국내 연구진이 실내조명으로도 무선충전이 가능한 이차전지 시스템을 만들어 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 송현곤(왼쪽) 에너지및화학공학부 교수와 권태혁(오른쪽) 자연과학부 교수 공동연구팀은 실내의 어두운 조명으로도 전기를 만들어 저장할 수 있는 ‘염료감응형 광(光)충전 전지’ 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 빛을 이용해 전기를 생산하는 염료감응 태양전지와 리튬이차전지를 결합시킨 것이다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’(EES) 20일자 표지논문으로 실렸다. 태양전지 같은 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 만든다. 특히 염료감응 광전지는 작은 빛에도 반응하기 때문에 저조도의 실내조명만으로 전기 생산을 할 수 있다. 하지만 안정적인 전력 공급은 어려워 이차전지를 사용해 전기에너지를 저장하려는 시도가 있었다. 그러나 광전지와 이차전지 간 에너지값의 차이인 ‘에너지 준위’ 때문에 둘을 결합시키기가 쉽지 않았다. 이에 연구팀은 리튬망간산화물 표면에 탄소를 주입한 음극을 사용해 광전지와 이차전지 간 에너지 준위를 맞춰 둘을 결합시키는 데 성공했다. 또 저조도 환경에서도 효과적으로 작동하는 물질을 만들어 매우 적은 빛만으로 전기를 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 이번에 개발된 염료감응 광충전 전지는 실내조명만으로도 11.5%라는 높은 에너지 변환과 저장효율을 보였다. 이는 지금까지 나온 염료감응 광충전 전지 중 어두운 저조도 실내조명 환경에서 최고 효율인 것으로 확인됐다. 실제로 연구팀은 광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 발광다이오드(LED) 실내조명으로 약 10분간 무선충전한 다음 실제 사용되는 사물인터넷(IoT) 센서를 작동하는 데 성공해 상용화 가능성이 높은 것으로 평가받았다. 권태혁 교수는 “실내조명은 전체 에너지 소비의 10%에 달하는 것으로 알려진 만큼 이번 기술이 에너지 재활용에 상당한 도움을 줄 것”이라며 “이번 기술을 활용하면 태양광은 물론 낮은 조도의 실내조명까지 다양한 광원을 이용해 전기를 만들고 저장할 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 실내조명으로도 무선충전이 가능한 이차전지 시스템을 만들어 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 송현곤 에너지및화학공학부 교수와 권태혁 자연과학부 교수 공동연구팀은 실내의 어두운 조명으로도 전기를 만들어 저장할 수 있는 ‘연료감응형 광(光)충전 전지’기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 빛을 이용해 전기를 생산하는 염료감응 태양전지와 리튬이차전지를 결합시킨 것이다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’(EES) 20일자 표지논문으로 실렸다. 태양전지 같은 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 만든다. 특히 염료감응 광전지는 작은 빛에도 반응하기 때문에 저조도의 실내조명만으로도 전기 생산을 할 수 있다. 그렇지만 안정적으로 전력공급이 어려워 이차전지를 사용해 전기에너지를 저장하려는 시도가 있었다. 그렇지만 광전지와 이차전지간 에너지값의 차이인 ‘에너지 준위’ 때문에 둘을 결합시키기가 쉽지 않았다. 이에 연구팀은 리튬망간산화물 표면에 탄소를 주입한 음극을 사용해 광전지와 이차전지간 에너지 준위를 맞춰 둘을 결합시키는데 성공했다. 또 저조도 환경에서도 효과적으로 작동할 수 있는 물질을 개발해 매우 적은 빛만으로도 전기를 만들 수 있는 기술을 개발했다. 이번에 개발된 염료감응 광충전 전지는 실내 조명만으로도 11.5%라는 높은 에너지 변환과 저장효율을 보였다. 이는 지금까지 나온 염료감응 광충전 전지들 중 어두운 저조도 실내조명 환경에서 최고 효율인 것으로 확인됐다.실제로 연구팀은 광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 LED 실내조명으로 약 10분 무선충전한 다음 실제 사용되는 사물인터넷(IoT) 센서를 작동하는데 성공해 상용화 가능성이 높은 것으로 평가 받았다. 권태혁 교수는 “실내 조명은 전체 에너지 소비의 10%에 달하는 것으로 알려진 만큼 이번 기술은 에너지 재활용에 상당한 도움을 줄 것”이라며 “이번 기술을 활용하면 태양광은 물론 낮은 조도의 실내조명까지 다양한 광원을 이용해 전기를 만들고 저장할 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘600만불의 사나이’는 1970년대 어린 시절을 보냈던 40~50대의 기억 속에 남아 있는 대표적인 미국 드라마이다. 어린이들이 주인공을 흉내내다가 다치거나 죽는 일이 자주 발생해 사회적 문제가 됐던 미드이기도 하다.미국항공우주국(NASA) 소속 우주비행사 스티브 오스틴 대령이 시험비행 중 추락해 한쪽 눈과 팔, 두 다리를 잃는 중상을 입게 됐는데 과학정보국이라는 곳에서 추진한 첫 번째 사이보그 요원으로 다시 태어나 위험한 임무에 투입되는 내용이다. 주인공이 이식받은 인공 눈은 20배 줌과 열감지기능을 갖추고 있어 독수리처럼 멀리 떨어져 있는 글자를 읽을 수 있는 것은 물론 캄캄한 밤에도 대낮처럼 볼 수 있다. 최근 케이블 채널에서 방영된 드라마 ‘루갈’에서도 첨단 생명공학 기술로 만들어진 인공 눈을 장착한 주인공이 등장한다. 여기에 등장한 인공 안구는 증강현실(AR) 기술이 더해져 데이터베이스에 접속해 각종 정보를 즉시 눈앞에 띄워 주기도 한다. 중국 홍콩과학기술대 전기정보공학과, 미국 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 전기공학 및 컴퓨터과학과, 로렌스 버클리 국립연구소 재료과학분과 공동연구팀은 SF에 등장하는 수준까지는 아니지만 사람의 눈 구조와 유사하면서도 높은 해상도와 시야각을 확보할 수 있는 인공 눈을 개발하고 그 결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 21일자에 발표했다. 사람의 눈은 넓은 시야각과 높은 해상도를 갖고 있으며 빛에 매우 민감하게 반응한다는 특징을 갖고 있다. 이는 돔 형태의 망막과 1㎠당 1000만개가 넘는 광수용체 덕분이다. 로봇공학과 생체공학 분야에서 사람의 눈과 비슷한 인공 안구 개발 시도가 성공하지 못하고 있는 이유도 이런 망막의 형태와 복잡한 구조 때문이다. 