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2017년 11월 21일 화요일

우주 이야기 719 - 인터스텔라 소행성은 이런 모습?


(This artist's impression shows the first interstellar asteroid: `Oumuamua. This unique object was discovered on Oct. 19, 2017 by the Pan-STARRS 1 telescope in Hawai`i. Subsequent observations from ESO's Very Large Telescope in Chile and other observatories around the world show that it was travelling through space for millions of years before its chance encounter with our star system. `Oumuamua seems to be a dark red highly-elongated metallic or rocky object, about 400 metres long, and is unlike anything normally found in the Solar System. Credit: ESO/M. Kornmesser)


 1I/ʻOumuamua (C/2017 U1 (PANSTARRS) 혹은 A/2017 U1)는 발견 초기에는 혜성으로 생각되었으나 이후 연구에서 매우 빠른 속도와 진입 궤도를 볼 때 태양계 외부에서 온 소행성이라는 사실이 밝혀져 큰 관심을 끌었습니다. 당연히 지구에 근접했을 때 여러 망원경이 이 소행성을 향했는데, 유럽 남방 천문대 (ESO)의 VLT 역시 이 소행성을 관측했습니다. 


 이에 따르면 이 소행성은 대략 400m 정도 되는데 밝기 변화가 10배 이상 나는 점을 봐서 길쭉한 모양의 소행성으로 생각됩니다. 표면은 검붉은 색으로 매우 어두운데 이는 오랜 세월 우주 방사선을 받은 결과로 보입니다. 자전 주기는 7.3시간인데, 빠른 자전주기와 길쭉한 외형을 고려하면 암석이나 금속으로 된 단단한 소행성일 것으로 추정됩니다. 



(For the first time ever astronomers have studied an asteroid that has entered the Solar System from interstellar space. Observations from ESO’s Very Large Telescope in Chile and other observatories around the world show that this unique object was travelling through space for millions of years before its chance encounter with our star system. It appears to be a dark, reddish, highly-elongated rocky or high-metal-content object. Credit: ESO)



(This animation (annotated) shows the path of the interstellar asteroid 1I/2017 (`Oumuamua) through the Solar System. Observations with ESO's Very Large Telescope and others have shown that this unique object is dark, reddish in colour and highly elongated. Credit: ESO, M. Kornmesser, L.Calcada. Music: Azul Cobalto)



(This animation of an artist's concept shows the interstellar asteroid 1I/2017 (`Oumuamua). Observations with ESO's Very Large Telescope and others have shown that this unique object is dark, reddish in colour and highly elongated. Credit: ESO/M. Kornmesser)


 이 소행성의 기원은 불분명하지만, 적어도 수백만년간 은하계를 떠돌던 소행성이라는 점은 분명해 보입니다. 불규칙한 생김새와 빠른 속도를 감안하면 엄청난 충돌로 파괴된 소행성 핵이 아닐까 하는 생각도 들지만 아직 확실한 것은 없습니다. 아무튼 생김새와 독특한 특징을 고려할 때 외계인 이야기도 나올 듯 합니다. 


 과학자들은 이런 인터스텔라 소행성이 사실 1년에 한 번 정도 태양계를 방문하다고 추정하고 있습니다. 다만 대부분 너무 어둡고 지구에서 멀어 관측이 어려웠던 반면 오우무아무아 (?)는 운좋게 지구 근방에서 관측이 가능했습니다. 앞으로 망원경의 성능이 향상되면 이런 인터스텔라 소행성을 관측할 기회도 늘어날 것으로 기대됩니다. 


 참고 


Discovery And Characterization Of The First Known Interstellar Object, www.eso.org/public/archives/re … eso1737/eso1737a.pdf

Karen J. Meech et al. A brief visit from a red and extremely elongated interstellar asteroid, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature25020 , www.nature.com/articles/nature25020



우주 이야기 718 - 초기 관측 임무를 결정한 제임스 웹 우주 망원경



(The James Webb Space Telescope sitting in front of a giant thermal–vacuum chamber in NASA’s Johnson Space Center(Credit: NASA/D Stover))


 나사의 제임스 웹 우주 망원경의 첫 관측 목표가 결정되었다는 소식입니다. 제임스 웹 우주 망원경 같이 국가에서 운용하는 대형 망원경은 과학자들로부터 과학 관측 임무에 대한 의견을 수렴한 후 각각의 팀에 사용권을 부여하는 방식으로 관측을 진행하는데, 첫 5개월 460 시간의 관측 임무에 100여 개의 제안이 쏟아졌다고 합니다. 나사는 이 가운데 과학적 가치가 높은 13개의 임무를 최종 선정했습니다. 


