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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
- 지구 상공에 위성을 포함해 약 3만 개의 물체가 돌고 있는 것으로 나타났다. 천문학자들은 스푸트니크 발사 이후 약 70년이 지난 현재 수많은 기계가 우주를 날아다니면서, 이들 공해 물질로 인해 지상 망원경으로 다른 은하계를 연구하는 것이 불가능해질까 우려하고 있다. CNN은 지난 21일 더 큰 문제는 우주 쓰레기라며 야구공 크기 이상의 약 3만 개의 물체가 지구 상공 수백 마일에 걸쳐 총알의 10배 속도로 날아다니고 있다고 전했다. 1957년 10월 4일, 러시아 스푸트니크(Sputnik) 1호 인공위성이 로켓에 실려 우주를 향해 날아갔다. 무게 약 83㎏의 금속구 형태의 스푸트니크 1호는 타원형의 지구 제궤도로 발사한 세계 최초의 인공위성이었다. 당시 미소 냉전 시대에 쏘아 올린 이 위성은 이후 인류의 우주시대와 우주경쟁의 방아쇠를 당겼다. 미 국립해양대기국(NOAA)은 최근 최초로 고공 항공기로 성층권 시료를 채취해 새로운 과학적 사실을 발견했다. 이에 따르면 영리적인 우주 경쟁은 측정 가능한 방식으로 하늘을 변화시키고 있으며 오존층과 지구 기후에 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있다. NOAA 화학 과학 연구소의 연구 물리학자인 토리 손베리(Troy Thornberry)는 지구 저궤도를 돌고 있는 우주 쓰레기를 포함한 물체에 대해 "우리는 인간 우주 교통의 지문을 성층권 에어로졸에서 볼 수 있다"고 말했다. 그는 "우리는 이전에는 없었던 많은 물질을 성층권에 추가하는 것을 고려하고 있으며, 우리가 우주에 넣는 물질의 순수 질량도 고려하고 있다"고 덧붙였다. 연구에 따르면 현재 상층 대기의 입자 중 10%는 궤도를 벗어나고 불타는 로켓이나 위성에서 나온 금속 조각을 포함하고 있다. 보고서는 인류가 위성에서 내려오는 정보에 점점 더 의존하게 되면서 향후 수십 년 동안 인공 쓰레기가 성층권 에어로졸의 50%를 차지하게 될 것이라고 예측했다. 우주 탐사선, 새로운 화석 연료 배출물 추가 이러한 변화가 오존층에 어떤 영향을 미칠지는 불확실하지만 이미 위기에 처한 기후 시스템에 대한 영향은 복잡하다. 미 항공우주국(NASA·나사)의 스페이스 셔틀에서 사용된 고체 로켓 부스터에서 스페이스X 로켓의 연료를 케로신으로 전환한 것은 모든 로켓 발사 시 엄청난 양의 새로운 화석 연료 배출물을 추가했다. 오래된 위성들이 궤도 이탈 과정에서 연료로 인한 쓰레기 구름을 만들고 있다. NASA 관계자들은 지구를 둘러싼 우주 쓰레기를 나타내는 점들은 크기가 정확하지 않지만 "매년 혼잡 상태는 악화되고 있다"고 말했다. 과학자들은 결국 지구는 지구 고유의 가시적인 고리를 갖게 될 것이라고 이론화했다. 다른 몇몇 행성처럼 얼음과 우주 암석 조각 대신 이 고리는 우주 쓰레기로 만들어질 것이라는 경고다. 손베리는 CNN에서 "우리는 수천 개의 위성으로 구성된 별자리를 말한다. 각각 1톤 정도 무겁고 지구로 떨어질 때 운석처럼 작용한다"고 말했다. 현재 궤도 상공에 8300개 이상의 위성이 있으며 앞으로 얼마나 많은 위성이 추가될지에 대한 예측은 크게 달라진다. 300개 이상의 상업 및 정부 기관은 2030년까지 47만8000개의 위성을 발사할 계획이라고 발표했지만 이 수치는 과대추정이라는 지적이 이어지고 있다. 미국 정부 책임부는 향후 6년 동안 5만8000개의 위성이 발사될 것이라고 예측했다. 다른 분석가들은 궤도에 진입할 가능성이 있는 수치는 2만 개 보다 훨씬 적다고 추정했다. 케슬러 증후군 스푸트니크 발사 이후 미국과 구소련은 우주 탐사 경쟁을 벌였다. 미국 우주 비행사 닐 암스트롱은 1969년 7월 인류 최초로 달에 발을 디디기에 이르렀다. 1979년 NASA 과학자 도널드 케슬리(Donald Kessler)가 "인공 위성의 충돌 빈도: 쓰레기 벨트의 생성"이라는 제목의 논문을 발표하기 전까지는 거기 도달하기 위해 만들어진 궤도 쓰레기는 거의 고려되지 않았다. 궤도 쓰레기 교통 체증은 '케슬러 증후군'에 대한 두려움을 다시 불러일으켰다. 영화 '그래비티'(2013년)에서 묘사된 케슬러 증후군은 지구 궤도가 너무 혼잡해져서 결국 더 많은 쓰레기가 발생해 더 많은 충돌을 초래하고, 발사가 불가능해지는 악순환이 만들어질 것이라는 우려를 간결하게 표현한 용어다. 궤도 쓰레기 무려 1억 개 전체적으로 연필심 크기의 인공 쓰레기가 1억 개 이상 궤도를 돌고 있으며 이는 우주 사업에서 발생하는 주요 위험이다. NASA에 따르면, 최소 야구공 크기의 물체 약 2만5000개와 훨씬 더 작은 물체를 포함하면 1억 개 이상이 지구를 돌고 있다. 하늘에는 최대 총알 속도의 10배까지 이동할 수 있는 9000톤의 쓰레기가 떠다니고 있어, 로켓 및 장비 발사는 재앙적인 결과를 초래할 수 있다고 관계자들은 경고했다. 전문가들은 저궤도에서는 심지어 작은 쓰레기 조각이 시속 3만7000km 이상의 속도로 우주를 통과하여 국제 우주 정거장(ISS)의 창문을 깨뜨릴 수도 있다고 지적했다. 스페이스X는 최근 3만개의 스타링크 위성을 추가로 투입하기 위해 신청했으며, 현재 이미 5000개 이상의 대형 물체가 소유한 위성이다. 2023년 가디언 보고서에 따르면, 통제되지 않는 우주 쓰레기가 지속적으로 늘면서 천문학자들은 빛 공해로 인해 망원경으로 밤하늘을 관측하는 데 방해를 받고 새로운 발견을 하는 능력이 저하될 수 있다고 우려하고 있다. 또한, 더 많은 위성이 민감한 천문 관측 장비와 라디오 방해를 일으킬 수 있다는 우려도 있다. 론 로페즈는 CNN에 "10년 전에는 우리 창립자가 우주 쓰레기 이야기를 하다니 미쳤다고 생각했다"고 말했다. 로페즈는 '궤도 쓰레기 제거'라는 새로운 사업분야에서 시장 점유율을 경쟁하는 일본 기업 아스트로스케일(Astroscale)의 미국 지사 사장이다. 그는 "하지만 지금은 우주 지속 가능성과 쓰레기 문제에 대한 패널이나 일련의 강연 없이는 우주 컨퍼런스에 참석할 수 없다"고 전했다. 로페즈는 자신의 회사가 쓰레기 트럭, 궤도 재활용 센터 및 '우주 순환 경제'를 구축하는 데는 아직 거리가 멀다고 인정하지만, 아스트로스케일은 2022년 강력한 자석을 장착한 위성을 사용해 동일한 3년 임무에서 발사된 이동 목표물을 포착했다. 그는 "이것은 도킹 및 다른 위성과의 랑데뷰를 수행하는 데 필요한 많은 기술을 시연한 최초의 상업적으로 자금이 조달된 우주선이었다. 우리는 이들을 이동시키고, 결국에는 연료를 보급하거나, 어떤 경우에는 쓰레기 문제를 해결하기 위해 궤도를 이탈시킬 수도 있다"고 말했다. 지난 2월 18일 항공우주 회사 로켓 랩(Rocket Lab)이 뉴질랜드에서 발사한 두 번째 아스트로스케일 임무는 우주 쓰레기를 자세히 조사할 예정이다. 일본 정부와 민간 기업이 공동으로 추진하는 우주쓰레기 제거 기술 개발 프로젝트 ADRAS-J는 2009년 저궤도에 남겨진 로켓 단계의 움직임을 관찰할 계획이다. 2023년 11월 22일 발사된 ADRAS-J 위성은 2024년 2월 22일 목표 쓰레기와 성공적인 랑데뷰를 마쳤다. 아스트로스케일의 임무는 카메라와 센서를 사용하여 로켓 쓰레기를 연구하고 궤도에서 제거하는 방법을 파악하는 것이다. 일본 목조 위성 제작 한편, 올 여름 일본과 NASA 과학자들이 대부분 목재로 만든 세계 최초의 생분해 위성을 발사할 때 예정이다. 이는 스푸트니크 이후 참으로 작은 한 걸음이다. 일본의 과학자들이 우주 오염 문제에 대응하기 위해 세계에서 가장 독특한 우주선 중 하나를 개발했다. 이는 목재로 제작된 소형 위성 리그노샛(LignoSat)으로, 목련 나무를 사용해서 제작됐다. 지난 18일 야후에 따르면, 커피 머그잔 크기의 소형 리그노샛 위성은 국제 우주 정거장에서 실시된 실험에서 안정성과 균열 저항성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 교토 대학과 스미토모 임업(Sumitomo Forestry)의 연구팀은 생분해성 재료인 목재를 사용하여 현재 금속으로 제작되는 위성에 대한 환경친화적인 대안을 모색하기 위해 이 위성을 제작했다. 교토 대학의 일본 우주 비행사이자 항공 우주 공학자인 타카오 도이(Takao Doi) 교수는 지구 대기권으로 재진입하는 위성이 연소되면서 작은 알루미나 입자를 생성하고, 이 입자들이 대기 상층부에 오랜 기간 동안 머물면서 결국 지구 환경에 영향을 미친다고 설명했다. 올해 여름, 이 목재 위성은 미국의 로켓에 실려 우주로 발사될 예정이다. 매년 약 2000개 이상의 우주선이 발사될 것으로 예상되는 가운데, 재진입 시 연소되면서 대기 상층부에 침착될 수 있는 알루미늄 사용은 곧 심각한 환경 문제를 초래할 수 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학의 과학자들이 실시한 최근 연구에 따르면, 인공위성이 재진입할 때 알루미늄이 오존층에 심각한 피해를 입힐 수 있으며, 지면으로 도달하는 햇빛의 양에도 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기됐다. 하지만, 리그노샛과 같은 목재로 만들어진 위성의 경우, 이러한 문제가 발생하지 않는다. 임무를 마친 후 대기권으로 재진입하며 연소될 때, 오직 생분해성 재료의 미세한 입자만을 생성한다. 한국, 포획 위성 개발 착수 한국 정부는 임무를 완수한 후 우주에서 떠도는 국내 위성들을 회수하여 지구 대기권으로 다시 진입시켜 소멸시키는 '위성 포획' 프로젝트에 착수한다. 과학기술정보통신부는 지난 27일 '우주 물체의 능동적 제어를 위한 선행 기술 개발 사업'의 온라인 설명회에서, 이 기술을 적용한 소형 위성을 개발하고 이를 2027년에 발사 예정인 누리호를 통해 실제 우주에서 테스트할 계획이라고 발표했다. 우주 물체의 능동적 제어 기술은 위성이나 소행성과 같은 우주물체에 접근해 로봇 팔이나 그물을 사용해 이들의 위치나 궤도를 조정하는 기술이다. 이 기술은 우주에서 임무를 마친 채 우주 쓰레기로 전락한 위성들을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소각 처리하는 데 활용될 수 있으며, 최근에는 위성에 연료를 추가로 공급하거나 수리를 진행하고, 궤도를 변경하여 임무 기간을 연장하는 등의 다양한 용도로 관심을 받고 있다. 과기정통부가 공개한 과제 제안요구서(RFP)에 따르면 이번 프로젝트의 목표는 능동적 제어 기술, 특히 위성 포획 및 지구로의 재진입 기능을 갖춘 500kg 미만의 소형 위성을 개발하여 2027년 누리호의 6차 발사 때 이를 실증하는 것이다. 이 기술은 2027년 기준으로 지구 상공 500km에 위치한 우리별 1, 2, 3호, 과학기술 위성 1호, 국내 대학들의 큐브위성 등의 우주 잔해물을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소멸시키는 능력을 우주에서 직접 검증하는 것을 목적으로 한다. 이 프로젝트에는 2028년까지 총 447억 원의 예산이 할당되어 있으며, 프로젝트 첫 해인 올해에는 25억 원이 투입될 예정이다. 지구, 바다, 그리고 이제는 우주에서도 오염 위기가 분명하게 드러나고 있으며, 우주 쓰레기 문제를 해결하기 위한 국제 협력이 필요한 시기다.
