20개의 마더보드의 금속 부품을 용해하고 용액에서 이온화한 후 스폰지를 용액에 넣어 금 이온을 끌어당겼다. 연구팀은 스펀지를 가열하여 수집된 이온을 조각낸 다음 작은 금덩어리로 녹여냈다. 이 450밀리그램 덩어리는 91% 금과 9% 구리로 구성됐다. 이 금은 현재 온스당 가격으로는 약 33달러에 해당한다. 연구팀에 따르면, 이 기술의 에너지 비용이 회수 가능한 금의 가치에 비해 매우 낮은, 50분의 1에 불과하다고 한다. 공정을 대규모로 확장할 경우 상당한 경제적 이익을 가져올 수 있다. 현재 연구진은 변형 가능한 스펀지를 제작하기 위해 다른 단백질이 풍부한 부산물도 탐색중이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전자 폐기물은 전 세계에서 가장 빠르게 증가하는 고형 폐기물 중 하나로, 매년 수백만 대의 전자 기기가 폐기되고 있다. 이러한 폐기물은 적절히 처리되지 않을 경우 환경은 물론 인간 건강에도 해로울 수 있다. ETH 취리히 대학 연구팀의 활용 사례처럼 전자 폐기물 재활용을 촉진하는 것은 환경 보호와 자원 회수 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
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[신소재 신기술(8)]치즈 부산물로 폐전자제품에서 금 캐내기…획기적인 친환경 기술 개발
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
- 현재 출시되고 있는 전기자동차(EV)는 환경적, 사회적 비용이 많이 드는 희소하고 값비싼 금속인 코발트를 사용하는 리튬 이온 배터리로 구동된다. 그런데 최근 니켈 이온으로 구현되는 코발트 없는 전극이 개발됐다. 20일(현지시간) 전자기술 매체 테크익스플로어(techxplore)는 일본과 프랑스 대학 연구팀이 전기 자동차용 코발트 프리 배터리의 새로운 지평을 열 실용적인 니켈 기반 전극 재료를 개발했다고 보도했다. 요코하마 국립대학교 나오아키 야부우치(Naoaki Yabuuchi) 박사는 "리튬 이온 배터리용 코발트가 없는 고에너지 전극 재료에 대한 절실한 필요성이 있다"고 말했다. 리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 양극으로 충전된 전극에서 음극으로 충전된 전극으로 흐를 때 재충전된다. 대부분의 휴대용 전자제품용 리튬 이온 배터리의 양극에는 높은 안정성과 에너지 밀도를 제공하는 화합물인 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이 포함돼 있다. 그러나 코발트 공급망은 한정적이고 문제가 많아 전기차를 포함한 대형 배터리 생산에 병목현상을 일으키고 있다. 더욱이 코발트 추출 과정은 유독성 폐기물을 발생시켜 토양, 공기, 물을 오염시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 LiCoO2와 구조가 유사한 리튬 니켈 산화물(LiNiO2)은 종종 코발트가 없는 전극 재료의 대안으로 사용된다. 하지만 이 화합물은 주요 불안정성 문제로 어려움을 겪고 있다. 특히, 높은 전압 영역에서 니켈 이온 이동과 관련된 점진적인 용량 손실이 발생한다. 니켈 이온은 부분적으로 다른 금속 이온으로 대체되어 전극의 가역성을 향상시켰다. 