중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 우중솨이(吳忠帥) 연구팀과 바오신허(包信和) 연구팀은 공동으로 성게형 티탄산나트륨과 다공성 활성화 그래핀을 결합하여 고에너지밀도, 고내열성을 보유한 유연성 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터를 개발했다. 마이크로 센서, 마이크로 로봇, 자가동력 마이크로 시스템 등은 마이크로 전기화학 에너지저장 소자를 떠날 수 없다. 해당 소자는 전극 크기가 μm 범위인 소형 전원으로서 유연성, 마이크로화, 지능화 집적 전자 제품의 핵심 전원으로 인정되고 있으며 현재 주로 마이크로 배터리, 마이크로 슈퍼커패시터 및 하이브리드 슈퍼커패시터로 분류한다. 마이크로 배터리는 고에너지밀도를 보유하고 있지만 출력밀도가 낮고 마이크로 슈퍼커패시터는 고출력밀도를 보유하고 있지만 에너지밀도가 낮다. 리튬이온 마이크로 슈퍼커패시터를 대표로 하는 하이브리드 슈퍼커패시터는 마이크로 배터리의 고에너지밀도 장점과 마이크로 슈퍼커패시터의 고출력밀도 장점을 동시에 보유한 신형 마이크로 전기화학 에너지저장 소자이다. 리튬이온 마이크로 슈퍼커패시터는 상기 장점을 보유하고 있지만 규모화 응용 면에서 금속 리튬의 자원 제한 및 비교적 높은 개발원가(리튬의 지각 내 함량은 0.006%) 제한을 받고 있다. 나트륨 자원은 지구자원의 약 2.74%에 달하기에 개발원가가 저렴하며 전기화학적 성질도 리튬과 유사하다. 따라서 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터 개발은 중요한 응용 전망을 보유하고 있다. 연구팀은 성게형 티탄산나트륨을 배터리형 음극으로 하고 다공성 활성화 그래핀을 커패시터형 양극으로 했으며 고압 이온액체 겔 전해액을 결합하여 유연성 나트륨이온 마이크로 슈퍼배터리를 성공적으로 제조했다. 또한 배터리형 음극과 커패시터형 양극의 효과적인 결합을 통해 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터가 3.5V의 고전압 조건에서 안정적으로 작동하게 했고 에너지밀도를 37.1MWh/cm3에 도달시킴과 아울러 초저 자가 방전 속도를 달성했다. 나트륨이온 마이크로 슈퍼커패시터는 다방향 신속 이온 확산 통로를 보유하고 있기에 전하이동 저항을 대폭 감소시킴과 아울러 출력밀도를 뚜렷하게 향상시킬 수 있다. 동시에 소자의 평면기하학적 구조 및 이온 겔 전해액의 비가연성으로 해당 마이크로 소자는 양호한 기계적 유연성 및 80℃ 고온 안정성을 보유하고 있다.