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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
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[신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발
- 캘리포니아 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 상온 수소 저장 솔루션을 개발했다. 세계 각지에서 전 세계 수소 생산 능력 확대를 위한 투자가 이루어지고 있다. 특히 탄소 배출 없는 재생 에너지 사용을 통해 생산되는 녹색 수소에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수소 활용의 주요한 어려움 중 하나는 저장 과정에 있다. 수소는 기체 또는 액체 상태로 저장할 수 있으며, 기존 저장 방법에는 많은 문제점들이 있다. 미국 과학 기술 전문매체 오일프라이스는 지난 24일(현지시간) 캘리포니아 스타트업 H2MOF가 AI와 첨단 연구를 활용하여 효율적인 상온 수소 저장 솔루션을 개발함으로써 다양한 산업에 혁신을 불러일으키고 있다고 전했다. 대표적인 수소 저장 기술 수소 저장 기술의 발전은 수소 및 연료전지 기술의 발전에 필수적이다. 수소는 모든 연료 중에서 질량당 에너지 밀도가 가장 높지만, 이를 연료나 가스로서 효율적으로 활용하기 위해서는 고도의 저장 기술이 요구된다. 먼저 압축 수소 저장은 현재 가장 널리 사용되는 수소 저장 방식 중 하나다. 이 방식은 수소를 높은 압력에서 저장하는 방법으로, 주로 수소 연료 전지 차량에 적용되고 있다. 액체 수소 저장 기술은 수소를 극저온에서 액화하여 저장하는 방식이다. 이 기술은 높은 에너지 밀도를 가지며 우주항공 분야 등에서 활용된다. 고체 수소 저장 기술은 금속 수소화물, 화학 수소 저장 매체 등을 활용하여 수소를 고체 형태로 저장하는 방법이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 압력과 온도에서 수소를 저장할 수 있어 안전성이 높고, 수소 탱크의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 미국에서는 수소 및 연료전지 기술 사무소(HFTO)가 바이든 행정부의 2022 인플레이션 감축법(IRA)으로부터 자금을 지원 받아 수소 저장 시스템 기술 발전을 위한 연구 개발 활동을 진행하고 있다. 현재까지 수소 저장 기술 개발은 다양한 도전으로 인해 진전이 더디게 이루어지고 있다. 수소 저장 기술의 중요성 수소 연료 셀 기술 발전을 위해서는 효과적인 수소 저장 기술 개발이 필수적이다. 수소는 단위 질량당 가장 높은 에너지를 가지고 있지만, 에너지 손실 없이 연료를 효과적으로 활용하기 위해서는 첨단 저장 기술이 필요하다. 앞서 밝혔듯이 수소는 기체 또는 액체로 저장할 수 있다. 기체 상태에서는 고압 탱크에 저장할 수 있고, 액체 상태에서는 기체로 다시 끓는 것을 방지하기 위해 극저온(약 -252.8°C)에 저장할 수 있다. 또한 흡수 과정을 통해 고체 물질에 저장할 수도 있다. 그러나 실제 사용을 위한 수소 저장과 관련된 몇 가지 과제가 있다. 예를 들어, 현재 수소를 사용하는 운송수단은 장거리 이동에 필요한 대량의 압축 연료를 저장할 수 없다. 또한 현재의 저장 기술은 매우 비효율적이어서 이 과정에서 많은 양의 에너지가 손실된다. 상온 수소 저장 기술 2021년 설립된 캘리포니아의 스타트업 H2MOF는 이러한 문제를 해결한 상온 수소 저장이라는 혁신적인 수소 저장 기술을 개발했다고 발표했다. 이 기술은 고압 또는 저온을 사용하지 않고 압축 상태의 수소를 저온에서 안정적으로 저장하는 것을 목표로 하고 있다. 상용화에 성공한다면 차량 연료 공급 등 다양한 분야에서 수소를 실온 보관할 수 있게 된다. H2MOF는 인공지능과 컴퓨터 생성 모델을 활용하여 연구 속도를 가속화했다. 이 회사는 수소를 녹색 전환의 핵심 기술로 보고 있으며, 전기와 달리 수소는 산업 운영, 조리 및 난방과 같은 분야에서 연료로 사용될 수 있다고 강조했다. 또한 실온 저장 수소는 대용량 전지를 필요로 하는 선박이나 항공기와 같은 대형 운송 수단의 전기 동력 대체에도 사용될 것으로 기대된다. H2MOF 기술은 친환경 에너지원으로서 수소 활용을 확대하고 탄소 배출 감소에 기여할 것으로 보인다. 또한, 수소 연료 셀 자동차 보급을 촉진하고 새로운 에너지 시장을 창출할 수 있다. 그러나 H2MOF만이 유일한 수소 저장 혁신 사례는 아니다. 2023년 네덜란드의 에인트호벤 공과대학 학생 그룹은 철 펠렛(작은 철구)을 이용한 수소 저장 방법을 제안했다. 연구팀은 이를 실현하기 위해 스팀 다리미 공정을 개발했다. 이 방법은 수소와 철 산화물을 생성하는 증기 철 공정을 기반으로 한다. 생성된 철 산화물은 다시 수소와 결합하여 철로 재생되고, 이 과정을 통해 수소를 반복적으로 저장 및 방출할 수 있다. 현재 수소 저장 기술은 아직 초기 개발 단계에 있으며, 실제 산업 규모로 적용하기 위한 과제들이 남아 있다. 하지만 전 세계적인 투자 및 연구 개발 활동을 통해 수소 활용의 장애물을 극복하고 미래 에너지 전환에 기여할 것으로 기대된다. 2016년 노벨 화학상 수상자이자 H2MOF의 공동 설립자인 프레이저 스토다트는 상온 수소 저장 기술에 대해 "내가 아는 한 수소 생산은 이미 해결된 문제"라고 말했다. 그는 "수소를 생산할 수 있는 효율적인 방법은 충분히 많다. 남은 큰 과제는 저압과 상온에서 많은 양을 저장하는 방식으로 수소를 저장하는 것이다"라면서 "어떤 식으로든 우리는 당연히 거기에 도달할 것이라고 확신한다"라고 말했다.
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[신소재 신기술(5)] 미국 스타트업 H2MOF, 상온 수소 저장 솔루션 개발
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비예나 보물의 비밀? 두 유물의 '운석철' 가능성
- 황금 보물들로 가득 찬 이베리아 청동기 시대 유적에서 두 개의 녹슨 물체가 지구 저편에서 온 운석에서 나온 금속일 가능성이 제기됐다. 과학 전문매체 사이언스얼럿(Science Alert)은 23일 스페인 국립고고학박물관의 연구팀의 검사 결과, 무딘 팔찌와 금으로 장식된 녹슨 중공 반구(가운데가 비어 있는 반구)는 지상에서 채굴된 금속이 아니라 하늘에서 떨어진 운석 철로 만들어졌음을 밝혔다고 보도했다. 이번 발견은 스페인 국립고고학박물관 전 보존부장 살바도르 로비라-요렌스 박사가 이끄는 연구팀에 의해 이루어졌다. 이 발견은 3000년 이상 전 이베리아에서 금속 가공 기술과 기법이 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 발전했음을 시사한다. 66개의 대부분 금으로 된 물체로 구성된 '비예나의 보물'은 1963년 12월 고고학자 호세 마리아 솔러가 비예나에서 5km(약 3.1 마일) 떨어진 현재 스페인 알리칸테에서 발견했다. 이는 이베리아 반도와 유럽 전체 청동기 시대 금세공술의 가장 중요한 사례 중 하나로 여겨져 왔다. '비예나의 보물'(스페인어: 테소로 데 비예나·Tesoro de Villena)은 유럽 청동기 시대 최고의 금 매장지 중 하나다. 금, 은, 철, 호박으로 구성되어 있다. 총 무게는 약 10킬로그램에 달하며 그중 9개는 23.5캐럿 금으로 만들어졌다. 이는 이베리아 반도에서 가장 중요한 선사시대 금 유물이자 그리스 미케네의 왕실 무덤에 이어 유럽에서 두 번째로 발견된 것이다. 금 조각에는 그릇 11개, 병 3개, 팔찌 28개가 포함되어 있다. 그러나 홀(scepter)이나 칼자루(sword hilt)의 일부로 추정되는 작고 속이 빈 반구와 하나의 토르크 유형(torc-like)의 팔찌, 이 두 물체 때문에 비예나의 보물 연대를 정확히 판단하기 어려웠다. 두 물체 모두 고고학자들이 '철분질'이라고 묘사하는 외관을 가지고 있다. 다시 말하면 금을 제외하고 표면이 일부 부식된 속이 빈 이 반구와 거의 대부분이 부식된 팔찌는 철로 만들어진 것처럼 보인다. 이베리아 반도에서 용해된 지상 철이 청동을 대체하기 시작한 철기 시대는 기원전 850년경에 시작됐다. 문제는 금제품의 연대가 기원전 1500~1200년 사이로 추정된다는 것이다. 따라서 철분처럼 보이는 유물이 빌레나의 보물과 어떤 연관성이 있는지 파악하는 것은 난제였다. 하지만 지구 지각의 철광석은 유연한 철의 유일한 공급원이 아니다. 전 세계적으로 철기 시대 이전 시대에 운석 철로 만든 철 유물들이 다수 발견됐다. 가장 유명한 것은 파라오 투탕카멘의 운석 철 단검이지만, 청동기 시대 무기 중 다른 것들도 이 재료로 만들어졌고 매우 높게 평가됐다. 운석 철, 니켈 함량 높아 운석 철인지 아닌지 철의 출처를 구분하는 방법이 있다. 운석 철은 지상에서 채굴된 철보다 니켈 함량이 훨씬 높다. 연구팀은 빌레나 시립 고고학 박물관(컬렉션 소장)의 허가를 받아 두 유물을 신중하게 테스트하고 니켈 함량을 확인했다. 연구팀은 두 유물 모두에서 조심스럽게 시료를 채취해 질량 분광기를 사용하여 성분을 분석했다. 유물의 원소 조성을 변화시키는 높은 부식에도 불구하고 조사 결과는 반구와 팔찌 모두 운석 철로 만들어졌다는 것을 강하게 시사했다. 이것은 두 유물이 나머지 컬렉션과 어떻게 연관되는지에 대한 딜레마를 간단하게 해결했다. 즉, 비예나의 유물은 기원전 1400~1200년경으로 거슬러 올라가는 같은 시대에 만들어졌다. 연구팀은 논문에서 "현재 연구 결과는 비예나의 보물에서 처음으로 운석 철로 만든 것으로 추정되는 반구와 팔찌이며, 이는 지상 철의 대량 생산 시작 이전인 청동기 시대 후반 연대와 일치한다"고 썼다. 두 물체가 운석으로 제작된 것으로 추정되지만, 심한 부식으로 인해 결론을 내리기에는 결과가 명확하지 않다. 그럼에도 불구하고, 연구팀은 최신의 비침습 기술을 사용해 더 정밀한 데이터를 획득함으로써 운석 제작을 확증할 수 있을 것이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 스페인 학술지 '선사시대 논고(Trabajos de Prehistoria)'에 게재됐다. 비침습 기술이란? 한편, 비침습 기술(Non-invasive technology)은 대상의 물리적 구조나 기능을 검사하거나 분석할 때 대상에 물리적인 손상이나 침입을 가하지 않는 기술을 말한다. 이 기술은 인체, 동물, 환경, 문화재 등 다양한 분야에서 사용될 수 있으며, 대상을 직접적으로 접촉하거나 변형시키지 않고 정보를 얻을 수 있어 매우 유용하다. 의료 분야에서 비침습 기술은 MRI(자기공명영상), CT(컴퓨터 단층 촬영), 초음파 검사와 같이 몸 안의 구조나 기능을 마치 투명한 눈으로 살펴볼 수 있는 다양한 진단 도구로 사용된다. 이를 통해 환자에게 통증이나 불편함을 최소화하면서 정확한 진단 정보를 제공할 수 있다. 고고학이나 문화재 보존 분야에서는 X-레이 또는 라이다(LiDAR) 기술 같은 비침습적 방법을 사용해 유물이나 유적의 구조를 파악하고, 보존 상태를 평가하며, 숨겨진 정보를 밝혀낼 수 있다. 이 방법들은 대상을 손상시키지 않으면서 아직 알려지지 않은 귀중한 정보를 얻을 수 있다. 환경 분야에서는 위성 이미지나 드론을 이용한 원격 감지 기술로 지표면의 변화를 관찰하고 분석하는 등의 비침습적 관찰이 이루어 진다. 이를 통해 환경 변화를 모니터링하고, 생태계를 보호하는 데 필요한 데이터를 수집할 수 있다. 이처럼 비침습 기술은 대상에 물리적인 손상을 주지 않으면서도 필요한 정보를 얻을 수 있어, 다양한 분야에서 그 가치가 인정되고 있다. 기원전 1400~1200년경 한반도도 청동기 시대 아울러 기원전 1400~1200년경 한반도는 청동기 시대에 속한다. 이 시기는 청동 도구와 무기의 발달, 농업 발달, 계급 분화 등의 특징을 가진다. 청동은 구리와 주석을 합금하여 만든 금속으로, 돌 도구보다 훨씬 단단하고 날카로워 농업이 발달하는 등 생산력과 군사력 향상에 기여했다. 청동 도끼와 삽 등의 발달로 농경 기술이 발전하고, 벼농사가 확산됐다. 또한 생산력 향상으로 인해 사회 계층이 분화되고, 지배 계층과 피지배 계층이 형성됐다. 청동기 시대 후기에는 대형 무덤이 나타나기 시작하며, 이는 사회 계층 분화와 권력 집중을 보여주는 증거로 해석된다. 한반도 청동기 시대의 주요 유적으로는 돌산리 유적과 서삼릉 유적, 송산리 유적이 있다. 돌산리 유적은 청동기 시대 초기 유적이며, 청동 도구와 무기, 토기 등이 출토됐다. 반면, 서삼릉 유적은 청동기 시대 중기 유적이며, 대형 청동기 유물들이 나왔다. 송산리 유적은 청동기 시대 후기 유적이며, 왕족 무덤과 함께 다양한 청동기 유물들이 출토됐다.