지금까지 시도된 인공 안구는 환자의 눈에 인공 망막을 심고 이와 연결된 안경으로 망막 신경세포를 자극해 이미지를 볼 수 있게 하는 방식이 많았다. 또 사람의 눈과 비슷한 형태로 만든 것도 있기는 하지만 해상도가 떨어지거나 시야각이 좁고 내구성이 약하다는 문제가 있었다. 연구팀은 태양전지를 만들 때 활용되는 페로브스카이트라는 물질을 이용해 밀도가 높고 가벼울 뿐만 아니라 빛에 민감한 나노와이어로 연결된 반구형 인공 안구를 개발했다. 연구팀이 개발한 인공 눈은 알루미늄으로 만들어진 안구 가운데에 렌즈가 고정돼 수정체를 대신하고 이온성 액체로 채워져 있으며 뒤쪽에는 인공망막이 설치돼 있다. 인공망막에는 광수용체 세포를 모방한 나노와이어가 배열돼 있으며 액체금속선이 신경섬유를 대신하게 되는 것이다. 액체금속선은 인공망막의 나노와이어에서 받은 신호를 뇌로 전송하는 신경섬유를 모방한 것이다.이렇게 만든 인공눈은 알파벳 문자를 정확하게 인식할 수 있음을 연구팀은 확인했다. 이번에 만든 인공 눈은 개념증명장치이기 때문에 100픽셀 정도이며 픽셀당 3개의 나노와이어가 연결돼 있어 해상도가 낮았다. 그렇지만 연구팀은 나노와이어 밀도를 사람 눈에 있는 광수용체보다 최대 10배 이상 늘릴 수 있는 만큼 사람의 눈보다 높은 해상도를 가질 수 있다고 설명했다. SF에 등장하는 인공 안구처럼 사람의 눈보다 훨씬 우수하게 제작할 수 있다는 것이다. 연구를 이끈 지용 판 홍콩과기대 교수(나노재료과학)는 “이번에 개발된 인공 안구 기술은 사람의 눈 구조를 모방해 시각장애를 겪는 사람은 물론 로봇 공학이나 관측 장비 등 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 소금성분으로 태양전지 효율을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 한양대 바이오나노학과 연구팀은 소금 속 나트륨(Na) 이온이 금 나노클러스터 태양전지 효율에 영향을 미친다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 8일자 표지논문으로 실렸다. 금이나 은 같은 귀금속이 눈에 보일 정도로 모인 상태는 반응성이 낮지만 원자 크기 금 수십개가 모인 금 나노클러스터는 일반적인 금과는 전혀 다른 성격을 갖게 되면서 원자 단위로 제어가 가능하고 활성을 띨 수 있어 화학반응 촉매나 플랫폼으로 활용할 수 있게 된다. 특히 금 원자 22개가 14면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 독특한 구조를 갖게 돼 빛을 잘 흡수할 수 있게 된다. 현재 사용되는 실리콘이나 페로브스카이트 태양전지에 이용되는 중금속 광흡수체보다 금 나노클러스터는 친환경적이어서 차세대 태양전지 소재로 꼽힌다. 문제는 빛을 전기로 변환하는 광전환 효율이 실리콘 태양전지 5분의 1 수준에 불과하다는 것이다.이에 연구팀은 전극제조 과정에 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터와 전극의 흡착을 돕는다는 것을 알아냈다. 빛을 흡수한 금 나노클러스터에서 전자가 만들어지면 접합된 반도체 산화물 전극으로 이동한 뒤 전자가 백금 상대 전극으로 수송되면서 전기가 만들어진다. 이 때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극간 흡착을 강하게 만들어 광전환 효율을 높여 실리콘 태양전지와 비슷하게 될 것으로 기대되고 있다. 방진효 교수는 “중금속이 아닌 금 나노클러스터를 광흡수체로 이용함으로써 무독성 친환경 태양전지를 개발할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

[편집자주] 1994년 성수대교가 무너졌을 때 가장 먼저 현장에 도착한 기자가 있습니다. 삼풍백화점이 무너졌을 때도, 세월호 참사 때도 그랬습니다. 사회부 사건팀 기자들입니다. 시대도 세대도 바뀌었지만, 취재수첩에 묻은 꼬깃한 손때는 그대롭니다. 기사에 실리지 않은 취재수첩 뒷장을 공개합니다. ‘취중생’(취재 중 생긴 일) 코너입니다. 매주 토요일 사건팀 기자들의 생생한 뒷이야기를 담아 독자 여러분을 찾아갑니다.라임자산운용(라임)의 대규모 사모펀드 환매 중단 사태(라임 사태)를 둘러싼 문제점은 여러 갈래가 있습니다. 라임이 펀드 손실을 막으려고 다른 펀드 자금을 활용해 부실자산을 인수하는 행위를 반복하며 결국 다른 펀드에 손실을 전가했다는 점이 하나 있습니다. 이른바 ‘돌려막기’입니다. 그 중심에 라임의 투자 업무를 총괄한 이종필(42) 전 라임 부사장이 있습니다. 지난 5개월 동안 도피하다가 지난 23일 밤에 체포된 이 전 부사장은 라임의 내부 통제 없이 독단으로 라임 펀드를 운용할 수 있었던 인물입니다. 다음으로 은행, 증권사 등 일부 금융사들이 라임 펀드에 부실이 발생한 사실을 알면서도 그 펀드가 정상 운용 중인 것으로 속여 판매했다는 의혹이 있습니다. 지난 10일 임모 전 신한금융투자 본부장이 구속기소됐는데요. 임 전 본부장은 이 전 부사장과 공모해 라임 무역금융펀드가 투자한 해외무역펀드에 부실이 발생한 사실과 손실 발생 가능성을 알고도 투자자들에게 알리지 않고 480억원 상당의 라임 무역금융펀드 3개를 판매한 혐의를 받고 있습니다. 여기에 ‘기업사냥꾼’이 결탁했다는 의혹도 있습니다. 투자 외 목적으로 기업을 인수한 뒤 그 회사 주식을 높은 가격에 팔아 큰 시세차익을 노리는 집단이 기업사냥꾼입니다. 실제로 라임이 펀드 자금을 투자한 코스닥 상장사를 인수해 시세조종(주가를 인위적으로 상승·하락시키는 불공정거래 행위) 방법으로 주가를 부양한 뒤 고가에 매도해 약 83억원의 시세차익을 챙긴 사람들이 지난 14일 기소됐습니다. 뿐만 아니라 라임이 투자한 회사를 인수한 다음 수백억원의 회삿돈을 횡령한 혐의로 수사기관에 붙잡힌 사람들도 있습니다. 이 전 부사장과 함께 도피 생활을 하다가 같은 날 체포된 김봉현(46) 전 스타모빌리티 회장은 스타모빌리티 회삿돈 517억원, 수원여객운수 회삿돈 161억원을 횡령한 혐의를 받고 있습니다. 김 전 회장은 일명 ‘라임 살릴 회장님’으로 알려져 있는데요. 이 전 부사장과 함께 라임의 대체투자를 관리한 인물이 김모 전 라임 대체투자운용본부장입니다. 김 전 본부장은 김 전 회장의 요청에 따라 환매가 중단된 라임 펀드 자금으로 스타모빌리티가 발행한 전환사채(CB)를 인수하고, 그 대금을 김 전 회장이 재향군인회 상조회를 인수할 때 쓰도록 도운 혐의 등으로 지난 20일 구속기소됐습니다. 라임이 투자한 돈이 결국에는 기업사냥꾼에게 돈을 대는 ‘전주’ 역할을 하고 주가조작 세력의 시세조종에 동원된 것 아니냐는 의심이 나오는 이유입니다.라임이 투자한 상장사 대다수가 주가(주식가격)이 급격히 떨어지고 고용도 감소했습니다. 