중국선박중공그룹(CSIC) 하이좡(海装)유한회사가 자체 개발한 H210-10MW (메가와트) 해상 풍력 터빈이 설계 인증을 통과하여 중국의 초대형 해상 풍력 터빈의 공백을 메웠다. 기존에 건설된 중국의 해상 풍력발전소는 대부분이 근해에 위치하여 제한 요소가 많다. 심해 풍력 발전은 수심이 50미터 이상인 해역에 위치하여 풍속이 더 크고 풍력이 더 안정적이며 제한 요소가 적다. 또한, 대형 MW급 터빈은 발전량을 대폭 증가시키고 운영비용을 절감할 수 있어 해상 풍력발전의 방향이다. 10MW 해상 풍력 터빈은 향후 해상 풍력 발전 시장을 포착하고 중국의 풍부하고 광범위한 해상 풍력 에너지 자원을 효율적으로 개발하기 위한 주력 모델이다. 연구팀은 10여 년의 발전을 거쳐 CSIC 시스템 내부에서 풍력 터빈 블레이드, 기어박스, 엔진 및 제어 시스템 등 주요 부품을 포함한 전체 풍력 발전 산업 체인을 구축하고 토탈 솔루션 능력을 보유했으며 5MW 해상 풍력 터빈의 양산을 달성했다. CSIC는 지난 2년간 디자인 개발과 기술 공략에 1억 위안(한화 약 165억)이 넘는 자금을 투자하여 로드쉐딩, 블레이드, 피치시스템, 전동체인, 발전 시스템 등 다방면의 핵심 기술을 파악하여 성공적으로 10MW 해상 풍력 터빈을 개발했다. H210-10MW 해상 풍력 터빈은 중국 첫 속도 증가형 10MW급 해상 풍력 터빈이며 또한 중국 최초의 200미터 이상 직경의 해상 풍력 터빈이다. 고효율성, 고신뢰성, 중속, 중압, 집적식 및 전동식의 발전 시스템은 유닛의 가용성, 제조 가능성 및 유지 보수성을 크게 향상시키고 선진적인 전기 이중구동 가변피치 기술은 가변피치 시스템의 구동 능력과 안전 수준을 향상시켰다. 중국 첫 100m급 초장 유연성 탄소섬유 블레이드를 탑재한 10MW 해상 풍력 터빈은 중국의 다양한 해상 풍력구에 저면적으로 응용될 전망이다. 연간 평균 풍속이 10m/s(표준 공기 밀도)인 동일한 풍력 자원 조건에서, H210-10MW 유닛의 발전량은 H151-5MW 유닛에 비해 98% 증가할 수 있다.

난카이대학교 화학대학 천융성(陈永胜) 연구팀은 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 구비한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조하여 유연한 유기태양전지 구축에 사용한 결과 상업 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO) 유리전극을 사용한 장치와 동일한 성능을 획득했고 광전 변환(photoelectric conversion)효율은 16.5%에 도달했다. 이로써 기존 유연성 유기/고분자 태양전지가 기록한 광전변환효율 최고치를 경신했다. 해당 성과는 "Nature Electronics"에 게재되었다. 유연성 전자장치 특히 유기재료 기반 광전장치는 미래 전자장치의 발전추세로서 밝은 응용전망을 보유한다. 그 중 고성능 유연성 투명전극은 고효율 유연성 유기광전장치의 선결조건이다. 하지만 높은 전기전도성과 투과성, 낮은 표면조도를 동시에 보유하면서도 제조방법이 간단하고 친환경적인 유연성 투명전극 획득은 아직도 어려운 문제로 남아있다. 고성능 유연성 투명전극의 부재로 현재 유연성 유기광전장치 성능은 여전히 강성(rigidity)장치에 비해 많이 뒤떨어진 상황이다. 유연성 투명전극은 일반적으로 건식법(예를 들면 증착) 또는 용액처리[예를 들면, 슬릿 프린팅(Slit printing), 나노임프린트(nanoimprint) 또는 전기방사(electrospinning) 등] 공법으로 제조한다. 용액처리 방법은 건식법에 비해 원가가 저렴하고 대규모 프린팅 제조가 가능한 등 장점이 있어 잠재적 발전성이 크다. 연구팀은 고분자 전해질로 "유사격자" 구조를 보유한 은나노 와이어 유연성 투명전극을 제조해 우수한 성능을 구현했다. 동 유연성 투명전극은 표면조도가 낮고 기계적 성능 및 안정성이 양호하며 제조방법이 간단하고 친환경적이다. 해당 유연성 투명전극의 유기광전장치에서의 실용성을 입증하기 위해 연구팀은 해당 유연성 투명전극 기반 유연성 유기태양전지를 제조했다. 연구 결과, 해당 전극은 다양한 유형의 활성재료 및 단접합(unijunction)/적층 태양광발전장치에 적용 가능했다. 단접합/적층 유연성 유기태양전지의 광전변환효율은 각각 13.1%와 16.5%에 도달했고 기계적 성능도 양호했는바 연속 1,000회 굽힌 후에도 초기효율의 95% 이상을 유지했다. 저원가 고성능 유연성 투명전극은 유기태양전지 외에 유기발광다이오드(OLED), 트랜지스터, 센서 등 분야에서도 광범위한 응용잠재력을 보유한다.

