[파이낸셜뉴스] 삼성미래기술육성사업이 지원한 포스텍 물리학과 이길호 교수 연구팀이 마이크로파 세기를 1초간 측정기준 1아토와트(100경분의 1와트) 수준으로 검출할 수 있는 초고감도 검출기를 4일 개발했다. 이 연구는 미국 레이시온 비비엔, 하버드대, 매사추세츠 공과대, 스페인 바르셀로나 과학기술연구소, 일본 물질재료연구기구와 공동으로 진행됐다. 연구 결과는 차세대 양자정보기술 상용화를 위한 원천 연구로 인정받아 지난달 30일(영국 현지시간) 최상위 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 전자레인지에 사용돼 우리에게 익숙한 마이크로파는 최근 양자컴퓨팅, 양자정보통신 등 양자정보기술에도 활용 가능하다고 알려지면서 초고감도로 검출하려는 연구가 활발히 진행중이다. 현재 마이크로파 검출기로 사용되는 볼로미터는 실리콘이나 갈륨비소 등 반도체 소자를 마이크로파 흡수 소재로 사용하기 때문에 검출 한계가 1초간 측정 기준 1나노와트(10억분의 1와트) 수준에 머무는 등 정밀한 세기 측정이 불가능했다. 이길호 교수 연구팀은 볼로미터의 소재와 구조 혁신을 통해 이 한계를 돌파했다. 먼저 마이크로파 흡수 소재로 반도체가 아닌 그래핀을 사용해 마이크로파 흡수율을 높였다. 그리고 두 개의 초전도체 사이에 그래핀을 끼워 넣는 '조셉슨 접합 구조'를 도입해 그래핀에서 발생하는 전기 저항 변화를 10피코초(1000억분의 1초)이내로 검출할 수 있게 했다. 그 결과 마이크로파 검출을 이론적 한계인 1초간 측정 기준 1아토와트(100경분의 1와트) 수준으로 높일 수 있었다. 이 교수는 "이번 연구는 차세대 양자소자를 실제로 구현하기 위한 기반 기술을 구축했다는 데 의미가 있다"며 "이 기술을 활용하면 양자컴퓨팅 측정효율을 극대화해 대규모 양자컴퓨터 개발도 가능할 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 2017년 6월 삼성미래육성사업 과제로 선정돼 지원받고 있다. 삼성미래기술육성사업은 우리나라의 미래를 책임지는 과학 기술 육성을 목표로 2013년부터 1조5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익 사업이다. 지금까지 603개 과제에 7729억 원을 집행했으며 국제학술지에 총 1255건의 논문이 게재되는 등 활발한 성과를 보이고 있다. 이 중 네이처(4건), 사이언스(5건) 등 최상위 국제학술지에 소개된 논문도 101건에 달한다. km@fnnews.com 김경민 기자

뛰어난 단열 성능과 에너지 절감 효과로 최근 건축물에서 가장 많이 활용되고 있는 '로이유리'의 보급 확대에 기여할 수 있는 열처리 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국전기연구원(KERI) 나노융합연구센터 김대호 박사팀은 전자레인지 등에서 사용되는 마이크로파를 활용해 유도가열 기술로, 금속 나노박막을 '연속적이면서도 균일하게 고속 열처리' 할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 개발 기술은 최근 건축물의 친환경 단열유리로 가장 많이 활용되고 있는 '로이유리' 열처리에 활용될 전망이다. 연구팀은 개발한 기술을 활용해 공정 과정에서 1초당 100mm의 속도로 흘러가는 로이유리를 500℃ 이상의 온도로 균일하게 열처리하는 데 성공했다. 열처리된 로이유리는 코팅된 은 나노박막의 결정성 향상으로 전도성이 30% 높아졌다. 그 결과 태양광의 열적외선 반사율(단열효과)이 5% 이상, 가시광선 투과율(채광효과)이 2.5% 이상 개선되는 것을 확인했다. 마이크로파 유도가열 기술을 활용해 대면적의 로이유리를 효율적으로 열처리해 상용화할 수 있는 기반을 마련한 것이다. 