금융감독원 전자공시시스템에 등록된 공시자료 등에 따르면 라임이 투자한 상장사 14곳의 주가가 라임의 투자 시점 이후로 모두 하락했습니다. 하락 폭은 적게는 29%, 많게는 96%에 달합니다. 라임이 전환사채를 사들이는 방법으로 투자한 상장사 에스모의 주가는 라임이 두 번째로 투자한 지난해 4월 12일 기준 종가 6210원에서 전날인 24일 기준 종가 608원으로 약 90% 떨어졌습니다. 앞서 언급한 시세조종 혐의로 기소된 사람들이 인수한 상장사가 에스모입니다. 라임 투자사 14곳이 유상증자와 전환사채 발행을 통해 조달한 자금은 1조원에 달합니다. 그런데 사업 확장을 위한 설비투자에 사용된 돈은 860억원 정도에 그쳤습니다. 또 14곳 중 9곳은 직원 수가 줄었고, 현재 거래정지 상태인 회사도 14곳 중 5곳에 이릅니다. 석연치 않은 점은 또 있습니다. 라임이 투자한 일부 상장사들의 최대주주 변동 현황을 보면 ‘투자조합’이 눈에 띕니다. 투자조합이란 벤처기업과 창업자에 투자할 목적으로 개인이나 법인이 출자해 결성하는 조합을 말합니다. 투자 수익은 조합원의 출자 지분에 비례해 배분됩니다. 은행 대출을 받기 어려운 회사 입장에서는 전환사채 발행뿐만 아니라 투자조합으로부터 투자를 받는 것이 자금 조달이 용이합니다. 최근 이런 투자조합이 상장사를 인수하는 사례가 늘고 있습니다. 현재 스타모빌리티의 최대주주는 투자조합이고, 에스모의 한때 최대주주도 투자조합이었습니다. 그런데 이런 투자조합이 범죄행위에 악용되고 있습니다. 앞서 금융위원회는 2017년 4월 24일 보도자료를 통해 “최근 2년 간 발생한 투자조합의 기업 인수 사례 42건 중 13건에서 불공정거래 혐의가 포착됐다”고 발표한 적이 있습니다. 그러면서 “조합원 정보가 노출되지 않는 점을 이용해 기업을 인수한 후 호재성 공시를 통해 인위적으로 주가를 부양하고, 기업가치 상승과 무관하게 단기 수익을 거둘 목적으로 시세 상승을 견인한 뒤 보유한 주식을 팔아 차익을 실현한 사례가 발견됐다”고 설명했습니다.에스모를 보면 2017년 7월 한 투자조합이 최대주주가 됩니다. 이 투자조합이 최대주주로 있는 동안 에스모의 사업목적은 16개가 추가됐습니다. 또다른 라임 투자 상장사인 디에이테크놀로지도 투자조합이 최대주주로 있는 동안 신사업이 6개가 늘었습니다. 김 전 회장이 실질사주로 알려진 스타모빌리티의 최대주주 변동 내역에는 여러 투자조합이 등장하는데요. 투자조합들이 최대주주로 있는 동안 사업목적이 60여개가 늘었습니다. 추가된 신사업들을 보면 주로 수소차, 자율주행차, 전기차 배터리, 신재생에너지, 태양전지 등입니다. ‘경제민주주의21’의 대표를 맡고 있는 김경율 회계사는 “공시자료에 투자조합의 재무사항과 조합원 정보가 구체적으로 공시되지 않아 그 투자조합이 어떻게 운영되고 있는지 알 수 없고, 투자조합이 상장사에 조달하는 자금의 출처도 알 수가 없다”면서 “이런 불투명성 때문에 투기자본이 투자조합에 유입되고 그 투자조합이 상장사의 최대주주가 된다고 하더라도 투기자본의 존재를 알 수가 없는 것”이라고 지적했습니다. 그러면서 “투자조합의 이런 익명성에 기대 무자본 인수합병(M&A) 세력들이 ‘작전’을 계속 펼치고 있다”고 우려했습니다. 라임 사태를 수사하는 서울남부지검 형사6부(부장 조상원)는 지난 23일 밤에 경찰에 체포된 이 전 부사장의 신병을 인계받고 그 다음 날 구속영장을 청구했습니다. 이 전 부사장의 구속영장 발부 여부는 이르면 25일에 결정됩니다. 이 전 부사장은 라임이 펀드 자금을 투자한 코스닥 상장사 ‘리드’의 임원으로부터 명품가방과 명품시계, 외제차 등을 제공받은 혐의(특정경제범죄가중처벌법 위반)를 받고 있습니다. 검찰이 이 전 부사장의 신병을 확보해 그동안 제기됐던 펀드 부실 운용과 기업사냥꾼과의 공모 의혹 등을 규명할 수 있을지 관심이 모아지고 있습니다. 오세진 기자 5sjin@seoul.co.kr

경기도 안양시는 건축물 옥상 녹화조성 사업에 최대 3000만원을 보조한다고 13일 밝혔다. 쾌적한 도시환경 조성하기 위한 시책의 하나다. 병원이나 복지·문화시설 등 공공성이 강한 건축물이 대상이다. 어린이집과 유치원 등 체험, 환경학습장으로 활용 가능한 건물옥상에 수목이나 초화류, 잔디를 조성하는 사업이면 가능하다. 출입이 자유롭고 옥상의 활용도가 높은 상업용 건물 또는 공장, 연구소도 지원한다. 옥상 유효면적은 100㎡ 이상이어야 한다. 물탱크와 냉각탑, 계단탑, 태양전지판 등 건축물관리에 필요한 설비면적을 제외한 공간이다. 특히 옥상녹화사업 면적의 80% 이상을 식재면적으로 확보해야 한다. 옥상녹화 보조금 신청은 다음달 1일부터 15일까지다. 신청서와 사업계획서, 위치도, 현장사진을 시 건축과를 방문해 제출해야 한다. 조경 공사업체는 지역경제 활성화 차원에서 지역 소재 조경 공사업체에 한정한다. . 남상인 기자 sanginn@seoul.co.kr

검은나비의 날개에는 가시광의 99.94%를 흡수하는 나노구조가 숨겨져 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 얼마 전까지 가장 완벽한 검은색으로 불린 반타블랙의 흡수율인 99.965%에 필적한다. 현재 흡수율 99.995%를 자랑하는 탄소나노튜브(CNT)가 개발됐지만, 자연계에서는 나비 날개보다 검은색은 존재하지 않는다. 미국 듀크대 생물학과 연구진은 아시아와 중남미 등 세계에서 검은나비 10종을 채집해 날개의 흑도(blackness·복사율)를 조사했다. 이들 나비 중 가장 검은 개체를 ‘울트라 블랙’(ultra-black), 중간 수준으로 검은 개체를 ‘레귤러 블랙’(regular black), 덜 검은 개체를 ‘다크 브라운’(dark brown)으로 분류했다.그 결과, 이들 날개는 일반적으로 복사율이 높은 물질로 알려진 숯이나 아스팔트 또는 검은색 벨벳보다 각각 10~100배 더 검은 것으로 나타났다.또 이들 연구자는 이런 결과가 나온 비밀을 밝히기 위해 각 나비의 날개를 전자현미경으로 관찰했는데 그 표면의 나노 구조가 스펀지(해면)나 그물 모양이며, 2층 구조처럼 돼 있는 것을 확인할 수 있었다. 상부는 일정한 간격으로 즐비한 융기선과 그 사이 구멍으로 돼 있으며 하부는 상부를 지탱하는 기둥 같은 조직으로 돼 있다. 이전에는 이들 기둥 사이 벌집 모양의 구멍은 복사율과 관계가 있는 것으로 예상됐지만, 오히려 융기선과 기둥이 중요한 것으로 드러났다고 이번 연구에 참여한 쇤케 존슨 교수는 설명했다. 이들 연구자가 울트라 블랙에 속하는 나노 구조를 레귤러 블랙의 것과 비교했더니 융기선은 매우 가파르며 아래 기둥 조직도 더 깊고 굵은 것으로 나타났다. 이와 함께 이들은 컴퓨터 모델을 이용해 융기선과 기둥 조직이 없는 경우를 시뮬레이션했다. 그 결과, 원래 상태보다 가시광선을 16배 반사하기 시작했다. 이는 울트라 블랙의 날개가 다크 브라운 수준까지 밝아진 것에 해당한다. 이에 대해 이번 연구 주저자인 알렉스 데이비스 연구원은 “이런 구조적 변화가 빛을 흡수하기 위한 표면적을 늘린다는 점을 고려할 때 나비의 날개는 인공적으로 만들어진 탄소나노튜브 등과 똑같은 설계 원리로 작동한다고 결론내릴 수 있다”고 설명했다. 즉 나비 날개의 구조 메커니즘은 앞으로 여러 분야에서 응용할 수 있다는 것이다. 게다가 나비 날개는 탄소나노튜브보다 몇 배 얇은 몇 미크로미터(㎛) 수준이므로, 그 구조가 규명되면 무게를 늘리지 않고 높은 흡수율을 유지하는 물질이 만들어질 수도 있다. 이런 연구는 고성능 태양전지판(솔라패널)이나 망원경 또는 항공기 위장에 이용될 가능성도 있다.자세한 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스 최신호(10일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