코발트 이온 외에도 망가니즈, 알루미늄, 마그네슘 등이 재도입되어, 이러한 조합은 '니켈 풍부 층상 재료'를 형성하여 양극 재료로 사용된다. 야부우치 교수는 "지금까지 니켈 기반 전극 재료에는 10~20%의 코발트 이온이 필요했다"며 "하지만 이는 여전히 너무 많은 양이고, 금속 치환을 통해 공정을 개선할 수 있는 방법에 대한 통일된 이해는 아직 이뤄지지 않았다"고 지적했다. 야부우치 교수와 연구팀은 이러한 지식 공백을 해결하기 위해 문제가 되는 상전이 현상을 더 깊이 연구했다. 외부 전장의 영향으로 리튬 이온이 양극으로부터 빠져나갈 때, 니켈 이온들은 리튬 층 내의 특정 위치로 이동하는데, 이 과정은 원래 가역적이지만, 지속적인 충방전을 통해 가역성이 점차 저하되면서 결국 용량이 완전히 소실된다. 이는 코발트 이온 이동에서는 나타나지 않는 현상이다. 이전 연구에 따르면 LiNiO2에 텅스텐을 첨가하는 것은 고전압 영역에서 유해한 상전이를 억제하는 효과적인 방법이라고 보고됐다. 야부우치 연구팀은 값비싼 텅스텐 이온 대신 더 가볍고 풍부한 원소인 인(phosphorous) 이온을 대체할 수 있다는 가설을 테스트했다. 연구팀은 나노크기의 인산리튬(Li3PO4)과 결합된 LiNiO2를 상세히 분석한 결과, 특정 조건에서는 리튬 층 내부의 과도한 니켈 이온이 반발성 전기 상호작용을 일으켜 니켈 이온 이동이 효과적으로 억제됨을 확인했다. 이 연구 결과를 바탕으로 리튬 층 내부에 추가적인 니켈 이온이 포함된 Li0.975Ni1.025O2(리튬 결핍 LiNiO2)이 인 첨가 없이 간단한 방법으로 합성됐다. 연구 결과 Li0.975Ni1.025O2 는 니켈 이온 이동을 효과적으로 억제하고 코발트 이온을 사용하지 않아도 안정적인 가역성을 제공할 수 있음을 보여줬다. 야부우치 교수는 "이 연구 결과는 매우 간단하고 경제적인 방법으로 고성능의 실용적인 코발트 없는 니켈 기반 전극 재료를 개발하는 새로운 방향을 제시하고 있다"며 "이 재료는 고성능 니켈 기반 전극 재료의 궁극적인 목표를 달성했다"고 주장했다. 연구팀은 앞으로 코발트를 전혀 사용하지 않는 리튬 이온 배터리 재료의 실현 가능성을 연구할 계획이다.
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
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[퓨처 Eyes(24)] 숨겨진 위험, 태반에서 미세 플라스틱 발견…우리 몸은 얼마나 오염되었을까?
- 인체 태반 조직에서 미세 플라스틱이 발견됨에 따라 현재와 미래 세대의 건강에 대한 깊은 염려가 일고 있다. 크기가 5mm 미만인 미세 플라스틱은 주변 환경뿐만 아니라, 현재까지 검사된 인체의 거의 모든 부위에서 발견되어 충격을 주고 있다. 20일(현지시간) 어스닷컴(EARTH.com)에 따르면, 뉴멕시코 대학교 보건과학 대학의 리전트 교수인 매튜 캄펜(Matthew Campen) 박사 연구팀은 62명의 개인의 태반 샘플을 면밀하게 분석한 결과, 모든 샘플에서 미세 플라스틱이 검출되었다고 발표했다. 태반 샘플 조사 결과, 놀랍게도 모든 시료에서 미세 플라스틱이 발견됐다. 검출량은 g당 6.5~790마이크로그램에 달하며, 상당한 차이를 보였다. 