 Director's Discretionary Early Release Science (DD-ERS)라고 명명된 초기 관측 임무에서 중요한 목표는 초기 은하입니다. 허블 우주 망원경이 진행한 Frontier Fields program에서 관측했던 것보다 훨씬 희미하고 멀리 떨어진 은하를 관측하므로써 초기 은하의 진화를 이해할 단서를 찾을 수 있을 것입니다. 특히 적색 편이에 의해 빛의 파장이 길어지는 만큼 허블 보다 더 긴 파장을 관측할 수 있는 제임스 웹 우주 망원경의 장점이 부각될 것으로 보입니다. MACS J0717.5+3745같은 은하단이 중요한 관측 목표입니다. 


 또 다른 중요한 목표는 외계 행성의 대기 관측입니다. 대기를 지닌 외계 행성이 별 앞을 지날 때 대기를 통과한 빛을 관측하면 대기의 구성 물질에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 지구형 행성의 대기를 분석하면 이 행성이 금성처럼 뜨거운 행성인지, 지구처럼 생명체가 살기 적당한 환경인지에 대한 정보도 얻을 수 있을 것입니다. 


 다만 처음부터 지구형 행성처럼 작은 목표를 관측하지는 않고 목성형 행성인 WASP-39b/WASP-43b를 우선 관측해 기술적 타당성을 검증할 예정입니다. 물론 목성형 행성의 대기 역시 흥미로운 연구 주제가 될 것입니다. 


 이외에도 목성의 위성처럼 태양계 내 천체 역시 관측 목표 가운데 하나입니다. 사실 우주에 무수히 많은 천체를 생각할 때 관측 목표가 매우 많을 수밖에 없어 5년의 임무 기간 동안 쉬지 않고 관측을 해도 부족할 것입니다. 제임스 웹 우주 망원경이 무사히 발사되어 우주에 대한 우리의 이해를 한 단계 끌어올리기를 기대합니다. 


 참고 


세계 최대의 빙산 A68을 보다






(출처: 나사)


 올해 라르센 C 빙상에서 5800㎢의 거대 빙산인 A68이 분리되어 많은 우려를 낳았습니다. 거대 빙산이 분리되는 것은 남극에서 주기적으로 볼 수 있는 일이지만, 빙산이 분리된 라르센 C 빙상은 지난 1만 년 간 안정한 빙상이었을 뿐 아니라 라르센 A/B가 완전히 붕괴되어 사라졌기 때문입니다. 결국 라르센 C 빙상 역시 완전한 붕괴를 향해 조금씩 나아가고 있는 것으로 생각됩니다. 




 나사는 IceBridge polar ice mapping project를 통해 이 거대한 빙산의 항공 지도를 작성했습니다. A68빙산은 분리 직후 A68A와 A68B로 나눠졌는데 A68B는 작은 덩어리이고 A68A는 여전히 거대한 몸통을 유지하고 있습니다. 물론 다른 거대 빙산과 마찬가지로 A68A는 시간이 지남에 따라 몇 개로 갈라진 후 다시 더 작은 파편으로 쪼개져 사라지게 될 것입니다. 다만 이 과정은 해류의 흐름에 따라 몇 년에서 10년 이상 필요할 수 있습니다. 


 A68의 분리로 인해 라르센 C 빙상의 크기는 12% 가량 줄어들었습니다. 아직은 여기에 새로운 균열이 보이지 않고 있지만, 머지 않은 미래에 새로운 거대 빙산이 생성될 여지는 충분합니다. 이 빙상이 모두 사라지면 남극 육지 빙하가 바로 바다에 접촉하기 때문에 남극 빙하의 붕괴를 촉진할 것으로 우려됩니다. 물론 거대한 빙상이긴 하지만 우리 세대에 사라지지 않을 것이라는 보장은 없어 보입니다. 


 참고 


2017년 11월 20일 월요일

세포 내부를 들여다보는 새로운 이미지 기술



(A schematic illustration of Shekhawat and Dravid's ultrasound bioprobe. Credit: Northwestern University)


 세포 하나는 대부분 눈으로 보기 힘들 만큼 작지만, 진핵 세포의 내부에는 매우 복잡한 소우주가 펼쳐져 있습니다. 다양한 세포 내 소기관과 구조물에서 일어나는 화학 반응은 아직도 많은 비밀을 숨기고 있습니다. 과학자들은 세포를 분해해 내부 구조와 화학 반응에 대해서 많은 지식을 얻긴 했지만, 아직도 풀어야할 숙제가 많습니다. 