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폴더블 스마트폰, 구글 픽셀 폴드2 vs 갤럭시 Z폴드6 비교
- 최근 유출된 구글 픽셀 폴드2(Google Pixel Fold 2) 디자인 렌더링 이미지는 카메라 모듈 디자인이 크게 달라졌다. 22일(현지시간) 불가리아 모바일 기기 전문 매체 지에스엠아레나(GSMArena)에 의하면 구글 픽셀 폴드2는 기존 카메라 덮개 대신 둥근 직사각형 모양의 섬돌에 타원형 홈 두 개가 겹쳐져 있는 독특한 디자인으로 변경됐다. 이전 유출 사진과 유사하게 완성도가 낮아 프로토타입 느낌이 엿보이지만 실제 디자인과 유사할 가능성이 높다는 지적이다. 디자인적 완성도는 논란이 있지만 이번 렌더링 이미지는 차콜 컬러 버전을 보여준다. 내부 디스플레이는 베젤 크기를 줄이기 위해 오른쪽 상단에 숨겨진 셀프 카메라를 가지고 있다. 외부 디스플레이는 이전 모델보다 훨씬 큰 6.4인치 (모서리 포함 6.6인치)이며 가운데에 홀펀치 셀프 카메라가 있다. '홀펀치 셀프 카메라'는 스마트폰 디스플레이의 일부에 구멍 모양의 작은 카메라 모듈이 내장되어 있는 디자인을 말한다. 이러한 디자인은 전면 카메라를 화면 안쪽에 숨기고 화면의 사용 가능한 영역을 최대화하는 방법 중 하나다. 디스플레이의 일부를 뚫고 카메라를 배치하기 때문에 '홀펀치(hole-punch)'라고 불리며, '셀프 카메라(selfie camera)'는 전면 카메라를 가리키는 용어다. 따라서 '홀펀치 셀프 카메라'는 화면에 구멍 모양의 작은 카메라 모듈이 있는 스마트폰의 전면 카메라를 의미한다. 접혀 펼친 내부 디스플레이는 모서리 포함 7.9인치, 모서리 제외 시 7.6인치이며 펼친 상태에서 휴대폰 크기는 155.2 x 150.2 x 5.27mm이다. 이전 소문과 일치하게 이전 모델보다 더 정사각형 모양이며 약간 더 얇아졌다. 접힌 상태에서는 155.2 x 77.1 x 10.54mm로 최근 공개된 삼성 갤럭시 제트 폴드6(Galaxy Z Fold6)보다 더 얇다. 하단 베젤에는 USB-C 포트, 스피커 그릴, SIM 트레이가 위치하며 전원 버튼과 볼륨 버튼은 오른쪽에 있다. 또 다른 스피커 그릴과 안테나 라인은 상단 금속 프레임에 위치해 있다. 과거에는 소문에 따르면 픽셀 폴드 2가 텐서 지4(Tensor G4) 칩셋을 탑재할 가능성이 있었으며, 이 경우 출시 시기는 10월이다. 픽셀 9 및 픽셀 9 프로와 함께 출시될 수 있다. 또한, 구글은 역사상 최초로 16GB RAM과 UFS 4.0 스토리지를 탑재할 것으로 예상된다. 2024년 들어 폴더블 스마트폰 시장은 더욱 치열해지고 있다. 삼성은 6세대 폴더블 기기인 갤럭시 제트 폴드 6를 출시했고, 구글은 픽셀 폴드 2로 경쟁에 참여했다. 두 기기 모두 혁신적인 기능을 탑재하고 있지만, 디자인, 스펙, 가격 등에서 차이를 보인다. 디자인 면에서 픽셀 폴드 2는 독특하고 미래적인 디자인을 추구한다. 둥근 직사각형 카메라 섬모는 시선을 사로잡지만, 완성도에 대한 논란이 있다. 반면, 갤럭시 제트 폴드 6는 세련되고 완성도 높은 디자인을 자랑하며, 더욱 전통적인 폴더블 스마트폰의 모습을 유지한다. 색상 면에서 픽셀 폴드 2는 차콜 컬러 버전이 유출됐으며, 다양한 색상 출시 가능성이 있다. 갤럭시 제트 폴드 6는 블랙, 실버, 그린, 베이지 등 4가지 색상으로 출시되었다. 길이는 픽셀 폴드 2는 펼쳤을 때 155.2 x 150.2 x 5.27mm, 접었을 때 155.2 x 77.1 x 10.54mm다. 갤럭시 제트 폴드 6는 펼쳤을 때 158.2 x 128.1 x 6.7mm, 접었을 때 158.2 x 67.1 x 14.4mm이다. 두 기기 모두 접었을 때는 비슷하지만, 펼쳤을 때 픽셀 폴드 2가 더 정사각형에 가깝고 얇다. 아울러 픽셀 폴드2는 내부 디스플레이 베젤이 더 좁고, 외부 디스플레이가 더 큰 것이 특징이다. 반면, 갤럭시 제트 폴드 6는 더 높은 화질의 디스플레이를 제공한다. 칩셋 면에서 픽셀 폴드 2는 텐서 지4 칩셋을 사용할 가능성이 높으며, 갤럭시 제트 폴드 6는 스냅드래곤 8 제네레이션 2(Snapdragon 8 Gen 2) 칩셋을 사용한다. 두 칩셋 모두 강력한 성능을 제공하지만, 스냅드래곤 8 제네레이션 2가 더 높은 벤치마크 점수를 기록하고 있다. 칩셋(chipset)은 컴퓨터나 전자기기에서 중앙처리장치(CPU)를 비롯한 다양한 하드웨어 구성 요소들 간 통신과 데이터 전송을 관리하는 하드웨어다. 주로 마이크로프로세서, 메모리 컨트롤러, 그래픽 처리장치(GPU), 입출력 장치 등이 포함될 수 있다. 램(RAM)의 경우 픽셀 폴드 2는 구글 역사상 최초로 16GB RAM을 탑재할 것으로 예상된다. 갤럭시 제트 폴드 6는 12GB RAM을 탑재한다. RAM은 은 컴퓨터나 전자기기에서 프로그램 실행 및 데이터 처리에 임시로 사용되는 주기억장치다. 따라서 RAM 용량이 클수록 여러 앱을 동시에 실행하거나 대용량 데이터를 처리할 때 더 유리하다. 픽셀 폴드 2는 UFS 4.0 스토리지를 사용할 것으로 예상된다. 반면, 갤럭시 제트 폴드 6는 UFS 3.1 스토리지를 사용한다. UFS 4.0은 UFS 3.1보다 2배 빠른 속도를 제공한다. 따라서 픽셀 폴드 2는 앱 실행 속도, 데이터 읽고 쓰기 속도 등에서 럭시 제트 폴드 6보다 더 빠른 성능을 보여줄 것으로 예상된다. 한편, 픽셀 폴드 2의 배터리 용량은 아직 공개되지 않았다. 갤럭시 제트 폴드 6는 4400mAh 배터리를 탑재한다. 일반적으로 폴더블 스마트폰은 일반 스마트폰보다 배터리 용량이 더 크지만, 그로 인해 두꺼운 디자인을 감수해야 한다. 픽셀 폴드 2의 카메라 사양은 아직 공개되지 않았다. 갤럭시 제트 폴드 6는 후면에 50MP 메인 카메라, 12MP 울트라와이드 카메라, 10MP 망원 카메라, 전면에 10MP 카메라를 탑재한다. 픽셀 폴드 2는 구글의 뛰어난 카메라 기술을 적용하여 더욱 향상된 카메라 성능을 보여줄 것으로 기대된다. 게다가 픽셀 폴드 2의 가격은 아직 공개되지 않았다. 갤럭시 제트 폴드 6는 출시 당시 220만원에 출시되었다. 픽셀 폴드 2는 갤럭시 제트 폴드 6와 경쟁하기 위해 비슷한 가격대로 출시될 가능성이 높다. 픽셀 폴드 2는 독특하고 미래적인 디자인, 넓은 외부 디스플레이, 16GB RAM, UFS 4.0 스토리지 등의 장점을 가지고 있다. 갤럭시 제트 폴드 6는 완성도 높은 디자인, 강력한 칩셋, 고화질 디스플레이, 긴 배터리 수명 등의 장점을 가지고 있다. 사용자는 스마트폰의 최종 선택에서 디자인 선호도, 필요한 기능, 예산 등을 고려해야 한다. 픽셀 폴드 2는 독특한 디자인과 강력한 스펙을 선호하는 사용자에게 적합하며, 갤럭시 제트 폴드 6는 완성도 높은 디자인과 긴 배터리 수명을 선호하는 사용자에게 적합하다. 폴더블 스마트폰 시장의 미래 폴더블 스마트폰 시장은 더욱 빠르게 성장하고 있다. 삼성과 구글 외에도 여러 기업들이 폴더블 스마트폰 시장에 참여하고 있으며, 기술 발전과 가격 경쟁을 통해 폴더블 스마트폰은 점점 대중화될 것으로 예상된다. 향후 폴더블 스마트폰은 더욱 얇고 가벼워지며, 더 강력한 성능과 더 향상된 카메라 기능을 제공할 것으로 보인다. 또한, 새로운 디자인과 새로운 기능들이 등장해 폴더블 스마트폰 시장은 더욱 다양화될 것으로 전망된다.
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폴더블 스마트폰, 구글 픽셀 폴드2 vs 갤럭시 Z폴드6 비교
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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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- 산업
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코발트 없는 전극 개발 성공, 전기차 배터리의 새로운 기준
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
- 리튬 금속 음극을 채용해 -25℃부터 120℃까지 작동하는 전고체 전지가 개발됐다. 일본의 기술 전문 매체 EE타임스는 지난 19일(현지 시간) 덴소와 큐슈대학교 연구진이 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬(Li) 금속에 대한 안정성을 갖춘 '고체 전해질'을 개발했다고 보도했다. 덴소는 일본의 대표적인 자동차 부품 전문 기업으로 자동차 전자 제어 시스템, 엔진 관련 부품, 내연기관, 하이브리드 및 전기차용 시스템, 자율 주행 기술, 정보 및 통신 기술 등 다양한 분야에서 기술을 보유하고 있다. 또한, 덴소는 에어컨 시스템, 차량 내부 및 외부 조명, 제동 시스템 등과 같은 자동차 주변 시스템도 제조한다. 연구팀은 리튬 금속 음극을 사용하여 제작한 전고체 전지가 -25℃~120℃까지의 광범위한 온도 범위에서 작동하는 것을 확인했다. 재료 간 연속적으로 일어나는 상호 반응으로 인해 저온에서 소결이 진행된다. 리튬 음극 전고체 배터리의 경우 '소결'은 전기화학적인 과정을 의미한다. 리튬 음극 전고체 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 이온의 이동을 통해 전기 에너지를 저장하고 방출하는 전지를 말한다. 소결은 이 배터리의 전극(음극) 부분을 제작하는 과정 중 하나다. 리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 그래핀, 석탄 블랙 또는 다른 탄소 기반 물질로 만들어진다. 소결 과정은 이러한 물질을 압력과 온도를 가하여 밀착시키고, 전해질과 함께 전지 구조에 통합시키는 것을 말한다. 이러한 과정은 음극의 전기적 특성을 최적화하고, 전지의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요하다. 소결은 전지의 제조과정에서 핵심 단계 중 하나이며, 배터리의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 소결 과정은 배터리 제조 과정에서 특히 중요한 부분이다. 덴소의 임진대 연구원(당시 규슈대학교 대학원 종합이공학부 박사과정 3년)과 규슈대학교 대학원 종합이공학연구원의 와타나베 켄 조교수, 시마노에 켄고 교수 등으로 구성된 연구팀은 2024년 2월, 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬 금속에 대한 안정성을 겸비한 '고체 전해질'을 개발했다고 발표했다. 산화물 전해질을 사용한 전지는 발화 등이 없어 안전성이 높다. 하지만 재료 간 접합을 위해서는 1000℃ 이상의 고온에서 소결해야 한다. 연구팀은 이때 전극재와 전해질재가 반응하는 등 배터리화가 어려웠다고 전했다. 연구팀은 지금까지 전해질 소재인 'Li7La3Zr2O12(LLZ)에 저융점 소결 보조제를 나노 수준으로 복합화해 750℃에서 소결을 실현했다. 그러나 소결 보조제를 첨가하기 때문에 음극 재료인 리튬 금속에 대한 안정성이 현저하게 떨어졌다. 이번 연구에서는 새로운 소결 메커니즘을 활용해 안전성 문제를 해결했다. 연구팀은 열분석과 미세구조 분석 결과, 'Li-Sb-O 산화물' 및 'Li-B-O 산화물'이라는 두 종류의 소결 보조제와 'CO₂'가 연속적으로 상호 반응하는 것을 확인했다. 이를 통해 (Li-)-B-O 산화물은 용융 상태를 유지하며 저온에서 소결이 진행됨을 확인했다. 이 소결 메커니즘을 활용하면 Bi를 포함한 재료 조성을 사용하지 않고도 저온 소결이 가능하다. 또한, Sb를 포함한 조성으로 변경할 수 있어 Li 금속에 대한 안정성이 높은 고체 전해질을 개발하는데 성공했다. 이온전도도는 3.1×10-4S/cm를 달성했다. 'Bi'는 화학 원소 기호로 비스무트(Bismuth)를 나타낸다. 비스무트는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 주로 광산에서 추출된다. 비스무트는 주변환경에서 자연적으로 발견되며, 비스무트의 화합물은 농업, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 아울러 비스무트는 낮은 독성을 가지고 있어서 의료용 약물로 사용되는 경우가 많다. 또한, Bi는 납의 대체재로서 전자기 기기에 사용되기도 한다. 그러나 높은 가격과 기술적인 제한으로 인해 사용이 제한될 수도 있다. Sb는 화학 원소 기호로 안티모니(Antimony)를 말한다. 안티모니는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 자연적으로 화학적으로 비동정된 형태로 발견된다. 안티모니와 그 화합물은 여러 산업 분야에서 사용되며, 특히 화학, 전자, 의료, 화장품 산업에서 사용되는 경우가 많다. 안티모니의 화합물은 화장품, 화학 처리, 납의 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 용도로 사용된다. 또한, 안티모니는 반도체 산업에서 사용되는 반도체 소재의 일부이며, 화합물로서는 일부 의약품에서도 쓰인다. 그러나 안티모니와 그 화합물은 높은 독성을 가지고 있어서 적절한 관리가 필요하다. 연구팀은 개발된 소재를 이용해 제작한 전고체전지의 특성을 평가했다. 그 결과, 상온 환경에서 60회 충전·방전 후 용량 유지율은 98.6%로 나타났다. 전고체 배터리 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 이 기술은 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템 등의 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 전고체 기술은 전통적인 액체 전해질 전지에 비해 안전성이 뛰어나며 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시키는 잠재력이 있다.