마이크로파 유도가열 기술은 전자레인지에서 사용하는 2.45GHz 주파수의 마이크로파 자기장을 활용해 금속 등 전도성 소재로 이뤄진 박막을 순간적으로 고온 가열할 수 있는 기술이다. 기존의 유도가열 기술은 수십 kHz 수준의 주파수로 조리용 인덕션 기구 등 밀리미터(mm) 수준의 두꺼운 소재에만 적용할 수 있었다. 기존 기술로는 1㎛ 이하 얇은 두께를 가지는 나노박막은 가열할 수가 없었다. 한국전기연구원이 개발한 '마이크로파 유도가열 기술'은 전도성 표면에 자기장에 의한 유도전류를 발생시켜 저항열로 나노박막을 가열하는 원리다. 전기에너지에서 열에너지로 전환되는 효율이 70%에 이를 정도의 높은 에너지 전환 효율을 기반으로, 나노미터 수준의 두께를 가지는 얇은 전도성 박막을 1초 이내에 1000℃ 이상 온도로 빠르게 열처리할 수 있다. 즉 열처리가 필요한 전도성 박막만을 선택적이고, 순간적으로 고온 가열할 수 있는 기술이다. 연구팀은 더 나아가 일정 부분만이 아닌 넓은 면적에서도 연속성과 균일성을 확보하며 안정적인 열처리가 가능한 기술 수준까지 도달했다. 바로 마이크로파 유도가열 기술의 핵심인 '유전체 공진'을 통해, 자기장의 패턴을 변형시켜 나노박막의 발열 분포를 조절할 수 있게 된 것이다. 이를 통해 대면적에서도 안정적으로 열처리가 가능해졌다. 연구책임자인 김대호 선임연구원은 "기존 로이유리 가열 기술들은 열처리 후 가공성 문제, 높은 에너지 비용에 따른 경제성 문제 등의 이유로 그동안 상용화에 많은 어려움을 겪어왔다"며 "에너지 전환효율이 높은 마이크로파 유도가열 기술은 필요한 부문만을 순간·선택적으로 가열할 수 있기 때문에 필요한 장치의 규모도 대폭 줄일 수 있고, 비용도 획기적으로 절감할 수 있다"고 밝혔다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

서강대는 23일 물리학과 이기진 교수와 이한주 박사, 아르메니아공화국 출신 샨트 아라켈랸 연구원이 마이크로파를 디지털 카메라를 통해 직접 볼 수 있는 방법을 발견했다고 밝혔다. 가시광선만을 볼 수 있는 인간이 직접 마이크로파 신호를 CCD 카메라를 통해 확인 할 수 있는 방법을 최초로 발견한 것이다. 이 교수팀은 세계적 과학 학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈에 최근 '스스로 학습하고 진화하는 강자성 마이크로파 메모리(2016.12.14.게재)'로 논문을 게재한 바 있다. 이번 연구는 그 후속으로 세계적으로 권위 있는 과학 학술지 사이언티픽 리포츠에 12월 22일자로 게재됐다. 이 교수는 "핸드폰을 사용하고 있는 지구상의 모든 통신은 마이크로파를 기본으로 사용하고 있고 지구는 마이크로파로 가득 차 있다고 해도 과언이 아니다"라며 "이런 마이크로파의 분포를 영상화 할 수 있는 기술은 앞으로 인간, 물질과 마이크로파의 공간적 상호작용을 영상화 할 수 있는 기술"이라고 설명했다. 또 "이 연구의 결과는 생명과학, 의학, 통신, 전기 자동차 등 마이크로파 영역에서 물질과 전자기파의 상호작용 및 특성을 분석할 수 있는 새로운 응용기술이 될 것"이라고 말했다. 실제 인간은 마이크로파를 직접 볼 수 없다. 지금까지는 안테나를 통한 간접적인 방법으로 마이크로파의 존재를 신호로만 인식할 수 있었다. 하지만 이 교수 연구팀이 디지털 카메라로 쉽게 마이크로파를 직접 볼 수 있는 가능성을 열어, 앞으로 기초연구 및 응용에 대한 가능성을 열었다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자