캠펜 박사는 "초반에는 수치가 미미해 보일 수 있지만, 환경 내 미세 플라스틱 양의 지속적인 증가는 인체 건강에 상당한 영향을 미칠 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 최첨단 분석 방법을 활용하여 인체 조직 내 미세 플라스틱을 정확하게 정량화했다. 검출된 플라스틱 중 가장 높은 비율을 차지한 것은 폴리에틸렌(54%)이었으며, 폴리염화비닐(PVC)과 나일론 등이 각각 10% 가량 차지했다. 연구팀은 1950년대 이후 급증한 플라스틱 사용으로 인해 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기가 발생했으며, 이것이 미세 플라스틱으로 분해되어 생태계를 오염시키고 있다고 지적했다. 특히, 태반은 단 8개월만에 형성 및 발달하는 기관임에도 불구하고 미세 플라스틱이 검출된 것은 플라스틱 오염 문제의 심각성을 여실히 보여주는 증거이다. 연구팀은 향후 미세 플라스틱의 인체 건강 영향에 대한 연구를 지속할 계획이지만, 즉각적인 조치가 시급하다고 강조했다. 플라스틱 생산량은 10~15년마다 두 배로 증가할 전망이어서 상황은 더욱 악화될 것으로 예상된다. 인체 태반에서 미세 플라스틱이 검출된 것은 플라스틱 오염의 심각성을 여실히 보여주는 사건이며, 인체 건강에 미칠 수 있는 영향에 대한 경고로 작용한다. 이 중요한 연구 결과는 미세 플라스틱이 우리 몸에 미치는 영향을 부각시키고, 플라스틱 쓰레기를 줄이고 지속 가능한 대안을 모색하기 위한 집단적 노력의 필요성을 강조했다. 전체 연구는 톡시로지컬 사이언스(Toxicological Sciences) 저널에 게재됐다. 건강과 경제에 미치는 플라스틱의 숨겨진 비용 플라스틱에 포함된 유해 화학 물질이 경제 및 건강에 심각한 영향을 미치면서 미국에서는 연간 약 2500억 달러의 비용이 지출되고 있다고 EHN이 보도했다. 연구의 주도는 소아과 의사이자 뉴욕대학교 전염병 및 환경 건강 과학부 교수인 레오나르도 트라산데(Leonardo Trasande) 박사가 맡았다. 간단히 말해서, 이 연구는 PFAS, 프탈레이트, BPA와 같은 화학 물질의 위험성을 강조하며, 이러한 화학 물질이 호르몬 파괴 및 질병 위험 증가를 포함한 다양한 건강 문제와 연결되어 있음을 지적한다. 연구자들은 이러한 건강 위험을 완화하기 위해 플라스틱 사용을 줄이고 재활용 방법을 개선해야 할 긴급한 필요성을 강조한다. 경제적 피해에는 직접적인 의료 비용과 건강 문제로 인한 생산성 감소뿐만 아니라 환경 오염 정화 비용, 의료 시스템 부담 증가 등 광범위한 사회적 영향이 파급된다. 레오나르도 트라산데, 소아과 의사이자 NYU 환경 위험 조사 센터 소장은 "우리 모두는 우리 몸 속에 태평양 쓰레기 지대를 조금씩 가지고 있습니다. 그것은 우리에게 해를 끼치고 호르몬을 교란시키며 질병과 장애를 유발합니다"고 말했다. 나노플라스틱, 바다에서 처음 발견 TCD는 과학자들이 미세 플라스틱보다 더 작은 플라스틱 입자인 나노플라스틱을 바다에서 처음으로 직접 관찰했다고 발표했다. 새로운 연구에서는 새로운 첨단 탐지 기술을 사용하여 바닷물에서 나노플라스틱(길이가 1마이크로미터 미만인 플라스틱 입자)의 존재를 증명했다. 퓨처리티는 연구팀이 중국, 한국, 미국, 멕시코만 연안의 바닷물에서 이 작은 나노 입자의 선명한 이미지를 확보했다고 자세히 설명했다. 퓨처리티에 따르면 연구팀은 나일론, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만든 나노플라스틱을 발견했다. 