Standing at the ends of the world
Research Highlights
- 차세대 이차전지 핵심 소재, 남극서 찾다
- □ 극지연구소(소장 신형철)는 차세대 이차전지로 꼽히는 리튬-황 전지 개발의 핵심 소재 후보물질을 남극에서 찾았다고 밝혔다. □ 리튬-황 전지는 이론적으로 터리 용량이 크고 배터리 용량이 크고 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 데다가 원재료도 비교적 원활하게 수급할 수 있어서 차세대 배터리로 주목받고 있다. 하지만, 배터리 충ㆍ방전 과정에서 황의 성질이 변하거나 바인더가 팽창하면서 성능이 떨어지는 문제 때문에 기술개발에 어려움을 겪고 있다. □ 바인더는 전극 재료를 묶어두고 전기적 연결을 유지해 이차전지의 성능을 결정짓는 핵심 부품으로, 리튬-황 전지 개발 과정에서도 황의 기능 발현과 안정성 문제를 해결하는 데 사용되고 있다. □ 극지연구소 윤의중 박사와 경희대학교 국제캠퍼스 이정태 교수 공동연구팀은 세종기지 인근 바다에서 채집한 남극의 홍조류 커디에아 라코빗자에(Curdiea racovitzae)로부터 상용 바인더의 기능을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 물질을 찾아냈다. □ 시뮬레이션 결과, 홍조류에서 분리한 복합 다당체 CRP(Curdiea racovitzae Polymer, 커디에아 라코빗자에 폴리머)를 바인더로 활용하면 개미굴과 같은 복잡한 3차원 구조를 유도하는데, 이 구조가 리튬-황 배터리의 성능과 안정성 향상에 기여하는 것으로 나타났다. □ 리튬-황 전지의 바인더로 상용 바인더 대신 CRP를 사용하면, 배터리 용량 유지 성능은 100%가량 향상됐다. 연구팀에 따르면, 개미굴처럼 생긴 다공성 구조에서는 빈 공간들이 배터리가 충ㆍ방전을 지속할 때 발생하는 내부 부피팽창을 수용할 수 있어서 장기간 사용해도 전극의 형태가 안정적이었다. □ 극지연구소와 경희대 공동연구팀은 앞으로 상용화를 위하여 대량 배양 기술 확보와 후보물질 추출 효율 증대, 유사 국내 해조류 발굴 등 추가 연구를 수행 중이다. □ 이번 연구는 극지연구소와 한국임업진흥원, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 Materials Today에 게재됐으며, 국제 특허도 진행 중이다. * DOI : https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.006 □ 신형철 극지연구소 소장은 “극한 환경이 빚어낸 남극 생물은 신비로움 이상의 가치를 인류에게 선물할 수 있다. 남극을 잘 보존하면서 지혜롭게 활용하기 위한 대한민국 극지연구의 도전은 계속될 것이다“라고 말했다.
- 북극 동토 녹으면 농작물 위협하는 세균 깨어나
- □ 극지연구소(소장 신형철)는 기후변화의 영향으로 북극 영구동토층이 녹으면 병원균이 깨어나 농작물에 피해를 줄 수 있다는 연구 결과를 발표했다. □ 극지연구소 김덕규ㆍ김민철ㆍ이영미 박사 연구팀은 기후변화가 동토에 잠들어 있는 병원균을 깨울지, 깨어난 병원균들은 병원성을 갖는지 알아보기 위해 모사 실험을 진행했다. □ 연구팀은 알래스카 북서부 수어드 반도 카운실 지역에서 채집한 토양을 실험실로 옮긴 뒤, 동토를 녹이는 환경을 조성하고 90일간 세균 변화 등을 관찰했다. 동결 여부를 기준으로 위에서부터 녹아 있는 활동층, 얼었다가 녹는 전이층, 녹지 않은 영구동결층으로 구분했는데, 전이층과 영구동결층에서 세균의 개체 수가 증가했고 군집 구조도 바뀌었다. □ 특히, 동토층에 묻혀 있던 세균 슈도모나스(Pseudomonas) 속의 균주들은 감자 무름병을 일으키는 것으로 드러났다. 이들은 중위도 지역에서 과일, 채소 등을 감염시키는 병원균으로 알려졌으며, 이번 실험으로 북극 툰드라의 전이층과 영구동결층에서도 존재가 확인됐다. □ 연구 결과, 슈도모나스 속 균주들은 저온에서 개체 수가 적고 휴면상태라 감염성을 보이지 않았지만, 동토가 녹는 환경에서는 식물 병원성 계통의 개체가 부활하면서 감염성을 띠고 개체 수도 증가했다. 감자는 척박한 토양에서도 비교적 잘 자라기 때문에, 온난화로 재배 가능 지역이 늘어나는 상황을 고려해 실험 대상으로 선정됐다. □ 이번 연구는 극지연구소 “온난화로 인한 극지 서식환경 변화와 생물 적응진화”와 한국연구재단 “기후변화에 의한 북극 동토 생태계 생지화학적 변화 이해” 연구 사업의 지원을 수행됐으며, 독성학과 환경안전 분야 저명 학술지인 “Ecotoxicology and Environmental Safety”에 지난달 게재됐다. * 논문명 : Potential risks of bacterial plant pathogens from thawing permafrost in the Alaskan tundra □ 신형철 극지연구소장은 “북극 영구동토층이 녹으면서 깨어날 미생물들은 분명 걱정거리이지만, 그 위험성은 아직 과학적으로 충분히 이해하지 못했다. 잠재적 위협에 선제적으로 대응하기 위해 북극 현장과 실험실에서 식물 병원균의 휴면과 활성을 지속해서 추적하겠다”고 말했다.