 핵을 제외한 세포 소기관은 사실 광학 현미경으로는 관찰이 쉽지 않습니다. 이보다 더 작은 분해능을 지닌 전자 현미경의 발전은 세포 소기관에 대한 이해를 급격히 증가시켰지만, 불행히 살아있는 상태에서는 관찰이 어려웠습니다. 과학자들이 볼 수 있는 것은 죽은 세포의 단면이었습니다. 세포는 살아있는 생명체이므로 살아있는 상태에서 연구하는 것이 가장 좋을 수밖에 없습니다. 


 따라서 살아있는 세포 내부를 들여다보기 위한 여러 가지 기술들이 연구되고 있으며 더 작은 구조나 화학 반응까지 볼 수 있는 방법이 개발되고 있습니다. 





 노스웨스트 대학의 연구팀은 초음파 기술과 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope, AFM) 기술을 접목해 살아있는 세포 내부의 모습을 관측하는데 성공했습니다. 원자력간 현미경은 원자 사이의 힘인 반데르발스 힘을 검출해 이미지를 얻는 기술로 나노미터 단위의 미세한 구조까지 파악할 수 있습니다. 


 연구팀은 초음파를 세포에 통과시킨 후 원자력간 현미경 기술이 적용된 프로브를 이용해 산란된 이미지의 해상도를 높여 더 상세하게 세포 내부의 상황을 파악하는 기술을 개발했습니다. Ultrasound Bioprobe라고 명명된 이 기술을 통해 염색약이나 조영제 없이도 기존의 초음파 기술로 확인할 수 있는 것보다 더 작은 세포 내 구조물을 실시간으로 조사할 수 있다는 것이 연구팀의 설명입니다. 


 현재도 다양한 세포 내 이미징 기술이 연구되고 있어 앞으로 이 부분에서 많은 연구 결과가 나올 수 있을 것으로 기대됩니다. 당장에는 우리 일상 생활과 연관된 부분이 없겠지만, 신약 개발 및 다양한 바이오 산업에 응용이 기대됩니다. 


 참고 

Gajendra S. Shekhawat et al. Development of ultrasound bioprobe for biological imaging, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.1701176 

사후 검정은 몇 개의 그룹까지 하면 좋을까?



 ANOVA와 사후 검정 (post hoc analysis)은 널리 사용되는 방식이기는 하지만, 역시 분석 방법에 다른 특징과 단점도 가지고 있습니다. 일단 다양한 사후 검정 방법이 존재하므로 서로 다른 결과가 나올 수 있다는 점과 검증하고자 하는 그룹이 많아질수록 우연히 유의한 결과가 나올 가능성도 커진다는 점 등이 문제입니다. 물론 후자의 경우 본페로니 방법이 이를 쉽게 회피할 수 있는 가장 간단한 방법이지만, 대신 유의한 결과를 놓칠 수 있는 문제도 있기는 합니다. 


 우선 비교하고자 하는 그룹이 3개에서 4개로 증가하면 어떻게 되는지를 살펴보겠습니다. 앞서 예제와 같이 A,B,C 반의 학생의 키의 차이를 비교하는 것에서 이제 D 반을 새로 만들겠습니다. 


#n=50
set.seed(1234)
A<-rnorm span="">
set.seed(123)
B<-rnorm span="">
set.seed(12345)
C<-rnorm span="">

DFA<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFA)<-c height="" lass="" span="">
DFB<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFB)<-c height="" lass="" span="">
DFC<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFC)<-c height="" lass="" span="">

DF2<-rbind span="">

out=aov(height~Class, data=DF2)
summary(out)
             Df Sum Sq Mean Sq F value   Pr(>F)    
Class         2    447  223.56   9.436 0.000139 ***
Residuals   147   3483   23.69                     
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1


set.seed(1234)
A<-rnorm span="">
set.seed(123)
B<-rnorm span="">
set.seed(12345)
C<-rnorm span="">
set.seed(12345)
D<-rnorm span=""> 

DFA<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFA)<-c height="" lass="" span="">
DFB<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFB)<-c height="" lass="" span="">
DFC<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFC)<-c height="" lass="" span="">
DFD<-data .frame="" class="" height="" span="">
colnames(DFD)<-c height="" lass="" span="">


DF2<-rbind span="">

out=aov(height~Class, data=DF2)
summary(out)
             Df Sum Sq Mean Sq F value  Pr(>F)    
Class         3    811  270.47   11.98 3.1e-07 ***
Residuals   196   4425   22.58                    
---
Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1