중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 기술생물·농업공학연구소 우웨진(吳躍進) 연구팀은 천연광물 및 복합개질재료를 기반으로 3가지 종류의 신형 유실 제어 복합비료를 개발했다. 해당 복합비료는 토양의 "입단구조" 형성 촉진을 통해 토양공극을 감소시킴으로써 양분의 "완효성 방출"을 달성했다. 뿐만 아니라 비료효과 지속 시간을 연장시켜 후기 추비(Top dressing) 인력원가를 절감시켰다. 재배시험 결과, 1무(약 666.67㎡)당 벼 수확량이 100kg 이상 증가된다. 벼 고수확량을 달성하려면 화학비료를 시비해야 한다. 하지만 화학비료는 빗물에 의한 유실로 비료 낭비뿐만 아니라 환경오염도 초래한다. 또한 양분을 보충하기 위해 벼 재배 후기에 여러 번 추비하는데 이는 비료 및 인력 원가를 증가시킴과 아울러 쌀의 입맛을 감소시킨다. 2019년 6월, 연구팀은 안후이(安徽) 루안(六安)의 80무 논밭에서 동일한 품종 벼 "중허유 1호(中禾優1號)"를 재배하는 과정에서 3가지 종류의 신형 유실 제어 복합비료와 일반 화학비료 시비효과 비교 실험을 가동했다. 4개월 재배한 후, 안후성농업기술보급소, 안후이농업대학, 안후이성농업과학원 등 기관의 전문가로 구성된 전문가팀이 시험논의 성숙된 벼에 대한 수확량 측정 검수를 수행한 결과, 일반 화학비료 시비 및 후기에 여러 번 인공 추비한 논에 비하여 1차적으로 신형 유실 제어 복합비료를 시비한 3개 논의 1무당 수확량은 104~186kg 증가되어 증가폭은 19% 이상에 달했다. 해당 신형 화학비료의 주요 역할은 후기 인력 투입 절감이다. 이는 현재 농촌 노동력이 부족한 상황에서 벼 수확량 증가를 달성하는데 중요한 의미가 있다. 연구팀은 심층적인 연구 및 테스트를 수행하여 해당 신기술의 보급을 추진하고 있다.

칭하이(青海)성 궈뤄(果洛)장족자치주 간더(甘德)현 장쳰(江千)향 싼장위안(三江源) 지역의 첫 생활쓰레기 저온열분해 처리장이 본격 운영에 들어갔다. 싼장위안 지역은 중국, 나아가서 아시아의 중요한 수원함양 생태기능 구역으로서 생물 다양성 자원의 보물고이자 중요한 유전자풀이다. 또한 "중화 급수탑" 및 "고산생물 자연생식질자원 데이터베이스"로 불리며 생태적 위치가 독특하고 대체 불가능하다. 2018년 말에, 칭하이성 과학기술청과 궈뤄장족자치주인민정부는 의정서를 조인하고 궈뤄주 발전 방향과 목표에 기반하여 생태문명 건설과 특색 산업 발전에 초점을 맞추어 전통 산업을 적극 활성화시키고 새로운 특색 산업을 발전시키며 빈곤해탈 난관공략과 향진 진흥을 추진하고 궈뤄 특색의 현대 산업 기술 체계를 적극 구축하기로 하였다. 칭하이성과학기술청 사회발전과학기술처는 싼장위안 지역의 오염퇴치 공방전을 적극 전개하고 궈뤄주 전지역의 쓰레기 제로화를 위한 기술적 지원을 제공하고 칭하이사범대학 등과 협력하여 "고해발 농목구 촌진 쓰레기 무공해 처리 연구 시범" 과학기술성과 전환 프로젝트를 실시했다. 장쳰향 생활쓰레기 저온열분해 처리장은 해당 프로젝트의 시범처리장 중 하나로서 면적이 400평방미터이고 총투자가 165만 위안이며 하루 생활쓰레기처리량이 1.22톤에 달한다. 해당 쓰레기 처리장은 칭하이고원 농목지역의 고해발, 저기압, 고한 등 특성에 맞추어 저온열분해 기술을 이용하여 쓰레기 가연성 물질을 열분해 연료로 하고 열화학반응을 이용하여 대분자 물질을 소분자 물질로 분해하고 습식 정전기 정화, 배기가스 처리 스프레이, 배기가스 촉매 등 처리 과정을 거쳐 저에너지 쓰레기 처리, 무연무색의 배기가스를 달성하고 배출가스와 회분이 국가배출표준에 부합되었다.