DGIST는 에너지공학전공 최종민 교수와 토론토대학교 Edward H. Sargent 교수 연구팀이 양자점 태양전지의 성능 저하 원인을 규명하고 이를 안정화 시킬 수 있는 소재 가공법을 개발해, 실제 구동환경에서도 안정적인 양자점 태양전지를 구현했다고 30일 밝혔다. 양자점은 빛 흡수 능력이 우수하고 넓은 영역의 빛을 흡수할 수 있어 차세대 태양전지의 핵심 소재로 각광받고 있다. 특히 가볍고 유연하며 공정비가 저렴하기 때문에 현재 상용중인 실리콘 태양전지의 단점을 보완하여 대체할 수 있다. 이 때문에 많은 연구자들이 양자점 태양전지의 성능 향상을 위한 광전변환 효율 연구를 하고 있지만, 상용화에 필수적인 안정성 향상에 관한 연구는 미비한 편이다. 특히 태양전지의 실제 구동환경인 최대 전력점에서 양자점 태양전지를 구동한 사례는 거의 없는 실정이다. 이에 연구팀은 양자점 태양전지의 실제 상용화에 필수적인 안정성 향상을 위해 실제 구동 조건과 같이 빛과 산소 등에 장시간 노출시키며 성능 저하 원인을 분석했다. 그 결과, 양자점 표면의 요오드 이온이 산화로 제거되면서 산화층이 형성돼 양자점 구조의 변형을 가져왔고, 이로 인해 소자 효율이 저하되기 때문임을 규명했다. 연구팀은 이러한 낮은 소자 효율을 개선하고자 칼륨을 포함한 리간드 치환 방법을 개발했다. 리간드란 착화합물의 중심원자에 가지처럼 결합해 있는 이온 또는 분자를 말한다. 여기에 요오드의 산화를 방지할 수 있는 칼륨이온을 양자점 표면에 도입해 치환 과정을 거쳤다. 이를 소자에 적용한 결과, 기존보다 더욱 높은 수준인 300시간 동안 80% 이상의 초기 효율을 유지하는 소자를 구현할 수 있었다. DGIST 최종민 교수는 “이번 연구는 양자점 태양전지가 실제 구동 환경에서도 보다 안정적으로 작동할 수 있다는 것을 규명한 것”이라며, “본 연구 결과가 양자점 태양전지의 상용화를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스에 2월 20일자 게재됐다. 본 연구는 DGIST 에너지공학전공 최종민 교수가 제 1저자로 참여했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

김승연 한화그룹 회장의 장남인 김동관(37) 전략부문 부사장이 한화솔루션의 새로운 사내이사로 선임된다. 한화솔루션은 수년째 적자를 기록하고 있는 폴리실리콘 사업에서 철수하는 한편 팀장급 이상 임직원 300명을 대상으로 자사주 보상 제도를 시행키로 했다. 20일 한화솔루션은 이사회를 열고 이런 내용의 의안을 통과시켰다고 밝혔다. 김 부사장은 지난해 말 한화솔루션 전략부문 부사장으로 승진한 뒤 올해부터 ㈜한화 전략부문장까지 겸직하고 있다. 한화솔루션은 이번 이사회에서 김 부사장을 신임 사내이사 후보로 선임했다. 재계에서는 한화그룹이 본격적으로 3세 경영에 박차를 가한 것이라고 해석한다. 김 부사장은 입사한 뒤로 태양광 사업에 전념하면서 역량을 인정받은 바 있다. 한화솔루션 측은 “책임경영 강화와 전략적 의사결정의 중요성을 더하기 위한 결정”이라고 밝혔다. 이외에도 총 4명의 신임 사외이사 후보도 추가로 발표했다. 어맨다 부시 세인트 오거스틴 캐피털 파트너사 파트너 등이다. 사내이사와 사외이사 후보 선임 안건은 3월 중순 정기 주주총회에서 의결된다. 폴리실리콘 사업에서는 철수하기로 했다. 폴리실리콘 판매가격이 생산원가에 절반 정도에 그치는 상황이라는 게 회사의 설명이다. 가동률을 높일수록 손실이 커질 수밖에 없는 구조다. 회사의 불확실성을 해소하는 차원에서 연내 사업을 정리할 계획이다. 앞서 OCI도 중국업체의 저가 공세로 적자 폭이 커지면서 태양광 폴리실리콘 생산을 중단한다고 밝힌 바 있다. 폴리실리콘의 부진에도 한화솔루션의 지난해 영업이익은 3783억원으로 전년보다 6.77% 증가한 것으로 잠정 집계됐다. 특히 태양광 부문에서 지난해 4분기 연속 흑자를 거두면서 2235억원의 영업이익을 기록했다. 한화솔루션 측은 “멀티 태양전지에 비해 효율이 좋은 모노 태양전지 비중을 늘리고 전지 판가가 상대적으로 높은 미국, 유럽, 일본, 호주 시장에 집중한 덕분”이라고 분석했다. 또 회사는 임직원 포상에 자사주를 활용하는 차원에서 ‘양도제한부 주식 제도’(RSU)를 도입하는 의안도 통과시켰다. 5월 20일까지 총 90일간 자사주 40만주를 매입한다. 전날 종가 기준 75억 4000만원 규모다. 지급 대상은 임직원 300명 정도로 36만 544주를 지급한다. 임직원 포상용으로 3만 9456주를 배정한다. RSU는 미국 정보통신기술(ICT) 업계를 중심으로 실행 중인 자사주 보상 제도로 일정 조건을 충족하면 주식을 해당 시점에 무상으로 지급한다. 오경진 기자 oh3@seoul.co.kr

“5, 4, 3, 2, 1, 란시(발사)” 세계 최초로 미세먼지를 정밀 감시할 수 있는 환경·해양관측 정지궤도위성 ‘천리안2B’호가 남미 프랑스령 기아나의 기아나우주센터에서 한국시각으로 19일 오전 7시 18분(현지시각18일 오후 7시 18분)에 발사됐다. 유럽 아리안스페이스사의 아리안5ECA 발사체(로켓)는 천리안2B호를 싣고 지축을 울리는 굉음과 함께 하얀 연기를 내뿜으며 하늘로 솟구쳐 올라갔다. 천리안2B호는 발사 31분이 지난 오전 7시 49분에 고도 1630㎞ 지점에서 로켓에서 분리된 다음 7시 55분 호주 야라사가 관제소와 첫 교신에 성공했다. 주관 연구기관인 한국항공우주연구원은 교신에서 위성 본체와 시스템 상태가 양호하고 위성이 목표 전이궤도에 진입한 것을 확인했다. 전이 궤도는 지구와 가깝게는 251㎞, 멀게는 3만 5822㎞ 떨어진 지점을 도는 타원궤도를 말한다. 이후 발사 1시간이 지난 오전 8시 18분경 천리안2B호는 전원공급을 위한 태양전지판을 펼침으로써 발사성공의 첫 관문은 통과했다. 천리안2B호는 앞으로 2주 동안 5번의 궤도 변경과정을 거쳐 타원형 전이궤도에서 고도 3만 6000㎞의 원형 궤도를 돌면서 동경 128.25도의 한반도 상공에 자리잡게 된다. 