- 매년 사라지는 남극 빙하의 70%는 서남극에서
- □ 극지연구소(소장 신형철)와 해양수산부(장관 강도형)는 스웨이츠 빙하와 파인아일랜드 빙하 등 서남극 빙하 두 곳에서 유실되는 얼음이 매년 줄어드는 남극 얼음의 약 70%를 차지한다는 것을 새롭게 확인하였다고 밝혔다. □ 지난 18년간 매년 1,200억 톤의 빙하가 남극에서 사라졌다는 것은 그동안의 국제 공동연구 등으로 밝혀졌다. 하지만, 현장 활동의 제약과 원격탐사자료의 낮은 해상도로 지역별 빙하량 변화를 파악하는데 한계가 있었다. □ 극지연구소 이원상 박사 연구팀과 서울대학교, 네덜란드 위트레흐트(Utrecht) 대학 등으로 구성된 국제 공동연구팀은 위성정보의 공간해상도를 높이고 얼음 질량 분석을 최적화할 수 있는 기술을 개발해 남극 내 88개 빙하의 얼음량 변화를 추적했다. 공간해상도는 기존 300km에서 30km로 10배 향상됐는데, 지도에서 우리나라를 구별하는 수준에서 서울시를 식별할 정도로 정확도가 높아진 셈이다. □ 연구 결과, 2002년 이후 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)와 파인아일랜드 빙하(Pine Island)에서 연평균 845억 톤의 얼음이 집중적으로 유실된 것을 확인했다. 두 빙하가 차지하는 면적은 남극 전체 면적의 3%에 불과하나 그 유실량은 남극에서 매년 사라지는 얼음량의 70%에 다다른다. □ 기후모델을 활용해 얼음량 변화의 원인을 분석한 결과, 서남극 스웨이츠, 파인아일랜드 빙하에서 줄어든 양의 90% 이상은 바다로 배출된 얼음 때문이었다. 반면, 동남극은 강설량이 늘면서 매년 약 500억 톤의 얼음이 증가하는 양상을 보였다. 얼음량 변화는 강설량과 빙하가 바다로 빠져나가는 얼음 배출량으로 결정되는데, 이번 기술 개발로 지역별 분석의 정확도를 높일 수 있었다. □ 연구팀은 빙하와 바다가 만나는 지점의 지형과 빙하 특성 등 원격탐사로 알기 어려운 현장정보를 추가로 얻기 위해 향후 쇄빙연구선 아라온호를 타고 탐사를 이어갈 계획이다. □ 이번 연구는 해양수산부 「급격한 남극 빙상 용융에 따른 근미래 전지구 해수면 상승 예측기술 개발」 사업(연구책임자: 이원상 책임연구원)의 일환으로 수행됐으며, 세계적 권위 학술지인 “미국국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)” 9월호에 주목할만한 논문(press interest)으로 게재됐다. *논문제목: Partitioning the drivers of Antarctic glaciers mass balance (2003-2020) using satellite observations and a regional climate model (1저자 김병훈 극지연구소 연수연구원, 교신저자 서기원 서울대학교 지구과학교육과 교수) □ 신형철 극지연구소장은 “이번 연구로 우리나라는 남극 빙하량 변화 연구에서 세계 최고 수준의 정밀 데이터 베이스를 구축하게 되었다. 미래 예측 시뮬레이션 연구를 병행하여 빙하량 변화와 해수면 상승 예측의 정확도를 높여 나가겠다”고 말했다.
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