 당연한 이야기지만 비교하려는 그룹의 수가 증가할수록 ANOVA에서 유의한 결과가 나올 가능성이 커집니다. 그래서 사후 검정을 통해서 어떤 그룹끼리 차이가 나는지 비교하려고 할 경우에도 문제는 있습니다. 그룹의 수가 증가함에 따라 P 값의 숫자가 급격히 증가하기 때문입니다. 예를 들어 그룹이 3개인 경우 P 값은 3개 (A-B, B-C, A-C)가 되지만 4개인 경우 6개로 증가합니다. (A-B, A-C, A-D, B-C, B-D, C-D) 


pairwise.t.test(DF2$height,DF2$Class,p.adjust.method = "bonferroni")

Pairwise comparisons using t tests with pooled SD 

data:  DF2$height and DF2$Class 

  A       B       C      
B 0.79229 -       -      
C 0.00012 0.02748 -      
D 2.4e-06 0.00150 1.00000

P value adjustment method: bonferroni 




 따라서 이 경우 비교하고자 하는 그룹은 사실 3개인 경우가 가장 적당하며 이 이상이되면 모든 P값을 보여주기보다 레퍼런스가 되는 그룹을 하나 정해서 그 그룹과 차이가 나는 경우를 표시해주면 좋을 것입니다. 물론 통계 분석 방법 자체를 바꾸는 것도 방법인데, 어떤 분석 방법을 사용할 것인지는 연구 종류 및 목적에 따라 천차만별일 것입니다. 앞으로 이 이야기를 계속 해보겠습니다. 

칼라시니코프의 전투 고속정




 칼라쉬니코프 콘체른(Kalashnikov Concern)은 이름처럼 총기 제작이 핵심 사업인 러시아 회사로 지분의 51%가 러시아 국영 기업인 로스텍(Rostec. 러시아의 주요 기업을 소유하는 지주국영 기업) 소유인 러시아 국영 기업입니다. 하지만 일반 주식회사처럼 주식을 상장하는 기업으로 총기류 이외에도 다양한 수익 사업을 벌이고 있습니다. 


 그 가운데 약간 의외처럼 들리는 이야기가 바로 칼라시니코프의 전투 고속정입니다. 딱히 의외랄 것은 없는게 이 회사가 리빈스크 조선소(LLC "Rybinsk Shipyard")라는 작은 조선소를 지니고 있어 모터 보트 등을 만들기 때문입니다. 레저용 보트만 만드는 게 아니라 회사의 특기를 생각하면 무인 포탑과 기관총을 지닌 전투용 고속정을 만드는 게 당연한 수순이겠죠. 


 최근 이 회사가 공개한 BK - 16 전투 고속정은 서방측 고속정과 비슷한 외형에 무인 포탑 1기와 기관총 4개, 그리고 최대 16명이 탑승할 수 있는 내부 공간을 갖춰 소규모 상륙전 및 해안 정찰 및 감시 목적으로 사용할 수 있습니다. 



(동영상) 


 선체 상부에 있는 원격 조종 포탑은 7.62/12/7mm 기관총 혹은 30/40mm 유탄 발사기를 탑재할 수 있습니다. 선체는 7.62x54mm 저격 소총에 대한 방탄 능력을 지니고 있습니다. 780마력 엔진 2개를 사용하며 최고 속도 42노트, 항속 거리 400마일, 24시간 작전 수행 능력이 있습니다. 길이는 16.45m, 너비 4m, 높이 4.33m이며 19.5t 급 소형 고속 보트입니다. 


 칼라시니코프사는 10인승 소형 고속 보트인 BK-10 역시 같이 공개했습니다. 특수부대를 위한 소규모 침투정으로 적합한 스펙과 외형을 지니고 있습니다. 기관총을 두 정이나 앞에 배치한 건 약간 과무장처럼 보이기는 하지만, 든든해 보이기도 합니다. 크기는 길이 10.48m, 너비 3.7m, 높이 2.8m에 무게 6.5t입니다. 


 홍보 영상을 보면 동영상 제작에도 공을 들인 것을 알 수 있는데, 단순히 러시아 내수용이라면 이렇게 만들 이유는 없을 것입니다. 러시아 국영 기업이니까요. 아무래도 수출을 목적으로 적극적인 홍보를 하는 것으로 볼 수 있는데, 말레이시아 해군을 비롯해 몇몇 국가에서 도입을 추진하고 있다고 합니다. 


 아무튼 칼라시니코프 고속정이라고 하니까 뭔가 독특한 느낌입니다. 