이러한 폴리머는 식품 포장, 물병, 의류, 어망에 사용되는 소재다. 이 연구는 나노플라스틱이 이미 우리 식생활에 깊숙이 스며들었다는 사실을 보여주는 중요한 증거다. 최근 연구에 따르면 생수에는 리터당 수십만 개의 나노플라스틱이 포함되어 있는 것으로 나타났다. 또 다른 과학자 팀은 해산물, 돼지고기, 닭고기, 소고기, 두부를 포함한 단백질의 90%에서 나노플라스틱과 더 큰 미세 플라스틱 입자를 발견했다. 나노플라스틱의 위협: 인체와 생태계에 미치는 심각한 영향 블룸버그는 나노 입자가 인체 세포를 뚫고 혈류에 들어갈 수 있을 만큼 작기 때문에 내부 장기에 영향을 미칠 가능성이 있다고 보도했다. 또한 이 작은 입자는 태반을 통과하여 태아의 몸속으로 들어갈 수 있다. 하지만 나노플라스틱의 위험에 처한 대상은 인간뿐만이 아니다. 국제자연보호연맹에 따르면 매년 최소 1400만 톤의 플라스틱 쓰레기가 바다로 유입되고 있다. 플라스틱이 분해되면서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱으로 변해 해양 동물과 생태계를 위협할 수 있다. 퓨처리티의 연구원 중 한 명인 텅페이 루오(Tengfei Luo)는 "나노 플라스틱은 더 큰 플라스틱 입자보다 잠재적으로 더 독성이 강합니다"라고 말했다. 루오는 "크기가 작기 때문에 살아있는 유기체의 조직에 더 잘 침투할 수 있다"고 설명했다. 예를 들어, 국제원자력기구에서 2020년 요약한 연구에 따르면 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 물고기의 행동 및 신경 기능, 신진대사, 장내 미생물 다양성, 장 투과성 등 생물학적 기능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 나노플라스틱 문제 해결을 위한 노력: 개인과 과학의 협력 세계자연보호연맹(IUCN)에 따르면 매년 4억 톤 이상의 플라스틱이 생산되고 있다. 에펠탑의 무게는 약 1만 톤이다. 플라스틱 4억 톤은 에펠탑 4만개가 만들어지는 것과 같은 양이다. 생산된 플라스틱 중 상당량이 바다로 유입된다. 이러한 플라스틱은 분해되어 미세 플라스틱과 나노 플라스틱으로 변해 인체와 생태계에 심각한 위협을 가한다. 페트병은 다른 플라스틱 용기로 대여섯 번 재활용 할 수 있지만 재활용 폴리에스터로 만든 티셔츠나 스커트는 두 번 다시 재활용 할 수 없다. 나노 플라스틱 문제를 해결하기 위해서는 개인과 과학의 협력이 필요하다. 개인은 플라스틱 소비를 줄이는 노력을 실천해야 한다. 가루 비누와 세제로 바꾸기, 빈 제품 용기의 재활용, 일회용 플라스틱 물병과 비닐 식료품 봉투 사용하지 않기 등의 작은 노력들이 모여 큰 변화를 만들 수 있다. 과학자들은 플라스틱 문제를 해결할 수 있는 창의적인 기술을 개발하고 있다. 예를 들어, 최근 연구자들은 일회용 플라스틱 병을 만드는 데 흔히 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 분해하는 인공 슈퍼 단백질을 개발했다. 이러한 기술 개발은 나노플라스틱 오염 문제 해결에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(24)] 숨겨진 위험, 태반에서 미세 플라스틱 발견…우리 몸은 얼마나 오염되었을까?