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[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동
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호주 국립대, 태양보다 5백조 배 더 밝은 퀘이사 발견
- 호주 과학자들이 지금까지 발견된 블랙홀 중 가장 빠르게 성장하는 퀘이사를 발견했다. 20일(현지시간) 영국 매체 가디언에 따르면 호주 국립대학교(ANU) 연구원들이 발견한 'J0529-4351' 퀘이사는 태양보다 500조 배 더 밝고 질량은 태양계 태양의 약 170억 배에 달한다. 이 퀘이사는 하루에 태양 1개에 해당하는 양을 먹어치운다. 이는 퀘이사가 엄청난 양의 물질을 흡수하고 있으며, 얼마나 빠르게 성장하고 있는지를 보여 준다. '퀘이사'는 일반적으로 '중성자 별에서의 금속 원자 빛발산 현상'을 가리키는 용어다. 중성자 별은 대량의 중성자를 가진 매우 밀도가 높은 별로, 핵심 부분에 남은 것이고, 별의 질량은 태양의 수십배에서 수백배에 이은다. 퀘이사는 중성자 별의 자기장이 매우 강력해주변 공간에 있는 원자들의 전자를 빠져나가게 되고, 이러한 과정에서 원자의 핵심인 금속 원자가 감속되면서 빛을 방출하는 현상을 말한다. 이 빛발산은 주로 X선이나 감마선과 같은 고에너지 전자기파로 나타난다. 즉, 퀘이사는 우주에서 가장 강력한 에너지원 중 하나로, 고에너지 천체물리학 및 천문학에서 중요한 연구 대상이다. 특히 중성자 별의 내부 구조와 속성을 연구하는 데에 있어서 퀘이사는 중요한 정보를 제공한다. ANU 연구팀이 이번에 발견한 퀘이사는 120억 광년 떨어진 곳에 위치하며 강착원반의 크기는 무려 7광년에 달한다. '강착원반'은 블랙홀 주변에서 회전하는 가스와 먼지로 이루어진 원반이다. 연구팀에 따르면 이 퀘이사의 강착원반은 온도가 섭씨 1만도에 달하고 곳곳에 번개가 치고 바람이 매우 빨리 불어 지구를 1초 만에 돌릴 정도로 거대한 자기 폭풍 세포처럼 보인고 한다. 이 퀘이사는 너무 밝아서 처음에는 지구에서 그리 멀지 않은 별로 분류됐다. 하지만 연구팀이 유럽 남부 천문대(ESO)의 초 거대 망원경을 사용하여 관찰한 결과, 이 퀘이사는 실제로는 엄청나게 먼 곳에 위치하고 있음이 밝혀졌다. 연구원들은 이 퀘이사를 '폭풍의 눈에 블랙홀이 있는 거대한 허리케인' 또는 '주 어디에서나 발견한 지옥으로 가는 가장 큰 문'에 비유했다. 이 퀘이사는 대부분의 큰 은하계 중심에 있는 거대한 블랙홀을 연구하는 데 중요하며, 퀘이사 팽창에 대한 이해를 더욱 높일 수 있다. 이번 연구를 주도한 호주 국립대학교의 크리스찬 울프(Christian Wolf) 교수는 "이 지옥같은 장소를 상상하는 것은 충격과 경외의 순간이다. 자연은 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 극단적인 것을 만들어낸다"고 말했다. 이 퀘이사의 이름은 'J0529-4351'이며, 지난 수십 년 동안 '눈에 잘 띄지 않는 곳에 숨어 있다'가 발견됐다. 연구팀은 이 퀘이사를 발견했을 때 놀랍고 경외심을 느꼈으며, 극한 환경에서 물질이 어떻게 행동하는지 연구하는 데 중요하다고 말했다. 또한 우주의 초기 역사를 연구하는 데 도움이 될 수 있다고 한다. 이번 퀘이사의 발견은 우주에는 아직 모르는 것이 너무나 많다는 사실을 보여준다. 앞으로 과학자들이 더 많은 연구를 통해 퀘이사와 블랙홀에 대한 이해를 더욱 높일 수 있을 것으로 보인다.
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호주 국립대, 태양보다 5백조 배 더 밝은 퀘이사 발견
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소프트뱅크, 사우디 국부펀드와 산업용로봇 합작사 설립
- 소프트뱅크그룹(SBG)은 20일(현지시간) 사우디아라비아의 국부펀드 산하 기업과 산업용로봇을 제조하는 합작회사를 설립한다고 발표했다. 이날 닛케이(日本經濟新聞) 등 외신들에 따르면 SBG와 사우디 국부펀드 계열사는 최대 1억5000만 달러를 투입해 사우디 수도 리야드에 제조시설을 올해 12월 세울 계획이다. SBG그룹은 사우디의 무함마드 빈 살만 왕세자가 이끌고 있는 퍼블릭 인베스트먼트 펀드(PIF) 산하 알랏사와 전략적 파트너십을 체결했다. 야후 파이낸스에 따르면 이 벤처는 소프트뱅크가 개발한 지적 재산을 기반으로 산업용 로봇을 제작할 예정이며, 첫 번째 공장은 12월에 문을 열 계획이다. 알랏은 또한 보안 및 감시용 제품을 만들기 위해 다후아 테크놀로지와 제휴를 맺었다. 두 회사는 이 사업에 2억 달러를 투자할 예정이며, 사우디 기업이 대주주가 된다. 다후아는 보안 위험이 있다는 이유로 규제 당국에 의해 미국 내 전자제품 판매가 금지된 기업 중 하나였다. 이 회사는 이전에 사우디 정부의 5000억 달러 규모의 대형 프로젝트인 네옴(Neom)에 얼굴 스캐너를 포함한 제품을 공급한 바 있다. 리야드에서 건설되는 이 신설회사는 SBG 및 관련기업의 지적 재산을 활용해 조립과 제조 및 생산분야에 최적화된 차세대 로봇 제조를 목표로 하고 있다. 사우디는 현재 석유의존의 경제에서 탈피해 제조업강국으로 변신을 꾀하고 있다. 알랏사의 아미트 미다 최고경영자(CEO)는 인터뷰에서 "반도체 제조에 대한 투자 기회도 검토하고 있으며, 연내에 반도체 업계에 첫 투자를 하는 방향으로 여러 후보대상들과 협상하고 있다"고 말했다. 그는 구체적인 내용에 대해서는 언급을 회피했지만 "어떻게 하면 의미 있는 지원을 할 수 있고, 또한 이익을 얻을 수 있을까에 대해서, 복수의 세계적인 유력 기업과 협의하고 있다"라고 설명했다. 소프트뱅크 그룹의 손정의 회장은 이번 발표에 대해 "앞으로 제조업의 본연의 자세에 있어서 역사적인 계기가 될 것"이라고 강조했다. 사우디 공공투자펀드는 소프트뱅크와 오랜 관계를 맺고 있으며 비전 펀드에 450억 달러를 투자했다. 이러한 움직임은 석유에 의존하는 경제에서 기술, 금속, 광업, 관광 등 모든 분야에서 수익을 창출하고자 하는 사우디의 노력을 강조한다. 이번 계약은 정부 장관이 공공투자펀드가 반도체 산업에 "상당한 규모의 투자"를 검토하고 있다고 밝힌 지 한 달 만에 이루어졌다.
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소프트뱅크, 사우디 국부펀드와 산업용로봇 합작사 설립
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일본, 우주 오염 방지 위해 세계 최초 목조 위성 개발
- 일본의 과학자들이 우주 오염 문제에 대응하기 위해 세계에서 가장 독특한 우주선 중 하나를 개발했다. 이는 목재로 제작된 소형 위성 리그노샛(LignoSat)으로, 목련 나무를 사용하여 만들어졌다. 18일(현지시간) 야후에 따르면, 리그노샛 위성은 국제 우주 정거장(ISS)에서 실시된 실험에서 안정성과 균열 저항성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 올해 여름, 이 목재 위성은 미국의 로켓에 실려 우주로 발사될 예정이다. 교토 대학과 스미토모 임업(Sumitomo Forestry)의 연구팀은 생분해성 재료인 목재를 사용하여 현재 금속으로 제작되는 위성에 대한 환경친화적인 대안을 모색하기 위해 이 위성을 제작했다. 교토 대학의 일본 우주 비행사이자 항공 우주 공학자인 타카오 도이(Takao Doi) 교수는 지구 대기권으로 재진입하는 위성이 연소되면서 작은 알루미나 입자를 생성하고, 이 입자들이 대기 상층부에 오랜 기간 동안 머물면서 결국 지구 환경에 영향을 미친다고 설명했다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 교토 대학의 연구원들은 다양한 목재 종류를 평가하고 우주 발사 및 지구 궤도에서의 장기 비행을 견딜 수 있는지를 검증하는 프로젝트를 시작했다. 첫 번째 실험은 우주 환경을 모사한 실험실에서 진행되었으며, 목재 샘플이 질량 변화나 분해, 손상의 징후 없이 안정적임이 확인됐다. 프로젝트 책임자인 코지 무라타(Koji Murata)는 "목재가 이러한 극한 조건을 견딜 수 있는 능력에 대해 우리는 매우 놀랐다"고 말했다. 이 실험이 끝난 후, 샘플은 ISS로 보내졌고, 그곳에서 거의 1년 동안 노출 시험을 거친 후 지구로 돌아왔다. 이번에도 그것들은 손상의 징후를 거의 보이지 않았는데, 무라타는 우주에 나무를 태울 수 있는 산소가 없고 나무를 썩게 할 수 있는 생물이 없기 때문이라고 설명했다. 이 실험을 마친 후, 샘플은 국제 우주 정거장(ISS)으로 전송되어 거의 1년 동안 우주 환경에 노출된 후 지구로 반환됐다. 반환된 샘플은 손상의 징후를 거의 보이지 않았다. 무라타는 이 현상을 우주에는 나무를 태울 수 있는 산소가 없고, 나무를 분해할 수 있는 미생물이 존재하지 않기 때문이라고 설명했다. 일본 벚나무를 포함한 여러 종류의 목재가 실험에 사용됐고, 특히 목련 나무가 가장 견고한 것으로 입증됐다. 무라타는 "목련 나무는 교토의 나무 위성 제작에 사용되었으며, 이 위성은 궤도상에서 우주선의 성능을 평가하는 다양한 실험을 포함하게 될 것"이라고 밝혔다. 리그노샛의 궤도상 작동이 성공적으로 수행될 경우, 더 많은 위성의 자재로 목재 사용 가능성이 열릴 것으로 전망된다. 매년 약 2000개 이상의 우주선이 발사될 것으로 예상되는 가운데, 재진입 시 연소되면서 대기 상층부에 침착될 수 있는 알루미늄 사용은 곧 심각한 환경 문제를 초래할 수 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학의 과학자들이 실시한 최근 연구에 따르면, 인공위성이 재진입할 때 알루미늄이 오존층에 심각한 피해를 입힐 수 있으며, 지면으로 도달하는 햇빛의 양에도 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기됐다. 하지만, 리그노샛과 같은 목재로 만들어진 위성의 경우, 이러한 문제가 발생하지 않는다. 임무를 마친 후 대기권으로 재진입하며 연소될 때, 오직 생분해성 재료의 미세한 입자만을 생성한다. 목재 위성은 환경에 더 친화적이며, 무게가 가볍고 비용도 저렴하다. 또한, 우주 환경에서의 안정적인 성능이 확인됐다. 이러한 목재 위성 개발은 위성 제작 방법에 혁신을 가져오고 환경 보호에 기여할 수 있는 중요한 단계로 평가된다.
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- IT/바이오
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일본, 우주 오염 방지 위해 세계 최초 목조 위성 개발
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노인 근육감소증, 유청 단백질과 저항성 운동이 도움
- 나이가 들면서 발생하는 근육량과 근력의 감소, 즉 근육감소증은 독립적인 생활, 이동 능력, 그리고 전반적인 건강 상태에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 미국의 의료 및 건강 전문 매체 메드리바(Medriva)는 18일(현지시간) 노인 근육감소증에 대항하기 위한 여러 연구가 활발히 진행 중이며, 그 중 유청 단백질 보충과 저항성 훈련이라는 두 가지 방법이 이 질환을 효과적으로 예방하고 치료할 수 있다는 연구 결과를 소개했다. 유청 단백질은 우유에서 추출한 고품질 단백질로, 소화율이 높고 흡수가 빠르기 때문에 근육량 증가와 건강에 도움이 되는 것으로 알려져 있다. 특히 근육 단백질 합성을 촉진하는 아미노산인 류신이 풍부하게 함유되어 있어 근육감소증을 효과적으로 대응할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 미국 유타대학교 연구팀은 1154명의 노인을 대상으로 유청 단백질 보충제가 근육감소증에 미치는 영향을 조사했다. 연구 결과, 유청 단백질 보충제를 섭취한 노인들은 근육량, 근력, 신체적 성능이 유의미하게 향상되었다. 뿐만 아니라 염증 지표는 감소하고, 성장 인자와 알부민 수치는 증가했다. 저항성 운동, 즉 근력 운동을 유청 단백질 보충과 함께 실시하면, 유청 단백질의 효과를 상당히 강화할 수 있다. 연구에 따르면, 고강도 저항성 운동과 유청 단백질 보충을 결합할 경우, 근육량 증가에 더욱 큰 이점을 가져온다고 한다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 1154명의 노인을 대상으로 한 연구에서 유청 단백질 보충제가 근육감소증에 미치는 영향을 조사했다. 연구 결과, 유청 단백질 보충제를 정기적으로 섭취한 노인들은 근육량, 근력, 그리고 신체적 성능이 유의미하게 향상되었으며, 염증 지표는 감소하고 성장 인자 및 알부민 수치는 증가하는 긍정적인 결과를 보였다. 연구팀은 유청단백질에 근육 단백질 합성을 촉진하는 류신과 같은 아미노산이 풍부해 근육감소증 치료에 효과적이라는 사실을 입증했다. 그러나, 유청 단백질 보충과 저항성 운동은 근육감소증 치료에 유익하긴 하지만, 식단이나 운동 계획에 변화를 주기 전에 의료 전문가의 조언을 구하는 것이 필수적이다. 일부 사람들은 유청 단백질 섭취 시 소화 불량과 같은 부작용을 겪을 수 있고, 특히 간이나 신장 기능에 문제가 있는 경우에는 추가적인 주의가 필요하다. 또한, 유청 단백질 제품의 품질 관리도 중요한 고려 사항이다. 2018년의 한 보고서는 70% 이상의 유청 단백질 제품에서 납과 카드뮴과 같은 중금속이 검출되었다고 지적했다. 비록 검출된 수준이 반드시 유해하다는 의미는 아니지만, 고품질이며 유해 물질이 없는 제품을 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 유청 단백질 보충과 저항성 운동을 시작하기 전에는 반드시 해당 분야의 전문가와 상의하여 개인의 상황에 가장 적합한 접근 방식을 결정해야 한다. 나이가 들면서 발생하는 근육의 손실과 약화에 대응하기 위해, 유청 단백질 보충과 저항성 운동의 조합은 매우 효과적인 전략이 될 수 있다. 영양과 운동의 결합은 나이와 관련된 근육 문제를 해결하는 데 큰 잠재력을 가지고 있음을 의미한다.