 참고 



2017년 11월 19일 일요일

플라스틱 쓰레기로 의자를 출력하다






(Print Your City! is an ongoing research project looking to turn plastic waste into functional furniture(Credit: The New Raw))


 플라스틱은 현대 문명을 대표하는 발명품이지만, 불행하게도 플라스틱 쓰레기라는 처치 곤란한 결과물을 만듭니다. 문제는 플라스틱이 금속처럼 재활용이 쉽지 않다는 것입니다. 철이나 알루미늄 처럼 수거해서 쉽게 녹인 후 다시 새제품을 만들 수 없다는 것이 가장 큰 문제입니다. 따라서 분리 수거를 하더라도 플라스틱 쓰레기의 재활용 비율은 유럽 선진국조차 30% 수준이며 대부분은 땅에 매립되는 과정을 거칩니다. 


 로테르담에 본사를 둔 뉴 로우 (New Raw)라는 디자인 및 연구 회사에서는 플라스틱 쓰레기를 갈아서 만든 펠릿으로 출력한 3D 프린팅 의자를 선보였습니다. 이 의자는 50kg 정도의 플라스틱 쓰레기 펠릿을 사용하며 150x80cm 정도의 크기를 지니고 있습니다. 독특하게 생긴 외형은 3D 프린터로 쉽게 출력이 가능하면서도 매우 세련된 디자인을 보여줍니다. 이름은 XXX 벤치인데, 네이밍 센스가 적절한지는 조금 의문입니다. 




 이 회사에 따르면 암스테르담 주민이 일년에 배출하는 플라스틱 쓰레기는 평균 23kg에 달한다고 합니다. 따라서 의자는 말할 것도 없고 여러 가지 필요한 물질을 출력하는 데 쓰일 원료는 얼마든지 공급이 가능한 셈입니다. 문제는 비용과 내구성일 것입니다. 물론 원료는 무료겠지만, 이를 정제하는 과정에서  비용이 듭니다. 그리고 플라스틱 쓰레기 알갱이가 그냥 접착될 순 없으므로 이를 접착하는 합성 수지의 비용 및 내구성이 문제가 될 것 같습니다. 


 개념 자체는 괜찮다고 생각하는데, 얼마나 경제성이 있는지가 궁금하네요. 


 참고 


태양열 에너지를 이용해서 제트 연료를 만드는 솔라젯


(The scientists performed 295 consecutive cycles in a 4 kW solar reactor during the SOLAR-JET project, yielding 700 standard liters of syngas. Credit: SolarPACES)

(Diagram of the chemical process for concentrated solar splitting of H2O / CO2 from Philipp Furler's presentation at the 23rd SolarPACES Annual Conference. Credit: Philipp Furler)

(Ultimately, industrial-scale solar fuels production systems would be run using megawatt-scale reactor-systems on solar towers with heliostats (mirrors) concentrating suns on the receiver, similar to, but running at much higher temperatures than current commercial solar tower plants. Credit: SolarPACES)


 우리가 사용하는 화석 연료는 사실 광합성 결과물로 생긴 탄화수소를 이용하는 것입니다. 다만 지구 지각에 오래 저장되었던 탄화수소를 다시 꺼내 쓰면서 대기 오염 문제는 물론 대기 중 이산화탄소 농도가 다시 상승하면서 문제가 되고 있습니다. 따라서 과학자들은 식물처럼 태양 에너지를 이용해서 탄화수소 연료를 만드는 연구를 진행하고 있습니다. 


 이런 다양한 시도 가운데 하나가 바로 솔라젯 (SOLAR-JET) 프로젝트입니다. 유럽에서 진행하는 이 연구는 태양열에너지를 이용해서 물과 이산화탄소를 제트 연료로 사용할 수 있는 탄화수소 연료로 바꾸는 것입니다. 이론적으로는 충분히 가능하지만, 역시 문제는 경제성입니다. 솔라젯 프로젝트는 이미 연료를 시험 생산하는데는 성공했지만, 상업적인 대량 생산이 가능할만큼 효율성은 좋지 않았습니다. 




  쉘(Shell)과 스위스 취리히 연방공대의 연구팀은 3000개의 거울을 이용한 4kW급 반응기를 이용해 이전보다 더 높은 효율로 Syngas를 만들 수 있는 시스템을 개발했습니다. 이들은 섭씨 1500도로 물과 이산화탄소를 가열해 여기서 산소를 분리해 일산화탄소 (CO)와 수소를 만들었는데, 이는 솔라젯 연료 합성의 첫 단계입니다. 다음 단계는 피셔 트롭쉬 반응 (Fischer - Tropsch)을 이용해서 케로신(등유)와 비슷한 연료를 만드는 것입니다. 이렇게 생산한 케로신은 이미 존재하는 제조과정을 거쳐 제트 연료로 바꿀 수 있습니다. 