지난해 4월 14일 이란의 대규모 드론과 미사일 공습에 대응, 이스라엘은 아이언돔 등 방공망을 가동해 거의 완벽히 막아냈다. 하지만 단 하룻밤에 이스라엘 국방예산의 약 10분의 1 규모인 약 1조8000억원의 비용을 발생시킨 것으로 나타났다. 공격형 드론의 눈부신 발전, 그리고 필연적으로 이어지는 미사일과 드론의 혼합 공습이라는 전술적 진화는 대공방어체계의 새롭고 혁신적인 균형을 요구하고 있다. 즉 '방어할수록 손해'인 대공방어의 딜레마를 극복하기 위해 '더 저렴한 방안'을 모색해야 한다는 의견이 새로운 전쟁의 화두로 떠오른 것이다. 11일 군과 외교가에 따르면 최근 지구촌에서 벌어지고 있는 크고 작은 분쟁부터 러시아-우크라이나 전쟁에 이르기까지 수많은 대공 방어 교전이 진행되면서, 요격 대상과 요격체계 간의 '전력 비대칭성'에 관한 우려들이 지속적으로 제기되고 있다. 이제는 거꾸로 드론의 공격을 방어할 수 있는 효과적이고 효율적인 방어체계 구축에 전 세계의 시선이 옮겨지고 있다는 얘기다. 이 분야에서도 가장 앞서가는 미군은 최근 드론 떼의 공격에 대응할 수 있는 새로운 방어체계를 구축하고 정부의 수용 테스트를 완료한 것으로 알려졌다. 개발사인 미국의 방산업체 에피루스에 따르면 미군이 저가의 드론 위협을 고가의 미사일로 대응하는 문제를 해결하기 위해 비용 효율적인 레오니다스(Leonidas) 시스템을 개발했다. 이 시스템은 고출력 마이크로파(HPM) 펄스를 정밀하게 조절해 단일 무인 항공 시스템(UAS)이나 드론 무리를 효과적으로 타격할 수 있다. 에피루스 측은 다양한 상황에서의 스트레스 테스트를 거쳐, 능력과 신뢰성을 입증했다며 미국 정부의 승인 테스트를 성공적으로 마쳤다고 덧붙였다. 여기에 이미 현실화된 인공지능(AI) 기능을 탑재해 스스로 판단하고 피아를 식별해 알아서 쏘는 자율무기의 출현은 전쟁의 판도를 바꿔 나갈 전망이다. 우리 군도 북한 등 적의 소형무인기 위협에 대응하기 위한 '접적지역 대드론 통합체계' 사업을 올해 본격적으로 시작한다. 공군 기지, 해군 항만 등 주요 시설을 드론 공격으로부터 보호하기 위해 드론을 탐지·식별하고, 전파 교란이나 레이저 요격 등을 통해 무력화시키는 고정식과 이동형 등 대드론 요격 체계를 차질 없이 갖춰 나갈 계획이다. 국방과학연구소(ADD)와 국내 방산 기업들도 소프트 킬(Soft Kill)과 하드 킬(Hard Kill) 방식 등 다양한 대드론 방어체계 개발에 세계 최고 수준의 성과를 보이며 참여하고 있다. 대드론 방어 체계 분야에서도 K-방산이 세계를 선도할 시기가 다가오고 있다. wangjylee@fnnews.com 이종윤 기자

오는 2027년 세계 최초의 수자원 전문 위성이 발사될 예정인 가운데, 우리나라 물관리의 새로운 지평이 열릴 전망이다. 수자원 위성을 통해 홍수나 가뭄 같은 물재해를 실시간으로 파악하고 분석해 대응력이 강화될 것으로 기대된다. 15일 한국수자원공사는 환경부 대행사업으로 세종시 집현동에 수자원위성 지상운용센터를 건립 중이라고 밝혔다. 이곳은 현재 개발 중인 수자원위성의 정보를 수신해 분석하고, 수재해와 수질·수자원 상황을 실시간으로 감시하는 컨트롤타워 역할을 할 예정이다. 환경부가 주도하는 수자원위성은 2027년에 발사될 예정이다. 국가 연구과제 예산 2008억원이 투입되는 이 프로젝트에는 한국항공우주산업(KAI)이 위성 본체를 맡고, 한국항공우주연구원(KARI)은 탑재체(레이더)를 개발하고 있다. 한국수자원공사는 환경부 대행사업으로 위성정보를 활용한 수재해 감시 지상운용체계 및 활용체계 구축을 담당한다. 세계기상기구(WMO) 자료 등에 따르면 전 세계적으로 미국 나사(NASA) 등이 운영 중인 기후 감시 위성은 있지만, 수자원에 특화된 전용 위성은 존재하지 않는다. 한국수자원공사 관계자는 "그간 우리나라는 핀란드 등 해외 위성 자료를 구매하거나 무료 공개된 위성정보를 활용해 왔으나 위성마다 해상도와 관측 주기가 달라 분석에 제약이 있었다"면서 "물재해 예방을 위해 활용한 국내 위성도 악천후나 야간 관측이 제한적이고 지류 하천 정밀 감시와 실시간 대응에 한계가 있었다"고 설명했다. 