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- 생활경제
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노인 근육감소증, 유청 단백질과 저항성 운동이 도움
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포스코퓨처엠, 흑연 100% 국산화 도전⋯수입 원료 활용 검토
- 포스코퓨처엠은 흑연의 국내 생산을 촉진하기 위해 다양한 원료 수입을 포함한 여러 방안을 모색하고 있다고 밝혔다. 김준형 포스코퓨처엠 사장은 15일 서울 서초구 JW메리어트 호텔에서 열린 한국배터리산업협회 이사회 및 총회에서 기자들과의 만남에서, 흑연의 국내 생산화가 시급한 과제임을 강조하며, 이 분야에서 포스코퓨처엠이 중요한 역할을 해야 한다고 말했다. 이차전지 음극재의 주요 원료는 천연흑연과 인조흑연으로 구분된다. 포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 이차전지 음극재를 생산하는 기업으로, 세종에 위치한 공장에서 천연흑연 기반의 음극재를 생산하고 있다. 지난해 중국의 흑연 수출 통제 조치가 시행되면서, 중국에 의존하던 흑연 수입 구조의 문제가 드러났다. 이에 포스코퓨처엠은 포스코인터내셔널을 통해 중국 외의 지역인 마다가스카르와 탄자니아 등에서 천연흑연 원료를 확보하고 있음을 밝혔다. 중국은 지난해 10월 20일, 이차전지 음극재의 핵심 원료인 구상흑연을 포함한 고민감성 흑연을 수출 통제 대상에 추가함으로써, 국내외 배터리 및 관련 산업계에 긴장감을 고조시켰다. 중국 상무부와 해관총서(세관)가 발표한 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선 및 조정에 관한 공고'에 따르면, 이러한 수출 통제 조치는 지난해 12월 1일부터 시행되었다. 공고에는 기존에 통제 대상이었던 인조흑연뿐만 아니라, 이차전지 음극재에 사용되는 고순도 천연흑연도 통제 대상에 추가했다고 명시하고 있다. 지난해 1월부터 9월까지의 기간 동안, 우리나라가 중국으로부터 수입한 흑연 제품의 의존도는 천연흑연의 경우 97.7%, 인조흑연은 94.3%에 달했다. 이러한 상황에서 김 사장의 발언은 중국에 대한 천연흑연 수입 의존도를 줄이고 수입처 다변화를 추진하려는 의도로 해석된다. 또한, 포스코퓨처엠은 포항에 위치한 공장에서 국내 유일의 인조흑연 생산을 담당하고 있다. 이 공장에서는 포스코 제철 공정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 사용하여 원재료부터 최종 제품까지의 전 과정을 국내에서 완성, 국산화를 실현하고 있다. 최근 미국의 인플레이션 감축법(IRA)과 유럽연합(EU)의 핵심 원자재법(CRMA) 등 글로벌 공급망 강화 조치가 잇따르는 가운데, 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 공장은 국가적인 공급망 강화에 있어 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 지난해 중국이 흑연 수출통제를 시작했을 때, 포스코퓨처엠이 국내에서 인조흑연을 100% 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있음이 크게 주목받았다. 포스코퓨처엠은 현재 연간 8000톤 규모의 인조흑연을 생산하고 있으며, 이를 올해 안에 1만8000톤까지 증대할 예정이다. 또한, 2025년 말까지 총 4000억 원을 추가 투자해 현재 생산 규모를 2배 이상으로 확장할 계획임을 발표했다. 또 김 사장은 장인화 신임 회장 후보 내정 이후 그룹 차원의 이차전지 투자 축소 가능성에 대한 질문에 대해, 그와 관련된 어떤 정보도 듣지 못했으며 신임 회장 후보와도 만난 적이 없고 어떠한 지침도 받지 않았다고 답변했다. 한편, 김 사장은 올해 포스코퓨처엠의 과제로는 인조흑연 생산 확대와 함께 리튬인산철(LFP) 생산 준비를 꼽았다. 특히, LFP 양극재의 양산 시점에 대해 김 사장은 이 문제가 단순하지 않으며, 국내에서의 투자가 어려워 글로벌 시장으로 확장을 고려해야 하는지에 대해 심각한 고민 중이라고 말했다. LFP 양극재는 리튬 이온 배터리의 한 종류로 사용되는 양극 소재다. 이 소재는 리튬 이온, 철(Fe), 인산염(PO₄)으로 구성되어 있다. LFP 배터리는 열에 안정적으로 고온에서 화재나 폭발 위험이 낮다. 일반적으로 다른 리튬 이온 배터리 소재보다 더 긴 수명을 갖는다. 그러나 LFP 배터리는 에너지 밀도가 다른 리튬 이온 배터리 소재보다 낮은 편이므로, 같은 양의 에너지를 저장하기 위해 더 큰 무게나 부피가 필요할 수 있다는 단점이 있다. 이는 전기차의 주행 거리에 영향을 미칠 수 있다. 김 사장은 하이니켈 단결정 양극재의 공급에 대해서 "지난해 고객의 요구 사항을 충족시키는 것이 우리의 의무임을 깊이 깨달았다. 품질과 수량 면에서 많은 교훈을 얻었다"고 말했다. 그는 이어서 "올해는 계획에 따라 생산이 원활하게 진행될 것으로 확신한다"고 덧붙였다. 하이니켈 단결정 양극재는 리튬 이온 배터리의 양극재 중 하나로, 니켈의 함량이 높은 단결정 구조를 가진 소재를 말한다. '하이니켈(High-Nickel)'은 니켈(Ni) 함량이 높다는 것을 의미하며, 이는 배터리의 에너지 밀도를 높여주는 주요 요소 중 하나다. 니켈의 비율이 높을수록 배터리는 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 되어, 전기차의 주행 거리를 증가시킬 수 있다. 단결정 양극재는 결정 구조가 단일한 형태로 되어 있어, 다결정 양극재에 비해 화학적, 물리적 안정성이 더 높다. 이러한 단결정 구조는 배터리의 수명을 연장하고, 고온에서의 성능 저하를 줄이는 데 도움을 준다. 특히, 고온에서의 안정성과 장기적인 성능 유지가 중요한 전기차 배터리에 적합한 소재로 평가된다. 하이니켈 단결정 양극재는 고성능 전기차 배터리에 필요한 높은 에너지 밀도와 우수한 안정성을 제공하는 핵심 소재 중 하나로, 배터리 산업에서 중요한 역할을 하고 있다. 그러나, 니켈 함량이 높아질수록 코발트(Co)와 같은 다른 금속의 비율을 줄여야 하기 때문에, 소재의 가격과 공급망, 환경적 영향 등 여러 측면에서의 고려가 필요하다. 김 사장은 "고객들이 단결정 양극재를 선호하고 있어, 포항과 광양의 생산 시설에서 이를 준비하고 있다. 고객의 요구에 부응하는 공급을 할 계획이다. 현재 생산 수율도 목표에 도달하고 있다"고 밝혔다.
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포스코퓨처엠, 흑연 100% 국산화 도전⋯수입 원료 활용 검토
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[퓨처 Eyes(23)] 콘크리트보다 강하고 환경친화적인 차세대 건축자재 '페록'
- 기존 콘크리트보다 5배 강하고 이산화탄소(CO₂)를 흡수하는 환경친화적인 건축 자재 페록이 개발됐다. 콘크리트가 건축 자재로 사용되기 시작한 시기는 고대 로마 시대로 거슬러 올라간다. 로마인들은 기원전 3세기경부터 콘크리트를 사용하기 시작했으며, 이를 활용해 수많은 건축물, 교량, 도로 등을 건설했다. 로마 콘크리트는 화산재와 석회석을 혼합한 것으로, 현대 콘크리트의 전신이라 할 수 있다. 그 당시에 건설된 많은 구조물들이 오늘날까지도 남아 있어 그 내구성을 입증하고 있다. 미국 애리조나 대학에서 개발된 '페록(Ferrock)'이라는 새로운 건축 자재가 과학 저널을 통해 최근 또 다시 주목받고 있다. '페록(Ferrock)'은 '철'과 '돌'이 결합된 용어다. 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. 미국 매체 쿨다운(TCD)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 강하면서 환경친화적이라는 특징을 지니고 있어 건물이나 인프라 구조물 설계에 혁신을 가져올 수 있다는 평가를 받고 있다. 강철 분진과 실리카의 혼합물을 철암 및 물과 혼합하고 고농도의 이산화탄소에 노출시키면 페록 경화 과정이 진행된다. 페록의 강도는 일반 포틀랜드 시멘트로 만든 콘크리트의 5배에 달한다. 또한 기존 콘크리트에 비해 더 유연하다. 균열 없이 움직임과 압력을 견디는 페록은 콘크리트에 비해 지진에 의한 압축 하중을 더 많이 견딘다. 일반적으로 페록 강도는 34.5 Mpa(메가파스칼)에서 48 Mpa 사이이며 일부 페록 테스트에서는 69 Mpa에 도달했다. 갓 만들어진 페록은 빠르게 굳으며 최대 강도에 도달하는 데 약 1주일이 걸린다. 페록의 개발은 10여 년 전, 데이비드 스톤 박사 연구원이 시멘트 대체재 개발 대회에서 폐철강 분진을 사용해 우승하면서 시작됐다. 2013년 특허를 획득한 스톤 박사는 '아이언쉘(Iron Shell)' 회사를 설립해 페록 상용화에 나섰다. 스톤 박사는 "실험실에서의 우연한 발견에서 시작됐다"라고 말했다. 보다 지속 가능한 건축 산업 혁신은 짚을 포함한 모든 종류의 재료를 사용하는 전 세계 연구자들의 관심사다. 폐 철강도 바로 여기에 속한다. 건설업계 전문지 사이언스다이렉트(ScienceDirect)에 따르면 페록은 기존 콘크리트보다 압축 강도 13.5%, 인장 강도 20%, 휨 강도 18%가 강하다. 또한 주재료인 철강 분진과 유리 분말을 포함해 페록 제조 과정에 사용되는 재료의 95%는 재활용 재료로 이루어져 비용 효율이 높은 것으로 알려졌다. 아울러 경화 과정에서 특별한 화학 반응을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수해 오염을 줄이는 효과도 있다. 전 세계 시멘트 연간 생산량은 40억 톤이며, 제조 과정에서 지구 대기 오염의 8%를 차지한다고 로이터통신은 전했다. 현재 공개된 페록 사진은 벽돌 모양의 슬라브와 굳어서 벽을 형성하는 슬러리 형태를 보여준다. 보고서는 폐철강 확보 등 과제가 아직 남아있지만 소규모 프로젝트부터 적용 가능하다고 전했다. 페록 외에도 콘크리트보다 더 강한 신소재에 대한 연구는 다양한 분야에서 활발히 이루어지고 있다. 그래핀이나 탄소 나노튜브, 고성능 폴리머,금속 매트릭스 복합 재료 등의 신소재들은 건축, 항공, 자동차 등 여러 산업에서의 응용 가능성을 탐색하고 있다. 먼저 그래핀은 탄소 원자가 2차원 평면상에서 벌집 모양의 격자를 이루는 형태로, 강철보다 약 100배 강하면서도 매우 가벼운 물질이다. 그래핀은 높은 전도성, 유연성, 투명성을 가지며, 이러한 특성으로 인해 전자기기, 에너지 저장 장치, 심지어 건축재료에 이르기까지 광범위한 응용이 기대되고 있다. 탄소 나노튜브(Carbon Nanotubes, CNTs)는 그래핀을 원통형으로 말아 만든 나노스케일의 튜브 형태로, 뛰어난 인장 강도와 탄성 모듈러스를 가지고 있다. 이러한 속성으로 탄소 나노튜브는 항공우주, 군사, 스포츠 용품 등의 고성능 재료에 유용하게 활용될 수 있다. 고성능 폴리머 등 여러 고분자 재료들은 새로운 제조 기술과 결합해 콘크리트보다 훨씬 강하면서도 가벼운 신소재를 만드는 데 사용된다. 이들은 높은 내구성, 우수한 열 저항성 및 화학 저항성을 제공한다. 금속 매트릭스 복합재료(Metal Matrix Composites, MMCs)는 금속을 기반으로 해 다른 금속이나 비금속 재료를 강화재로 추가하여 제작된다. 이러한 복합재료는 원래 금속의 좋은 성질에 강화재의 특성을 더해, 더 높은 강도와 경도, 개선된 내구성을 제공한다. 그밖에 세라믹 매트릭스 복합재료(Ceramic Matrix Composites, CMCs)는 세라믹을 기반으로 하며, 강화재로 탄소 나노튜브나 그래핀 같은 나노물질을 사용할 수 있다. 이들은 높은 온도에서의 안정성, 낮은 밀도, 뛰어난 내마모성 등을 제공한다. 이러한 신소재들은 각각의 독특한 특성으로 인해 콘크리트와 같은 전통적인 건축 재료를 대체하거나, 그 성능을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구와 개발이 계속됨에 따라, 페록과 그래핀 등 신소재들의 생산 비용이 절감되고, 더 넓은 적용 범위와 함께 실용화될 것으로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(23)] 콘크리트보다 강하고 환경친화적인 차세대 건축자재 '페록'
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LG엔솔, 호주 리튬정광 8.5만t 확보…"전기차 EV 27만대분"
