벼 광합성 촉진하고 토양 산상화 막아 “온실가스 배출 年 110만~150만t 감축” 포스코 임직원 50명이 30일 전남 광양시 진월면에서 철강 부산물로 만든 친환경 ‘규산질 슬래그 비료’를 논에 뿌리는 봉사활동에 나섰다. 규산질 슬래그 비료는 용광로에서 쇳물을 뽑아내고 남은 슬래그를 건조·분쇄해 알갱이 형태로 만든 비료다. 벼의 광합성을 촉진하고 줄기를 튼튼하게 하는 가용성규산 25~30%와 토양개량을 돕는 알칼리분 40~48%로 구성돼 있다. 규산은 벼의 줄기를 3배 이상 강하게 해 바람을 잘 이겨내도록 한다. 수확량이 10~15% 늘어났다면 모두 규산 덕분이다. 알칼리분은 토양이 산성화되는 것을 막아 준다. 비료에 포함된 철이온은 논에서 나오는 메탄의 양을 15~20% 감소시킨다고 한다. 규산질 슬래그 비료를 사용하면 연 온실가스 배출량이 110만~150만t가량 줄어든다는 게 포스코 측의 설명이다. 최정우 회장은 “포스코의 철강 부산물인 슬래그가 맛 좋은 쌀을 만드는 친환경 비료로 새로 태어나 농가 소득 증대는 물론 토질 개량과 온실가스 감축에도 기여할 것”이라고 말했다. 국내 규산질 슬래그 비료 제조사인 한국협화, 제철세라믹, 효석 등 8개사 모두 주원료인 슬래그를 포스코로부터 공급받고 있다. 이영준 기자 the@seoul.co.kr

식물은 햇빛과 물, 이산화탄소로 광합성을 해 필요한 영양분을 만들어 낸다. 과학자들은 지구온난화의 주범 중 하나인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환할 수 있다는 점에서 식물의 광합성을 인공적으로 만들어 내려는 시도들을 하고 있다. 국내 연구진이 햇빛을 직접 이용한 인공광합성 방법이 효율이 더 높다는 사실을 밝혀내 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 연구팀은 반도체 전극과 금속복합체를 이용해 빛의 유무에 따라 인공광합성 반응경로가 달라진다는 점을 규명하고 이산화탄소를 이용해 고부가가치 물질인 일산화탄소를 선택적으로 생산하는데 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘안게반테 케미’ 표지논문으로 실렸다. 자연 광합성은 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 환원 반응만 일어나지만 빛을 흡수해 전력을 만들어내고 촉매반응을 촉진시키는 조촉매를 사용하는 인공광합성은 환원반응과 함께 수소 발생 반응이 함께 일어나 일산화탄소 생산효율을 높이기 어려운 것으로 알려져 있다. 또 인공광합성은 태양광을 전기에너지로 바꾼 다음에 수행되는 것과 빛 에너지를 직접 이용하는 방법이 있는데 두 방법 간 차이가 아직 알려지지 않아 인공광합성 기술 설계에 큰 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 광전극과 조촉매를 이용해 빛 에너지를 직접 공급하는 인공 광합성 방식이 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나게 할 수 있다는 사실을 확인했다. 또 전기에너지를 이용한 인공 광합성 방식은 이산화탄소 환원 반응을 일으키기 위해 높은 에너지가 필요하고 그 과정에서 수소 발생 반응이 나타날 수 밖에 없다는 것도 밝혀냈다. 이런 사실을 바탕으로 실험을 한 결과 빛에너지를 이용한 인공광합성을 할 경우 98% 이상 전자가 이산화탄소 환원반응에 참여해 수소 발생반응이 거의 일어나지 않고 전기에너지를 이용해 인공광합성을 할 경우는 14%의 전자만 이산화탄소 환원 반응에 사용되고 대부분 수소 발생반응에 참여하면서 고부가가치 물질 생산 효율이 떨어지는 것을 확인했다. 주오심 KIST 박사는 “이번 연구는 그동안 잘 알려지지 않았던 인공광합성의 빛반응 원리를 밝혀낸 것으로 고효율 인공광합성 시스템을 만들 때 중요한 이론적 기반이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

적조(red tide)는 특정 플랑크톤이 과다 증식해 바다가 붉게 변하는 현상으로 해양 생태계와 어업, 관광업에 큰 피해를 줄 수 있다. 생활하수나 농축산폐수에 있는 영양물질이 바다로 흘러가 농도가 증가하고 수온 등 다른 여러 조건이 맞으면 광합성 조류(algae)가 급격한 속도로 증식하는데, 이 조류 중 일부는 독성 물질을 만들어 다른 해양 생물에게 치명적인 피해를 준다. 독성이 없는 조류도 급격히 증식한 후 영양물질 고갈로 한꺼번에 죽어 바다에 가라앉으면 이 과정에서 산소가 고갈돼 해저 생물에 심각한 피해를 준다. 현재까지 적조를 직접 억제할 수 있는 유일한 방법은 황토를 바다에 살포해서 문제가 되는 조류를 바다 깊은 곳으로 가라앉혀 광합성을 못 하게 막는 것이다. 비용 대비 효과적인 방법은 아니지만, 다른 뾰족한 수가 없는 게 사실이다. 이는 우리나라만이 아니라 미국 등 다른 선진국도 마찬가지다. 미국 델라웨어 대학의 캐서린 코엔 교수가 이끄는 연구팀은 미국 해양대기청(NOAA)의 지원을 받아 독성 조류의 천적인 박테리아를 연구했다. 연구팀이 주목한 것은 골치 아픈 독성 조류 중 하나인 독성 와편모조류(dinoflagellates)를 죽이는 박테리아다. 이 박테리아는 와편모조류에만 듣는 독특한 독인 알지사이드(algicide)를 분비한다. 알지사이드는 세포핵과 소기관을 파괴시켜 세포를 죽게 만든다. (사진) 사실 이런 세포 독성물질은 자연계에 흔하기 때문에 이것 자체는 놀라운 일이 아닐 수 있지만, 연구팀을 놀라게 한 부분은 이 알지사이드가 독성 적조를 효과적으로 죽이면서도 다른 생물에게는 무해하다는 것이다. 연구팀에 의하면 이 알지사이드는 독성 와편모조류에 대한 '마법 탄환'과 같은 물질로 다른 생명체에 영향을 주지 않고 독성 조류만 죽일 수 있다. 불특정 다수의 플랑크톤을 흡착해서 바다 밑으로 가라앉히는 황토보다 더 효과적인 독성 적조 조절이 가능해지는 것이다. 다만 실제 적조 조절 물질로 개발하기 위해서는 많은 과정을 거쳐야 한다. 실제 적조 상황에서 효과적으로 적조를 억제하는 것은 물론 인간과 다른 생물에 무해하고 경제적으로 대량 생산이 가능해야 한다. 이 모든 조건을 만족시키는 적조 제거 물질이 개발된다면 적조 조절에 획기적인 전기가 마련될 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