우리나라는 접경지역의 예고 없는 방류 등으로 물안보 문제를 안고 있고, 2022년 태풍 힌남노 내습에 따른 피해사례처럼 물재해 영향이 커, 홍수 예·경보의 골든타임 확보를 위한 선제 대응 역량 강화가 절실하다. 수자원위성은 미래 물 문제 대응을 위한 핵심 기술 자산이 될 것으로 전망된다. 물산업 국제 정보분석기관인 글로벌워터인텔리전스 역시 향후 10년간 기후변화 피해의 69%가 물 관련 문제일 것이라고 예측했다. 1단계로 환경부 R&D 프로젝트로 중형급 수자원 전용 위성이 개발되고, 2단계로 한국수자원공사 자체 예산을 투입하여 초소형 군집 위성을 연계해 보다 정밀한 수자원 감시체계가 구축될 계획이다.환경부에서 2027년 발사 예정인 중형급 위성은 마이크로파를 이용한 영상레이더를 탑재해 구름·비·어둠을 뚫고도 관측이 가능하다. 입체감 구현에도 강점이 있어, 홍수·가뭄에 따른 지형 변화와 수질 이상 감지에 적합하다. 한편 한국수자원공사는 위성정보를 활용한 국제 연구개발 협력과 기술 수출을 확대해 기후테크 산업 강국의 입지를 다질 계획이다. 17개국이 참여한 위성 기반 재난 대응 국제기구 '인터내셔널 차터'와 협력해 세계 기후재난 감시를 지원한다. 유럽연합(EU)이 주관하는 세계 최대 규모 기후 대응 R&D '호라이즌 유럽'에도 참여해 독일항공우주청(DLR) 등과 함께 기후변화 대응 기술 공동 개발을 추진한다.김병기 한국수자원공사 K-water 연구원장은 "위성을 활용한 초정밀 재해 감시 및 대응 기술은 기후위기 시대에 국제협력을 이끄는 전략기술"이라며 "환경부와 협력해 기후재난을 예측하고 대응할 수 있는 세계적 수준의 기후테크 역량을 확보해 글로벌 시장을 선도하겠다"고 밝혔다. aber@fnnews.com 박지영 기자

[파이낸셜뉴스] 오는 2027년 세계 최초의 수자원 전문 위성이 발사될 예정인 가운데, 우리나라 물관리의 새로운 지평이 열릴 전망이다. 수자원 위성을 통해 홍수나 가뭄 같은 물재해를 실시간으로 파악하고 분석해 대응력이 강화될 것으로 기대된다.  16일 한국수자원공사는 환경부 대행사업으로 세종시 집현동에 수자원위성 지상운용센터를 건립 중이라고 밝혔다. 이곳은 현재 개발 중인 수자원위성의 정보를 수신해 분석하고, 수재해와 수질·수자원 상황을 실시간으로 감시하는 컨트롤타워 역할을 할 예정이다.  환경부가 주도하는 수자원위성은 2027년에 발사될 예정이다. 국가 연구과제 예산 2008억원이 투입되는 이 프로젝트에는 한국항공우주산업(KAI)이 위성 본체를 맡고, 한국항공우주연구원(KARI)은 탑재체(레이더)를 개발하고 있다. 한국수자원공사는 환경부 대행사업으로 위성정보를 활용한 수재해 감시 지상운용체계 및 활용체계 구축을 담당한다.  세계기상기구(WMO) 자료 등에 따르면 전 세계적으로 미국 나사(NASA) 등이 운영 중인 기후 감시 위성은 있지만, 수자원에 특화된 전용 위성은 존재하지 않는다.  한국수자원공사 관계자는 “그간 우리나라는 핀란드 등 해외 위성 자료를 구매하거나 무료 공개된 위성정보를 활용해 왔으나 위성마다 해상도와 관측 주기가 달라 분석에 제약이 있었다”면서 “물재해 예방을 위해 활용한 국내 위성도 악천후나 야간 관측이 제한적이고 지류 하천 정밀 감시와 실시간 대응에 한계가 있었다”고 설명했다.  우리나라는 접경지역의 예고 없는 방류 등으로 물안보 문제를 안고 있고, 2022년 태풍 힌남노 내습에 따른 피해사례처럼 물재해 영향이 커, 홍수 예·경보의 골든타임 확보를 위한 선제 대응 역량 강화가 절실하다.  수자원위성은 미래 물 문제 대응을 위한 핵심 기술 자산이 될 것으로 전망된다. 