최근, 시안(西安)교통대학 첨단과학기술연구원 신경·질병연구센터 연구팀은 최초로 뇌속에 감각 조절 피질이 척수로 향한 직접 투사가 존재함과 아울러 척수 통각 정보 증폭 효과에 직접 참여함을 입증하였다. 해당 효과는 뇌간 통각 조절 계통과 직접적인 관련성이 없다. 관련된 연구성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 연구팀은 인체 척수 전체 세포 패치 클램핑 기록, 형태학적 추적, 면역전자현미경 및 광유전학 기술 등에 대한 종합 이용을 통하여 전방대상피질(Anterior cingulate cortex, ACC)에 척수로 향한 직접 투사가 존재할 뿐만 아니라 직접 척수의 흥분감각 정보 전달을 증폭함을 발견하였다. ACC는 가능하게 척수로의 직접 투사 또는 뇌간 유도에 의한 척수로의 투사를 통하여 척수 감각 정보 전달에 대한 중추신경계 내에서의 하향 활성화 조절 작용을 일으켜 감각 정보가 말초신경 감각 말초로부터 척수에 전달되게 하며 더 나아가 상향으로 감각 피질에 전달되게 한다. 그러나 운동 정보는 운동 피질에서 근원되었기에 하향으로 직접 척수에 전달된다. 기존의 연구에서 감각 피질에 존재하는 척수로의 직접 투사를 발견하지 못하였다. ACC는 둘레계통의 일부분이며 감각 및 관련 정서, 인지 기능과 관련성이 밀접한 핵군이다. 해당 연구는 뇌속 통증 조절 시스템에 대한 연구에 중요한 의미가 있고 감각 피질의 척수 뉴런 활성 하향 조절 연구에 새로운 아이디어를 제공하였다. 또한 기존의 뇌간-척수 하향 조절 특히 하향 활성화 조절 연구에 중요한 보충작용이 있다. ACC의 흥분성은 만성통증 상황에서 지속적으로 증가되지 않는데 이는 만성통증 유지에 대하여 아주 중요한 역할을 일으킨다. 만약 유전학 및 약리학 방법을 통하여 해당 흥분성을 감소시키면 진통작용을 일으킬 수 있다. ACC 흥분성의 증가는 척수 통증 신호 진입의 증폭을 유발하여 통증 환자가 통증에 대한 더욱 큰 민감성이 대뇌에서 구현되게 할 뿐만 아니라 척수에서도 구현되게 한다. 해당 연구의 심층적 추진은 향후 새로운 치료 방안 및 약물을 개발하여 환자의 만성통증을 통제하는데 중대한 의미가 있다.