고래는 그저 몸집이 거대하게 진화한 동물만이 아니다. 왜냐하면 탄소를 바다에 가둬 기후 변화에 대처하는 데 큰 역할을 하기 때문이다. 따라서 고래가 인류에 기여하는 생태계 서비스의 가치는 마리당 200만달러(약 24억원)에 달한다고 국제통화기금(IMF)의 경제 전문가들이 최신 보고서를 통해 발표했다. 이에 대해 보고서의 책임저자로 IMF 산하 능력개발연구소의 부소장인 랠프 채미 박사는 내셔널지오그래픽과의 인터뷰에서 고래 보호가 단지 자연을 지키고 싶은 개개인이나 정부가 하는 자선 사업으로 간주하는 사람들이 있는데 이들의 의식에 변화를 주고자 고래가 주는 혜택을 금전적 가치로 환산하게 됐다고 밝혔다. 물론 보고서는 아직 동료평가 학술지에 실리지 않았고 고래가 가두는 탄소 양을 두고도 아직 연구자들 사이에서 의견이 분분하지만 지금까지 이뤄진 여러 연구를 통해 고래 보호가 지구에 큰 혜택을 준다는 점을 이들 학자의 시선으로도 확실한 모양이다. 이에 따라 동물 보호에 관심이 없는 정책 결정자들이 다시 고려하는 계기가 되길 바란다면서 고래는 국제적인 공익 자산임을 세계가 인식해야 한다고 채미 박사는 지적했다.대형 고래가 대기 중 탄소를 회수해 가두는 과정은 단 하나만이 아니다. 우선 지방과 단백질이 많은 체내에 몇 t의 탄소를 저장한다. 그야말로 물속에 커다란 나무가 떠다니는 셈인 것이다. 이뿐만 아니라 고래의 사체는 해저로 가라앉아 수백 년 이상 탄소를 격리한다. 2010년 연구에서 수염고래류 중 대왕고래와 밍크고래 그리고 혹등고래 등 8종의 고래가 죽은 뒤 해저로 가라앉았을 때 매해 3만t에 달하는 탄소를 심해에 저장하는 것으로 추산됐다. 만일 상업적 고래잡이의 이전 수준까지 고래 개체 수를 회복하면 이런 탄소 흡수량은 연간 16만t까지 증가할 수 있다.고래가 배출하는 배설물도 이산화탄소 흡수에 기여한다. 심해에서 먹이를 찾는 고래는 해수면 근처에서 배설물을 내보내는 데 이때 질소와 인 그리고 철을 포함한 다량의 영양분이 함께 배출된다. 이는 식물성 플랑크톤의 성장을 자극하며 나아가 이들 플랑크톤이 광합성으로 이산화탄소를 흡수하는 과정을 촉진하는 것이다. 플랑크톤이 죽으면 흡수됐던 탄소 대부분은 다시 해수면에서 활용되지만, 일부는 사체와 함께 해저로 가라앉는다. 같은해 시행된 다른 연구에서는 남극해의 향유고래 1만2000마리가 철분이 풍부한 배변 활동을 통해 식물성 플랑크톤의 생장을 자극해 매년 대기 중에서 20만t의 탄소를 바닷속으로 격리하는 것으로 나타났다. 하지만 고래 배설물로 전 세계에서 식물성 플랑크톤이 얼마나 증식하는지를 확인할 수는 없다고 오랜 기간 이 현상을 연구해온 미국의 보존생물학자 조 로먼 버몬트대 연구원은 말했다. 이에 따라 채미 박사와 그의 동료 학자들은 현재 세계에 살아있는 고래들이 바다에서 식물성 플랑크톤을 1% 더 증식하는 데 보탬이 된다는 가정 아래 탄소 양을 계산했다. 또한 고래가 죽었을 때 탄소 배출량은 기존 자료를 바탕으로 환산해 한 마리에 평균 33t에 달하는 것을 추정했다. 그러고나서 이들 경제학자는 이산화탄소의 현재 시장 가격을 이용해 이들 고래가 포획한 탄소의 금전적 가치의 합계를 내고 생태 관광 등을 통해 고래가 가져오는 기타 경제적 효과를 더했다.그 결과, 고래 한 마리의 경제적 가치는 약 200만달러에 달하는 것으로 나타난 것이다. 이를 전 세계 고래 개체 수로 다시 계산하면 1조달러(약 1200조원)에 달하는 것으로 나타났다. 현재 전 세계 바다에는 약 130만마리의 고래가 산다. 이를 상업적 고래잡이 이전 수준인 400만~500만마리까지 회복하게 하면 고래들이 연간 17억t의 이산화탄소를 포획하는 것으로, 브라질의 연간 이산화탄소 배출량보다 많은 것이다. 하지만 이는 인류가 매년 공기 중에 내뿜는 400억t의 이산화탄소 중 몇 %에 지나지 않으며, 세계가 지금까지 이상으로 엄격한 보호 활동에 나서더라도 상업적 고래잡이 이전의 개체수까지 회복하게 하려면 앞으로 몇십 년이 걸릴 것이다. 사람의 손으로 바다가 심하게 오염돼 버린 지금으로서는 그것이 현실적으로 실현 불가능할지도 모른다. 이에 대해 국제연합환경계획(UNEP)의 환경보호 프로그램에 협력하는 노르웨이 재단 ‘그리드-아렌달’에서 푸른탄소(해양과 연안생태계에 포획된 탄소) 프로그램을 책임지고 있는 스테번 루츠 박사는 “그다지 과장할 생각은 없다. 고래만 보호한다고 해서 기후 변화를 막을 수 있는 것도 아니기 때문”이라고 말했다. 루츠 박사가 이번 분석 결과가 제시한 수치보다 더 중요하게 보는 점은 야생 생물 보호로 초래되는 경제적 가치다. 이런 접근법은 다른 해양 생물에도 적용할 수 있다고 루츠 박사는 기대감을 드러냈다. 게다가 이는 육지의 동물에게도 확대할 수 있다. 예를 들어 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘네이처 지구과학’(Nature Geoscience) 최근호(7월15일자)에 실린 연구논문에 따르면, 아프리카 콩고의 코끼리들은 서식지인 열대우림에 몇십억t의 탄소를 가두는 데 도움을 주고 있다.이 논문의 주저자인 프랑스 기후환경과학연구소의 파비오 베르자기 연구원은 이번 IMF의 분석에 대해 대형 동물에 관한 매우 중대한 점을 부각한다고 말했다. 즉 대형 동물이 가져오는 생태계 서비스는 모든 사람에게 혜택이 된다는 것이다. 자세한 연구 보고서는 IMF가 분기마다 발행하는 계간지 ‘금융과 발전’(Finance & Development) 최신호에 실렸다. 사진=Finance & Development/IMF 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

약 20억년 전 지구상 대부분 생명체가 멸종됐었다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 4일(현지시간) CNN에 따르면 미국 스탠퍼드대 연구진은 캐나다 북극지역인 벨처 제도에서 표본을 추출한 20억년 이상 된 고대 광물인 중정석을 분석한 결과, 당시 대기 중 산소 농도가 극단적으로 높아져 지구상 거의 100% 생명이 사라졌다는 결론을 얻었다. 논문에 따르면 수십억년 전에는 지구상에 미생물들만 살고 있었는데, 너무 많아진 미생물들이 광합성으로 산소를 과잉 생산했다. 결국 산소가 생성되는 데 필요한 영양분이 소진되고 대기 상황이 나빠지면서 지구상에 존재하는 생명체 총량이 급격히 떨어지기 시작했다. 연구에서는 이를 ‘대 산화 사건’으로 칭했는데 이 사건이 끝날 때쯤 생명체의 80~99.5%가 사라졌다는 게 연구진의 설명이다. 논문 공동저자인 박사후보생 말콤 호지스키스는 “우리의 가장 보수적인 추정치도 약 6500만년 전 공룡 멸종 당시 죽은 생명체의 양을 초과한다”고 말했다. 연구진은 중정석에서 화학적으로 측정한 자료를 과거 연구에서 얻은 당시 대기 구성과 함께 계산해 이런 연구 결과를 얻었다. 호지스키스는 “이번 연구 결과가 지구상 어떤 것보다 오래된 사건에 관한 것이지만, 지구가 여전히 대기 변화에 취약하기 때문에 의미가 있다”고 설명했다. CNN은 현재 해수 온도가 상승하는 것도 물 속에 얼마나 많은 영양분이 있느냐와 관계가 깊다면서, 해양에서 영양분이 넘치면 해저 생태계가 교란되며 지구 대기 산소의 절반 이상을 기여하는 광합성 유기체들도 위협을 받는다고 분석했다. 김민석 기자 shiho@seoul.co.kr