물산업 국제 정보분석기관인 글로벌워터인텔리전스 역시 향후 10년간 기후변화 피해의 69%가 물 관련 문제일 것이라고 예측했다.  1단계로 환경부 R&D 프로젝트로 중형급 수자원 전용 위성이 개발되고, 2단계로 한국수자원공사 자체 예산을 투입하여 초소형 군집 위성을 연계해 보다 정밀한 수자원 감시체계가 구축될 계획이다.  환경부에서 2027년 발사 예정인 중형급 위성은 마이크로파를 이용한 영상레이더를 탑재해 구름·비·어둠을 뚫고도 관측이 가능하다. 입체감 구현에도 강점이 있어, 홍수·가뭄에 따른 지형 변화와 수질 이상 감지에 적합하다. 한편 한국수자원공사는 위성정보를 활용한 국제 연구개발 협력과 기술 수출을 확대해 기후테크 산업 강국의 입지를 다질 계획이다. 17개국이 참여한 위성 기반 재난 대응 국제기구 '인터내셔널 차터'와 협력해 세계 기후재난 감시를 지원한다. 유럽연합(EU)이 주관하는 세계 최대 규모 기후 대응 R&D ‘호라이즌 유럽’에도 참여해 독일항공우주청(DLR) 등과 함께 기후변화 대응 기술 공동 개발을 추진한다.  김병기 한국수자원공사 K-water 연구원장은 “위성을 활용한 초정밀 재해 감시 및 대응 기술은 기후위기 시대에 국제협력을 이끄는 전략기술”이라며 “환경부와 협력해 기후재난을 예측하고 대응할 수 있는 세계적 수준의 기후테크 역량을 확보해 글로벌 시장을 선도하겠다”고 밝혔다. aber@fnnews.com 박지영 기자

[파이낸셜뉴스] 흔히 육즙이 빠지는 것을 방지하기 위해 고기는 자주 뒤집지 말라고 알려져있다. 하지만 '한 번만 뒤집고 두는 것보다, 자주 뒤집는 게 더 빨리 고기를 익힌다'는 연구결과가 나왔다. 식품 과학자 해럴드 맥기는 뉴욕 타임스에 이 같은 사실을 기고했다. 그는 "컴퓨터 모델링으로 열전달 물리학을 학습하던 중 자주 뒤집을수록 열이 고기에 더 고르게 전달된다는 것을 알게 됐다"며 "실제로 조리해 봤고, 더 많이 뒤집을수록 열이 고기에 더 고르고 빠르게 전달돼 조리 시간이 훨씬 단축됐다"고 했다. 고기 빨리 익히는 가장 효율적 방법..'30초마다 뒤집는 것' 고기를 구울 때 뒤집는 횟수는 맛이나 육즙의 양에 큰 영향을 미치지 않는다. 자주 뒤집든, 한 번만 뒤집듯 맛은 비슷하다. 고온에서 태우지만 않으면 된다. 다만 고기를 자주 뒤집을수록 빨리 구울 수 있다. 소고기, 돼지고기, 햄버거 패티 등 종류와 상관없이 대부분 고기에 적용된다. 요리 과학자이자 '더 푸드 랩(The Food Lab)'의 저자 J. 켄지 로페즈-알트는 동일한 부위, 동일한 시간으로 스테이크를 조리하되 한 고기는 한 번만 뒤집고 다른 고기는 여러 번 뒤집는 실험을 한 바 있다. 그는 스테이크를 ▲딱 한 번만 뒤집기 ▲매분 뒤집기 ▲30초마다 뒤집기 ▲15초마다 뒤집기, 네 가지 방법으로 중심 온도가 이상적인 미디엄레어 수준인 54도가 될 때까지 구웠다. 그 결과 30초마다 뒤집은 스테이크가 가장 빨리 54도에 도달했다. 그다음은 15초마다, 1분마다, 단 한 번 뒤집은 스테이크 순으로 빨리 익었다. 30초마다 뒤집은 스테이크는 한 번 뒤집은 스테이크보다 약 2분 정도 더 빨리 익었다. 켄지는 "15초마다 뒤집은 스테이크는 팬과 접촉하고 있는 시간보다 공기에 노출된 시간이 너무 많아 30초마다 뒤집은 스테이크보다 더 오래 걸린 것으로 추정된다"라며 "여러 번 뒤집어 주는 게 더 빠르고 골고루 익히는 방법이다. 먹어봤을 때 둘 사이에 맛의 차이도 크게 느껴지지 않는다"고 했다. 이어 "초보자들은 태워 먹을 위험이 높다면 굳이 한 번만 뒤집기를 고집할 이유는 전혀 없다"라며 "게다가 자주 뒤집는다고 육즙이 빠지지 않으니 태우지 말고 잘 익혀 먹는 것이 훨씬 더 좋다"고 했다. 고기를 구울 때는 뒤집는 횟수와 상관없이, 고기가 타거나 바싹 구워지지 않도록만 하면 된다는 설명이다.  고기 구울 땐 태우지만 않으면 된다 센불에 고기를 굽다 보면 유해 물질이 생성될 수 있다. 