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에어버스, 수소 항공기 A380 2026년 시험 비행
- 프랑스의 대표 항공업체인 에어버스는 수소 연료전지 시스템인 '아이언 패드'의 테스트에 성공해 제로탄소(ZEROe) 목표에 한 걸음 더 가까워졌다. 항공전문 매체 심플플라잉(simpleflying)은 에어버스가 오는 2026년부터 F-WWOW(테스트기체)로 등록된 에어버스 380의 제로탄소 테스트 베드에 연료전지 추진 시스템을 설치해 기내 테스트를 진행할 계획이라고 지난 22일(현지시간) 보도했다. 항공업계는 탄소제로 목표에 적극적으로 동참하고 있다. 이는 기업 활동에서 발생하는 이산화탄소 배출을 최소화하고, 절감이 어려운 부분은 탄소배출권 매입을 통해 결국 이산화탄소 발생량을 '0'으로 만드는 것을 의미한다. 에어버스 연구팀은 지난해 6월 1.2MW(메가와트)의 최대 전력을 달성하는 수소 연료전지 시스템 테스트에 성공했다. 이어 지난해 말에는 수소 연료전지 시스템과 전기 모터를 결합한 추진 시스템 프로토타입이 뮌헨의 전자 항공기 하우스(E-Aircraft House)에서 1.2MW의 전력으로 구동되는 성과를 보였다. 에어버스의 ZEROe 프로젝트에 대한 최신 업데이트에 따르면, 테스트 및 시연 책임자 마디아스 안드리아미사이나(Mathias Andriamisaina)는 프로토타입이 테스트 중에 1.2MW의 전력에 도달했다고 밝혔다. 이 전력 수준은 에어버스가 A380 기내 시연에서 실시하려는 테스트 전력과도 일치한다. 이러한 성과는 ZEROe 프로젝트 팀이 비행 조건에 적합한 추진 시스템의 크기, 질량 및 사양을 최적화하는 다음 단계로 나아가는 데 중요한 진전이다. 이를 통해 프로젝트의 기내 테스트는 한층 더 구체화되고 가까워졌다고 할 수 있다. ZEROe 프로젝트는 그 이름이 의미하듯이 배출가스 제로를 목표로 하며, 지속 가능한 항공 기술에 대한 수요에 대응하는 에어버스의 중요한 프로젝트이다. 이 프로젝트의 궁극적인 목표는 혁신적인 기술과 개념을 활용하여 2035년까지 수소 동력을 사용하는 상업용 비행기를 생산하는 것이다. 이러한 노력은 항공업계의 지속 가능한 미래로의 전환을 위한 중요한 발판이 될 것으로 기대된다. 에어버스의 첫 ZEROe 비행기에 대한 구체적인 디자인과 콘셉트는 아직 확정되지 않았다. 이는 에어버스가 수소 연소와 수소 연료전지 기술을 포함한 다양한 항공기 콘셉트를 탐구하고 있기 때문이다. 2020년에 제안된 4가지 콘셉트 중 하나인 수소 연료전지 기술은 완전 전기 항공기 유형에 사용될 예정이며, A380 실증기에서 테스트될 계획이다. 특별히 지정된 ZEROe 실증기는 에어버스가 생산한 최초의 A380이자, MSN001이라는 생산 일련번호를 가진다. 이 항공기는 2005년 4월 27일 첫 비행을 시작해, 세계에서 가장 큰 상업용 항공기로서의 역사적 비행을 시작했다. MSN001의 이력은 A380 프로그램만큼이나 매력적이다. 이 항공기는 프로토타입으로서 상용 운용을 위한 기술 테스트와 인증 획득 역할을 수행했다. 물 섭취, 극한의 기후 조건에서의 작동, 고속 이륙 거부 테스트 등이 이에 포함된다. 또한 MSN001은 전 세계를 여행하며 다양한 에어쇼에 참가했고, 때로는 에어버스를 대표하는 특별한 상징으로 등장하기도 했다. A380 프로그램이 시작된 이래, MSN001은 에어버스에 의해 보존되어 왔으며, 다른 많은 초기 프로토타입들과 달리 폐기되지 않았다. 이 항공기는 A350 프로그램의 '트렌트 XWB(Trent XWB)' 엔진 테스트에 있어 핵심적인 역할을 수행했으며, 특히 2번 엔진으로 날개 아래에 트렌트 XWB 엔진을 장착하는 중요한 작업을 담당했다. 