 하지만 사실 생성되는 일산화탄소와 산소를 완벽하게 분리하는 일은 만만치 않은 과제였습니다. 연구팀은 100%의 분리율을 지닌 새로운 기술을 개발했으며 태양에너지 - 연료 전환 효율도 5.25%까지 끌어올리는데 성공했습니다. 


 지금까지 연구팀은 295회의 사이클을 통해 연료로 합성할 수 있는 합성가스(syngas) 700리터를 합성했습니다. 하지만 실제 상업 생산으로 이어지기 위해선 아직 갈길이 먼 상태입니다. 첫 번째 문제는 물과 이산화탄소에서 산소를 분리하는 과정이 너무 높은 온도에서 일어난다는 것입니다. 섭씨 1,500도는 대개의 시스템에서 견디기 어려운 고온입니다. 현재 상업적으로 운용되는 태양열 발전소의 경우 섭씨 560도 정도에서 작동하기 때문에 가급적 반응 온도를 낮출 필요가 있습니다. 


 두 번째 문제는 낮은 효율입니다. 연구팀은 다음 연구에서 효율을 15%까지 끌어올리려고 하고 있으며 궁극적으로는 에너지 전환 효율을 태양열 발전소의 전기 생산 수준과 비슷한 30%까지 높이려는 목표를 가지고 있습니다. 그렇게 해야 태양열 에너지로 전기 대신 제트 연료를 생산하는 방식이 경쟁력과 정당성을 가질 수 있을 것입니다. 


 현재 급변하는 시장 환경을 고려하면 셀 같은 석유 회사들에게 솔라젯은 중요한 의미가 있습니다. 유럽을 중심으로 화석 연료 사용을 줄이거나 궁극적으로 퇴출시키려는 움직임이 활발해지고 있는데, 이는 당연히 석유 회사 입장에서는 큰 위협이 아닐 수 없습니다. 따라서 탄소 중립적이고 지구 온난화 문제를 일으키지 않는 합성 연료를 개발할 수 있다면 이 위기에서 벗어나는 기회가 될 수 있습니다. 경제적인 생산이 가능해지면 제트 연료 뿐 아니라 자동차, 선박 연료로 더 확장할 수 있기 때문입니다. 


 다만 전기차에 사용되는 배터리의 성능이 끊임없이 개선되고 관련 인프라가 빠르게 보급되는 상황 자체가 화석 연료 규제 움직임보다 더 큰 위협일지도 모릅니다. 사실 배터리 가격이 저렴해지고 충전 시간이 짧아질수록 전기 자동차의 여러 가지 장점 (상대적 저소음, 매연이 없음, 내연 기관 대비 단순한 구조)이 부각될 수밖에 없는데 과연 내연 기관이 몰락하지 않고 버틸 수 있을지 궁금합니다. 


 참고 



 Solar thermochemical splitting of CO2 into separate streams of CO and O2 with high selectivity, stability, conversion, and efficiencyDaniel Marxer, Philipp Furler, Michael Takacs and Aldo SteinfeldEnergy & Environmental Science, 10 (5): 1142-1149, Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2017.

Solar kerosene from H2O and CO2Philipp Furler, Daniel Marxer, Jonathan Scheffe, Hans Geerlings, Christoph Falter, Valentin Batteiger, Andreas Sizmann and Aldo SteinfeldAIP Conference Proceedings 1850, 100006 (2017); DOI: 10.1063/1.4984463

Demonstration of the Entire Production Chain to Renewable Kerosene via Solar Thermochemical Splitting of H2O and CO2Daniel Marxer, Philipp Furler, Jonathan Scheffe, Hans Geerlings, Christoph Falter, Valentin Batteiger, Andreas Sizmann and Aldo SteinfeldEnergy & Fuels, 29 (5): 3241-3250, Washington, DC: American Chemical Society, 2015.

Heat transfer and fluid flow analysis of a 4 kW solar thermochemical reactor for ceria redox cyclingPhilipp Furler and Aldo SteinfeldChemical engineering science, 137: 373-383, Amsterdam: Elsevier, 2015.

Thermochemical CO2 splitting via redox cycling of ceria reticulated foam structures with dual-scale porositiesPhilipp Furler, Jonathan Scheffe, Daniel Marxer, Michal Gorbar, Alexander Bonk, Ulrich Vogt and Aldo SteinfeldPhysical Chemistry Chemical Physics, 16 (22): 10503-10511, Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2014.