높은 온도에서 고기를 구우면 HCAs(헤테로사이클릭아민)라는 독성물질이 발생하는데, 이는 암을 유발할 수 있다. 100도 이하에서 가열 조리하는 경우 HCAs가 거의 생성되지 않지만 200도에서는 3배나 늘어난다. 이외에도 고기가 불꽃에 직접적으로 닿으면 발암물질인 PAHs(다환방향족탄화수소)가 발생할 위험도 있다. 탄 부분을 떼고 먹으면 괜찮다고 생각하는 사람이 있는데, 한두 번 먹는 것은 괜찮아도 오랫동안 꾸준히 먹게 되면 몸에 영향을 미칠 위험이 있다. PAHs는 피어오르는 연기와 탄 부분을 제거한 고기에도 남아있을 수 있기 때문이다. 따라서 고기를 구울 때는 타지 않도록 주의해야 한다. 초벌구이를 먼저 하는 것도 좋다. 고기를 굽기 전에 전자레인지에 1~2분간 돌리는 것이다. 전자레인지의 마이크로파가 고기 속 헤테로사이클릭아민을 만드는 화합물을 분해해주는 효과도 있다. moon@fnnews.com 문영진 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 물리학과·첨단원자력공학부 윤건수 교수, 기계공학과 진현규 교수 연구팀은 전자렌지 원리로 청정수소를 단 몇분 만에 만들었다고 15일 밝혔다. 이 기술은 고온에 의존했던 청정 수소 생산 공정을 저온에서 실현한 것으로, 마이크로파 기반 접근법은 청정 에너지 시장에서 큰 전환점을 마련할 것으로 기대된다. 진현규 교수는 "이는 기존 열화학적 수소 생산 기술의 상용화 가능성에 변화를 일으킬 것이며, 향후 마이크로파 기술을 활용한 새로운 물질 개발에도 큰 도움이 될 것"이라고 말했다. 전 세계적으로 화석 연료를 대체할 청정 에너지 기술 개발이 절실한 가운데 탄소 배출이 없는 '청정 수소'가 주목받고 있다. 하지만 현재 물을 분해해 청정 수소를 생산하는 방법은 높은 비용과 낮은 에너지 효율로 상용화에 어려움을 겪고 있다. 특히 금속 산화물의 산화-환원 반응을 활용한 열화학 공정은 약 1500도에 달하는 고온이 필요해 현실적인 도입에 제약이 많다. 연구진은 이 한계를 극복하기 위해 우리가 일상에서 사용하는 전자레인지의 에너지원인 '마이크로파'를 활용했다. 마이크로파는 음식 가열 뿐만아니라 다양한 화학 반응에서도 유용한 에너지원이다. 연구진은 이 마이크로파를 통해 가돌리늄이 첨가된 세륨 산화물의 환원 온도를 600도 이하까지 낮췄다. 이는 마이크로파의 전기적 에너지가 반응에 필요한 열에너지의 75%를 대체할 수 있음을 보여주는 결과다. 또, 마이크로파 기술은 물을 분해해 수소를 생산하는데 매우 중요한 '산소 공공' 형성에 적합하다. 산소 공공은 물질 속 산소 원자가 빠져나가 빈자리가 생긴 상태다. 기존 방식에서는 금속 산화물 내부의 산소가 환원 반응을 통해 빠져나가며 산소의 빈자리가 만들어진다. 이 과정은 고온에서 수 시간이 걸렸다. 그러나 연구진은 600도 이하의 온도에서 단 몇 분 만에 산소 공공을 만드는 데 성공했다. 윤건수 교수는 "마이크로파를 이용한 새로운 메커니즘 제시와 기존 공정의 한계 극복에 중요한 성과"라고 덧붙였다. 한편, 연구진은 새로운 청정수소 생산 기술을 재료 화학 분야 국제 학술지인 '재료화학회지 A(Journal of Materials Chemistry A)'에 발표했으며, 학술지에서는 내부 표지 논문으로 게재했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 부산대학교 연구진이 물에서 수소를 뽑아내는 수전해 기술과 수소 연료전지에 사용하는 새로운 촉매를 개발했다. 지금까지 촉매로 쓰여 온 비싼 백금에 저렴한 니켈을 섞은 나노 크기 입자를 그래핀에 결합한 것으로, 기존 촉매보다 최대 3배나 효율적이면서도 10시간 이상 성능을 유지해 차세대 에너지 기술의 혁신이 기대된다. 