- LG에너지솔루션이 호주에서 전기자동차(EV) 배터리의 핵심 소재인 리튬 확보에 나섰다. 14일 LG에너지솔루션은 호주 리튬 생산업체 웨스CEF(Wesfarmers Chemicals, Energy & Fertilisers)와 리튬 정광 공급계약을 체결했다고 밝혔다. 이번 계약으로 LG에너지솔루션은 올해 1년 동안 웨스CEF로부터 리튬 정광 8만5000톤(t)을 공급받게 된다. 리튬정광은 리튬 광석을 가공해 농축한 리튬 정광(Lithium concentrate)은 리튬을 포함한 광석을 채굴한 후, 이를 물리적 또는 화학적 과정을 통해 농축한 고순도 광물로, 수산화리튬과 탄산리튬의 원료로 사용된다. 리튬 정광은 주로 스포듐렌(Spodumene)과 페탈라이트(Petalite) 같은 광물에서 추출되며, 이들 광물은 리튬의 주요 원료 중 하나다. 리튬 정광은 리튬 이온 배터리의 생산, 세라믹, 유리 제조 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 중요한 중간 원료다. 리튬 정광에서 추출한 리튬은 주로 탄산리튬(Li₂CO₃)이나 수산화리튬(LiOH)과 같은 형태로 정제되어, 배터리 제조 등에 사용된다. 리튬 정광의 수요는 전 세계적으로 전기차 및 휴대용 전자기기 시장의 성장에 힘입어 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 리튬 정광을 생산하는 광산의 개발과 운영도 활발히 이루어지고 있으며, 리튬 공급망 확보는 많은 기업들에게 중요한 전략적 과제가 되고 있다. LG에너지솔루션이 이번에 확보한 리튬 정광은 약 1만1000t의 수산화리튬을 생산할 수 있는 양으로, 한 번의 충전으로 500km 이상을 주행할 수 있는 고성능 전기차 약 27만 대 분량의 배터리 제작이 가능하다. 수산화리튬(Lithium Hydroxide, 화학식: LiOH)은 리튬의 수산화물 형태로, 주로 전기차 배터리, 항공 우주 산업, 그리스 제조 등에 사용되는 중요한 화학 물질이다. 전기차 배터리의 핵심 원료 중 하나로, 리튬 이온 배터리의 제조 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 수산화리튬은 리튬 광석에서 추출한 리튬 또는 리튬 염수를 가공하여 생산한다. 탄산리튬(Lithium Carbonate, 화학식: Li₂CO₃)은 리튬의 탄산염 형태로, 전기차 배터리, 세라믹, 유리 등 다양한 산업 분야에서 쓰이는 핵심 소재다. 특히, 리튬 이온 배터리의 핵심 원료 중 하나로, 전기차의 핵심 동력원인 리튬 이온 배터리를 제조하는 데 필수적인 물질이다. LG에너지솔루션 관계자는 "이번 계약을 통해 미국 자유무역협정(FTA) 권역 내 리튬 공급망을 강화하고, 고성능 전기차 배터리 생산 확대에 필요한 핵심 원료를 확보할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 양사는 향후 추가 공급 계약에 대해서도 논의할 예정이다. 리튬은 전기차 배터리의 핵심 원료로, 전기차 시장 성장에 따라 수요가 급증하고 있다. LG에너지솔루션은 이번 계약을 통해 미국 시장 진출을 위한 리튬 확보 기반을 마련한 것으로 평가된다. 웨스CEF는 호주 10대 기업 웨스파머스(Wesfarmers)의 자회사로, 2019년 호주 서부 마운트홀랜드 광산 프로젝트에 투자하며 리튬 생산 사업에 진출했다. 또한 웨스CEF는 세계 최대 리튬 생산 업체 칠레 SQM과 합작 법인을 설립해 광산과 수산화리튬 생산 시설을 공동으로 개발하고 있다. LG에너지솔루션은 이전에 웨스CEF와 2025년부터 5년 간 마운트홀랜드 광산 프로젝트를 통해 생산될 수산화리튬 5만t을 공급받기로 하는 계약을 체결한 바 있어, 이번 계약은 양사 간 협력의 지속적인 확대를 의미한다. LG에너지솔루션은 웨스CEF가 공급하는 수산리튬은 전량 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 보조금 요건을 충족한다고 설명했다. 양사는 앞으로도 미국 FTA 권역 내에서 핵심 광물 및 원재료의 안정적인 공급망을 구축하기 위해 긴밀히 협력할 계획이다. 이강열 LG에너지솔루션 구매센터장(전무)은 "웨스CEF와 같은 잠재력이 높은 파트너들과의 전략적 협력 관계를 강화함으로써 핵심 원재료의 안정적 확보는 물론, 경쟁력 있는 가격의 배터리 제조를 목표로 하고 있다"고 밝혔다. 또한, LG에너지솔루션은 글로벌 원재료 시장의 불확실성, 예를 들어 특정 국가에서의 원재료 가격 급등 같은 예측 불가능한 공급망의 충격에도 불구하고, 핵심 원재료를 안정적으로 조달할 수 있는 구조적인 경영 체계를 마련하기 위한 지속적으로 노력하고 있다. 이는 글로벌 공급망 변화에 유연하게 대응할 수 있는 기반을 마련함으로써, 회사의 경쟁력을 한층 더 강화시키는 데 기여할 것으로 보인다. 미국 내에서 LG에너지솔루션은 IRA 보조금 요건을 충족하기 위해 소재 파트너들과의 전방위적 협력에 주력하고 있습니다. 이와 동시에, 미국을 벗어난 지역에서는 가격 경쟁력과 신속한 공급 대응 능력을 갖추기 위해 역량을 집중하고 있다. 이와 관련하여, LG에너지솔루션은 전 세계적으로 리튬 공급망 확보에 주력하고 있음을 확인하며, 호주의 그린테크놀로지메탈스로부터 캐나다에서 생산되는 리튬 정광의 25%, 칠레의 SQM으로부터 수산화리튬 및 탄산리튬 10만t, 그리고 호주 라이온타운으로부터 리튬 정광 70만t을 확보했다고 발표하기도 했다. 한편, 리튬 가격은 전기차 수요 감소로 현재 하락 추세를 보이고 있다. 중국 전기자동차 업체들의 수요 둔화로 이차전지에 필수 금속인 리튬 가격은 지난 1년간 약 80% 폭락했다. 영국 일간 파이낸셜타임스(FT)는 지난 1월 25일 데이터 그룹 벤치마크 미네랄 인텔리전스를 인용해 리튬 가격은 공급 과잉 영향으로 t당 1만3200달러 수준까지 하락했다고 전했다. 리튬 가격이 지난 2021~2022년 8만 달러 수준에 거래된 것에 비하면 5분의 1로 줄어든 것으로 2020년 이후 최저 수준이다. 리튬 가격은 지난 2019~2020년 t당 약 6000달러(약 800만원)였다. 현재 가격이 당시 저점 수준까지 떨어지지는 않았지만 생산업체들의 수익성은 좋지 않다. 골드만삭스는 지난달 올해 전 세계 수요의 17%에 해당하는 약 20만t의 탄산리튬 과잉이 예상된다면서 시장 균형을 맞추기 위해서는 '상당한 공급 감축'이 필요할 것이라고 전망했다. 리튬 배터리의 핵심 원자재인 탄산리튬 가격은 2022년 11월 t당 8만2900달러(약 1억1100만원)에 육박했다가 하락세로 접어든 뒤 작년 4월 약 2만7660달러(약 3700만원) 아래로 떨어졌다. 지난달 31일 기준으로는 1만3200달러(약 1766만원) 수준에 머물고 있다.
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LG엔솔, 호주 리튬정광 8.5만t 확보…"전기차 EV 27만대분"
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SK온, 미국산 천연흑연 확보로 IRA 대응력 강화
- SK온이 미국산 천연 흑연을 확보하는 등 공급망 다각화를 통해 인플레이션 감축법(IRA) 대응력 강화에 나섰다. SK온은 12일 미국 음극재 파트너사인 웨스트워터 리소스(이하 웨스트워터)와 천연흑연 공급 계약을 체결했다고 발표했다. 웨스트워터는 2027∼2031년 동안 앨라배마주 켈린턴 소재 정제 공장에서 생산한 천연흑연을 SK온의 미국 공장에 공급할 예정이다. 이 계약은 개발 중인 소재가 특정 조건을 충족하면 사전 협의된 가격으로 구매하는 '조건부 오프 테이크' 계약으로, 북미 전동화 시장의 성장 속도에 따라 최대 3만4천t까지 구매 가능하다. 양사는 이번 계약을 통해 지난해 5월에 체결한 배터리 음극재 공동개발 협약에 이어 파트너십을 더욱 확대하게 됐다. 음극재는 전기화학적 재료 중 하나로서, 전지나 전자기기 등에서 음극(마이너스 극)의 역할을 하는 물질을 말한다. 전지에서 음극재는 전지의 음극에서 전자를 받아들이고, 전지에서 발생한 전기를 저장한다. 주로 사용되는 음극재로는 그래핀, 리튬, 코발트 등의 물질이 있다. 다시 말하면, 음극재는 양극재·분리막·전해질과 함께 리튬이온 배터리를 구성하는 4대 요소로, 배터리의 수명, 충전 속도 등을 좌우한다. 현재 전 세계 음극재 생산의 약 85%를 중국이 차지하고 있다. 반면, 양극재는 전기화학적 재료 중 양극(플러스 극)의 역할을 하는 물질을 가리킨다. 전지나 전자기기에서 양극재는 양극(플러스 극)에서 전자를 방출하고, 전지에서 전기를 생성하거나 사용한다. 양극재로는 주로 리튬이나 다른 금속 산화물이 사용된다. 웨스트워터는 2018년 흑연 업체를 인수한 뒤 배터리용 음극재 개발 기업으로 전환했다. 앨라배마주에서 1만7000ha(헥타르) 규모의 쿠사 흑연 매장 지대의 탐사와 채굴권을 갖고 있다. 현재 광산 근처에 올해 양산을 목표로 연산 7500t 규모의 흑연 정제 공장을 건설하고 있다. 양사는 웨스트워터에서 정제한 흑연을 사용하여 SK온이 개발 중인 배터리에 적용하고, 함께 성능을 개선할 계획이다. SK온은 이번 계약으로 음극재 원재료인 천연흑연을 구매하는 협력까지 확대됐으며, 이를 통해 IRA 대응 역량이 더욱 강화될 것이라고 말했다. IRA에 따르면 2025년부터 배터리에 들어가는 핵심광물을 외국우려기관(FEOC)에서 조달할 경우 미국에서 전기차 보조금을 받을 수 없다. 흑연은 음극재의 주요 소재로, 전 세계적으로 FEOC로 지정된 중국 기업에 의존하고 있는 상황이다. 그로 인해 배터리 산업은 새로운 기술 개발과 공급처 다변화를 위해 흑연의 FEOC 적용을 최소 2년간 유예할 것을 요구하고 있다. 한편, SK온은 음극재 공급망 다각화를 위해 2022년 호주의 시라와 천연흑연 수급을 위한 양해각서를 체결한 후, 지난해 1월에는 미국 우르빅스와 음극재 공동개발 협약을 체결했다. 양극재의 경우, 칠레 SQM과 호주의 레이크 리소스 및 글로벌 리튬과 연이어 계약을 체결하며 배터리 소재의 확보 역량을 강화하고 있다. SK온의 박종진 부사장은 "현지 유력 원소재 기업들과의 지속적인 협업을 통해 IRA에 적극적으로 대응할 것"이라고 말했다. 웨스트워터의 테렌스 크라이언 회장은 "글로벌 전기차 배터리 시장을 선도하는 SK온과의 협력에 기쁨을 느끼며, SK온의 공급망 강화를 지원하게 된 것에 만족스럽다"고 밝혔다.
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SK온, 미국산 천연흑연 확보로 IRA 대응력 강화
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미국 1월 제조업 PMI 49.1…15개월 만에 최고치 경신
- 올 1월 미국의 제조업 활동이 2022년 5월 이래 가장 강력한 주문 증가세를 바탕으로 15개월 만에 최고 수준을 경신했다. 연합뉴스는 블룸버그통신을 인용해 공급관리협회(ISM)가 집계한 미국의 1월 제조업 구매관리자지수(PMI)가 전월 대비 2포인트 상승한 49.1을 기록했다고 2일 전했다. PMI 지수는 50을 넘으면 경기 확장, 그 이하이면 경기 수축 국면을 의미한다. 현재 미국의 제조업지수는 수축 국면에 머물고 있지만 한 부문을 제외하고 경제학자들의 예측을 상회하는 결과를 보였다. 특히 주목할 만한 것은 신규 주문 지수가 지난해 하반기부터 이어진 강한 수요에 힘입어 5.5포인트 상승한 52.5를 기록, 지난 3년여 간 월간 기준으로는 최대 상승 폭을 나타냈다는 점이다. 또한, 생산 지수는 50.4로 4개월 만에 증가세로 전환되었으며, 고객 재고 지수는 43.7로 나타나, 지난 2022년 10월 이후로는 재고 수준이 가장 낮았다. 이러한 지표들은 미국 내 제조업 활동의 회복세를 시사하며, 경제 전반에 대한 낙관적인 전망을 뒷받침하는 요소로 해석될 수 있다. 시장 분석가들은 최근 발표된 미국 제조업 분야의 성과가 업계가 안정화 단계에 접어들기 시작했음을 나타낸다고 해석하고 있다. 이는 미국의 구매 및 공급관리를 담당하는 임원들이, 연방준비제도(연준·Fed)로부터 올해 이자율 인하 가능성에 대한 긍정적인 신호를 받은 상황에서, 미래 경제에 대한 낙관적 전망을 갖게 되었음을 시사한다. (ISM) 제조업경기 조사위원회의 티머시 피오레 위원장은 이번 결과가 경기확장의 시작을 의미할 수 있으며, 업계가 이러한 변화를 오랫동안 기다려왔다고 말했다. 그는 "이번 분기가 지나야 결과에 대해 더 확실하게 알 수 있을 것"이라며 신중한 입장을 보였다. 산업 분야별로는 의류 및 운송 장비를 포함한 4개 산업에서 성장세가 관찰되었으나, 13개 산업은 여전히 위축되어 있는 상태를 보였다. 이는 미국 제조업의 전반적인 회복세가 일부 산업에 국한되어 있음을 보여주며, 전체 산업의 균형 잡힌 성장을 위한 더 많은 노력이 필요함을 시사한다. 미국내 시장이 안정적인 상황을 유지하는 가운데, 신규 수출 주문 지수는 해외 고객들의 수요가 감소하는 추세를 반영하며 4.7포인트 하락한 45.2로 집계됐다. 이는 2020년 5월 이후 가장 급격한 위축을 나타내는 결과로, 국제 시장에서의 도전적인 환경을 시사한다. 한편, 투입재 가격 지수는 52.9로, 7.7포인트 상승하면서 원자재 가격의 상승 압력이 증가하고 있음을 보여준다. 이러한 변화는 제조업체들이 원가 상승의 부담을 겪고 있음을 나타내며, 향후 생산 비용 및 최종 제품 가격에 영향을 미칠 가능성이 있음을 시사한다.