트렌트 XWB(Trent XWB)는 영국 롤스로이스엔진이 개발한 대형 항공기용 터보 엔진이다. 영어 'Trent'는 롤스로이스의 항공기용 터보 엔진 브랜드명이며, 'XWB'는 '초대형 동체(Extra Wide Body)'의 약자로 넓은 동체(Wide Body) 항공기에 탑재되는 엔진을 의미한다. 처음에는 A350-900 모델을 위해 트렌트 XWB-84 엔진을 테스트했으며, 이어서 A350-1000 모델을 위한 트렌트 XWB-97 엔진의 테스트를 수행했다. 이러한 과정은 A350 프로그램의 성공적인 발전에 기여했다고 볼 수 있다. 최근에는 MSN001이 지속 가능한 항공 연료(Sustainable Aviation Fuel, SAF) 사용을 위한 여러 차례의 시험 비행에 참여했다. 롤스로이스, 프랫 앤 휘트니와의 협력 하에 진행된 첫 번째 시험 비행에서는 토탈 에너지가 제공한 혼합되지 않은 SAF 27톤을 사용해 3시간 동안의 임무를 수행했으며, 이어서 이착륙 시의 성능에 초점을 맞춘 여러 다른 시험 비행들이 진행됐다. 한편, 한국 항공업계는 친환경 항공유, 즉 지속 가능한 항공연료(SAF)의 도입에 박차를 가하고 있다. 최근 대한항공은 일본의 글로벌 물류 기업 유센로지스틱스와 SAF 사용 활성화를 위한 협약을 체결함으로써 이 분야의 선도적인 역할을 하고 있다. SAF는 동식물성 기름, 해조류, 도시 폐기물 가스 등 지속 가능한 원료를 기반으로 제조된 친환경 항공유로, 기존 화석 연료 기반 항공유에 비해 가격은 높지만, 탄소 배출량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 SAF는 항공업계의 지속 가능한 미래를 위한 중요한 대안으로 간주되고 있다. 유럽연합에서는 오는 2025년부터 자국 공항을 이용하는 항공기를 대상으로 SAF 사용을 의무화할 예정이며, 미국에서는 세액 공제 혜택을 제공하는 등 전 세계적으로 도입을 늘리는 추세다. 유럽연합(EU)은 2025년부터 자국 공항을 이용하는 모든 항공기에 대해 SAF 사용을 의무화할 계획이며, 미국에서도 세액 공제 혜택을 통해 SAF 도입을 장려하고 있다. 이러한 국제적인 움직임은 전 세계적으로 친환경 항공연료의 사용 증가 추세를 보이고 있음을 나타낸다.
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에어버스, 수소 항공기 A380 2026년 시험 비행
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인간이 만들어 낸 인공 암석, 플라스티스톤
- 플라스틱으로 만들어진 새로운 형태의 인공 돌, '플라티스스톤(Plastiglomerate)'이 발견되었다는 소식이 전해졌다. 특히, 태평양 거대 쓰레기 섬(Great Pacific Garbage Patch)의 모습이 담긴 사진들은 플라스틱 폐기물과 해양 쓰레기 문제의 심각성을 여실히 보여준다. 플라스틱은 단순히 버려진 쇼핑백이나 맥도날드 빨대의 형태를 넘어서, 우리의 일상생활 속 깊숙이 침투해 있을 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 산업 관련 매체 파퓰러메커닉스(popularmechanics)는 최근 중국 칭화대학교의 부교수 데이 호유(Deyi Hou) 부교수와 동료 리우웨이 왕(Liuwei Wang) 교수가 발표한, 플라스틱 암석 융합에 대한 연구 논문을 소개했다. 플라스틱이 지구의 지질학적 구조에 영향을 미치고 있으며, 전문가들은 이를 퇴적암의 새로운 유형인 '플라스티스톤'으로 공식 인정해야 한다고 주장하고 있다. 