부산대학교는 재료공학부 이정우 교수팀이 백금 기반 합금의 정밀한 조성 변화를 통한 격자 수축 제어와 나노합금 입자-그래핀 이종원소 결합을 통해 높은 전류 밀도를 갖는 수전해 및 수소 연료전지용 촉매 개발에 성공했다고 6일 밝혔다. 수소 에너지는 높은 질량당 에너지 밀도와 연소 시 이산화탄소 미발생과 같은 특성으로 차세대 신재생 에너지로 주목받고 있다. 이 중 수전해 및 연료전지 기술은 탄소 기반의 물질이 사용되지 않으면서 수소 에너지를 생산하고 활용할 수 있는 기술로, 많은 연구가 이뤄지고 있다. 현재는 백금(Pt) 나노 입자가 담지된 비정질 탄소 재료인 백금·카본 블랙을 상용 촉매로 활용하고 있다. 하지만 백금·카본 블랙은 백금의 비싼 가격과 적은 매장량 및 카본 블랙의 낮은 장기 안정성으로 인해 대량 생산과 상용화 측면에서 어려움을 겪고 있다. 이에 부산대 이 교수팀은 백금의 사용량을 저감하면서 동시에 촉매의 활성과 내구성을 향상시키기 위한 연구를 진행했다. 니켈(Ni)은 전이금속 중 하나로, 백금 가격의 약 1/2000 정도이며 백금과 혼합해 합금 형태로 제작 때 수소 생산과 산소 환원에서의 시너지를 일으켜 보다 높은 촉매 특성을 보여주는 것으로 알려져 있다. 연구진이 개발한 소재는 마이크로파를 활용한 용액상 공정으로, 수 나노 크기의 균일한 백금-니켈 나노합금 입자를 질소 도핑된 그래핀의 표면에 담지하는 방식으로 제작됐다. 이는 수 분 내에 수 나노 크기의 균일한 소재 제작이 가능해 공정 과정에서 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 제작된 촉매는 최적화된 백금-니켈 조성을 갖는 합금 클러스터와 질소 도핑된 그래핀 간의 시너지로 인해 기존에 사용되는 백금·카본 블랙 소재보다 산소 환원 반응에서 약 3배 이상 향상된 비면적 활성도 및 질량 활성도를 보였으며, 수소 생산 반응에선 약 2배 정도 향상된 비면적 활성도, 질량 활성도를 나타냈다. 최종 구현된 촉매는 아연-공기 2차 전지에 적용됐다. 기존 상용 백금 및 이리듐 촉매보다 약 2배 이상 높은 전력 밀도를 나타냈다. 10시간 이상 충·방전 시에도 초기의 활성을 유지했다. 또 연구팀은 촉매 표면에서 생산된 수소를 포집해 시간에 따른 부피 변화를 관찰했으며, 일정 시간마다 포집된 수소의 양이 선형적으로 증가해 안정적으로 수소 생산이 가능하다는 것을 확인했다. 이런 결과들을 바탕으로 제작된 촉매는 차세대 에너지 생산 및 활용 소재로서 수소 자동차, 버스 등의 모빌리티나 발전 시스템 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 전망된다. 이 교수는 “이번 연구 결과는 마이크로파 가열을 통한 고속 합성 공정과 백금-니켈 조성 변화를 통해 격자 수축 정도를 제어하고 나노합금 클러스터-질소 결합 형성으로 기존의 백금 촉매보다 높은 촉매 활성을 달성했다는 데 의미가 있다”며 “빠르고 간단한 촉매 제작 공정과 더불어 백금 사용량을 줄이면서 동시에 촉매의 활성과 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에 앞으로 많은 활용이 기대된다”고 말했다. 이 논문은 세계적인 과학저널 '에코맷 (EcoMat)' 2024년 12월 15일자에 게재됐다. 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다. bsk730@fnnews.com 권병석 기자