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미국 1월 제조업 PMI 49.1…15개월 만에 최고치 경신
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美 MIT, 액체 금속 이용한 고속 3D 프린팅 기술 개발
- 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 연구진이 액체 금속을 사용해 대형 알루미늄 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있는 새로운 3D 프린팅 기술을 개발했다고 미국 기술 전문 매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 액체 금속을 활용한 이 3D 프린팅 기술은 기존 금속 3D 프린팅 기술에 비해 상당한 시간 단축이 가능하며, 대형 알루미늄 부품을 빠르게 제작할 수 있다. 이 기술은 이미 테이블 다리와 의자 프레임 등 가구 부품 제작에 사용되고 있다. '액체 금속 프린팅(Liquid Metal Printing, LMP)'으로 불리는 이 기술은 용융된 알루미늄을 미리 정의된 경로를 따라 작은 유리 비드 층 위로 분사하는 방식으로 작동한다. 이 유리 비드들은 알루미늄이 빠르게 굳어지며 3D 구조를 형성하도록 한다. 연구팀은 이 기술이 기존 금속 제조 공정보다 최소 10배 더 빠르다고 밝혔다. 그러나, 해상도가 낮은 한계로 인해 복잡한 형상의 부품 제작보다는 저해상도의 부품 제작에 더 적합하다는 설명이다. 연구팀은 저해상도 한계가 미세한 디테일이 필수적이지 않은 더 큰 구조물의 구성 요소 제작에는 심각한 문제가 되지 않을 것이라고 말했다. 이러한 구성 요소에는 가구 부품뿐만 아니라 건설 및 산업 디자인 부품도 포함된다. 예를 들어, 액체 금속 프린팅 기술을 통해 테이블 다리 등과 같은 가구 부품을 몇 분 만에 제작할 수 있다. 이와 함께, 건물이나 공장 구조에 필요한 대형 알루미늄 부품의 제작도 가능하다. 이 기술이 아직 초기 단계임에도 불구하고, 금속 제조 분야에서 혁신적인 가능성을 제시하고 있다는 평가를 받고 있다. 액체 금속 프린팅의 한계 액체 금속 프린팅으로 제작된 부품은 해상도가 낮음에도 불구하고 높은 내구성을 지니며 추가 가공을 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 기술로 제작된 제품이 기존의 와이어 아크 적층 제조 방식으로 제작된 제품보다 내구성이 뛰어나다고 보고했다. 또한, 연구팀은 빠른 속도와 높은 해상도가 동시에 필요한 작업에 대해 액체 금속 프린팅 기술을 다른 기술과 결합하는 것을 권장했다. 이 기술은 알루미늄 외에도 다양한 금속에 적용 가능하다. 연구팀은 알루미늄을 선택한 주된 이유로 건축 분야에서의 인기와 재활용 용이성을 들었다. 연구팀은 가열 과정의 일관성을 향상시키고, 금속의 고착 문제를 방지하며, 용융 금속의 흐름을 더 정밀하게 제어하기 위해 이 기술을 지속적으로 개선하는 작업을 계획하고 있다. 특히, 더 큰 노즐 직경으로 인해 불규칙한 인쇄를 일으키는 문제를 해결하는 것도 연구 과제 중 하나다. 연구팀은 이 기술이 금속 제조 분야에서 중대한 변화를 일으킬 수 있는 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다. 최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술은 눈에 띄게 발전했다. 과학자들은 신체에 삽입되어 손상된 조직을 복구하고 청소할 수 있는 작은 3D 프린터를 개발했다. 또한 인간 심장의 작동 가능한 부분을 3D 프린팅하는 데 성공했다. 액체 금속 인쇄 기술이 상용화되면 기존 금속 제조 방식보다 부품을 훨씬 빠르고 효율적으로 제작할 수 있는 가능성을 열게 된다. 이는 제조업체의 생산성을 크게 향상시키고, 제품 비용을 절감하는 데 기여할 것으로 예상된다. 한국의 액체 금속 3D 프린팅 현황 그렇다면 한국의 액체 금속 3D 프린팅 기술은 어느 단계까지 왔을까. 국내 액체 금속 3D 프린팅 기술에 대한대표적인 연구기관으로는 한국과학기술원(KAIST), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자통신연구원(ETRI) 등이 있다. KAIST에서는 액체 금속을 활용한 3D 프린팅용 합금 개발에 주력하고 있다. 이 합금은 기존의 금속 프린팅 합금에 비해 내구성과 인장 강도가 뛰어난 것으로 평가되어, 건설, 자동차, 항공우주 등의 분야에서의 응용 가능성이 기대된다. KITECH에서는 액체 금속 프린팅 기술을 통해 자동차 부품 제작에 관한 연구를 수행 중이다. 이 연구는 자동차 부품의 제조 공정 단축과 품질 개선을 목표로 하고 있다. 한국전자통신연구원의 경우, 인공지능(AI)을 적용한 3D 프린팅 시스템 개발에 착수했다. 이 시스템은 AI를 활용해 3D 프린팅 공정을 최적화하고, 부품 제조의 효율성 및 품질을 향상시키는 데 중점을 두고 있다. 이러한 연구 개발 노력을 바탕으로, 한국에서의 액체 금속 인쇄 기술 상용화 가능성이 점점 더 커지고 있다.
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美 MIT, 액체 금속 이용한 고속 3D 프린팅 기술 개발
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5분 충전 EV 배터리, 전기차 대중화 앞당긴다
- 5분 만에 충전이 완료되는 전기자동차(EV) 배터리가 개발됐다. 미국 코넬 대학의 연구원들이 반복되는 '충전 및 방전' 주기를 통해 안정적인 성능을 제공하면서도 5분 이내에 충전할 수 있는 리튬 배터리를 개발했다고 미국 경제매체 패스트컴퍼니(fastcompany)가 지난 1월 25일(현지시간) 보도했다. 리튬이온 배터리는 가벼움, 높은 에너지 효율, 긴 수명 등의 특성으로 인해 전기 자동차에 광범위하게 적용되고 있다. 배터리의 충전 시간은 그 크기와 사용되는 충전기의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 급속 충전기를 사용하면 전기 자동차를 약 30분 내에 충전할 수 있는 반면, 가정용 '레벨 1' 충전기를 사용할 경우 충전 완료까지 40시간 이상이 소요될 수 있다. 전기자동차 충전 업체 그래비티(Gravity)는 자사의 충전기를 통해 약 200마일 주행 가능한 전기자동차를 단 5분 만에 충전할 수 있다고 주장했다. 그러나 모든 전기자동차가 이러한 고속 충전기의 전력을 처리할 수 있도록 설계된 것은 아니다. 그러나 리튬이온 배터리는 여러 장점에도 불구하고, 충전 시간이 길게 소요되며 전류 급증 처리의 제한점을 가지고 있다. 인듐 양극재 사용 연구팀은 터치스크린과 태양광 패널에 주로 사용되는 인듐이라는 금속이 배터리의 충전 속도와 저장 능력 향상에 기여할 수 있다는 것을 발견했다. 이들이 개발한 배터리는 인듐을 양극 재료로 사용한다. 이는 기존의 리튬이온 배터리 양극이 주로 구리 호일에 코팅된 흑연을 사용하는 것과 대비된다. 충전 시간이 단 5분으로 단축될 경우, 운전자는 한 번의 충전으로 전기 자동차가 얼마나 멀리 갈 수 있는지에 대한 우려를 덜게 된다. 5분 충전 EV 배터리 프로젝트를 주도한 코넬대 공과대학 학장이자 공과대 교수인 린든 아처(Lynden Archer)는 "전기 자동차 배터리를 단 5분 만에 충전할 수 있다면, 300마일 이상 주행 가능한 큰 배터리의 필요성이 감소하게 됨을 의미한다"고 설명했다. 그는 이는 비용 절감 및 전기 자동차의 보다 넓은 채택을 가능하게 하여, 전기 자동차 시장에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 강조했다. 인듐을 사용한 양극은 특정 단점도 가지고 있다. 인듐은 상대적으로 무거운 물질이며, 전기 자동차 제조업체들은 더 가벼운 소재를 선호한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 연구 개발은 미래에 더 많은 고속 충전 가능한 배터리의 개발로 이어질 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구팀은 인듐과 동일한 특성을 지니면서도 더 가벼운 금속을 찾을 가능성에 대해 말했다. 아처 교수는 특정 금속 합금이 연구 대상은 아니었지만, 원하는 특성을 지닌 재료가 존재할 수 있음을 시사했다. 그는 이를 통해 더 빠른 충전 속도를 달성하는 더 우수한 배터리 양극을 설계할 수 있는 일반적인 원리의 존재를 긍정적으로 평가했다. 아처의 발언은 기술의 발전 가능성을 강조하며, 최첨단 기술보다 더 우수한 성능을 달성할 수 있는 미래 배터리 기술에 대한 기대감을 나타낸다. 한편, 중국은 배터리 충전 기술의 발전보다는 배터리 교체 방식에 더 중점을 두고 있는 것으로 나타났다. 최근에는 세계에서 가장 큰 배터리 제조업체인 CATL이 중국 최대의 차량 공유 서비스 제공업체인 디디추싱과 함께 배터리 교체 기술에 관한 합작 벤처를 설립했다. 이 협력을 통해 교환소에서 단 5분 만에 배터리를 교체할 수 있는 시스템을 제공한다는 계획이다. 배터리 수명과 성능을 향상시키는 데는 기술적 개발뿐만 아니라, 일상적인 관리 방법도 중요하다. 배터리를 극단적인 고온이나 저온에 노출시키지 않는 것, 충전량을 20%에서 80% 사이로 유지하는 것, 그리고 느린 충전 속도를 선택하고 구속된 상태에서 주행하는 것이 배터리 상태를 유지하고 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있다고 알려져 있다. 이러한 관리 방법은 배터리의 효율적 사용과 지속 가능성을 높이는 데 기여할 수 있다.
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5분 충전 EV 배터리, 전기차 대중화 앞당긴다
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[퓨처 Eyes(22)] 초전도체 온-오프 스위치 개발, 혁신적 전력·통신 기술 기대
- 미국 과학자들이 온-오프 스위치가 있는 획기적인 초전도체 발견해 에너지 소비 감소의 길을 열었다. 최근 사이테크데일리 보도에 따르면, 워싱턴 대학교와 미국 에너지부(DOE) 산하 아르곤 국립연구소의 물리학자들이 온-오프 스위치 기능을 갖춘 새로운 초전도체를 발견했다. 초전도체는 특정 온도 아래에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질이다. 이 특징은 실제로는 매우 낮은 온도, 즉 절대 온도에 가까운 온도에서 유지되는데, 이를 초전도 상태라고 한다. 초전도체는 일반적으로 금속, 합금, 반도체 등 다양한 물질로 만들어질 수 있으며, 소수의 원자 또는 분자 구조에서 유래하는 특정한 전자-전자 상호작용이 초전도 상태를 유발한다. 따라서 초전도는 물질이 전류를 제로 저항으로 전달할 수 있는 양자역학적 상태로, 완벽한 전기 전송 효율을 가능하게 한다. 초전도체는 자기공명영상(MRI), 입자 가속기, 핵융합 반응로, 자기부상열차(마그레브 열차)와 같은 다양한 첨단 기술에서 강력한 전자석으로 활용된다. 또한, 초전도체는 양자 컴퓨팅 분야에서도 중요한 역할을 한다. 이 연구팀은 외부 자극에 반응하여 조절 가능한 독특한 특성을 지닌 초전도 물질을 개발, 에너지 효율적인 컴퓨팅과 양자 기술 발전에 기여할 수 있는 가능성을 제시했다. 이러한 발견은 첨단 연구 기법을 활용하여 이루어졌으며, 초전도 특성을 미증유의 방식으로 제어할 수 있는 능력을 통해 다양한 산업 응용 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 해당 물질은 향후 산업용 전자제품에서 초전도 회로로의 응용 가능성을 지니고 있다. 연구팀은 고급 광자 소스를 사용해 이 물질의 희귀한 특성을 검증함으로써 효율적인 대규모 컴퓨팅을 위한 새로운 길을 열었다. 산업용 컴퓨팅에 대한 수요가 증가함에 따라, 이에 대응하는 하드웨어의 크기와 에너지 소비의 증가는 주요 과제로 남아 있다. 이러한 문제에 대한 해결책 중 하나로, 에너지 소비를 크게 줄일 수 있는 초전도 소재의 개발이 주목받고 있다. 거대한 데이터 센터를 운영하는 서버의 온도를 대폭 낮춤으로써, 에너지 효율성을 극대화하여 대규모 컴퓨팅 작업을 수행할 수 있는 가능성을 제시했다. 초전도체란 무엇인가? 초전도체는 저항이 완전히 사라지는 특별한 물질을 말한다. 일반적인 전도체에서는 전기가 흐를 때 내부의 불순물이나 결정 구조 때문에 전자가 충돌하며 에너지를 손실하게 되는데, 이를 전기 저항이라고 한다. 이 저항으로 인해 전기 에너지가 열로 변환되어 손실된다. 그러나 초전도체는 특정 온도(임계 온도) 이하에서 전기 저항이 사라져 전기가 전혀 손실 없이 흐를 수 있게 한다. 초전도 현상은 1911년 헤이케 캄링 온네스에 의해 처음 발견되었으며, 이후 다양한 물질에서 초전도 현상이 관찰됐다. 초전도체는 그 특성으로 인해 많은 고급 기술과 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 초전도체를 이용하면 에너지 손실 없이 전기를 전송할 수 있으며, 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있어 자기공명영상(MRI) 장비나 입자 가속기, 초전도 자석 등에 활용된다. 초전도체를 만드는 데 필요한 임계 온도는 물질에 따라 다르며, 초기에 발견된 초전도체는 극저온에서만 초전도 현상을 보였다. 그러나 1986년에 발견된 고온 초전도체는 비교적 높은 온도에서도 초전도 현상을 나타내 연구와 응용의 범위를 크게 확장시켰다. 고온 초전도체의 발견 이후, 상온에서 초전도 현상을 나타내는 물질을 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 오늘날의 전자제품은 반도체 트랜지스터를 사용하여 전류를 빠르게 켜고 끄는 방식으로 정보 처리에 사용되는 2진법과 0진법을 생성한다. 이러한 전류는 전기 저항이 유한한 물질을 통과해야 하므로 에너지의 일부가 열로 낭비된다. 이것이 바로 시간이 지남에 따라 컴퓨터가 뜨거워지는 이유다. 초전도에 필요한 낮은 온도(보통 화씨 영하 200도 이상)로 인해 이러한 소재는 휴대용 장치에 사용하기에는 실용적이지 않다. 