난카이(南开)대학 약물화학생물학 국가중점연구실 류준펑(刘遵峰) 연구팀과 미국 텍사스대학 달라스캠퍼스 Ray H. Baughman 연구팀은 공동으로 개발한 유연성 냉동 신전략-"비틀림열 냉동" 기술이 "Science" 온라인에 소개되었다. 연구에 따르면 섬유 내부의 비틀림 정도를 변경하면 냉각을 달성할 수 있다. 해당 방법으로 제조한 "비틀림열 냉장고"는 냉동 효율이 더 높고 체적이 더 작으며 친환경적일 뿐만 아니라 천연고무, 낚싯줄, 니켈-티타늄 합금 등 다양한 일반 재료에 적용 가능해 그 전망도 밝다. 예비 실험 결과, "비틀림열 냉동" 기술의 카르노 효율은 67%에 달할 수 있다. 이는 냉동에 고무, 낚싯줄과 같은 일반 재료를 사용하여 더 높은 카르노 효율을 달성함으로써 더 많은 전기에너지를 절약하고 냉동 비용을 절감할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 고무, 낚싯줄, 직물선 및 강도가 더 크고 열전달이 더 빠른 니켈-티타늄 형상기억합금을 이용하여 "비틀림열 냉동"을 테스트했다. 그 결과, 체적이 더 작고 강도가 더 크며 효율이 더 높은 냉동 효과를 달성했다. 또한, "비틀림열 냉동" 기술에 기반하여 냉장고 모형을 제작하고 3개의 니켈-티타늄 합금선을 냉동 재료로 하여 흐르는 물의 온도를 섭씨 7.7도 낮추었다. "비틀림열 냉장고"의 상업화의 길은 아직 멀지만 많은 기회와 도전도 존재한다. 신소재를 개발하여 순환 사용 수명을 늘리고 입력 작업을 합리적으로 이용하여 효율을 높여야 하는 도전과 기존의 상용 재료를 사용하는 것 외에도 "비틀림열 냉동" 재료를 심층 최적화하여 최적의 성능을 획득할 수 있는 잠재적 기회가 존재한다. 해당 냉동 기술은 냉동 분야에 새로운 영역을 확장하고 냉동 분야의 에너지 소모를 감소하기 위한 새로운 방법을 제공한다.

홍콩과기대학 연구팀은 친환경 세균인 남조류가 시아노파지(cyanophage)라 불리는 바이러스에 의해 사멸되는 메커니즘을 규명했다. 해당 새 발견은 남조류의 이산화탄소 흡수능력을 향상시킴과 아울러 향후 지구온난화 완화에도 일조할 전망이다. 해당 성과는 "PNAS"에 게재되었다. 남조류는 해양에서 광합성을 통해 해양생물에 산소를 제공한다. 남조류는 지구 이산화탄소량의 20% 이상을 흡수한다. 한편 세계적으로 매일 약 50%의 남조류가 포식 또는 바이러스 감염으로 사멸된다. 그 중 시아노파지 바이러스에 의해 매일 사멸되는 남조류만 전세계 총량의 약 20%를 차지한다. 연구팀은 실험실에서 배양한 시아노파지로 5년 동안 연구한 끝에 남조류가 광합성을 통해 생산한 에너지가 시아노파지의 남조류 감염 연료로 활용됨을 발견했다. 시아노파지는 주간에 남조류 세포 구조를 충분히 파괴하는 등 모든 감염과정을 완수함으로써 야간의 남조류 사멸을 초래한다. 해당 시아노파지 바이러스의 일주기 리듬 발견은 과학계 최초이다. 주야순환(day-night cycle)이 어떻게 시아노파지 감염과정을 제어하는지를 규명하는 것은 남조류의 피감염 위험을 낮추는데 도움이 될 뿐만 아니라 남조류의 이산화탄소 흡수능력을 증가시키는 등 지구온난화 속도 완화에 일조할 수 있다. 많은 인간질환은 바이러스에 의해 유발된다. 현재 바이러스 감염이 생체리듬 및 주야순환의 영향을 받음이 발견되어 인간 항바이러스 약물 연구에 새로운 시사점을 제시할 전망이다.