기생(parasitism)은 한 생물이 다른 생물의 영양분을 빼앗으면서 함께 살아가는 관계를 의미한다. 기생이라고 하면 우리가 떠올리는 일반적인 이미지는 회충, 조충, 편충 등 사람 몸 속에 사는 징그러운 벌레다. 그래서 우리는 이들을 기생충이라고 부르며 반드시 박멸해야 할 대상으로 여긴다. 하지만 기생 자체는 박멸의 대상도 아니고 벌레 같은 생물에만 국한된 방식도 아니다. 예를 들어 기생은 식물계에서도 흔한 생존 방식이다. 현재까지 알려진 기생 식물만 4000여 종에 달한다. 새삼(dodder)은 대표적인 덩굴성 기생식물로 아예 발아할 때부터 떡잎이나 뿌리를 만들지 않고 줄기를 길게 내서 숙주 식물을 찾는다. 일단 숙주를 찾으면 이 식물에 기생근을 뿌리 내려 여기서 양분을 빨아먹으며 살아간다. 꽃도 피우는 엄연한 식물이지만, 광합성 대신 숙주에 의존해 살아가는 것이다. 과학자들은 광합성을 하던 평범한 식물에서 어떻게 이런 독특한 식물이 진화했는지 연구해왔다. 미국 펜실베이니아 주립대학과 버지니아 공대 연구팀은 새삼 속의 식물에서 100여 개의 숙주 유전자를 찾아내 이를 저널 '네이처 식물'(Nature Plants)에 발표했다. 연구팀에 의하면 새삼의 성공 비결은 숙주의 유전자를 빼앗는 능력에 있다. 사실 식물이라고 해서 얌전히 포식자나 기생 식물에 먹히는 것은 아니다. 비록 식물이 움직이거나 물리적으로 반격하지는 못하지만, 대신 다양한 방법으로 식물을 먹는 동물과 다른 식물을 공격할 수 있다. 새삼은 숙주에서 빼앗은 유전자를 바탕으로 숙주 식물의 방어를 무력화할 방법을 개발한 것은 물론 여러 가지 다양한 용도로 이 유전자를 활용하고 있다. 과학자들에 의하면 새삼의 유전자 훔치기는 매우 놀라운 능력이다. 연구를 이끈 펜실베이니아 주립대학의 클로드 드팜필리스 교수는 박테리아처럼 단순한 생물의 경우 다른 박테리아의 유전자를 받아들이는 수평적 유전자 이동(Horizontal gene transfer)이 흔하지만, 새삼처럼 복잡한 식물에서는 드문 일이라고 설명했다. 하지만 새삼은 몇 개가 아니라 적어도 108개의 유전자를 숙주 식물에서 가져왔다. 연구팀에 따르면 이 중 18개는 모든 새삼종에서 발견된다. 따라서 새삼 속의 공통 조상이 훔친 18개의 유전자가 이 기생 식물의 성공에 중요한 비결이었던 것으로 보인다. 사실 기생 생물 전체에서 새삼의 사례는 빙산의 일각일 수 있다. 연구팀은 더 다양한 기생 식물이 사례를 연구해 이들이 어떻게 숙주의 유전자를 활용해서 효과적인 기생 식물이 되었는지 밝히기 위해 연구를 계속하고 있다. 기생이 인간 사회에서 좋은 의미로 사용되지 않을 수도 있지만, 이 역시 생명의 경이로운 진화 가운데 하나이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

전 세계에서 버려지는 담배꽁초가 지구를 얼마나 병들게 하는지를 짐작케 하는 연구결과가 나왔다. 영국 국공립 앵글리아 러스킨대학 연구진의 연구에 따르면 매년 전 세계에서 버려지는 담배꽁초의 개수는 4조 5000억개에 달하며, 이렇게 버려진 담배꽁초가 식물의 성장에 심각한 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히 클로버로 불리는 토끼풀의 경우 꿀벌의 영양섭취에 도움을 줄 뿐만 아니라 자동차 매연을 흡수해 공기를 정화하는 역할도 하는데, 문제는 담배 필터에 사용되는 화학성분이 토양에 흡수된다는 사실이다. 이러한 과정을 거쳐 토끼풀의 씨앗이 을 함유한 채 자라나고, 이 경우 정상적인 성장이 어렵다는 것이 연구진의 설명이다. 연구진은 이미 태워진 담배와 그렇지 않은 담배의 필터를 잔디 씨앗 200개와 토끼풀 씨앗 200개가 담긴 병에 넣은 뒤 식물의 성장을 비교했다. 3주 후, 담배 필터에 노출된 토끼풀의 뿌리와 무게 등이 정상범위에 절반에 불과했다. 이는 담배 필터가 수분을 흡수했기 때문인 것으로 분석됐다. 또 빛을 흡수해 광합성을 하는데 중요한 화학물질인 엽록소의 비율도 불균형적이었다. 전문가들은 플라스틱 담배 필터를 만드는데 사용되는 화학물질이자 플라스틱의 한 형태인 셀룰로오스 아세테이트가 물 부족과 마찬가지로 식물에게 스트레스를 유발한다는 사실을 확인했다. 또 태워지다 버려지는 담배꽁초가 아닌, 태워지지 않은 채 버려지는 담배가 이러한 부정적 결과에 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 연구진은 “많은 흡연자들이 담배꽁초가 생각보다 빨리 분해되기 때문에 쓰레기가 아니라고 여기는 경향이 있다”면서 “담배꽁초와 함께 버리는 필터가 환경에 심각한 피해를 줄 수 있다는 인식을 제기해야 한다“고 강조했다. 플라스틱 성분을 함유한 담배꽁초가 식물에게만 악영향을 미치는 것은 아니다. 관련 환경보호단체인 ‘담배꽁초 오염 프로젝트’(The Cigarette Butt Pollution Project)에 따르면 플라스틱 담배꽁초 중 일부는 해안으로 흘러들어가 해양 생태계를 파괴하는데에도 일조한다. 일반적으로 담배꽁초 속 플라스틱 성분이 분해되는데 걸리는 시간은 짧게는 10개월, 길게는 10년 이상이며 이를 삼킨 동물들은 수명을 채우지 못한 채 서서히 죽어갈 수 있다. 이와 관련해 워싱턴의 비영리단체인 트루 이니셔티브 측은 “1980년 대 이후 매년 해안과 도시 정화 작업에서 수집되는 품목 중 30~40%는 담배꽁초”라면서 “꽁초는 지구상에 가장 어질러져있는 쓰레기”라고 밝혔다. 자세한 연구결과는 생태환경분야의 국제학술지인 ‘환경안전과 생태독성학‘(Ecotoxicology and Environmental Safety) 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

서울시의회 기획경제위원회 이성배 의원(자유한국당·비례대표)은 지난 3월, 서울시 농수산식품공사 업무보고에서 매년 반복·증가하는 미세먼지로부터 농수산물의 안전성 확보를 위한 별도의 검사법 도입 등 공사의 조치 필요성을 주문했다. 이성배 의원이 조사한 ‘농산물 유통 시 미세먼지의 영향 관계’ 자료에 따르면 미세먼지가 농작물에 미치는 영향은 대기 중 이산화황(SO2)이나 이산화질소(NO2)가 많이 묻어있는 미세먼지는 산성비를 내리게 해 토양과 물을 산성화 시키고 토양 황폐화, 생태계 피해, 산림수목과 기타 식생의 손상을 야기한다. 또 미세먼지의 카드뮴 등 중금속은 농작물, 토양, 수생생물에 피해를 주고 식물의 잎에 부착되면 잎의 기공을 막아 광합성 등을 저해함으로써 작물의 생육을 지연시킨다. 이런 상황에도 불구하고 시중에 유통 중인 농산물에 대한 미세먼지 유해성 및 검사에 대한 연구가 전혀 이루어지지 않고 있으며 특히 환경부, 국립농산물품질관리원, 식품의약품안전처 등 미세먼지 관련 기관에서조차도 농산물에 잔류된 미세먼지 검사진행 계획은 없는 것으로 나타났다. 이 의원은 “미세먼지는 단일물질이 아니라 일차먼지, 미세, 초미세먼지, 중금속 등이 혼합돼 물로 씻어내더라도 농작물에 묻은 먼지 등의 잔존량과 흡수량을 알기 어렵고 시민들이 먹어도 문제가 없는지 모르는 상황”이라고 우려를 표했다. 이에 대해 농수산식품공사는 농촌진흥청과 업무협의를 통해 미세먼지에 대한 별도의 검사 및 연구를 추진하겠다고 밝혔다. - 현재 회귀분석 방법에 의거, 전국 200개소의 먼지 데이터가 공개되는 청정지역과 비 청정지역(수도권, 부산 등)의 농작물에 미세먼지가 잔존된 양을 비교 분석하여 유해성 정도를 파악하는 연구를 진행 중임. 이 의원은 “미세먼지 피해를 최소화하기 위한 대책으로 마스크, 공기청정기 등을 지원하는 것만으로는 한계가 있다. 시민 생활 전반에 걸친 다각도의 대응이 필요하다”라며 “서울시의회는 서울시 농수산식품공사, 농촌진흥청과 함께 긴밀한 공조를 통해 안전한 먹거리를 위한 농수산물 미세먼지 유해대책 마련에 배전의 노력을 기울이겠다”고 말했다. 한편 이성배 의원은 미세먼지 피해를 최소화하기 위해 ‘서울특별시의회 미세먼지 대책 특별위원회 구성 결의안’을 발의하는 등의 의정활동을 전개하고 있다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