Solar Thermochemical CO2 Splitting Utilizing a Reticulated Porous Ceria Redox SystemPhilipp Furler, Jonathan Scheffe, Michael Gorbar, Louis Moes, Ulrich Vogt and Aldo SteinfeldEnergy & Fuels, 26 (11): 7051-7059, Washington, DC: American Chemical Society, 2012.

Syngas production by simultaneous splitting of H2O and CO2 via ceria redox reactions in a high temperature solar reactorPhilipp Furler, Jonathan R. Scheffe and Aldo SteinfeldEnergy & Environmental Science, 5 (3): 6098-6103, Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2012.

High-Flux Solar-Driven Thermochemical Dissociation of CO2 and H2O Using Nonstoichiometric CeriaWilliam C. Chueh, Christoph Falter, Mandy Abbott, Danien Scipio, Philipp Furler, Sossina M. Haile and Aldo SteinfeldScience, 330 (6012): 1797-1801, Washington, D.C.: American Association for the Advancement of Science, 2010.


화성 유인 기지를 염두에 둔 나사의 핵발전소 프로그램 Kilo Power




(Credits: NASA Glenn Research Center)


 나사는 미래 유인 화성기지와 우주 탐사에서 동력을 제공할 목적의 소형 원자로를 개발하고 있습니다. 킬로 파워(Kilo Power)라고 명명된 이 발전기는 10kW급 소형 원자로를 개발하는 것이 목표입니다. 이 원자로는 로켓으로 발사하기 쉽게 크기가 작을 뿐 아니라 매우 가벼워야 합니다. 동시에 대형 냉각장치나 냉각수를 구하기 어려운 환경을 고려해 자체적인 냉각 시스템을 지녀야 합니다. 




 사실 킬로 파워에 대해서는 이전에도 소개드린 적이 있는데, 이제 실제 작동하는 프로토타입을 테스트 하는 단계까지 도달했다고 합니다. 나사의 우주 기술 임무부서 Space Technology Mission Directorate (STMD) 팀은 미국 에너지부 산하의 네바다 국립 보안 시설 Nevada National Security Site에서 11월부터 앞으로 1년간 테스트를 진행할 예정이라고 발표했습니다. 




(동영상) 


 킬로파워는 우라늄 235를 연료로 사용하며 10년간 작동할 수 있습니다. 핵연료봉에서 나오는 열에너지로 스털링 엔진을 작동시켜 발전을 하는데, 스털링 엔진은 작은 크기와 단순한 구조로 작은 온도 차이만 있으면 발전이 가능해서 이런 목적으로 가장 적합하다고 합니다. 우산처럼 생긴 방열판과 연료봉 사이의 온도차이가 발전의 원동력이 되는 것입니다. 


 킬로파워가 예상대로 작동한다면 과거에 사용하던 RTG보다 훨씬 많은 에너지를 안정적으로 공급받을 수 있을 것으로 기대됩니다. 그렇게 되면 과거에는 어려웠던 대형 탐사선이나 우주 기지 건설에 필요한 에너지를 더 안정적으로 공급받을 수 있게 됩니다. 


 물론 안전성 문제는 확실하게 해결해야 하겠지만, 대형 유인 탐사나 우주 개발에서는 다른 대안을 생각하기 힘들어서 결국 원자력의 힘이 필요할 것으로 보입니다. 


 참고 






2017년 11월 18일 토요일

전기 트럭 세미와 고성능 로드스터를 발표한 테슬라






(출처: 테슬라)


 테슬라가 이전부터 예고했던 테슬라 전기 트럭인 세미 (Semi)를 공개했습니다. 세미는 풀사이즈의 대형 트럭으로 최대 36톤의 화물을 견인할 수 있는 트럭으로 주행 거리는 500마일 (800km)에 달한다고 합니다. 생김새에서도 알 수 있듯이 여러 가지 최신 기술이 집약된 트럭으로 일론 머스크 CEO에 따르면 전통적인 디젤 트럭에 비해 마일 당 25센트 정도 연료비가 적게 든다고 합니다.


  다만 가장 중요한 요소인 가격에 대한 언급은 없었는데, 배터리 가격을 생각하면 아낄 수 있는 연료비를 상회하고도 남을 정도로 비싸지 않을까 추측해 봅니다. 생산은 2019년으로 예상하고 있고 실제 제품 출시는 2020년으로 보고 있는데, 아무리 배터리의 용량대 가격이 계속해서 하락하고 있더라도 기존의 디젤 트럭처럼 저렴해지기는 어렵기 때문입니다. 