최근 발표된 논문에 따르면, 퇴적암은 지구 표면에서 흔히 발견되며 인간 활동에 의해 쉽게 영향을 받는 암석 유형이다. 연구진은 이 새로운 형태의 플라스틱이 퇴적암의 조건을 충족한다고 보고, 이를 포괄적으로 설명하기 위해 '플라스티스톤'이라는 용어를 채택할 것을 제안했다. 플라스티스톤은 인간의 활동에 의해 생성된 새로운 형태의 암석으로, 자연적인 암석과 플라스틱 쓰레기가 혼합되어 형성된다. 이 용어는 2014년경에 처음으로 사용되었으며, 주로 해변에서 발견되는 플라스틱과 다른 재료들이 열에 의해 융합되어 형성된 암석을 가리킨다. 플라스티스톤은 지질학적 기록에 인간 활동의 영향을 나타내는 중요한 증거로 간주된다. 2023년 3월, 지질학자 페르난다 아벨라 산토스(Fernanda Avelar Santos)는 브라질의 트린다데(Trindade) 섬에서 주목할 만한 발견을 보고했다. 이 외딴 섬에서 그녀는 플라스틱 쓰레기가 돌과 융합되어 새로운 유형의 암석을 형성한 것을 발견했다. 이러한 발견은 인간의 영향을 거의 받지 않은 것으로 여겨지던 지역에서 이루어져 더욱 충격적이었다. 인간이 지구의 지질학적 기록에 명확한 흔적을 남겼다는 사실은 부정할 수 없다. 호유와 왕 교수는 이러한 새로운 암석이 주로 육상 플라스틱(병 및 용기 등)이 캠프파이어나 폐기물 처리 과정에서 연소될 때 형성된다고 지적했다. 이 녹은 플라스틱 조각들은 '속생'이라는 과정을 통해 미네랄 매트릭스 내에 고정되어 남는다. 이런 플라스티스톤은 해양 생태계에 심각한 피해를 줄 수 있다. 예를 들어, 논문에서는 대서양 마데이라 섬의 복족류 텍타리우스 스트라이투스(Tectarius striatus)가 플라스틱과 자연적인 먹이를 구별하는 데 겪는 어려움을 지적했다. 트리니다드 섬에서 플라스티스톤을 발견한 산토스는 당시 "인간의 개입이 너무 널리 퍼져 있어서 무엇이 진정 자연적인 것인지 의문을 제기해야 한다"고 당시 혼란한 상황을 설명했다. 인간, 복족류, 암석 등 모두 변화하고 있는 것은 분명하다. 플라스티스톤의 연구는 인간 활동이 자연 환경에 미치는 영향을 더 잘 이해하고, 이러한 영향을 최소화하기 위한 방안을 모색하는 데 기여할 수 있다.
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- 생활경제
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인간이 만들어 낸 인공 암석, 플라스티스톤
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영국 스타트업, 화장실 오수로 친환경 제트 연료 개발
- 인간이 버린 폐기물에서 제트 연료를 개발하는 것이 가능하다면 어떨까? 실제로 화장실 오수에서 탄소 배출량을 현저히 줄인 항공 연료를 만드는 혁신적인 기술이 최근 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국의 IT 전문 매체인 엔가젯(Engadget)은 영국 스타트업 반딧불이 그린퓨엘(Firefly Green Fuels)이 크랜필드대학교(Cranfield University)의 전문가들과 협력해, 기존 항공 연료에 비해 90% 적은 탄소 배출량을 가진 연료를 개발했다고 보도했다. 반딧불이 그린퓨엘이 개발한 A1 제트 연료는 독립 규제 기관의 테스트를 통해 제품이 표준과 유사한 성능을 보이는 것으로 확인됐다. 이 회사는 2021년 지속 가능한 항공 연료 개발을 계속하기 위해 영국 교통부로부터 200만 파운드(33억4830만원)의 보조금을 받았다. 