최근 중국과학원 미생물연구소 리인(李寅) 연구팀은 생물광발전(biophotovoltaics, BPV)광전 전환 효율을 향상시키기 위해 정향성 전자류를 보유한 합성 미생물군을 개발하여 남조류의 직접 전기 생산 활성이 미약한 문제점을 해결했다. 해당 성과는 "Nature communications"에 게재됐다. 신재생에너지의 개발과 활용은 인류 사회의 지속 가능한 발전에 있어서 반드시 거쳐야 할 길이다. 태양에너지 이용의 주요 방식인 태양광발전의 기술 핵심은 반도체 재료를 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 전환하는 것이다. 에너지 전환 효율의 지속적인 향상과 제조비용의 절감으로 전세계 태양에너지 발전 장치의 누적 용량은 500GW를 초과한다. 그러나 부분적 태양광발전 재료에 함유된 독성 원소 및 폐기 태양전지 패널의 회수 어려움 등은 태양광발전의 보급과 함께 환경에 가져다주는 잠재적 위험을 무시할 수 없다. BPV는 태양에너지 이용에 생물학적 경로를 제공한다. BPV는 광합성 미생물(예를 들면 남조류)을 광전 전환 재료로 하며 탄소중립(Carbon neutral), 양호한 환경 적합성 및 잠재적 저원가 등 장점을 보유하여 친환경 차세대 태양광발전 기술로 거듭날 전망이다. 남조류 등 광합성 미생물은 아주 높은 광합성 효율을 가지지만 전기 생산 활성이 아주 약하기 때문에 기존의 BPV 시스템의 출력 전력은 태양광발전보다 3개 자릿수 이상 낮다. 남조류를 직접 개조하여 전기 생산 활성 강화를 달성한 성공적 사례는 없다. 해당 합성 미생물군은 광에너지를 d-젖산에 저장하는 공정 남조류와 d-젖산을 효율적으로 이용하여 전기를 생산하는 슈와넬라균(Shewanella)으로 구성되었다. 해당 합성 미생물군에서 d-젖산은 두 가지 미생물 사이의 에너지 운반체이다. 남조류는 광에너지를 흡수하고 CO2를 고정시켜 에너지 운반체 d-젖산을 합성하며 슈와넬라균은 d-젖산을 산화하여 전기를 생산한다. 이렇게 광자에서 d-젖산으로, d-젖산에서 전기에너지로의 정향성 전기류를 형성함으로써 광에너지에서 화학에너지로, 화학에너지에서 전기에너지로의 에너지 전환 과정을 완성한다. 연구팀은 유전, 환경 및 장치 분야의 설계, 개선 및 최적화를 통하여 두 가지 미생물 사이의 생리학적 비호환성 문제를 효과적으로 극복하였다. 이렇게 구축된 이중균 생물광발전 시스템은 효율적이고 안정적인 전력 출력을 구현했으며 최대 전력 밀도는 150 mW/m2에 달해 기존의 단일균 생물광발전 시스템보다 10배 이상 향상되었다. 연속 유가배양 방식을 이용하면 해당 이중균 생물광발전 시스템은 40일 이상의 안정적인 전력 출력을 달성할 수 있다. 또한 평균 전력 밀도는 135 mW/m2으로 비교적 높은 수준에 도달하며 전기 생산 시간과 단일 장치 출력 전력에서 모두 현재 BPV 시스템의 최고 수준에 도달했다. 해당 성과는 국제적으로 정향성 전자류를 가진 합성 미생물군을 이용하여 생물광발전을 구현한 최초 보고이다. 또한 중국의 최초 생물광발전 원형 장치이다. 해당 연구는 정향성 전자류를 갖는 합성 미생물군은 BPT 광전 전환 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 것을 입증하였고 생물광발전의 효율과 수명은 개선하기 어렵다는 고유의 인식을 깼으며 BPV 광전 전환 효율을 향상시키기 위한 중요한 기반을 마련했다.