정지궤도에 안착한 뒤에는 미세먼지와 해양감시를 위한 환경 및 해양탑재체 시스템을 조정해 성능을 최적화하고 전용 소프트웨어를 조정하는 시험 운용기간을 갖게 된다. 시험 운용기간이 끝나면 천리안2B호는 오는 10월부터는 해양정보, 내년 1월부터는 대기환경 정보를 본격적으로 제공한다. 천리안2B호는 한반도 상공에서 지구의 자전 속도와 같은 속도로 지구를 도는 정지궤도 위성으로 2018년 12월 같은 장소에서 발사된 천리안2A호와 ‘쌍둥이’ 위성이다. 천리안2A호는 태풍, 집중호우, 폭설, 안개 등 기상관측 임무를 수행하고 있다. 이번에 발사된 천리안2B호는 한반도는 물론 동아시아 지역 전체의 미세먼지를 상시 관측할 수 있는 세계 최초의 미세먼지 특화 정지궤도위성이다. 이 때문에 한반도로 유입되는 국외발 미세먼지의 진원지도 손쉽게 파악할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 천리안2B는 미세먼지 뿐만 아니라 미세먼지 원인 물질로 지목받고 있는 이산화질소, 이산화황, 포름알데히드, 오존 등 20개 대기오염물질 농도도 하루 8번씩 관측 가능하다. 장윤석 국립환경과학원장은 “기존 위성들은 하루에 1~2번 정도만 정보가 제공됐지만 천리안2B호가 본격적으로 운용되면 낮 12시간 동안 계속 받을 수 있다”라며 “훨씬 자세하고 정확하게 미세먼지 이동경로를 파악할 수 있을 것”이라고 기대감을 드러냈다. 이와 함께 해양관측센서를 이용해 적조와 녹조는 물론 해빙, 해무, 기후변화 등 다양한 해양환경 변화와 기름유출사고 같은 해양재난과 오염까지도 상세하게 관찰할 수 있게 된다. 한반도 주변 해역 뿐만 아니라 지구 전체를 관측할 수 있는 기능이 추가돼 있어 지구 기후변화에 영향을 미치는 엘니뇨, 라니냐 등도 감시할 수 있게 된다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr·기아나 공동취재단

“5, 4, 3, 2, 1, 란시(발사)” 세계 최초로 미세먼지를 관측할 수 있는 환경·해양관측 정지궤도위성 ‘천리안2B’호가 남미 프랑스령 기아나의 기아나우주센터에서 18일 오후 7시 18분(한국시간 19일 오전 7시 18분)에 성공적으로 발사됐다. 천리안2B호는 발사 성공률 98.6%를 자랑하는 유럽 아리안스페이스사의 아리안5ECA 발사체(로켓)에 실려 지축을 울리는 굉음과 함께 연기를 피어올리며 솟구쳤다. 천리안2B호는 발사 25분 뒤인 7시 45분 경 지구와 가깝게는 251㎞, 멀게는 3만 5822㎞ 떨어진 지점을 도는 타원궤도인 전이궤도에 진입했다. 이후 발사 31분 뒤 발사체에서 천리안2B호가 분리돼 위성에 탑재한 컴퓨터 프로그램이 작동하고 위성 초기화가 이뤄지면 지상과 교신이 가능해지면서 발사 39분 뒤 호주 야사라가 관제소와 첫 교신에도 성공했다. 최재동 한국항공우주연구원 정지궤도복합위성사업단장은 “첫 교신은 발사 성공을 판가름하는 첫 번째 관문이며 발사 1시간 뒤 태양전지판이 성공적으로 펼쳐지면 위성이 정상 작동한다는 사실을 확인하게 되는 것”이라고 말했다. 19일 발사 뒤 2주가 지난 3월 초가 되면 천리안2B의 목표 정지궤도에 거의 접근한 ‘표류궤도’에서 고도를 높여 한반도 상공인 동경 128.25도에 진입한다. 이후 발사 한 달 뒤에는 목표 정지궤도에 자리잡게 되는 것이다. 천리안2B호는 세계 최초로 정지궤도에서 동아시아 지역 미세먼지 유발물질과 각종 대기오염물질을 상시 관측할 수 있게 됨에 따라 한반도로 유입되는 국외발 미세먼지의 진원지를 확인할 수 있게 될 것으로 기대된다. 이와 함께 고성능 해양관측 탑재체를 이용해 적조와 녹조는 물론 기름유출사고와 같은 해양 재난과 오염, 기후변화에 따른 바다의 변화 등을 상세하게 모니터링할 수 있을 것으로 보인다. 앞서 2018년 12월 같은 장소에서 발사된 천리안2B호의 쌍둥이 형인 천리안2A호는 태풍과 집중호우, 폭설, 안개 등 기상 감시를 하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr·기아나 공동취재단

전세계 수많은 여성들이 자신의 개성을 드러내는 '셀카'를 촬영하지만 이 여성의 셀카는 세상 누구도 범접할 수 없다. 최근 미 항공우주국(NASA) 소속의 우주비행사 제시카 메이어(42)가 흥미로운 셀카 사진 2장을 자신의 트위터에 올려 관심을 끌었다. 지난달 국제우주정거장(ISS)에서 밖으로 나와 우주 유영 중 촬영한 이 사진(사진 아래)은 환하게 웃고있는 메이어의 모습을 담고있다.이중 흥미로운 사진은 전신이 드러나는 셀카다. 이 사진은 ISS의 상징과도 같은 태양전지판에 반사된 메이어 자신의 모습을 담고있다. 특히 그 뒤로는 '무려' 지구가 병풍처럼 배경으로 펼쳐져 있다. 지난해 9월 러시아 우주선인 ‘소유스 MS-15호’를 타고 ISS에 도착한 메이어는 특히 여성 우주비행사로서는 새로운 이정표를 세웠다.　지난해 10월 18일 메이어는 동료인 크리스티나 코크(40)와 함께 사상 최초로 여성들만 참여한 우주 유영에 성공했다. NASA에 따르면 코크는 고장난 배터리 충전 장치를 교체하기 위해 ISS 밖으로 나갔고 이어 메이어도 공구가방을 들고 뒤를 따랐다.한편 인류 최초로 우주 셀카를 남긴 주인공은 ‘비운의 우주인’이라는 수식어가 평생 따라다녔던 버즈 올드린(90)이다. 그는 1966년 11월 12일 제미니 12호 미션을 수행하는 동안 인류 최초의 우주 셀카를 남겼다. 1969년 7월 21일 닐 암스트롱(1930 ~2012) 바로 다음으로 달에 발자국을 남겨 항상 조연에 머무른 올드린이지만 우주 셀카만큼은 ‘인류 최초’라는 타이틀을 가진 셈. 이에 대해 올드린은 “그냥 찍었을 뿐 왜 찍었는지는 모르겠다”면서 “어떻게 사진이 나올지 궁금했다”고 밝힌 바 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)의 화성탐사로버 ‘큐리오시티’가 지난 7년여간 지구의 이웃 행성에서 임무를 수행하면서 처음 도착했을 때 모습과 지금까지 임무를 수행하면서 노후한 현재 모습을 비교한 사진이 온라인상에 공유돼 화제다. 27일(현지시간) 미국 소셜사진공유 사이트 ‘이미저’에 공유돼 이틀 만에 조회 수 240만 회를 넘어선 이 사진은 큐리오시티가 지금까지 화성의 열악한 자연환경 속에서 붉은 먼지를 뒤집어 써가면서도 가동 중단 없이 임무를 수행하고 있는 모습을 보여준다. 사진 중 왼쪽은 큐리오시티가 2012년 8월 6일 화성의 게일 크레이터 내부에 있는 아이올리스 평원에 착륙한 직후 찍은 사진이고, 오른쪽은 그로부터 7년 이상이 지난 지난해 10월 11일, 화성에 착륙한지 2553솔(SOL·화성의 하루 단위로 1솔은 24시간 37분 23초로 지구보다 조금 더 길다)에 촬영한 것이다. 7년 전에 비해 먼지를 뒤집어 쓴 '중고' 느낌이 나지만 전체적인 모습은 놀랍게도 큰 차이가 없다. NASA가 25억달러(한화 약 2조9300억원)를 들여 제작한 큐리오시티는 2011년 11월 26일 미국 플로리다주(州)의 케이프커내버럴 공군기지에서 화성과학실험실(MSL) 선체에 실려 발사됐다. 