[파이낸셜뉴스]  글로벌 GPU 기업인 엔비디아(NVIDIA)는 양자컴퓨팅과 GPU 기술을 융합하는 CUDA-Q 플랫폼을 통해 양자컴퓨팅 생태계에서 중요한 역할을 수행하고 있다. CUDA-Q는 엔비디아의 GPU 병렬 컴퓨팅 플랫폼인 CUDA를 기반으로 하며, 양자 알고리즘 시뮬레이션과 양자-클래식 하이브리드 워크로드를 지원하는 첨단 기술이다. 2일 관련업계에 따르면 양자컴퓨팅은 복잡한 계산 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 현재 기술은 초기 단계에 머물러 있다. CUDA-Q는 양자 하드웨어의 한계를 보완하고 GPU 기반 시뮬레이션으로 양자 알고리즘 개발을 가속화한다. 이를 통해 양자컴퓨팅의 상용화 가능성을 크게 높이는 데 기여하고 있다. 특히 양자컴퓨팅은 단독으로 작동하기보다는 기존의 고성능 컴퓨팅과 결합해 하이브리드 컴퓨팅 환경을 조성할 때 효율성이 극대화된다. CUDA-Q는 GPU와 양자컴퓨터 간의 긴밀한 연계를 통해 이러한 하이브리드 환경에서 중요한 역할을 한다. 일례로 CUDA-Q는 복잡한 데이터 처리와 병렬 연산을 GPU가 처리하는 동시에 양자컴퓨터가 고유의 양자 알고리즘을 실행하도록 지원한다. 이는 기존의 HPC 환경에 양자컴퓨팅을 자연스럽게 통합할 수 있는 발판을 마련한다. 글로벌 양자 기업으로 알려진 아이온큐(IonQ)와 아이비엠(IBM Quantum) 또한 CUDA-Q 기반 하이브리드 모델로 자사의 기술력을 키워나가고 있다. 앞서 지난해 11월 Quantum Computing Report(QCR)은 애니온(Anyon Technologies)의 보도자료를 인용해 애니온이 엔비디아와 협력해 하이브리드 양자 고전 컴퓨팅에서 발전을 이뤄냈다고 보도했다. 싱가포르의 A*STAR와 미국의 주요 기관의 전문가들이 설립한 애니온은 양자 하드웨어, 온칩 제어 및 마이크로파 네트워킹 분야의 발전으로 유명한 기업이다. 당시 언론 보도에 따르면 SC24(Super Computing24)에서 애니온과 엔비디아는 애니온의 첨단 양자 컴퓨팅 시스템과 NVIDIA CUDA-Q 플랫폼의 성공적인 통합을 발표해 하이브리드 양자 고전 컴퓨팅에서 중요한 진전을 이루었다고 발표했다. 엔비디아의 CAE EDA 및 양자 부문 팀 코스타 수석 이사는 "애니온의 CUDA-Q 작업은 하이브리드 양자 고전적 애플리케이션을 개발하기 위한 환경의 중요성을 강조한다“라며 "CUDA-Q 플랫폼을 통해 애니온의 하드웨어에 액세스하면 연구자와 기업이 차세대 양자 알고리즘을 탐색하는 데 있어 장벽이 상당히 낮아진다"라고 엔비디아와 애니온의 성과에 대해 설명했다. 국내 기업 중에서도 엔비디아 양자컴퓨팅 생태계에 진입한 기업이 있다. 그 주인공은 국내 유일의 양자컴퓨팅 기업인 SDT다. 애니온은 엔비디아 CUDA-Q를 탑재한 하이브리드 양자 컴퓨팅 시스템을 처음으로 싱가포르와 한국에서 배포할 예정이다. 이를 위해 애니온은 협력사로 국내 유일 양자컴퓨팅 기업인 SDT를 선택했다. 애니온에 따르면 한국 기업 SDT는 양자 슈퍼컴퓨팅 및 통신 인프라 분야의 떠오르는 리더다. SDT는 대량 생산 및 상업적 실행 가능성을 위해 하이브리드 컴퓨팅을 유연하게 통합하여 사용자에게 선도적인 컴퓨팅 리소스에 대한 액세스를 제공하고 하이브리드 시스템의 미래 확장을 위한 토대를 마련할 수 있다. 우선적으로 애니온과 SDT는 엔비디아 슈퍼칩과 연동한 20큐비트 시스템 생산에 들어갈 전망이다. 이에 따라 두 기업은 초전도 양자 컴퓨터 구축을 위한 합작법인(JV)을 설립하기로 했다. 두 기업이 설립할 JV는 QPU(양자처리장치, Quantum Processing Unit)를 제외한 모든 양자 컴퓨팅 부품의 제조와 조립을 진행한다. 한편 SDT는 2025년 하반기를 목표로 국내 1호 양자기술기업 IPO 준비에도 속도를 낼 전망이다. 현재 상장사인 GS, 무림P&P(무림캐피탈), 시공테크(스페이스타임인베스트먼트) 뿐만 아니라 대형 VC(신한벤처투자, DS자산운용, IBK투자증권, BYB인베스트먼트, 팁스, AG인베스트먼트, KB인베스트먼트, 신한캐피탈, K2인베스트먼트파트너스)까지 SDT의 미래에 투자한 것으로 알려졌다. kakim@fnnews.com 김경아 기자