하지만 산업적 규모에서는 유용할 수 있다. 워싱턴 대학교의 슈아 산체스가 이끄는 연구팀은 뛰어난 조정 능력을 가진 특이한 초전도 물질을 조사했다. 이 결정은 철, 코발트, 비소 원자로 이루어진 초전도 층 사이에 강자성 유로피움 원자가 평평한 시트를 끼워 만든 결정이다. 산체스에 따르면 자연에서 강자성과 초전도를 함께 발견하는 것은 극히 드문 일이며, 일반적으로 한 단계가 다른 단계를 압도하기 때문이다. 산체스는 "초전도 층이 주변 유로피움 원자의 자기장에 의해 뚫리기 때문에 실제로는 매우 불편한 상황"이라며 "이것은 초전도를 약화시키고 전기 저항을 유한하게 만든다"고 말했다. 초전도 기술의 도전과 혁신 산체스는 아르곤에 있는 DOE 과학부 사용자 시설인 미국 최고의 X-선 광원 중 하나인 APS(Advanced Photon Source)에서 1년간 레지던트로 근무했다. 그곳에서 그는 DOE의 과학 대학원생 연구 프로그램의 지원을 받았다. 산체스는 APS 빔라인 4-ID 및 6-ID의 물리학자들과 협력하여 복잡한 물질의 미세한 세부 사항을 조사할 수 있는 포괄적인 특성화 플랫폼을 개발했다. 산체스와 공동 연구자들은 X-선 기술을 조합해 결정에 자기장을 가하면 '유로피움 자기장 선(europium magnetic field line)'이 초전도 층과 평행하도록 방향을 바꿀 수 있다는 것을 보여줄 수 있었다. 이렇게 하면 길항 효과가 제거되고 저항이 0인 상태가 나타난다. 과학자들은 전기적 측정과 X-선 산란 기술을 사용하여 물질의 거동을 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 논문의 공동 저자인 아르곤의 필립 라이언은 "초전도를 제어하는 독립적인 파라미터의 특성은 이 효과를 제어하는 완전한 방법을 계획할 수 있다는 점에서 매우 매력적"라고 말했다. 라이언은 "이 잠재력은 양자 장치의 전계 감도를 조절할 수 있는 능력을 포함하여 몇 가지 흥미로운 아이디어를 제시한다"고 설명했다. 그런 다음 연구팀은 결정에 응력을 가하여 흥미로운 결과를 얻었다. 연구팀은 자기장의 방향을 바꾸지 않고도 자성을 극복할 수 있을 정도로 초전도가 증가하거나 자기장의 방향을 바꾸어도 더 이상 제로 저항 상태를 만들 수 없을 정도로 약화될 수 있음을 발견했다. 이 추가 매개변수를 통해 자성에 대한 소재의 민감도를 제어하고 맞춤 설정할 수 있다. 산체스는 "이 물질은 여러 위상 간의 경쟁이 치열하고, 작은 응력이나 자기장을 가하면 한 위상을 다른 위상보다 높여서 초전도를 켜고 끌 수 있기 때문에 흥미롭다"고 말했다. 그는 "대부분의 초전도체는 쉽게 전환할 수 없다"고 강조했다. '전기의 고속도로' 초전도체 전기가 물을 통과하는 것처럼, 초전도체는 전기가 저항 없이 흐르도록 하는 '전기의 고속도로'라고 비유할 수 있다. 마찰 없이 움직이는 완벽한 롤러 스케이트처럼, 초전도체는 에너지 손실 없이 전기를 전달한다. 초전도체의 주요 특징은 다음과 같다. 초전도체는 전기 저항이 0이기 때문에 전류가 손실 없이 흐를 수 있다. 또한 초전도체는 외부 자기장을 완전히 배척하는 마이스너 효과를 나타내며, 외부 자기장에 반대되는 방향의 자기장을 형성하는 반자성을 띠고 있다. 앞으로 활용 분야가 다양한 초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 전기를 손실 없이 먼 거리까지 효율적으로 송전하는 데 사용될 수 있다. 초전도체를 활용한 MRI 기계는 강력한 자기장을 생성하여 인체 내부를 상세히 이미징할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 초전도체를 사용한 마그레브 열차는 마찰이 없어 고속으로 운행될 수 있는 가능성을 제시한다. 마그레브 열차는 자기 부상 기술을 사용하여 레일과 접촉 없이 운행하는 열차다. '마그레브(Maglev)'는 '자기부상(Magnetic Levitation)'의 줄임말로, 강력한 자석을 사용하여 열차를 공중에 띄워 마찰을 거의 없애고 이동한다. 이 기술 덕분에 마그레브 열차는 기존의 바퀴를 사용하는 철도 시스템보다 훨씬 더 높은 속도로 운행할 수 있으며, 소음과 진동이 현저히 줄어들어 매우 부드럽고 조용한 탑승 경험을 제공한다. 마그레브 열차는 전기를 사용하여 강력한 전자기장을 생성하고, 이 전자기장이 열차를 들어 올리고, 추진하며, 안내하는 데 사용된다. 세계 여러 나라에서 이 기술을 연구하고 개발해 왔으며, 중국의 상하이 마그레브 열차와 일본의 초고속 마그레브 열차 시스템 등이 실제 운영되고 있는 대표적인 예다. 상하이 마그레브는 공항과 도심을 연결하는 노선으로 사용되며, 시속 430km에 달하는 속도로 운행된다. 양자 컴퓨팅 분야에서는 초전도체가 초전도 비트(큐비트·qubit)의 생성에 필수적인 역할을 한다. 큐비트 또는 퀀텀 비트는 양자 정보시스템에서 사용되는 최소 정보 단위로 0이나 1 뿐만 아니라 0과 1 어느 쪽도 확정 지을수 없는 상태까지 표현가능하다. 비록 초전도체 기술이 개발 초기 단계에 있지만, 이 기술은 미래 사회에 중대한 변화를 가져올 수 있는 높은 잠재력을 지니고 있다. 참조: '스트레인 전환 가능한 전계 유도 초전도' 작성자: Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabbris, 최용성, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor I. Mazin, 김종우, 주준호 및 Philip J. Ryan, 2023년 11월 24일, 사이언스 어드밴시스. DOI: 10.1126/sciadv.adj5200
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[퓨처 Eyes(22)] 초전도체 온-오프 스위치 개발, 혁신적 전력·통신 기술 기대
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한국은행 "작년 12월 수출금액 3.3%↑"…반도체 회복에 3개월 연속 상승
- 20203년 12월 한국 수출금액지수가 반도체 가격 회복 등 영향으로 석 달 연속 상승세를 보였다. 한국은행이 30일 발표한 '무역지수 및 교역조건'(달러 기준) 통계에 따르면, 지난해 12월의 수출금액지수는 132.85(2015년을 100으로 하는 기준)로, 1년 전보다 3.3% 상승했다. 이는 10월(2.3% 상승)과 11월(7.2% 상승)에 이어 3개월 연속 증가 추세다. 품목별로 보면, 제1차금속제품(-7.7%), 화학제품(-2.9%) 등은 하락했지만, 컴퓨터·전자·광학기기(9.9%), 운송장비(10.4%), 농림수산품(10.2%) 등은 큰 폭으로 상승했다. 유성욱 한국은행 물가통계팀장은 "반도체의 경우 수출물량은 지난해 5월부터, 수출금액은 11월부터 전년 대비 증가세로 전환했다"고 밝혔다. 수출물량지수 또한 132.14로, 1년 전 대비 6.2% 상승했다. 이는 9월(1.0% 상승) 이후 4개월 연속 상승세다. 수출물량지수에서도 컴퓨터·전자·광학기기(16.4%), 운송장비(7.1%), 농림수산품(23.4%) 등이 상승을 주도하며 전반적인 증가세에 기여했다. 반면, 지난해 12월 수입금액지수(146.92)와 수입물량지수(124.71)는 1년 전 대비 각각 11.7%, 7.1% 감소했다. 이는 각각 10개월 및 6개월째 지속된 하락세에서 회복되지 못한 상태다. 개별 품목 중에서는 광산품(-16.3%), 화학제품(-14.4%), 전기장비(-15.5%), 기계 및 장비(-13.4%) 등의 수입금액이 크게 감소했다. 수입물량에서는 전기장비(-12.1%), 기계 및 장비(-11.7%) 등이 주된 하락 요인이었다. 수출입금액지수는 특정 시점의 달러 기준 수출입금액을 2015년을 기준 시점으로 하는 수출입금액으로 나눈 비율로 계산되며, 수출입물량지수는 이렇게 계산된 수출입금액지수를 수출입물가지수로 나눈 값이다. 다만, 수입액(통관기준) 중에서는 선박, 무기류, 항공기, 예술품 등이 제외된다. 이러한 품목들은 가격 조사의 어려움으로 인해 수입물가지수를 산출하지 못하기 때문이다. 순상품교역조건지수(85.34)는 1년 전 대비 2.4% 상승하여 7개월 연속 상승세를 이어갔다. 이는 같은 기간 수입 가격이 5.0% 하락한 반면, 수출 가격은 2.7% 하락해 수입 가격이 수출 가격보다 더 크게 떨어졌기 때문이다. 순상품교역조건지수는 수출 상품 한 단위의 가격 대비 수입 상품 한 단위의 가격 비율로 계산되며, 이 지수를 통해 한 단위 수출로 수입할 수 있는 상품의 양을 평가할 수 있다. 소득교역조건지수(112.77)는 수출물량지수(6.2%)와 순상품교역조건지수(2.4%)의 상승에 힘입어 1년 전보다 8.7% 증가했다. 소득교역조건지수는 국가의 수출 총액으로 수입할 수 있는 전체 상품의 양을 나타내는 지표이다. 지난해 연간 기준 수출금액지수와 수입금액지수는 각각 125.35, 148.81로 2022년 대비 각각 8.3%, 12.5% 떨어졌다. 2022년 대비 순상품교역조건지수는 0.2% 상승한 85.14를 기록했다. 이는 수입 가격이 수출 가격보다 더 크게 하락하면서 2020년 이후 3년 만에 처음으로 증가세를 보인 결과다. 순상품교역조건지수의 상승에 대해 유 팀장은 "지난해 하반기부터 반도체 가격과 물량이 점진적으로 증가했으며, 수입물가에 영향을 주는 천연가스와 원유 가격이 하락세를 보이며 안정되었다. 또한, 지난해 자동차와 운송장비 분야의 성과가 순상품교역조건지수의 상승에 기여했다"고 설명했다.
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한국은행 "작년 12월 수출금액 3.3%↑"…반도체 회복에 3개월 연속 상승
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거대한 늙은 흡연자별, 은하수에서 발견
- 국제 우주과학자들이 우리 은하 중심에서 새로운 유형의 별을 발견했다. 과학 전문매체 스카이 뉴스(sky news)에 따르면 영국 하트퍼드셔 대학교(University of Hertfordshire)의 필립 루카스 교수가 이끄는 국제 과학자팀은 최근 '늙은 흡연자별'로 불리는 새로운 적색 거성을 발견했다. 이 별들은 가스 구름을 방출하는 특징 때문에 늙은 흡연자라는 별명을 얻었다. 연구팀은 10년간 적외선을 이용하여 약 10억 개의 별을 모니터링한 끝에 이 별들을 발견했다. 연구팀이 은하수 중심 부근에서 발견된 21개의 붉은 별은 모호한 밝기 변화를 보였다. 연구팀은 처음에는 이 별들이 활동을 시작한 원시별, 새로운 별을 형성하고 있는 단계, 혹은 먼지 껍질이나 원반에 의한 밝기 변화에서 회복 중인 것인지 분류하기 어려웠다. 분석을 통해 연구팀은 이 별들이 새로운 유형의 적색 거성이라고 결론을 내렸다. 이 별들은 오랜 기간 동안 조용히 있던 상태에서 갑작스레 가스 구름을 방출하는 방식을 보여준다. 이 별들은 우리 은하의 핵심부, 핵 원반으로 알려진 내부 지역에 위치해 있었다. 이 지역은 다른 지역보다 무거운 원소가 풍부하며, 이는 별의 형성과 진화에 영향을 미친다. 과학자들은 이러한 환경이 적색 거성의 상대적으로 차가운 외부층에 있는 가스로부터 먼지 입자가 더 쉽게 응축될 수 있게 만든다고 설명했다. 그럼에도 불구하고, 연구팀이 목격한 짙은 가스 구름의 분출을 어떻게 설명할 수 있는지는 여전히 명확하지 않으며, 몇 가지 가설이 제시되고 있다. 하나의 가설은 핵 원반의 먼지 입자가 적색 거성의 외부층 가스와 결합하여 응축될 수 있다는 것이다. 먼지 입자가 상대적으로 가스보다 더 차가워 응축 과정에서 가스를 냉각시킬 수 있으며, 이는 가스 구름 형성을 촉진할 수 있다. 또 다른 가설은 적색 거성의 외부 가스층이 핵 원반의 먼지 입자와 상호 작용하여 가스 구름을 형성할 수 있다는 것이다. 먼지 입자와 가스의 충돌은 가스를 혼란스럽게 만들어 응축을 유도할 수 있다. 이 두 가지 가설 중 어느 것이 '늙은 흡연자 별'의 가스 구름 형성에 기여하는지는 현재로서는 명확하지 않다. 하지만, 과학자들은 이러한 발견이 핵 원반과 은하 내 다른 금속이 풍부한 지역에서 원소가 분포하는 방식에 대한 이해를 심화시킬 수 있다고 여긴다. 연구팀은 이 발견이 핵 원반 및 은하의 금속이 풍부한 지역에서 원소 분포에 관한 현재의 지식을 변화시킬 수 있다고 말했다. '늙은 흡연자별'은 은하 중심부의 핵 원반에서 발견된 새로운 유형의 별로, 핵 원반은 별들이 무거운 원소를 풍부하게 가지고 있는 지역이다. 이 별들이 핵 원반의 먼지 입자를 은하의 다른 지역으로 전달함으로써, 핵 원소의 은하 내 분포를 변경할 수 있다. 과학자들은 이러한 과정이 은하 중심부의 진화에 변화를 가져올 수 있다고 추정했다. 이 프로젝트에는 영국, 칠레, 한국, 브라질, 독일, 이탈리아 출신의 천문학자들이 참여했다. 이들은 칠레 안데스 산맥의 고지대에 위치한 세로 파라날 천문대(Cerro Paranal Observatory)에서 영국이 제공하는 가시광선 및 적외선 조사 망원경(VISTA)을 활용하여 연구를 진행했다. 연구팀은 '늙은 흡연자' 별뿐만 아니라, 수개월에서 수십 년에 걸쳐 극심한 폭발을 겪는 드문 신생 별, 즉 원시별(protostar)을 포함하여 다양한 신생 별을 탐지했다. 이 새로 발견된 별들 대부분은 우리 은하 내 먼지와 가스에 의해 가시광선에서 가려져 있지만, 적외선을 통해서는 관찰될 수 있어 과학자들은 처음으로 이 별들을 관찰하는 것이 가능했다. 연구팀은 밝기가 최소 40배에서 일부는 300배 이상 증가하는 32개의 분출하는 원시별을 발견했다. 이 연구 결과는 영국 왕립천문학회(Royal Astronomical Society)의 '월간 공지(Monthly Notices Of The Astronomical Society)'에 게재됐다. 이번 발견은 우리 은하 중심부에 대한 새로운 이해를 가능하게 한다. 특히, '늙은 흡연자별'의 발견은 핵 원반의 구성과 진화에 대한 우리의 이해를 전환시킬 수 있는 가능성을 내포하고 있다. 더불어, 분출하는 원시별의 탐지는 태양계 형성 과정에 관한 새로운 통찰력을 제공한다.
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거대한 늙은 흡연자별, 은하수에서 발견
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