우리는 우리 자신이 지구의 지배적인 종이라고 생각하기 쉽다. 인공위성에서 지구를 내려다보면 인간이 만들어낸 문명의 불빛들이 반짝인다. 태생적으로 적응 가능한 환경을 벗어나 극지와 사막까지 모두 진출한 종은 인간밖에 없는 것 같기도 하다. 인간은 다른 종을 탐구하고 지배하고 때로는 착취하는 유일한 최상위 포식자인 것만 같다. 그런데 정말로 우리는 지구의 지배자일까? 부부 과학자 데이비드 몽고메리와 앤 비클레가 함께 집필한 ‘발밑의 미생물 몸속의 미생물’은 조용하면서 강력하게 지구를 지배하는 ‘세계의 숨겨진 절반’을 이야기한다. 미생물은 지구 전역에 퍼져 있으며, 우리의 발 아래 토양을 몽땅 차지한다. 심지어 섭씨 400도의 심해 열수공에도, 원자력발전소의 냉각수에도, 구름 속 물방울과 남극대륙 빙판 수백 미터 아래에도 산다. 생명의 기원을 되짚어 가는 여정에서 미생물은 핵심 주인공이다. 수십억년 전 급변하는 지구 환경에서 미생물은 놀라운 번식 속도와 생명력으로 살아남았고, 광합성을 하는 세균이 진화하면서 동물이 살 수 있는 산소가 풍부한 대기를 만들었다. 생명이 있는 모든 곳에 미생물이 있지만 오랜 시간 미생물은 인간의 관심 영역 밖에 있었다. 우리는 눈에 보이는 것으로 대상을 판단하는 데에 익숙하지만, 미생물의 다양성은 겉으로 드러나는 것이 아니라 미생물이 이용하고 생산하는 화합물들에 기반하기 때문일 것이다. 네덜란드의 포목상 주인이었던 레이우엔훅은 배율 높은 현미경을 만들며 처음으로 미생물의 놀라운 미시 세계를 발견했다. 100년 후, 파스퇴르는 미생물 생태를 연구했고 미생물의 자연발생설을 뒤집었다. 1970년대에 이르러 칼 우즈가 리보솜 RNA의 특정 염기서열을 이용한 획기적인 분류법을 발견하고 유전자 염기서열의 분석 기술이 발전하면서, 비로소 미생물 세계의 일부가 우리의 눈앞에 드러나기 시작했다. 아직 우리는 미생물 생태계의 극히 일부만을 안다. 지구 환경을 지배하는 미생물은 우리의 삶에도 강한 지배력을 행사한다. 미생물은 때로 질병의 원인이 되지만, 그보다 많은 미생물들이 ‘인간의 편’이다. 인간 몸속 미생물이 건강과 면역체계에 미치는 이로운 영향이 활발하게 연구되고, 미생물 세계의 복잡하고 다채로운 비밀이 천천히 하나씩 풀리고 있다. 어쩌면 가장 중요한 것들은 보이지 않는 곳, 숨겨진 곳, 우리의 가장 가까운 곳에 있는지도 모른다.

올해도 폭염을 예고하고 있다. 여름 한낮 도심의 거리를 걷다 보면 햇빛에 달궈진 건물들이 내뿜는 열기가 상당하다. 표면 온도는 거의 50도에 달하고 높아진 실내 온도를 낮추려면 엄청나게 많은 에너지가 필요하다. 빼곡한 건물들은 여름철 도심 열섬현상의 주요 원인이기도 하다. 생활 속에서 손쉽게 건물 열기를 식히는 방법은 없을까 고민을 하게 된다. 정답은 녹색커튼이다. 녹색커튼은 건물 외벽을 식물로 덮어 햇빛을 막는 걸 말한다. 식물이 광합성을 하면서 물이 증발해 주변 온도를 낮춰 준다. 열화상 카메라로 관찰해 보면 건물 외벽의 햇빛이 닿는 곳과 녹색커튼이 드리워진 곳은 온도 차이가 15도가 넘는다. 식물이 벽을 덮으면 실내 온도는 약 2~3도 낮아져 그만큼 냉방기 가동을 줄이는 효과가 있다. 녹색커튼 조성에 적극적인 나라는 일본이다. 2011년 후쿠시마 핵발전소 사고로 전력공급량이 크게 줄자 여름철 전력소비를 줄이기 위해 보급에 힘을 쏟았다. 지금은 전국의 80% 지자체가 녹색커튼을 설치하고 있다. 노원구는 2016년부터 녹색커튼 조성 사업을 펼치고 있다. 본격적인 여름이 시작되는 6월 초, 구청과 각 동 주민센터, 도서관이 식물 식재를 마친다. 설치 작업도 간단하다. 먼저 건물 1층 외벽 밑에 일정한 간격으로 원형의 대형 화분을 놓고 2~3층 높이의 발코니까지 줄을 매어 연결한 후 다년생 식물인 여주와 고야, 풍선초, 나팔꽃을 심어 줄기가 줄을 감으며 올라가도록 한다. 심은 지 한 달이 지나면 회색 건물 벽면이 시원하고 웅장한 녹색의 커튼으로 변신한다. 그 기능도 9월 말까지 유지한다. 녹색커튼은 에너지 절감 목적이 가장 크지만 청량감으로 심신을 안정시키는 효과도 있다. 무엇보다 직원들의 업무 만족도가 높아졌다. 대로변에 위치한 주민센터 직원들은 하루 종일 민원인을 응대해야 해 오후 무렵이면 쉽게 피로해지고 업무 효율도 떨어지게 마련이다. 이럴 때 잠시 고개를 돌려 창밖의 녹색 이파리들을 보면 눈의 피로가 풀리고 마음이 한결 가벼워진다고 한다. 이산화탄소 저감과 미세먼지 농도도 낮춰 주는 녹색커튼, 녹지 공간이 절대 부족한 도심에서 에너지 절약은 물론 더위에 지친 사람들의 마음까지 달래 주는 청량제다.