아직 상업적으로 이용 가능하지는 않지만, 회사 측은 이 연료를 세계 시장에 공급하기 위한 과정에 있으며 향후 5년 이내에 최초의 상업용 발전소를 가동하게 될 것이라고 자신하고 있다. 이 회사는 저비용 항공사인 위즈에어(Wizz Air)와 2028년부터 시작되는 연료 공급을 위한 파트너십을 이미 체결했다. 화장실 오수에서 연료 생산 반딧불이 그린퓨엘은 영국의 수자원 관리 회사로부터 폐기물을 공급받아, 정제된 하수를 얻기 위해 다음과 같은 공정을 거친다. 열수 액화 과정을 통해 액체 폐기물을 슬러지 또는 원유로 전환하고, 이 과정에서 발생하는 고체 부산물은 작물 비료로 재활용될 수 있다. 회사 측은 에너지 생산 과정에서 발생하는 총 탄소량을 측정하여, 전체 공정의 탄소 강도가 메가줄 당 이산화탄소 7.97g(gCO²e/MJ)이라고 주장한다. 이는 국제클린운송위원회(ICCT)가 밝힌 기존 제트 연료의 탄소 강도, 즉 85에서 95 gCO²e/MJ에 비해 현저히 낮은 수치다. 이 회사 데이터에 따르면 자연 상태에서 유기물이 화석 연료로 전환되는 데는 수백만 년이 걸린다. 반면에 반딧불이 그린퓨엘의 방법은 단 며칠 만에 연료를 생산할 수 있게 하며, 더욱 중요한 것은 인간의 배설물이 풍부하고 쉽게 접근할 수 있는 자원으로 활용될 수 있다는 점이다. 이 회사가 개발한 지속 가능한 항공 연료의 가격이 현재 시장에서 사용되는 연료보다 더 비쌀지, 아니면 더 저렴할지는 아직 확실하지 않다. 그러나 제임스 하이게이트 최고경영자(CEO)는 성명서에서 인간의 배설물을 연료로 사용하는 것이 '비용 효율적이고 풍부한 자원'이라며, 이 자원은 '절대로 고갈되지 않을 것'이라고 말했다. 탄소 중립 달성은 유럽과 미국의 규제 기관과 지도자들에게 오랜 목표였다. 전기 자동차는 자동차 산업에서 혁신을 가져왔지만, 배터리로 구동되는 상업용 제트기의 등장은 아직 먼 미래의 일로 보인다. 따라서, 친환경적인 대안적 제트 연료의 개발은 환영받는 솔루션으로 여겨진다. EU, SAF 2% 의무 사용 한편, 유럽연합(EU)은 2025년부터 지속 가능한 항공 연료(SAF, Sustainable Aviation Fuel)를 기존 항공유에 최소 2% 혼합하도록 의무화하는 '리퓨얼 EU' 법안을 지난해 4월 통과시켰다. SAF는 석유가 아닌 다양한 대체 원료(동식물성 바이오 오일, 합성 원유 등)로 만들어진 항공 연료로, 기존 항공유에 비해 탄소 배출을 최대 80%까지 줄일 수 있다고 알려져 있다. 또한 SAF는 기존 항공기 엔진 및 연료 공급 시스템과 호환된다. 따라서 새로운 인프라 투자 없이도 현재의 항공 시스템에 통합될 수 있다. 그러나 SAF의 비용은 일반 항공유보다 약 2∼6배 높다. 이러한 높은 비용은 항공사와 소비자에게 전가될 수 있다. SAF의 생산은 아직 초기 단계에 있으며, 대량 생산에 필요한 기술과 인프라가 완전히 구축되지 않았다. 따라서 현재의 수요를 충족시키기 위한 충분한 공급이 아직 불가능할 수 있다. 게다가 일부 SAF 원료는 식량 생산과 경쟁할 수 있다. 예를 들어, 식물성 기름의 사용이 증가하면 식량 가격 상승으로 이어질 수 있다. SAF는 항공 산업의 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있지만, 그 구현과 확산을 위해서는 여러 기술적, 경제적, 환경적 과제를 해결해야 한다.
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영국 스타트업, 화장실 오수로 친환경 제트 연료 개발
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