큐리오시티는 화성까지 5억6300만㎞라는 엄청난 거리를 날아갔음에도 원래 예정돼 있던 브래드버리 착륙지점에서 불과 2.4㎞밖에 떨어지지 않은 지점에 착륙했다. 그 후로 큐리오시티는 지난해 2월 기준으로 약 20.4㎞를 기동했다. 이는 2004년부터 2010년까지 활동한 스피릿 로버의 기동 거리인 7.7㎞의 거의 3배에 달하는 수준이다.큐리오시티는 80㎏이 좀 넘는 각종 과학장비를 탑재하고 있어 총 중량은 900㎏이며, 태양전지가 아닌 핵에너지인 플루토늄 동위원소를 동력으로 이용한다. 원래 임무는 화성이 생명체 존재 가능성을 높여주는 액체 상태의 물을 보유하고 있는지와 기후와 지질학을 연구하기 위한 정보 수집 목적으로 2년간 수행할 계획이었으나, 임무 이후에도 여전히 기동할 수 있어 새로운 임무를 가지고 무기한 기동에 들어가 2733일째 활동하고 있다. 큐리오시티에는 두 대의 카메라로 구성돼 있어 고해상도 이미지와 영상을 실제 색상으로 촬영할 수 있는 마스트캠 등의 여러 과학 장비가 탑재돼 있다. 덕분에 자동차 크기의 큐리오시티는 ‘옐로나이프만'(Yellowknife Bay)이라고 이름 붙여진 화성 지역에서 이암을 분석해 아주 오래전 미생물이 화성에 살 수 있었던 호수 바닥의 존재를 발견하기도 했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

영화 ‘해리포터’와 ‘반지의 제왕’에서는 몸을 숨길 수 있는 망토가 등장한다. 현실에서도 레이더나 음파를 흡수해버리는 스텔스기나 스텔스함정, 스텔스 잠수함 등이 있다. 이렇게 스텔스 기능을 만들어 주는 것은 자연계에는 존재하지 않는 메타물질 때문이다. 국내 연구진이 음파 성질을 자유자재로 바꿔 투명망토나 스텔스 기능은 물론 소음까지 없애줄 수 있는 메타물질을 개발해 주목받고 있다. 서울대 전기전자공학부, 홍콩과학기술대 공동연구팀은 디지털 프로그램으로 폭넓은 영역에 스텔스 기능을 구현할 수 있는 가상 메타물질 기술 개발에 성공하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일자에 발표했다. 특히 이번 기술은 음향 파동이라는 물질적 특성을 자유자재로 구현할 수 있어 다양한 분야로 활용할 수 있다는 특징이 있다. 메타물질은 자연계에는 존재하지 않는 특이한 물리적 특성을 가진 물질로 고해상도 이미징, 투명망토, 스텔스 기능, 무반사 태양전지 등 다양하게 활용이 가능하다. 문제는 메타물질을 만드는데 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 따라 메타물질의 성질과 기능이 결정되기 때문에 메타물질을 사용하려는 목적에 맞춰 모든 영역에 적용하기는 쉽지 않다. 이 때문에 기존에 메타물질을 설계할 때는 메타물질 구조체를 설계한 다음 원하는 특성을 가질 때까지 조금씩 변형하는 설계기법이 쓰였다.연구팀은 거꾸로 원하는 특성을 얻을 수 있는 메타물질 구조를 계산해 만드는 방식을 선택했다. 이를 위해 디지털 회로와 신호처리 기술을 이용해 자연물질의 분극현상을 흉내내 실제 구조체 없이도 원하는 파동물성과 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하는 가상화 음향 메타물질 기술을 개발했다. 스텔스기를 만든다고 할 때 기존에는 스텔스기 표면에 물리적으로 메타물질을 붙이거나 도색을 해야 했지만 이번 기술을 활용하면 기존 항공기도 스텔스 기능을 갖출 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 이번에 개발한 가상의 메타물질을 이용해 빛, 소리 등 파장의 반사, 산란 같은 현상을 제어할 수 있게 됨에 따라 레이더나 소나로부터 탐지되지 않는 스텔스 기술이나 방음, 흡음설계도 가능하다고 설명하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구온난화, 미세먼지는 자동차나 발전소에서 나오는 각종 오염물질과 온실가스 때문이라는 사실은 너무도 잘 알려져 있다. 이 때문에 바이오연료, 수소에너지 등 청정에너지들이 주목받고 있다. 특히 수소는 사용후 물 밖에 배출되지 않기 때문에 온실가스, 미세먼지 발생 문제가 없는 대표적 청정에너지원으로 수소차 보급을 통해 쓰임새가 늘어날 것으로 기대되고 있다. 국내 연구진이 저렴한 비용으로 수소에너지를 만들 수 있는 물질을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부, 청정에너지연구센터 연구진이 이전보다 저렴하고 비교적 간단한 방법으로 청정 수소에너지를 만들어 낼 수 있는 방법을 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 실렸다. 현재는 메탄기체를 물과 함께 고온, 고압 수소에너지를 만들 때 화석연료를 이용하기 때문에 수소 1㎏을 만들면 이산화탄소가 10㎏나 발생하는 일이 생긴다. 수소 생산량보다 이산화탄소가 많이 발생하는 문제를 해결하기 위해 과학자들은 다양한 방법을 찾고 있다. 그 중 가장 주목받고 있는 방법은 태양광을 이용해 물을 분해하는 기술이다. 연구팀은 저렴한 비용으로 손쉽게 태양광을 이용해 수소를 만들기 위한 공정을 개발하는데 초점을 맞췄다. 연구팀은 이를 위해 유연 박막 태양전지 소재로 주목받고 있는 황셀레늄화구리인듐갈륨 소재를 활용했다. 황셀레늄화구리인듐갈륨 소재는 가볍고 반투명하기 때문에 건물 창문에 부착하는 창호형 태양전지나 자동차, 옷 등에 부착하는 유연 태양전지로 응용가능성이 높은 물질이다. 연구팀은 저가의 용액 프린팅 공정 방식을 개발해 고효율의 광전극을 만드는데 성공했고 이 과정에서 사용되는 촉매도 백금 같은 귀금속이 아닌 저가의 황화구리를 이용해 생산비용을 획기적으로 줄일 수 있었다. 민병권 KIST 박사는 “이번 연구는 태양광-수소 전환의 핵심기술이라고 할 수 있는 고효율 광전극을 저비용으로 구현할 수 있는 돌파구를 마련했다는데 의미가 크다”라며 “백금 촉매를 이용한 것보다 수소 발생량이 더 많다는 점에서 산업적 활용 가능성도 클 것으로 기대하고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