지난 10일, 이낙연 총리가 우리 나라의 부끄러운 재생에너지 성적표에 대해서 말했다. “우리의 재생에너지 발전 비중은 이제 7.6%로 OECD 국가 중 꼴찌에서 두 번째입니다. 다행히 작년 한 해 새로운 태양광 설치량이 국내 처음으로 2GW를 넘었고 재생에너지 전체 설치 규모도 재작년보다 45% 늘었습니다. 청정에너지 보급은 갈수록 확대될 것입니다.” 이총리의 언급대로 국내 태양광 시장은 꾸준히 성장하고 있다. 하지만 2030년 20%를 목표로 하는 3020정책 실현을 위해서는 현실적인 방안 모색이 필요하다. 일본의 경우 농림수산성이 적극적인 지원을 통해 영농형 태양광을 장려 했다. 현재 1000여 곳 이상의 영농복합형 태양광발전소가 운영되고 있어 에너지 전환은 물론 농가 소득 증대에도 큰 도움을 주고 있다.영농형 태양광이란, 쌀농사와 태양광 발전을 동시에 진행하는 사업을 뜻한다. 식물의 광포화점 원리를 이용, 태양광 이모작을 할 수 있다. 식물은 광합성 한계점인 ‘광포화점’을 초과하면, 빛을 계속 쏘여도 더 이상 광합성을 하지 않는다. 이 때 남은 빛을 태양광 발전에 이용하는 것이다. 때문에 일본 현지에서는 ‘솔라쉐어링(solar sharing) 농법’이라고 불리기도 한다. 영농형 태양광은 일반적으로 알려진 농촌형 태양광(농사를 짓지 않는 방식)과는 다르다. 같은 발전 용량의 태양광 시설을 설치 할 때 농촌형 태양광에 비해 경제적 비용 부담이 조금 더 크지만, 태양광발전수익과 함께 영농수익을 함께 낼 수 있다. 때문에 일본에서는 보편적으로 도입되고 있다.태양광을 보급하는 과정에서 지역 거주자와 발전 사업자 간의 의견차이로 인한 소소한 분쟁들이 있었던 것이 사실이다. 영농형 태양광은 지역 거주자가 직접 생업인 농업과 함께 태양광 사업을 동시에 진행함으로서 수익 개선은 물론, 에너지 전환에 함께 할 수 있다. 일본의 농림수산성의 적극적인 지원책을 참고하면, 현재 시범 운영 중인 한국의 영농형 태양광 사업도 확대될 것으로 보인다. 허윤정 객원기자 hyj@seoul.co.kr

모든 생물은 에너지 없이는 살 수 없다. 광합성이나 다른 화학적 방법을 통해서 에너지를 확보하든 아니면 다른 생물이 확보한 에너지를 빼앗든 간에 살아가기 위해서는 에너지가 필요하다. 동물의 경우 대부분 남의 에너지를 뺏는 방식으로 진화했다. 움직일 수 있는 몸과 소화기관을 갖추고 다른 식물이나 동물을 잡아먹고 소화하는 것이 일반적인 동물의 삶이다. 하지만 항상 예외는 존재한다. 산호의 경우 촉수를 이용해서 먹이를 잡아먹는 동물이지만, 부족한 부분은 공생 미생물이 광합성을 통해 생성하는 에너지로 보충한다. 동물이지만 식물의 삶을 일부 공유하는 것이다. 독일 막스플랑크 해양 미생물학 연구소(Max Planck Institute for Marine Microbiology) 과학자들은 지중해에 있는 엘바섬 인근 해안에서 산호보다 더 극단적인 공생을 선택한 편형동물(flatworm)을 연구했다. 파라카테눌라(Paracatenula)는 일반 대중에게 매우 생소한 밀리미터 사이즈의 작은 편형동물이지만, 공생 미생물을 연구하는 과학자들에게는 매우 흥미로운 연구 대상이다. 이 벌레는 공생 미생물에 너무 의존한 나머지 아예 입과 소화기관이 모두 퇴화된 상태기 때문이다. 이 벌레가 살아가는 데 필요한 모든 영양소와 에너지는 공생 미생물인 칸디다투스 리에게리아(Candidatus Riegeria)로부터 얻으며 파라카테눌라 자체는 어떤 영양분도 직접 소화하지 못한다. 공생 미생물은 황화수소를 분해해 에너지를 얻으며 남는 에너지는 숙주에 제공한다. 그 대가로 파라카테눌라는 몸 전체에 있는 영양체(trophosome)에 이 미생물을 안전하게 보호하고 삶의 터전을 제공한다. 영양체는 일종의 과수원 같은 장소로 영양분을 섭취할 때는 아예 통째로 미생물과 함께 흡수한다. 연구팀은 파라카테눌라의 유전자를 분석해서 이와 같은 공생 관계가 숙주에 미친 영향을 조사했다. 연구팀에 따르면 파라카테눌라가 공생 미생물과 함께 살아온 시간은 무려 5억년으로 편형동물이 등장한 초기부터 쭉 같이 살았다. 그 결과 파라카테눌라는 아예 소화기관이나 소화 효소 등을 만드는 유전자가 모두 사라져 다른 편형동물이나 다세포 동물에 비해 상당히 짧은 DNA를 지니고 있다. 파라카테눌라는 지구상의 생물체가 얼마나 다양한 삶의 방식을 지니고 있는지 보여주는 좋은 사례다. 5억 년 간 이어진 공생 관계라면 사실상 한 몸이나 다를 바 없고 실제로 파라카테눌라는 몸의 대부분이 공생 미생물을 담는데 사용된다. 지금까지 그래왔듯이 앞으로도 이 공생 관계는 계속 유지될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

봄은 겨우내 부족했던 비타민D를 얻기에 가장 좋은 계절이다. 자외선이 여름보다 강하지 않아 피부 손상을 최소화하며 햇빛에서 비타민D를 얻어낼 수 있기 때문이다. 자외선은 DNA를 생산하는 데 꼭 필요한 엽산을 파괴하지만, 반대로 피부에서 신체 칼슘 대사에 중요한 비타민D를 합성한다. 비타민D가 부족하면 골다공증이 생겨날 수 있고 근력이 약해진다. 이 밖에 암 발생 위험이 증가하거나 자가면역질환 등이 생길 수 있다는 연구 결과도 있다. 17일 건강보험심사평가원 통계에 따르면 2017년 비타민D 결핍 환자는 9만여명으로 4년 전보다 4배가량 늘었으며 특히 겨울철 환자가 봄철 환자보다 30%(4년 평균) 이상 많은 것으로 조사됐다. 게다가 여성 환자가 남성보다 3.7배 많았는데, 이는 외출할 때 자외선 차단제를 바르는 것이 일상화된 탓으로 추정된다. 비타민D는 햇빛이 직접 피부에 닿아야 합성되기 때문에 선크림을 바르거나 옷으로 피부를 모두 가리고 다니면 만들어 낼 수 없다. 닫힌 유리창을 통해 들어온 햇빛도 비타민D를 만들지 못한다. 즉 실내에서만 생활하거나 팔다리를 모두 옷으로 가린 채 선크림을 바르면 햇빛을 쬐어도 의미가 없다. 전문가들은 얼굴에 선크림을 바르더라도 팔다리는 그대로 노출한 채 햇살이 강한 오전 10시~오후 3시에 20~30분씩 걷기를 추천한다. 겨울보다 일조량이 많은 봄철에는 이렇게 일주일에 3~4번 햇볕을 쬐는 것만으로도 비타민D를 필요한 양만큼 얻을 수 있다. 이현정 기자 hjlee@seoul.co.kr

지난달 27일(현지시간) 아랍에미리트(UAE) 두바이에서 동쪽으로 2시간을 버스로 달려 도착한 샤르자의 코르파칸. 해안도시인 이곳에 KT 장애인 맞춤형 스마트팜이 모습을 드러냈다. 지난해 11월 KT가 샤르자 인도주의센터(SCHS)와 함께 만든 이 스마트팜은 600㎡(약 180평) 규모로 겉보기엔 평범한 비닐하우스 농장처럼 보이지만, 각종 첨단 정보통신기술(ICT)을 적용해 장애인의 자활을 돕는 ‘똑똑한’ 농장이었다. UAE의 연간 강수량은 100㎜ 미만, 여름이면 40도를 넘나드는 사막 기후로 채소 재배가 쉽지 않은 곳이다. 하지만 이곳에는 온도에 민감한 바질, 애플민트 등 허브와 적상추 등 채소가 수경 재배되고 있었다. 농장은 발아베드와 재배베드로 나뉘었고, LED 조명이 어린 식물의 광합성 작용을 도왔다. 곳곳의 ICT 센서는 하우스 내부의 온도와 습도 등 실내 환경을 실시간으로 모니터해 제어가 가능하다. 스마트팜 안을 잠시 돌아보니 후텁지근한 열기가 느껴졌고 이내 벽면에 설치된 4개의 쿨링팬이 돌아가기 시작했다. 온도가 설정 수준을 넘으면 물이 쿨링 패드로 흐르고 쿨링 팬이 작동해 물을 증발시킨다. 쿨링 패드는 마치 에어컨 같은 효과를 내며 에너지 효율을 높이고, 내부 온도를 외부보다 10도가량 낮춰 스마트팜 내부는 식물이 자라기 적당한 27~28℃를 유지한다. 하우스 외부는 빛 투과율이 높으면서 자외선 차단 효과가 있는 폴리카보네이트를 사용했고, 에어캡으로 외부 열기의 내부 유입을 줄였다. 이 스마트팜은 UAE 첫 장애인 전문기구 샤르자 인도주의센터의 수장인 셰이카 자밀라 샤르자 공주가 지난해 2월 평창동계올림픽 기간 방한해 경기 남양주 KT 장애인 맞춤형 스마트팜을 보고 KT에 요청해 지은 곳으로 설립 100여일을 맞았다. 현지 장애인들은 이곳에서 허브를 재배하며 새로운 꿈을 일궈 나가고 있었다. 이 농장은 장애인이 휠체어를 타고 허브를 재배할 수 있도록 재배기 높이를 맞추고, 안전을 위해 자동문과 고무 바닥을 설치했다. 특히 증강현실(AR) 글라스를 활용해 장애인에 적합한 최첨단 ICT를 활용했다. 현장 작업자가 AR 글라스를 쓰고 식물을 비추면 서울에서 관리자가 태블릿으로 똑같이 상황을 볼 수 있고 시설 운영자와 장애인을 대상으로 ICT 교육과 작물 재배 교육을 실시한다. 상황별 대처 요령을 실시간으로 전달할 수 있다. 실제로 AR 글라스를 써보니 원격으로도 보내는 표시와 메시지가 보였다. 또한 이곳에선 땅이 아닌 물로 농사를 짓기 때문에 식물을 기르는 작은 화분에는 흙이 아닌 스펀지가 들어가 있었고, 물과 영양액을 혼합한 양액시스템에서 자라고 있었다. 공급된 물은 재활용돼 물부족 문제에 대처하고, 발달 장애인들도 작물을 손쉽게 기를 수 있다. 윤종진 KT 홍보실장(부사장)은 “KT는 5G를 중심으로 사람을 위한 기술, 인류의 복지증진에 기여하는 기술을 추구하고 있다”면서 “UAE 장애인 맞춤형 스마트팜은 척박한 환경에서 농업 생산성을 높이면서 동시에 장애인들의 자립과 재활을 돕는 ‘일석이조’의 성과를 거두고 있다”고 말했다. 샤르자 이은주 기자 erin@seoul.co.kr

지금까지 단 한 번도 탐사가 이뤄진 적이 없었던 미지의 얼음 호수 지하에서 극강의 생명력을 가진 동물의 흔적이 발견돼 학계의 관심이 쏠렸다. 라이브사이언스 등 과학전문매체의 15일 보도에 따르면 전문가들은 남극의 빙저호(수백m~수㎞ 두께의 남극 빙하 아래에 위치한 호수)인 메르세르(Mercer)를 시추해 유의미한 결과를 얻어내는데 성공했다. 미국 네브래스카대학 고생물학자인 데이비드 하우드를 포함한 공동 연구진은 올 초 SALSA(Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access)로 불리는 빙저호 탐험을 실시했고, 약 한 달여의 시추 작업 끝에 빙저호 지하 1068m까지 파고 들어갔다. 두께 1㎞가 넘는 얼음을 뚫고 발견한 것은 곰벌레 또는 완보동물로 불리는 동물의 흔적으로, 워터 베어(Water bear)또는 타디그레이드(tardigrade)라고 부르기도 한다. 곰과 유사한 생김새를 가진 이 동물은 사람의 눈에는 전혀 보이지 않을 정도의 초소형 동물로, 성체의 몸길이는 고작 1㎜에 불과하다. 다리는 4쌍, 8개로 이뤄져 있으며 5번에 걸친 지구의 생물 대멸종 때에도 살아남은 동물로도 유명하다. 이번에 발견한 완보동물의 크기는 0.1~1.5㎜정도로 추정되며, 1만 년 전에서 최대 12만 년 전 당시 연못과 하천에서 서식했던 것으로 연구진은 보고 있다. 완보동물이 극저온의 얼음호수에서도 살아남을 수 있었던 정확한 비결은 아직 밝혀지지 않았지만, 연구진은 완보동물이 얼음 아래에 있는 강에서 서식하다가 빙하가 녹는 시점에 함께 얼음호수로 이동했을 것으로 보고 있다. 연구에 참여한 영국 임페리얼칼리지런던의 마틴 시거트 교수는 “이번 발견은 남극 대륙의 거대한 빙상 아래에 생각했던 것보다 더 복잡한 형태로 생명체가 존재할 수 있음을 암시한다”면서 “생물이 상류에서 호수로 흘러들었는지, 남극 빙상 한가운데 또는 바다에서 다른 경로를 통해 들어왔는지를 밝혀내기 위해서는 더 많은 연구가 필요할 것”이라고 밝혔다. 전문가들은 현재까지 빙저호인 메르세르 호수에서 살아남은 생명체는 그 어떤 것도 없을 것으로 추즉해 왔다. 빙하의 두께가 너무 두꺼워서 빛이 도달하기 어렵고, 이 때문에 광합성 조류와 같은 유기체가 생명을 유지하기 어렵기 때문이다. 하지만 이번 연구결과가 발표되자 세계 각국 전문가들은 “극한의 얼음 호수에서 살아있는 것들을 찾을 가능성이 있다”며 기대를 표했다. 한편 2017년 영국 과학지 사이언티픽 리포트에 발표된 논문에 따르면 소행성 충돌이나 초신성 폭발 등 파멸적인 천문학적 재해가 지구에 미칠 영향을 계산한 결과 마지막까지 살아남은 최후의 동물은 틀림없이 완보벌레가 될 것이라는 예측이 나오기도 했다. 자세한 연구결과는18일 세계적인 과작저널 네이처 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

연구진, 아프리카 및 동남아 등 개도국에 무상제공 예정 미국 과학자들이 식물의 대사경로를 조절하는 유전자를 이식해 광합성 효율을 높임으로써 생산량이 절반 가까이 증가시키는데 성공했다. 미국 농무부 글로벌체인지 및 광합성연구단, 일리노이대 유전생물학연구소, 곡물과학과, 식물학과 공동연구팀은 담뱃잎에 광호흡의 효율성 저하를 막아주는 유전자를 주입해 작물 생산량을 40% 가까이 높이는데 성공하고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 4일자에 발표했다. 이번 연구는 빌 앤드 멜린다 게이츠 재단이 광합성 효율을 높여 지속 가능한 식량난 해결방안을 찾기 위해 추진하고 있는 광합성효율향상(RIPE) 프로젝트 일부로 진행됐다. 지난 세기 과학기술은 기하급수적으로 늘어나는 인구에 비해 작물 생산성은 산술급수적으로만 증가해 기아에 시달릴 것이라는 영국의 통계경제학자 멜서스의 예언을 보기 좋게 빗나가게 만들었다. 실제로 살충제나 비료 사용량을 늘리고 관개시설을 개선하는 등의 방법으로 작물 생산성을 예상 밖으로 높일 수 있어 ‘제2의 녹색혁명’이라고 불리기도 했다. 그러나 이 같은 방법도 이제 한계에 부딪쳐 최근에 과학자들은 식물의 광합성 효율을 높이는 방식으로 생산량 증대를 꾀하고 있다. 식물은 햇빛, 이산화탄소, 물을 이용해 사람이 활용할 수 있는 최종산물을 만들어 낸다. 그렇지만 광합성 과정에 결함이 발생하는 경우가 많아 식물은 광호흡으로 결함을 해결하지만 이 과정에서 에너지 투입이 커 생산량은 감소하게 된다. 실제로 일부 작물에서는 광호흡으로 인해 생산량이 적게는 20%에서 많게는 50% 가까이 줄어들기도 한다. 연구팀은 유전자 변형이 쉬운 담배를 이용해 실험을 실시했다. 연구팀은 식물 본연의 광호흡 대사경로 대신 루비스코 산화 부산물이 더 효율적으로 활용할 수 있는 유전자를 주입해 온실과 야외에서 재배, 관찰했다. 루비스코는 공기 중 이산화탄소를 고정해 광합성에 사용되도록 하는 효소로 루비스코가 산소와 반응하면 쓸모없는 부산물이 만들어지고 식물체는 광호흡으로 이 부산물을 유용한 분자로 바꾸는 것으로 알려져 있다. 그 결과 루비스코 유전자가 주입된 식물은 온실과 야외 환경에서 모두 더 빠르고 크게 자라는 것으로 확인됐으며 담배 생산량도 40% 이상 늘어난 것으로 확인됐다. 도널드 오르트 일리노이대 식물학과 교수는 “광호흡은 식물이 성장하고 생산량을 늘리는데 사용되는 에너지와 자원을 소모해 광합성 효율을 떨어뜨린다”며 “이번 연구는 유전자 이식을 통해 비효율적인 광호흡을 거치지 않도록 만들어 생산량을 획기적으로 늘릴 수 있다는 것을 보여준 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

열전 반도체, 냉장고 냉매 없애 진동 ‘뚝’ LED 파장 이용 무공해 식물생장 도와 스마트폰 센서·자율차 시신경 역할도 요즘 한국 경제를 떠받들고 있는 제품으로 반도체를 꼽을 수 있다. 반도체라고 하면 보통 D램, 낸드 등 메모리를 떠올리게 된다. 하지만 대부분이 전자제품에 탑재되어 있는 반도체의 종류는 매우 다양하다. 최근에는 신기한 기능을 가진 반도체들도 제품에 탑재되어 나오고 있다. 반도체는 게르마늄(Ge), 규소(Si) 등 도체와 부도체의 중간 영역에 있는 물질을 말한다. 부도체와 비슷한 상태로 있다가 불순물을 첨가하면 전기 전도도가 늘어나기도 하고, 전류가 일시적으로 흐르거나 방향이 바뀌는 성질이 있다. 이런 물질을 전기회로에 얹어서 필요한 전류적 특성을 얻어낼 수 있게 만든 게 전자장치 반도체다. 얹는 소자에 따라 반도체는 열을 교환하고 빛을 내거나 인식하는 등 다양한 기능으로 변주된다.LG전자는 최근 협탁 형태로 침대 머리맡에 놓고 쓸 수 있는 ‘LG오브제’ 냉장고를 출시했다. 24시간 돌아가는 냉장고가 침대 머리맡에 있으면 소음과 진동 때문에 밤잠을 제대로 들기 어려울 것이다. 하지만 이 제품은 소음이 거의 없다. 냉장고 소음의 대부분을 차지하는 컴프레서가 이 냉장고에는 없기 때문이다. 오브제 냉장고에서 컴프레서와 냉매 역할을 대신하는 물체가 바로 반도체다. 제품에는 LG이노텍이 개발한 열전 반도체 모듈이 들어갔다. 모듈은 소자에 전기를 공급해 냉각·가열을 하거나 온도 차를 이용해 전력을 생산한다. 물체 양쪽에 전류를 흘리면 전류와 함께 열이 흘러 양쪽에 온도 차이가 생기는 ‘펠티어 효과’, 반대로 양쪽 끝에 온도차를 주면 전력이 생기는 ‘제벡 효과’를 응용했다. LG이노텍 열전 반도체는 오브제에 앞서 지난해 LG전자 와인셀러 ‘미니’에도 탑재됐다. 열전 반도체로 컴프레서를 대체하면 냉장고 크기와 소음·진동을 대폭 줄일 수 있다. LG이노텍 관계자는 “냉장고 크기는 최대 40%까지 작고 얇게 만들 수 있고, 소음은 19㏈까지 낮출 수 있다”면서 “컴프레서 방식 냉장고 소음이 29㏈, 방송국 스튜디오 내 소음이 20㏈라는 점을 생각하면 소음이 거의 없다고 볼 수 있다”고 설명했다. 열전 반도체는 냉매를 압축할 필요가 없어 진동도 없다. 진동은 와인을 산화시키는 요인이기 때문에 열전 반도체는 와인셀러에 더욱 적합하기도 하다. 냉장고 외에도 열전 반도체가 쓰이는 곳은 많다. 차량과 선박 운행 중 엔진 등에서 발생해 버려지는 폐열을 전기로 변환해 활용하는 폐열발전으로 연비 향상, 유해가스·이산화탄소 저감 효과를 볼 수 있다. 광 송·수신기 등 통신용 장비에 열전 반도체를 적용하면 부품 온도를 일정하게 유지시켜 데이터 손실을 최소화할 수도 있다. TV나 스마트폰을 통해 흔히 볼 수 있는 발광다이오드(LED) 역시 반도체의 일종이다. LED는 고해상도로 촘촘하게 설치하면 영상표시장치가 되지만, 발생하는 빛의 파장에 따라 살균, 식물생장 촉진 등에까지 다양하게 쓰인다.태양광 스펙트럼에서 가시광선보다 짧은 자외선(UV)은 살균 효과를 낸다. UV LED는 자외선을 방출할 수 있도록 반도체 화합물을 이용해 만든 장치다. 정수기나 공기청정기, 피부미용기기 등에 광범위하게 적용되고 있다. UV LED는 비슷한 기능을 하는 수은램프에 비해 훨씬 작은 크기로, 소형 제품이나 좁아서 살균 장치를 설치하기 어려운 곳에도 적용할 수 있다. 또 화학약품이나 중금속 없이 순수하게 빛으로만 살균하기 때문에 화학물질 유출 걱정을 할 필요도 없다. LED에서 나오는 빛은 색깔에 따라 식물 생장에 도움이 된다. 이를 이용한 식물생장용 LED 제품이 삼성전자와 LG이노텍 등에서 다양하게 출시되고 있다.식물생장용 LED는 색깔에 따라 다른 기능을 가진다. 자외선을 방출하는 식물생장용 LED는 식물이 안토시아닌, 루테인 등 항산화 작용을 하는 식물성 화학 성분을 많이 함유하도록 돕는다. 자주색 빛을 내는 LED는 식물의 잎을 두껍게 하고 색을 선명하게 해 준다. 파란색 계열 빛과 짙은 빨간 빛의 LED는 날씨나 환경 변화에 상관없이 광합성을 촉진시켜 생육 기간을 단축시켜 준다. 녹색 빛은 곰팡이 발생을 억제하며, 적황색 파장은 해충의 접근을 막아 준다. 삼성전자가 출시한 백색 기반 식물생장용 LED는 폭넓은 파장대의 빛을 내 식물의 고른 생장을 돕는다.각종 센서 역시 대부분 반도체 형태다. CMOS(상보성 금속산화막 반도체) 이미지센서는 소자에 들어온 빛을 전기신호로 바꾸는 기능을 한다. 디지털카메라나 스마트폰에 들어가 필름 역할을 한다. 요즘 스마트폰 한 대에 렌즈 여러 개가 적용된 멀티 카메라폰이 유행하는데, 렌즈 여러 개가 들어갈수록 더 작으면서 성능 좋은 이미지센서가 요구된다. 특히 이런 광센서 종류는 자율주행차의 시신경 역할을 하기 때문에 4차산업 혁명 시대에 중요도와 수요가 더욱 높아질 전망이다. 전력반도체는 기기에 들어가는 여러 장치에 필요한 정격 전력을 유지해 주는 역할을 한다. 각 부품에 최소한의 전력을 공급하며 배터리 구동 시간을 늘리기 위해 많이 쓰는데 국내 생산량은 미미해 90% 이상을 수입한다. 김민석 기자 shiho@seoul.co.kr

외계생명체들이 보라색을 띠고 있을지도 모른다고 과학자들이 주장하고 나섰다. 미국 과학매체 라이브사이언스 보도에 따르면, 매릴랜드의대의 실라디티야 다스사르마 교수와 캘리포니아대 리버사이드캠퍼스의 에드워드 슈위터먼 박사후연구원은 국제천문학저널(IJA·International Journal of Astrobiology) 온라인판 11일자에 위와 같은 내용의 연구논문을 발표했다. 두 학자는 오늘날 지구상의 녹색식물이 에너지를 얻기 위해 태양의 힘을 이용하기 전에 보라색 유기체들이 이미 빛을 이용하는 법을 터득했을 수도 있다면서 외계 생명체들도 이런 방법으로 번성할 수 있다고 주장했다. 이는 초기 지구에 등장한 생명체가 보라색 유기체였다는 것. 사실 이 같은 이론은 지난 2007년에 처음 제기됐다. 이에 따르면, 식물과 광합성을 하는 해조류는 태양에서 에너지를 흡수하기 위해 엽록소를 사용하지만, 녹색 빛을 흡수하지 않는다. 녹색 빛은 에너지가 풍부하므로 이런 현상은 그야말로 기이한 것이다. 이에 대해 연구팀은 식물의 엽록소 안에 있는 광합성제가 진화를 시작했을 때부터 다른 무언가가 녹색 빛을 점유하고 있었다고 말한다. 그 무언가는 레티날(retinal)로 불리는 화학물질 분자로 태양 에너지를 포착하는 단순 유기체다. 이런 유기체는 태양 에너지를 포획하는 데 있어 엽록소만큼 효율적이지 않지만 더욱 단순하게 녹색 빛을 흡수했다고 연구팀은 설명했다. 이런 레티날 색소의 집광 방식은 오늘날 박테리아와 고세균으로 불리는 단세포 생물들 사이에서 널리 퍼져 있다. 이런 보라색 유기체는 바다는 물론 남극의 건곡(얼음이 거의 없어 생물 생존이 어려운 곳), 심지어 나뭇잎 표면까지 모든 것에서 발견된다고 연구팀은 말한다. 또 레티날 색소는 더욱 복잡한 동물들의 시각 체계인 망막에서도 발견된다. 이는 아주 오래전 식물과 동물이 공통 조상을 두고 진화했을지도 모른다는 점을 시사한다고 연구팀은 주장한다. 심지어 오늘날 보라색 색소를 지니고 있으며 소금을 매우 좋아하는 유기체인 호염성 생물들 역시 초기 지구의 바닷속 메탄 분출구 주변에 번성했던 생물들과 관련이 있을지도 모른다는 일부 증거가 있다고 슈위터먼 연구원은 말한다. 이에 대해 연구팀은 “외계 생명체들 역시 에너지를 얻기 위해 이처럼 레티날 색소를 사용할 가능성이 있다”면서 “이미 우주에서 녹색 생명체를 감지하는 방법이 있지만, 이제 천체생물학자들은 보라색 생명체들도 찾기 시작할 필요가 있다”고 밝혔다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)이 최근 북극권 호수의 섬뜩한 모습을 영상으로 공개했다. 얼음으로 덮여있어야 할 호수가 녹아서 물 위로 거품이 부글부글 일며 가스가 나오고 있기 때문이다. 지난달 30일(현지시간) 포브스에 따르면, 이는 지구 온난화의 영향으로 북극권에서 온실가스가 이례적인 속도로 방출되고 있음을 보여주는 증거다. NASA의 자금지원을 받고 있는 북극권 조사 프로그램 ‘북극-북방 취약성 실험’(ABoVE·Arctic-Boreal Vulnerability Experiment)에 소속된 국제 연구팀은 최근 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications)에 조사 보고서를 발표했다. 거기에는 북극의 영구 동토가 녹아 생긴 호수에서 메탄가스와 이산화탄소 등 온실가스의 방출이 급증하고 있다는 내용이 담겼다.북극권은 지구상에서 가장 많은 양의 유기탄소가 얼음 속에 갇혀있는 곳 중 하나다. 아마존 열대 우림에서는 나무가 죽으면 박테리아들이 이를 분해하고 이산화탄소를 내뿜어도 다른 나무들이 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출한다. 반면 북극권의 경우 나무나 해조류, 또는 동물 등 무언가가 죽으면 즉시 얼어붙는다. 이 때문에, 북극의 두꺼운 얼음 속에는 지난 몇만 년 동안 유기탄소가 저장돼 온 것이다. 그런데 영구 동토가 녹기 시작하면 박테리아들이 깨어나서 유기탄소를 먹기 시작하고, 막대한 양의 이산화탄소와 메탄가스가 배출된다.이번 영상에서 볼 수 있는 것은 북극의 영구 동토가 녹아 그 결과 지금까지 지하에 잠들어있던 가스가 방출하는 모습이다. 호수 밑 침전물이 녹기 시작하면 그야말로 온실가스 배출 공장이 되는 것이다. 또 연구팀은 영구 동토층에 있는 융해호(thermokarst lake)에 대해서 조사했다. 영구 동토가 녹으면 대량의 물이 방출돼 주변 지반의 저하를 일으킨다. 작은 융해호가 더 큰 호수를 만들어 영구 동토의 융해 속도는 더욱 빨라진다. 연구팀은 이런 현상이 지구 온난화를 더 크고 빠르게 일으킬 수 있다고 지적한다. 영구 동토의 융해에 의한 온실가스 배출은 우리의 상상을 초월하는 속도로 진행되고 있는 것이다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

대전과 충남·북 350만 시민의 식수원인 대청호 전역이 조류녹조 ‘관심단계’ 발령 위기에 처했다. 그칠줄 모르는 폭염이 원인이다. 금강유역환경청 관계자는 18일 서울신문과의 전화통화에서 “대청호 추동지역이 지난 13일 있은 측정에서 1㎖(녹두 만한 양)당 남조류 세포수가 7716개였다. 2주 연속 1000개를 넘으면 관심단계가 발령되는데 추동도 그럴 가능성이 높다”면서 “이럴 경우 대청호 전역이 조류녹조 관심단계가 된다”고 했다. 3개 권역으로 나눠 관리하는 대청호는 문의지역이 지난 8일, 회남지역은 16일 각각 관심관계가 발령됐다. 13일 측정에서 추동은 회남 6190개, 문의 2076개보다도 남조류 세포가 많았다. 관심단계 이후는 경계단계(1만개 이상), 대발생단계(100만개 이상)로 수위가 점점 높아진다. 대청호에는 문의와 추동 등 두 곳에 취수탑이 있다. 두 취수탑을 통해 대전시, 충북 청주시, 세종시, 충남 천안·아산·공주시에 식수가 공급된다. 갈수록 늘어나는 녹조 현상이 취수탑을 위협하고 있는 것이다. 금강환경청 관계자는 “남조류는 광합성을 해 햇빛이 도달하는 수심 10m 밑은 괜찮은 것으로 안다. 두 취수탑은 수심 12m에 있다”고 안심시켰다. 그러나 방심할 수만은 없는 실정이다. 현재 대청호 수온은 표면이 30도를 훌쩍 넘었고, 깊은 곳도 23~24도에 이른다. 환경청은 너무 뜨겁고 긴 폭염이 녹조발생을 부추긴 주요 원인으로 추정했다. 금강환경청 관계자는 “대청호 상류인 충북 옥천 등 호수변의 쓰레기와 가축 분뇨 등을 미리 치워 장마 때 호수로 떠내려온 오염물질이 예년보다 많지 않았는데 녹조가 발생한 것을 보면 폭염이 주요 원인이라고밖에 볼 수 없다”고 설명했다. 저수량이 현재 55%로 예년의 98%를 웃도는 부분도 대청호의 녹조발생이 수량이 메말라서가 아니라는 것을 반영하고 있다. 녹조가 번지자 금강유역환경청 등은 호수에 조류차단막을 설치하고 조류제거선을 운항하고 있다. 남조류 세포를 교란시키는 ‘나노버블’도 투입했다. 금강환경청 관계자는 “폭염이 그치지 않는 한 관심단계를 넘지 않을 것이라고 장담하기 힘든 상황”이라고 전했다. 대전 이천열 기자 sky@seoul.co.kr