 앞서 소개드린 것처럼 지멘스 같은 다른 회사들이 전력선을 도로에 설치하는 방법을 연구하거나 소형 전기 트럭을 개발하는 것은 다 이유가 있습니다. 현재 대형 차량에서 실용화된 전기 차량은 전기 버스 정도라고 할 수 있습니다. 과연 얼마나 경쟁력 있는 가격에 나올지가 가장 궁금합니다. 


 같이 공개한 테슬라 로드스터는 현존하는 전기 스포츠카의 성능을 뛰어넘는 모델로 성능을 생각하면 20만 달러라는 가격도 충분히 가능성이 있어 보입니다. 4인승 전기 슈퍼카로 정지 상태에서 시속 60마일 (97km/h)까지 1.9초, 최고 시속 250마일 (402km/h) 최대 주행 거리 620마일 (약 1000km) 라는 엄청난 성능을 지니고 있습니다. 최고 속도까지 도달하는 시간도 8.9초에 불과해 기존의 내연 기관 자동차가 따라오기 쉽지 않은 수준의 순발력을 자랑합니다. 


 어차피 이런 슈퍼카는 가격대 성능비를 따지기보다는 과시용으로 사는 경우가 더 많은 만큼 비싼 가격표를 달아도 살 사람은 살 것으로 생각됩니다. 다만 트럭을 그런 용도로 사는 경우는 별로 없을 것이기 때문에 과연 세미가 성공을 거둘 것인지는 의문스럽습니다. 


 참고 





우주 이야기 717 - 우주 초기의 스타버스트 은하


(Composite image of ADFS-27 galaxy pair. The background image is from ESA's Herschel Space Observatory. The object was then detected by ESO's Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) telescope (middle image). ALMA (right) was able to identify two galaxies: ADFS-27N (for North) and ADFS-27S (for South). The starbursting galaxies are about 12.8 billion light-years from Earth and destined to merge into a single, massive galaxy. Credit: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; ESA Herschel; ESO APEX; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); D. Riechers)


(Artist impression of two starbursting galaxies beginning to merge in the early universe. Credit: NRAO/AUI/NSF)


 천문학자들이 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA와 허셜 우주 망원경, Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) 망원경의 관측을 통해 127억년 전 활발하게 별을 생성하는 초기 은하의 모습을 확인했습니다. 코넬 대학의 도미닉 리처스(Dominik Riechers, an astronomer at Cornell University)이 이끄는 연구팀은 ADFS-27라는 은하에서 예상치 못한 결과를 발견했습니다. 


 일단 이런 극초기 은하는 발견 자체가 쉽지 않은 드문 존재인데, ADFS-27는 하나가 아니라 두 개의 은하가 매우 근접한 거리에서 빠르게 별을 생성하고 있었습니다. 거리는 3만 광년으로 은하의 크기를 고려하면 매우 가까운 거리입니다. 이 두 개의 은하는 미래에는 하나의 큰 은하로 합쳐질 것으로 예상됩니다. 


 이 은하를 처음 발견한 것은 허셜 우주 망원경인데, 허셜의 강력한 분해능으로도 상세한 관측이 쉽지 않아 ALMA와 APEX의 도움이 필요했습니다. 관측 결과 드러난 사실은 이 은하가 우리 은하보다 별이 생성되는 가스 성운을 50배나 더 많이 가지고 있으며 이로 인해 우리 은하보다 1,000 배 정도 빠른 속도로 새로운 별을 생성하고 있다는 것입니다. 


 그야말로 스타버스트 은하 (Starburst galaxy)라는 명칭에 적합한 수준인데, 이 은하는 특히 밝기 때문에 초고광도 스타버스트 은하 (hyper-luminous starburst galaxies)라고 분류됩니다. 물론 이렇게 밝기 때문에 멀리서도 관측이 가능한 점도 있을 것입니다. 


 우주 초기 은하들은 아직 별은 적고 가스는 풍부해서 빠른 속도로 새로운 별을 생성합니다. 그 가운데 특히 빠른 속도로 별을 생성하는 은하들은 결국 나중에는 거대한 대형 은하로 성장하는 것으로 생각됩니다. 아마 우리 은하 역시 이런 단계를 거쳤을지 모릅니다. 


 참고 



Dominik A. Riechers et al. Rise of the Titans: A Dusty, Hyper-luminous "870 μm Riser" Galaxy at z ∼ 6, The Astrophysical Journal (2017). DOI: 10.3847/1538-4357/aa8ccf, https://arxiv.org/abs/1705.09660