물리학계의 록스타라면 리처드 파인먼을 떠올리는 사람들이 많을 것이다. 47세에 양자전기역학에 관한 연구로 노벨상을 받았고 양자컴퓨터와 나노과학의 기초를 놓았다. 이런 업적 외에 강의 잘하기로도 유명해 물리 공부 좀 해본 사람이면 그의 물리학 강의록을 탐독했을 것이다.3권으로 돼 있는 강의록 중 1권 3장에는 물리학과 다른 학문의 연관성이 폭넓게 조망돼 있다. 특히 3장 끝부분에서 그는 “와인 한 잔에는 전 우주가 담겨 있다”는 시구를 인용하면서 와인에 어떻게 우주의 역사와 과학이 담겨 있는지 짧게 설명했다. 처음 이 글을 읽을 당시에는 필자가 와인을 즐기지 않아 잘 이해하지 못했으나, 최근 들어 그 진가를 알게 돼 초겨울에 어울리는 묵직한 맛의 이탈리아 바롤로를 음미하면서 그의 말을 다시 떠올리게 됐다. 와인을 보면 원소 생성의 우주 역사, 화학 반응과 생명 현상이 다 떠오르는 것이다. 파인먼 외에 다른 물리학자들도 와인을 즐겼던 것 같다. 캘빈경으로 더 잘 알려진 물리학자 윌리엄 톰슨의 형 제임스 톰슨은 1855년 와인을 마시기 전에 빙빙 돌린 잔 속에서 흘러내리는 와인 방울들의 독특한 형태를 발견하고 이를 ‘와인의 눈물’이라고 불렀다. 과학적으로 살펴보면 매우 재미있는 현상이다. 보통의 물잔과 달리 와인잔에서는 눈물처럼 여러 개의 흐름이 잔의 내벽을 타고 내려가는 것을 볼 수 있다. 조금 더 재미있는 것은 이렇게 흐르는 와인이 잔 속에 담겨 있는 와인에 흘러들지 않고 와인 표면에 닿기 전에 다시 튀어 오르는 것처럼 보인다는 것이다. 이런 현상은 알코올과 물이 섞여 있는 경우 나타난다. ‘마랑고니 효과’라고 불리는 이런 현상이 일어나는 이유는 증발하는 알코올, 표면장력 등이 복합적으로 작용하기 때문이다. 알코올은 물보다 더 쉽게 증발한다. 그리고 물은 알코올보다 표면장력이 더 크다. 물은 동그랗게 물방울로 잘 모이는데 알코올은 그렇지 않다는 것이다. 따라서 와인 표면에서는 알코올이 증발하면서 물의 비율이 많아지고, 따라서 표면장력이 증가한다. 알코올 비율이 낮은 곳에서는 표면장력이 커지면서 주위의 액체를 끌어당기게 되고 그 빈자리에 다른 액체가 몰려오게 되는 것이다. 이런 미묘한 힘들의 작용으로 와인의 눈물이 만들어지는 것이다. 최근에는 ‘와인의 눈물’의 응용이 여러 분야에서 연구되고 있다. 넓은 면적의 기판에 유기반도체를 고르게 펴는 데도 활용할 수 있다고 한다. 이렇게 하면 훨씬 저렴하게 태양전지를 만들 수 있을지도 모른다. 또 다른 재미있는 응용은 ‘커피 링 효과’를 완화시키는 데도 도움이 된다. 커피 링 효과는 식탁보 위에 쏟은 커피가 마르면서 커피 가루가 얼룩의 가장자리에 몰려서 원을 만드는 현상이다. 페인트칠이 고르게 되려면 이런 현상이 완화돼야 하는데, 증발하는 속도가 다른 두 가지 물질을 섞어 고르게 페인트 입자가 번지게 할 수 있다는 것이다. 와인의 눈물 하나를 가지고도 우주 생성의 빅히스토리, 생명 현상의 놀라운 과정을 생각할 수도 있고, 한편으로는 우리의 일상에서도 매우 쓸모 있게 응용할 수도 있다니 경이로울 따름이다. 와인은 우리의 입과 코만 자극하는 것이 아니고 우리의 뇌를 자극해 우주 전체와 닿아 있는 경험을 하게 할 뿐만 아니라 우리의 삶 곳곳에서 어떤 역할을 하는 것이 아닌가 한다.

햇빛을 전기로 바꿔주는 태양광 에너지는 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 대표적인 신재생에너지 중 하나로 꼽히고 있다. 그러나 광자 한 개를 하나의 전하입자로만 변환시킬 수 있다는 제한 때문에 태양전지의 효율을 높이는데 한계가 있다. 국내 연구진이 광자 한 개를 더 많은 전하입자로 변환시킬 수 있는 방법을 찾아내 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 네덜란드 암스테르담대 공동연구팀은 빛 에너지(광자)에 비례해 전하 캐리어 수가 늘어나는 캐리어 증폭현상을 2차원 물질에서 처음 관찰하는데 성공해 태양전지 효율을 획기적으로 늘릴 수 있는 단초를 마련했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2일자에 실렸다. 일반적으로 에너지가 아무리 커도 광자 한 개는 전하 운반입자(캐리어) 한 쌍만 만들어 낼 수 있다. 그렇지만 특정 조건에서는 캐리어 증폭현상이 일어나 광자가 두쌍 이상의 전하입자를 만들 수 있는 것으로 알려져 있었다. 이런 물질은 나노미터 크기의 양자선(線)이나 양자점(點), 2차원 물질이 있다. 2차원 물질은 그래핀처럼 두께가 원자층 수준의 얇은 물질로 기존 물질과는 전혀 다른 물리현상이 나타나 차세대 반도체로 주목받고 있다. 특히 2차원 물질에서는 여분의 빛 에너지가 캐리어로 모두 전환될 수 있다고 이론상 알려져 있지만 관측된 적은 없었다. 연구팀은 캐리어 증폭현상을 발생시킬 수 있는 가능성 높은 후보물질을 합성했다. 그 결과 서로 다른 화합물을 기체로 만든 다음 진공 상태에서 반응을 일으켜 얇은 막을 형성시키는 기상화학증착 방식으로 광변환 효율이 좋은 것으로 알려진 몰리브덴디텔루라이드와 텅스텐디셀레나이드를 대면적으로 합성시키는데 성공했다.이렇게 만들어진 전이금속 칼코젠 화합물을 초고속 분광법으로 분석한 결과 캐리어 증폭현상이 관찰됐다. 관찰 결과 여분의 에너지가 추가 캐리어를 만들어 냄으로써 기존 실리콘 태양전지의 빛-전기 전환효율의 한계인 33.7%를 넘어서는 것이 확인됐다. 이 때문에 연구팀은 이번 합성물질을 태양전지로 활용하면 전지효율을 46% 가까이 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이영희 나노구조물리연구단 단장(성균관대 교수)는 “이번 연구결과를 활용하면 태양전지는 물론 광검출기 등 다양한 광전자 분야 기기를 만드는데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “특히 이번에 찾아낸 2차원 전이금속 칼코젠 소재는 가볍고 우수한 빛흡수력, 뛰어난 내구성, 유연성 때문에 플렉서블 태양전지 상용화까지 기대할 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)과 여러 국제 협력 파트너들은 달 궤도에 유인 우주 정거장인 '루나 게이트웨이'(Lunar Gateway)를 건설하기 위해 힘을 모으고 있다. 루나 게이트웨이 건설은 2022년부터 시작되며 2024년으로 예정된 달 재착륙과 이후 이뤄질 달 탐사의 기반 시설이 될 예정이다. 그리고 더 나아가 달은 물론 화성과 소행성처럼 더욱 먼 우주의 전진 기지로 활용할 예정이다. NASA는 루나 게이트웨이에 지금까지 개발한 최첨단 우주 기술을 모두 적용할 계획이다. 차세대 이온 로켓 엔진인 AEPS(Advanced Electric Propulsion System)가 그 대표적인 사례다. 기존의 화학 로켓은 강력한 힘을 낼 수 있지만, 막대한 연료를 소모한다는 단점이 있었다. 장거리 우주 탐사에서 우주선 무게의 대부분을 연료로 채울 순 없기 때문에 과학자들은 더 연료 효율이 높은 대안을 연구했다. 이온 로켓 엔진은 전자기장의 힘으로 이온 입자를 매우 빠른 속도로 발사해 추력을 얻기 때문에 화학 로켓 대비 절반 이하의 연료로 같은 속도를 얻을 수 있다. 하지만 한 번에 많은 연료를 연소시킬 수 없기 때문에 힘이 약해 우주선 자세 제어나 소형 우주 탐사선 엔진으로 사용됐다. NASA는 로켓 제조 전문 회사인 에어로젯 로켓다인(Aerojet Rocketdyne)사에 기존의 이온 로켓 엔진보다 훨씬 강력한 차세대 이온 추진 엔진인 AEPS의 개발을 의뢰했다.AEPS는 전문적인 용어로 ‘전자기 쉴드를 이용한 홀 효과 로켓'(Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding, HERMeS)라는 형태의 이온 로켓 엔진으로 4.2-12.5kW의 출력을 낼 수 있다. 루나 게이트웨이의 엔진 모듈인 전력 및 추진 장치(Power and Propulsion Element, PPE)에는 이 엔진 네 개가 탑재되어 최대 50kW의 출력을 낼 수 있다. 연료로는 제논(Xenon)이 사용되는데, 루나 게이트웨이에는 5t 정도가 탑재되며 최대 5만 시간 작동할 수 있다. 제논 자체는 비활성 기체로 산소와 반응해 연소하지 않기 때문에 이를 빠른 속도로 방출하기 위해서는 전기 에너지가 필요하다. 이 에너지는 60kW급 태양전지인 ROSA(roll-out solar array)가 공급한다. AEPS는 차세대 우주 탐사의 끝이 아닌 시작이다. NASA는 루나 게이트웨이에서 50kW급 이온 추진 로켓의 신뢰성과 성능을 테스트할 것이다. 그리고 여기서 만족할 만한 성과를 거두면 앞으로 이 기술을 기반으로 더 강력한 이온 추진 로켓을 개발한다는 로드맵을 지니고 있다. 수백 kW급 추전력을 지닌 이온 추진 로켓을 개발할 수 있다면 대형 우주선을 화성과 그 너머로 보낼 수 있을 것이다. 물론 말처럼 간단한 일은 아니지만, 지금처럼 적극적인 연구와 투자가 이뤄진다면 우주 개발의 미래는 밝을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 페로브스카이트 태양전지의 효율과 안정성을 동시에 높이는 소재를 개발했다. 페로브스카이트 태양전지는 효율이 높으면서도 제조 비용이 저렴해 ‘차세대 태양전지’로 불린다. 석상일 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 “새로운 조성의 광흡수층 소재를 제작, 유·무기 하이브리드 페로브스카이트 전지에 적용한 결과 23.7%의 효율을 얻었다”고 8일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다. 태양전지의 핵심 소재는 태양빛을 직접 흡수해 전자를 생산하는 ‘광활성층’이다. 이와 함께 빛을 전기로 바꾸는 효율뿐 아니라 광활성층의 내구성도 중요한 요인이다. 페로브스카이트 태양전지에서는 페로브스카이트 결정 구조를 갖는 물질을 광활성층으로 쓰는데, 빛 전환 효율을 높이는 것과 함께 이 부분의 내구성을 높이는 게 상용화를 위한 과제로 남아 있었다. 광활성층의 효율은 ‘밴드 갭’에 의해 결정된다. 밴드 갭이 좁을수록 태양광 중 흡수 가능한 파장대가 넓어지므로, 효율을 높이려면 페로브스카이트 물질의 밴드 갭을 좁히는 게 중요하다. 그러나 지금껏 광활성층에 넣어주던 메틸암모늄이나 브롬(Br) 같은 물질은 오히려 밴드 갭을 넓혔다. 메틸암모늄의 경우 광활성층의 내구성도 낮춘다. 연구진은 브롬과 메틸암모늄을 대신 2가 양이온(메틸렌다이암모늄)을 첨가했다. 새 첨가물은 결정구조를 안정하게 하면서 효율도 유지했다. 2가 양이온을 첨가한 페로브스카이트 전지의 효율은 23.7%였다. 태양광을 아래서 600시간 연속으로 작동한 뒤에도 효율은 초기의 90% 이상을 유지했다. UNIST는 “무르고 쉽게 녹이 생기는 철에 다른 금속을 소량 첨가해 단단하고 녹슬지 않는 스테인리스 스틸을 만들 듯, 첨가물로 ‘페로브스카이트’의 단점을 잡는 기술”이라고 이번 연구 성과를 소개했다. 석 교수는 “현재 최적화한 전하 전달 소재를 추가로 개발했고 계면 결함 최소화 연구도 진행했다”면서 “이들을 조합하면 26% 이상의 효율 달성이 가능할 것”이라고 전망했다. 그는 또 “UNIST 창업기업인 ‘프론티어에너지솔루션’과 함께 대면적 모듈 기술을 접목해 페로브스카이트 태양전지를 상용화하는 연구를 이어갈 계획”이라고 밝혔다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

유럽 여행을 다녀온 사람들은 고딕양식의 성당에 들어갔을 때 형형색색의 스테인드글라스를 통해 쏟아지는 빛 때문에 황홀경에 빠진 경험이 있을 것이다. 국내 연구진이 스테인드글라스처럼 형형색색의 태양전지를 만들 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 이 기술을 활용하면 지금처럼 지붕이나 건축물 외벽에 보기싫게 설치된 태양전지가 아닌 디자인적 요소까지 가미돼 건물 미관을 해치지 않는 예술적인 태양전지 패널이 설치될 수 있을 것으로 기대된다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학부, 국민대 응용화학부 공동연구팀은 건축물 외벽에 1680만 가지 이상의 색깔을 표현할 수 있는 풀컬러 페로브스카이트 태양전지를 개발했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 성과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 태양전지는 햇빛 중에서 가시광선을 흡수해 빛에너지를 전기에너지로 바꾼다. 사물의 색깔은 그 사물에 반사되는 가시광선에 따라 결정된다. 태양전지에 색깔을 표현하려면 가시광선을 모두 흡수하는 것이 아니라 일부는 반사하도록 해야 하기 때문에 태양전지의 효율이 떨어지게 된다. 이 때문에 태양전지 연구자들은 태양전지의 색 표현과 효율이라는 딜레마에 맞닥뜨리게 된다. 또 현재 사용되고 있는 실리콘 태양전지는 태양광이 전지로 들어오는 입사각도에 따라 발전효율이 달라진다. 이 때문에 건물 외벽처럼 태양광이 비스듬하게 부딪치는 곳에는 설치가 쉽지 않다.연구팀은 빛 반사 영역을 최소화한 나노필터와 입사각의 영향을 받지 않는 페로브스카이트 태양전지를 결합시켜 이런 문제들을 해결했다. 나노필터가 빛 반사 파장과 각도를 최소화하면서 다양한 색깔을 구현하는 동시에 많은 태양광을 흡수하도록 했고 페로브스카이트 태양전지로 태양광 입사각이 달라져도 발전효율 저하가 없도록 한 것이다. 연구팀은 나노필터를 적용한 풀컬러 페로브스카이트 태양전지의 효율을 측정한 결과 19%에 이르는 것을 확인했다. 연구팀은 이와 함께 나노필터에 태양전지 수명을 단축시키는 일명 노화현상을 막기 위해 자외선 차단기능도 추가했다. 장성연 UNIST 교수는 “이번에 개발한 다양한 색깔의 태양전지를 건물 외벽에 적용하면 미적 감각을 살릴 수 있으면서도 에너지를 생산할 수 있기 때문에 건축분야에서 다양하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr