기술동향
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비결맞음 조작 조건에서의 양자상태 전환 구현

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 폴란드 바르샤바대학교(University of Warsaw)/독일 울름대학교(University of Ulm) 이론물리학자와 공동으로 최초로 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 실험설계를 통해 이를 검증하였다. 해당 성과는 "npj Quantum information"에 게재되었다. 최근 엄밀한 양자결맞음성 정의의 제안은 양자결맞음성 자원이론의 발전을 촉진하고 있다. 양자중첩성(quantum superposition)을 정량화하는 양자결맞음성은 양자물리/양자정보학의 핵심으로서 다양한 양자임무(예를 들면, 양자컴퓨팅, 양자통신 등) 수행에 중요한 응용가치가 있다. 연구팀은 비결맞음 조작 조건에서의 큐비트 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 해당 결과를 분산시스템(distributed system) 결맞음 전환 연구에 확장시킴으로써 이체(two-body) 순수상태(pure state)의 보조적 전환을 완전히 해결함과 아울러 혼합상태(mixed state)의 보조적 전환도 일부분 해결하였다. 연구팀은 상기 이론적 작업을 토대로 일련의 실험을 설계해 이를 검증하였다. 연구팀은 큐비트를 광자의 편광상태(polarization state)에 인코딩하여 최초로 완전 광학적 엄격한 비결맞음 조작장치를 설계하였다. 또한 단일큐비트/분산시스템에서 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환을 고충실도로 구현하였다. 실험 결과, 광학기술을 이용해 양자상태의 비결맞음 조작 조건에서의 전환연구를 쉽게 수행할 수 있었다. 이는 구체적인 응용에서 기존의 광학기술로 결맞음성 전환을 구현하는데 기반을 마련하였다.

핵융합에너지 개발에 톈허1호 슈퍼컴퓨터 응용

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국가 슈퍼컴퓨팅 톈진센터(NSCC- TJ, 國家超級計算天津中心)는 5월18일 중국 자기밀폐융합 대형 수치시뮬레이션연구팀과 협력계약을 체결하였으며, 이는 ‘톈허1호’슈퍼컴퓨터가 처음으로 핵융합분야에 응용된 것이다. 지금까지 ‘톈허1호’ 응용분야의 등록 사용자는 100개에 육박하였다. NSCC-TJ 응용부 맹샹페이(孟祥飛)부장에 의하면, ‘톈허1호’는 자기밀폐융합 시뮬레이션연구를 위한 충분한 컴퓨팅자원을 제공하고, 슈퍼컴퓨팅센터에서 주요 시뮬레이션코드의 운행과 최적화를 지원하기도 한다.   ‘톈허1호’는 현재 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터이며, 석유탐사, 바이오의약, 애니메이션, 기상예보, 금융위험분석 등에서의 응용에 성공하였다. NSCC-TJ에 등록한 사용자는 90여개가 있으며, 사용량이 많을 때 사용률은 80%를 초과한다.

중국과학원, 과학연구를 위한 Super Computing 응용환경 조성

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지난 4월22일 중국과학원 ‘슈퍼컴퓨팅환경 조성과 응용’프로젝트가 중국과학원 전문가팀의 심사를 통과하였다. 이 프로젝트는 중국과학원 ‘제11차 5개년계획’ 정보화 전문프로젝트 중 하나이다. 프로젝트 책임자인 중국과학원 컴퓨터네트워크정보센터 츠쉐빈(迟学斌)연구원은 “이 슈퍼컴퓨팅 환경의 구축으로 인해 중국과학원의 슈퍼컴퓨팅 능력과 응용분포가 베이징에서 전국으로 확산할 것”이라고 말하였다. 베이징에 본부를 설립한 것 외에 중국과학원은 쿤밍(昆明), 다롄(大连), 칭다오(青岛) 등에 바이오정보, 재료과학 및 기후모델 등의 8개 슈퍼컴퓨팅센터를 설립하였다. 쯔진산(紫金山)천문대, 상하이(上海)천문대, 신장(新疆)생태와 지리연구소, 푸젠(福建)물질구조연구소 등 17개 중국과학원 연구소들이 슈퍼컴퓨팅그리드 환경에 가입하였다. 이로써 슈퍼컴퓨터센터, 지부센터 및 중국과학원 원급 센터로 구성된 ‘3층’ 슈퍼컴퓨팅환경이 구축되었다. 현재 슈퍼컴퓨팅환경의 CPU컴퓨팅능력은 300테라옵스를 초과하고, GPU컴퓨팅능력은 약 3,000테라옵스로 중국에서 앞장서고 있다. 프로젝트팀에 의하면, 이 슈퍼컴퓨터환경의 특징은 각종 과학연구를 지원하는 것이다. 프로젝트팀은 다양한 전문가들과 협력하여 다양한 전용소프트웨어를 개발하였다. CPU는 여러 분야의 과학연구를 지원할 수 있고, GPU도 특정 분야의 과학연구컴퓨팅을 지원할 수 있다. 프로젝트를 통해 197세트의 소프트웨어를 개발하였다. 중국과학원 컴퓨터네트워크정보센터는 중국과학원 컴퓨팅연구소와 제휴하여 지적재산권을 가진 그리드소프트웨어 SCE를 개발하고 1건의 국외특허를 출원하였다. 응용분야는 지구, 생명, 정보, 우주항공, 물리, 화학, 재료, 천문 등을 포함한다. 지금까지 이 프로젝트를 통해 구축된 중국과학원 슈퍼컴퓨팅그리드 환경은 사용자들에게 계산물리, 계산화학, 재료과학, 유체동력학, 공학컴퓨팅 등 여러 분야 68개 애플리케이션을 제공하였다. 이 환경에 제출된 그리드작업은 5만개를 초과하고, 누계 사용시간은 600만 시간(walltime)을 초과하였다. 이 프로젝트를 통해 여러 컴퓨팅노드로부터 슈퍼컴퓨팅그리드환경으로의 전환을 실현하고 자원통합과 공유, 자원 이용률 향상 등을 실현하였다.

중국 첫 자주적 지적재산권을 가진 상변화메모리칩 개발

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중국과학원 상해마이크로시스템 및 정보기술연구소(SIMIT)는 중국 첫 자주적 지적재산권을 보유한 상변화메모리칩(PCRAM)을 개발하였다. 이로써 외국이 메모리칩 제조 기술을 장기적으로 독점한 상황은 변경되었다. 이 기술의 산업전망은 넓다. 전문가에 의하면, 전통적 메모리가 전하로 저장하는 방식과 비교하면 상변화메모리는 가역 상변화 재료 결정상태와 비결정상태의 전도성 차이에 의해 스토리지를 실현함으로 ‘원자배열을 제어하여 스토리지를 실현’한 신 메모리로 불린다. SIMIT 숭지탕(宋志棠)연구원 겸 PCRAM프로젝트 책임자에 의하면, PCRAM상변화메모리는 현재 반도체메모리 시장 주류인 DRAM, SRAM 및 FLASH 등 메모리의 장점을 조합한 것 뿐 아니고 축소성능 우월, 비휘발성, 긴 순환수명, 강한 데이터안정성, 낮은 소비전력 등 장점을 지니고 있음으로써 차세대 비휘발성 메모리 기술의 최적 방안 중 하나로 간주되었다. 현재, 인텔, 맥과이어스, 삼성 등 국제 유명 반도체업체들은 PCRAM산업화를 추진하는 데에 성과를 거뒀다. 맥과이어스는 NOR FLASH를 대체하는 제품을 보유하고 있고, 삼성은 최대 용량 512Mb의 PCRAM실험칩을 개발하고 양산하여 휴대전화 메모리카드에 응용하고 있다. SIMIT가 개발한 PCRAM실험칩의 메모리용은 8Mb이고, 8인치 실리콘 웨이퍼 상 모든 메모리칩의 스토리지 단위 수율은 99%이상이다. SIMIT는 음성연시를 통해 실헙칩이 읽기, 쓰지, 지우기 등 메모리기능을 완성한 것을 증명하였다. 2010년 연말까지 SIMIT는 PCRAM 상변화메모리를 통해 50여건 발명특허권을 획득하고 150여건 특허를 공개하였다. 관계 특허는 재료, 구조공정 및 설계부터 테스트까지 칩의 생산프로세스를 포함한다. 이 PCRAM칩은 NOR FLASH등 전통 메모리를 대체하여 휴전전화메모리, 무선주파수 인식 등 다양한 소비형 전자제품에 응용될 것으로 전망된다. 숭지탕연구원에 의하면, 현재 중국 반도체 메모리시장규모는 1,800억 위안에 육박하였으나 자주적 지적재산권을 갖춘 제조 기술이 장기적으로 결핍하기 때문에 중국 메모리 생산비용은 매우 비쌌다. 그는 “PCRAM 상변화메모리의 개발로 인해 중국 메모리칩 생산은 외국의 기술독점상황에서 벗어났다”고 말하였다. PCRAM상변화메모리를 올해 양산할 계획이며 “10년 동안 중국 메모리 자급자족율을 60%에 높일 계획”이라고 더 붙였다.

중국 첫 자동차 텔레매틱스산업연맹 성립

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인터넷의 업그레이드된 응용버전으로 ‘사물인터넷(internet of things, 物联网)’는 IT업의 다음 블루오션으로 간주되었다. 4월12일 FOTON자동차는 중국 북두위성(北斗卫星) 위치서비스제공업체, 3G무선통신공급업체, 네트워크 소프트웨어개발업체, 네트워크장비공급업체 등 산업체인자원들과 제휴하여 ‘북경 자동차텔레매틱스산업연맹(北京汽车物联网产业联盟)’를 성립하였다. FOTON자동차, 차이나유니콤, 차이나모바일, 중국물류구매연합회(CFLP), 중국 창고와 보관협회(CAWS) 전문위원회, BDStar Navigation(北斗星通), TEAMSUN(华胜天成), NavInfo(四维图新), 디지털차이나(神州数码) 등 18개 기업과 기관은 첫 차 회원들이다. 황샤오칭(黄晓庆) 차이나모바일연구원장은 “사물인터넷 응용은 무한한 전망을 갖추고 있으나 가장 먼저 돌파될 분야는 자동차 텔레매틱스일 것”이라고 역설하였다. 자동차텔레매틱스는 타당성, 현실성 및 시장수요 등 방면에 실시여건을 갖추고 있다. 하드웨어의 경우, 자동차 ‘지능화’추세는 점차 분명해지고 있으며, 자동차 전자장비의 발전으로 인해 사물인터넷응용의 기본여건은 구비되었다. 자동차 자체의 특징을 보면, 이동하고 상대적으로 폐쇄된 공간에서 운전자는 자동차의 지능화정도에 상당히 의존하고 외부의 정보를 많이 필요로 한다. 자동차텔레매틱스를 통해 운전안보정보, 도로상황, 주차안내 등 자동차 응용정보 외에 오락, 원격통신 등 추가기능을 쉽게 개발할 수 있다. 조징광(赵景光) FOTON자동차 대변인은 “컴퓨터와 모바일제품은 인터넷응용의 매개로서 콘텐츠공급업체와 서비스공업업체의 번창을 추진한다고 하면, 자동차는 새로운 인터넷 매개로서 새로운 콘텐츠 공급업체와 서비스공급업체의 번창을 추진할 수 있다”며 “이는 자동차텔레매틱스의 시장가치이며, 자동차, 전기통신 및 소프트웨어업체의 투자를 격려하고 있다”고 말하였다. 관계기관에 의해 자동차텔레매틱스는 ‘제12차 5개년’ 동안 중점 지원대상으로 확정되었다. 중국 공업과 신식화산업부는 자동차텔레매틱스산업발전을 촉진하기 위해 산업계획, 기술표준 등 여러 분야에서 자동차정보서비스에 대한 지원을 강화할 예정이다. 자동차텔레매틱스프로젝트는 중국 중대 프로젝트로 입안되고 정부지원을 받을 수 있을 수도 있다. 세계 자동차업체들이 ‘사물인터넷’ 개입에 경쟁 1990년대 자동차 제조업체들은 인터넷응용 비즈니스기회를 발견한 후 자체 자동차 인터넷응용플랫폼을 개발하고 ‘Telematics’로 불렀다. 세계 주요 자동차업체들은 자사의 Telematics플랫폼을 각각 확보하였으며, 최근 2년 동안 Telematics를 중국에 도입하였다. GM자동의 Onstar는 중국에서 ‘안지씽(安吉星)’이라고 불리고, 현재 사용자를 20만명 확보하였으며, 향후 사용자당 780위안의 최저 연 요금을 징수할 예정이다. Toyota자동차의 G-Book서비스플랫폼도 중국에 도입되었다. 중국 국내에 SAIC Group(上汽集团)는 자체브랜드 Roewe350에 지능형 네트워크 트래픽 시스템을 설치하고 차이나유니콤의 WCDMA 3G네트워크를 기반으로 하여 정보검색, 도로상황 실시간 안내, 주식거래와 커뮤니티교류 등 인터넷응용을 실현할 수 있음으로 자동차텔레매틱스 초기형태를 갖췄다. 지난달에 FAW그룹은 Datang와 제휴하여 자동차텔레매틱스실험실을 공공 오픈하였으며, 자동차 쇼핑플랫폼을 공동 출시할 예정이다.

'13.5' 기간 중국의 주요 우주계획

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(1) "2룸1홀" 우주 정거장 건설 "13.5"기간 중국은 일련의 유인 우주공정을 실시하게 되는데,2016년 하반년에는 톈궁2호 우주실험실을 발사하고 이어서 선저우(神舟)11호 유인 우주선과 톈저우(天舟)1호 화물우주선을 발사하여 톈궁2호와 도킹하게 된다. 2018년쯤에 실험성 핵심선실을 발사하고 2022년쯤에 20톤급 우주정거장을 건설하게 된다. 건설되게 될 우주정거장은 하나의 핵심선실과 두개의 실험선실로 전체가 T자형 구조를 이루게 되며, 핵심선실의 5개 인터페이스는 하나의 화물우주선과 두개의 유인 우주선을 도킹할 수 있고 또 다른 하나는 우주 비행사가 우주활동을 하도록 설계되었다. (2) 달의 뒷면 탐사 향후 2년 내에 창어(嫦娥)5호, 4호 탐지기가 달에 발사되는데 창어5호는 2016년에 조립 및 실험을 마치고 2017년에 발사될 예정이다. 창어5호 탐지기는 중국 우주역사에서 처음으로 달 표면에서의 자동 샘플링, 달 표면에서의 이륙, 38만킬로미터 밖 달 궤도에서의 무인 도킹, 달의 토양을 싣고 제2우주 속도로 지구에 돌아오기 등 4가지 임무를 수행하게 된다. 또한 창어 4호 임무는 중계위성으로서 지구와 달의 L2점에 발사하게 되며 또한 착륙기와 순찰기를 달 표면에 연착륙을 실현한다. 2018년 6월에 중계위성을 발사하고 연말에 착륙기와 순찰기를 발사하게 된다. 이 중계위성의 발사로 인해, 지구와 달에서 직접적으로 연계할 수 없었던 어려움을 극복하게 된다. (3) 한꺼번에 "우회, 착륙, 순찰" 화성탐측을 실시 2011년 중국 최초 화성탐측기 잉훠(萤火)1호는 러시아의 푸부스(福布斯)-토양호 화성탐측기 내부에 실려 발사되었는데, 탐측기가 궤도 변경에 실패하고 우주에서 방향을 잃어버렸다. 그후 수년 동안 중국의 화성탐사계획이 보류되었고 "아세아 최초 화성 탐사기"의 영예는 인도 만가리안(曼加里安)호에 의해 실현되었다. 중국은 2022년에 화성탐사기를 발사하여 수개월 후에 화성에 도착시킬 예정이다 (4) 베이더우(北斗)항법 고밀도로 지구전체를 피복 2015년 3월부터 2016년 2월까지 베이더우공정에서 5개 차세대 베이더우 항법위성을 발사하였는데 새로운 항법신호와 위성 간 연계 등 실험검증을 실시하고 또한 적시적 네트워크를 제공하였다. 이로써 베이더우가 지구전체를 피복하는 실질적인 첫발을 내디졌다. 2016년에 2개 베이더우 항법위성을 발사하여 이미 발사한 위성의 백업과 최소 보장을 실시하게 되며 2018년 전까지 18개 베이더우 위성을 발사하면 지구전체를 피복하는 기본적인 임무를 완성할 수 있다. 계획에 따라 베이더우 시스템은 2018년에 "일대일로" 관련 국가에 기본 업무를 제공하게 되고 2022년쯤에 5개 정지궤도 위성과 30개 비정지궤도 위성으로 구성된 지구위성 항법시스템을 구축하여 전세계를 피복하는 고밀도, 신뢰도가 높은 추적, 항법과 시간서비스를 제공하게 된다. (5) 고해상도 지구관측 시스템 구축 2016년 1월 5일에 가오펀 4호 위성에서 첫 이미지가 발송되었는데 이미지품질이 우수하여 기대한 목표에 도달하였다. 가오펀 4호는 궤도 상공 36000킬로미터 궤도에 위치해 있어 중국 주변 서태평양과 인도양을 주시하는데 해상도는 50미터에 달한다. 이미 발사한 가오펀 1호와 2호 위성의 데이터는 여러 사업에 광범위하게 응용되고 있는데 지금까지 21개 성급행정구에 데이터 및 응용센터가 건설되었다. 2016년 8월에 1미터 해상도 레이더 측지위성 가오펀 3호를 발사하게 되고 기타 가오펀 시리즈 위성은 2020년쯤에 발사하게 되는데 공간 고해상도, 시간 고해상도와 스펙트럼 고해상도로 지구를 관측할 수 있는 시스템이다. (6) 차세대 운반로켓이 임무를 주도 2016년에 주목을 받는 중국 차세대 운반로켓 창정(长征)5호와 7호가 등장하게 되는데 창정7호는 이미 전면적 조립단계에 진입하였고 2016년 6월에 발사될 예정이며 향후 화물비행선을 운반하게 될 창정5호는 2016년 9월에 첫 비행을 진행하게 될 예정인데 동 중국 운반로켓의 적재능력은 세계 주류와 맞먹는다. 또한 창정5호는 중국 달탐사3기 임무에 동력을 제공할 것이다. 2015년 9월에 중국은 또 다른 두개 차세대 운반로켓 창정6호와 창정11호의 첫 비행에 성공하였는데 창정6호는 20개 위성을 우주에 보낼 수 있는데 이는 중국에서 하나의 로켓으로 여러 위성을 동시에 발사하는 새로운 기록을 남기게 된다. 창정11호는 다양한 적재량, 다양한 궤도의 다양한 발사 임무를 만족시킬 수 있고 24시간 내에 발사준비를 마칠 수 있어 빠른 속도로 임무를 완성할 수 있는 능력을 제고하였다. 중국은 중형운반로켓에 대한 심화 논증을 완료하였으며 향후 15년 내에 첫 비행을 진행하게 되는데 운반능력은 기존의 운반로켓의 5배가 될 것이다. 이로써 사람을 싣고 달에 착륙하고 화성에서 샘플을 싣고 지구에 돌아오는 등 임무의 수효를 만족시킬 것이다.

중국에서 선보인 신에너지 전기 항공기 – 루이샹 RX1E

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중국 첫 신에너지 항공기-루이샹(銳翔)RX1E 2인승 전기 경량항공기가 최근 저온 시험 비행 테스트를 성공적으로 마치고 양산단계에 들어갔다. 현재 4대의 루이샹 RX1E가 납품되어 사용되고 있으며 또 올해 20여 대의 구매요청도 예정되어 있다. 선양(瀋陽)항공항천대학 부속 랴오닝(遼寧)통용항공협력혁신센터에서 연구 개발한 루이샹 RX1E는 자체 지식재산권을 보유한 중국 첫 전기 경량항공기로서 양호한 성능을 가지고 있어 비행사 훈련, 관광 비행, 고 정밀도 항공 촬영·관측 등에 널리 사용될 전망이다. 리튬 전지를 에너지원으로 한 루이샹RX1E 전기 항공기의 동체 구조는 전부 복합 소재를 사용하여서 항공기의 구조 무게가 크게 작아졌다. 또한, 최적화 개선을 통해 전동기의 효율이 94%에 달하고 리튬 전지팩의 이용률이 향상되었으며 오염이 없어서 화석 연료의 사용으로 인한 일반 전통 항공기의 오염 문제를 완전히 해결하였다. 루이샹RX1E 전기 항공기는 2012년 6월에 제안되어 2013년 6월에 첫 비행에 성공하고 2015년 2월에 국가민항국으로부터 “모델설계비준서”를 수여받았으며 2015년 말에 생산허가증을 취득하여 약 4년간의 전기 항공기 연구 개발의 다양한 기록을 갱신함으로써 녹색 항공에 소중한 기술적 경험을 제공하였다.

톈궁2호와 선저우11호, 2016년 하반기 발사 예정

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중국은 2016년 중반기부터 이듬해 상반기까지 우주에서 우주비행사의 중기(mid-term) 체류, 추진제 보충 등 관련 시험을 포함한 유인우주공정 우주실험실 임무를 수행할 예정이다. 2016년 3분기에 텐궁(天宮)2호 우주실험실을 발사할 예정이며 2016년 4분기에는 2명의 우주비행사를 태운 선저우(神舟)11호 우주선을 발사하여 톈궁2호와 도킹시킨 다음 우주에서 우주비행사의 중기 체류 시험을 진행할 예정이다. 이에 앞서 원창(文昌)발사센터에서 창정(長征)7호 운반로켓의 첫 비행 시험을 진행할 예정이며 심사를 통과한 후 2017년 상반기에 창정7호 운반로켓으로 톈저우(天舟)1호 화물운송 우주선을 발사하여 톈궁2호와 도킹시킨 다음 추진제 보충 등 관련 시험을 진행할 계획이다. 추진제 보충기술은 우주정거장 건설의 완성에 필요한 핵심기술로 위성 등과 같은 비행체의 수명을 연장하는데 사용할 수 있으므로 응용 전망이 넓다. 현재, 우주실험실 임무의 각 준비작업은 계획에 따라 진행 중에 있다. 그 중 2명의 우주비행사로 구성된 선저우11호 비행 임무 실행팀은 우주비행사 훈련 임무를 수행하고 있다. 톈궁2호 우주실험실과 선저우11호 유인우주선 및 2개의 창정2호 F 운반로켓은 최종조립 테스트 중에 있다. 새로 개발한 창정7호 운반로켓은 최종 조립단계에 진입하였다. 첫번째 화물운송 우주선-톈저우1호는 최종조립 테스트 중이다. 각종 우주 시험 하중도 제품의 생산과 관련 준비를 마친 상태이다. 원창 발사센터, 지우취안(酒泉) 발사센터, 우주원거리 통신 시스템과 착륙장 시스템은 계획에 따라 임무 준비작업을 진행하는 중이다. 중국 우주 랑데부, 도킹 임무를 수행한 톈궁1호 목표 비행체는 이미 4년반 동안 궤도에서 운행하고 있으며 운행 상태가 양호하고 각종 탑재 설비의 기능도 정상적이며 계속하여 궤도에서 작업할 수 있는 조건을 구비하고 있다. 우주 실험실 임무 준비작업을 본격적으로 추진하는 동시에, 중국 우주정거장 개발도 순조롭게 진행되고 있으며 2020년 전후 중국 우주정거장 건설 임무를 완성할 것으로 전망된다.

STEP-12 핵연료 어셈블리와 고성능 원자력급 지르코늄합금 개발

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최근, 중국 광허(廣核)전력주식유한회사에서 자체적으로 연구개발, 설계한 4그룹의 STEP-12(12 feet 연료 어셈블리) 핵연료 어셈블리와 4그룹의 고성능 원자력급 지르코늄합금(CZ) 샘플튜브 어셈블리(Sample tube assembly)가 정식으로 링아오(嶺澳)원자력발전소 2단계의 1호 기기에 장착되어 원자로 조건에서의 조사 시험, 검증을 마쳤다. 이는 중국 광허전력주식유한회사가 핵연료 어셈블리의 연구, 설계, 제조, 시험 기술을 확보하였음을 의미한다. 핵연료 어셈블리와 샘플튜브 어셈블리에 대한 조사 시험을 완성한 후, 어셈블리의 외형 검사, 피복 산화막 두께 등 많은 파라미터를 측정하여 어셈블리의 조사 성능을 심층 파악하고 최적화 설계를 진행할 예정이다. 국가 핵에너지 개발 프로젝트의 중요한 구성 부분인 STEP-12 핵연료 어셈블리와 CZ 지르코늄합금 연구개발 프로젝트는 프로토타입 모듈, 규격화된 모듈과 선도 모듈 등 3개 단계로 나눠 실행된다. 설계 과정 중 STEP-12 핵연료 어셈블리와 CZ 지르코늄합금은 중국 광허전력주식유한회사의 기존 핵연료 어셈블리의 운행과 제조 경험을 통하여 종목별 기술상 난관을 극복하여 설계, 검증, 가공 제조, 재료 등 몇 단계에서 중요한 성과를 이루었으며 양호한 노외시험 성능을 획득하였다. STEP-12 핵연료 어셈블리와 CZ 지르코늄합금은 중국 현역 2세대 개선형 “CPR1000”원전 기기에 이용할 수 있을 뿐만 아니라 또 중국에서 자체적으로 연구개발한 3세대 원자로 “화룽(華龍)1호”에도 사용할 수 있다. 해당 기술의 확보로 향후 중국 원전 기기의 경제성을 향상시키고 중국 원전의 해외 수출을 지원하게 되었다.

중국공정원 연구팀, 항바이러스 면역세포 “스위치” 발견

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최근, 중국공정원 원사 차오쉐타오(曹雪濤) 연구팀은 DNA 메틸화효소 Dnmt3a가 천연 면역세포의 바이러스에 대한 감염을 고민감 상태로 유지하기에 바이러스 침입을 식별하면 뚜렷한 인터페론 생성 및 항바이러스 천연 면역반응을 일으킬 수 있다는 것을 발견하였다. 해당 연구성과는 영국 “Nature Immunology” 잡지에 발표되었다. 천연 면역세포의 “바이러스 침입” 쾌속 저항 기능을 규명하기 위해 연구팀은 먼저 천연 면역세포를 바이러스로 감염시킨 후 감염된 세포의 분자 발현 변화를 분석하였으며 DNA 메틸화에 대한 조절을 통하여 유전자 발현을 결정하는 “후성 유전 조절 분자”를 돌파점으로 선택하여 선별한 결과, DNA 메틸화효소 Dnmt3a가 천연 면역세포의 I형 인터페론 고효율적 방출을 촉진시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 다음으로 천연 면역세포의 전체 유전체 DNA를 획득한 후 단일 뉴클레오티드 수준에서 DNA 사슬의 메틸화 상황을 확정하여 “스펙트럼”을 작성하였다. 연구팀은 해당 스텍트럼을 기준으로 메커니즘 연구를 진행하였다. 차오쉐타오 연구팀은 저장대학(浙江大學) 면역연구소의 박사생 리샤(李霞), 제2군의대학교 면역연구소 의학면역학국가중점실험실의 장쳰(張遷)과 공동으로 연구를 진행한 결과, Dnmt3a는 HDAC9 원거리 말단의 프로모터 영역과 결합되어 해당 영역의 DNA 고메틸화를 유지하는 것을 통하여 해당 영역의 H3K27me3에 대하여 길항하고 근거리 말단 프로모터의 활성화형 히스톤의 수식 수준을 촉진하여 HDAC9의 고발현을 유지하며 더 나아가 고발현된 HDAC9는 확정된 메커니즘을 거쳐 I형 인터페론의 생성을 고효율적으로 유도하여 항바이러스 면역 반응을 일으킨다는 것을 발견하였다. 연구 결과, DNA 메틸화는 항바이러스 신호 전달 경로의 핵심 분자 고발현을 유지할 수 있어 천연 세포로 하여금 바이러스가 침입하면 제때에 고효율적으로 항바이러스 면역반응을 일으킬 수 있게 한다는 발견하였다. 해당 발견은 항바이러스 면역 응답의 새로운 후성 유전 메커니즘을 규명하였을 뿐만 아니라 바이러스 감염성 질병 예방 치료에 새로운 잠재적 분자 표적을 제공하였다.

퉁지대학교, 유방암 전이 재발 핵심 유전자 규명

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최근, 퉁지(同濟)대학교 생명과학·기술대학 부속둥팡(東方)병원 종양전이연구소 가오화(高華) 연구팀은 여러 기관에 유방암 전이를 촉진시키는 유전자 TM4SF1을 발견하였다. 해당 유전자의 발현에 대한 차단 및 저해는 유선종양의 전이 재발을 치료하는 주요 표적으로 될 것으로 전망된다. 관련 연구 성과는 “Cell”에 발표되었다. 대부분 종양 환자의 사망을 초래하는 가장 직접적인 원인은 종양 전이 재발이다. 종양 전이 재발은 중요한 임상 의미가 있지만 관련 연구는 아주 적다. 특히 종양이 여러 표적 기관으로 전이되는 과정에서 핵심 유전자의 존재 여부는 아직 확정되지 않았다. 가오화 연구팀은 생쥐 모델을 체내 선별 도구로 이용하여 고투과량, 전유전체 수준, 기능 관련의 유전학적 선별 플랫폼을 구축한 후 유선암, 폐암 등 종양 전이 재발과 직접 관련된 분자 및 그에 따른 세포와 분자 메커니즘을 연구하였다. 2014년, 연구팀은 정상 및 종양 줄기세포의 자가 갱신 과정에서 중요한 역할을 일으키는 TM4SF1을 발견하였다. 연구팀은 계속하여 면역조직화학 방법으로 147명의 완정한 임상 정보를 보유한 유방암 환자의 조직 미세 배열에 대한 분석을 통하여 TM4SF1 유전자가 유방암 환자 체내에서 상향 발현되면 환자의 생존기간이 뚜렷하게 줄어들고 하향 발현되면 생존기간이 뚜렷하게 연장된다는 것을 발견하였다. 컴퓨터 생물정보로 3,455명 환자의 유방암 원발 부위 및 전이 부위 종양 조직을 분석한 결과, 해당 발견과 유사하였다. 그리고 TM4SF1 유전자 발현 수준에 근거하여 유방암 환자 체내에서 발생한 종양 전이 시간을 예측할 수 있다.

중국과학원동물연구소, 생쥐 정원줄기세포의 체외 감수분열 연구에 성공

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최근, 중국과학원동물연구소 한춘성(韓春生) 연구팀은 체외에서 생쥐 정원줄기세포를 유도하여 정모세포를 형성하는 기술 시스템을 구축하였으며, 레티노산(Retinoic acid, RA)이 해당 체외 시스템의 필요충분조건이라는 것을 발견하였다. 분화 시스템에 외인성 RA를 첨가하는 동시에 정원줄기세포와 세르톨리세포(Sertoli Cells)를 공동 배양하는 조건에서 약 30%의 효율로 감수분열을 진행하고 있는 세사기 및 합사기 정모세포를 획득할 수 있다. 연구팀은 또한 RNA 시퀀싱 기술을 이용하여 대량의 RA 조절을 받고 있는 줄기세포 자가갱신 및 분화에 참여하는 유전자를 발견하였으며 더 나아가 해당 체외 기술을 이용하여 정원줄기세포 감수분열에 참여하는 새로운 유전자를 감정하였다. 이는 생체 외에서 2배체 정원줄기세포를 유도하여 1배체 정자세포를 형성하는 연구에 기초를 마련하였으며 또한 감수분열의 분자 메커니즘을 연구하는데 이상적인 체외모델을 제공하였다. 해당 연구는 Retinoic Acid Is Sufficient for the in vitro Induction of Mouse Spermatocytes라는 제목으로 2016년 6월 23일 Stem Cell Reports 잡지에 온라인으로 발표되었다. 불임증은 개인, 가정 및 사회에 막대한 장애를 가져다준다. 남성불임은 인간 불임증의 약 50%를 차지하며 다양한 유전 및 후생적 변이로 유발되는데 그 주요 증상은 생식세포 결손 및 감수분열의 시작, 완성과 1배체 발육 비정상이다. 오랫동안 정원세포 줄기세포의 체외 배양, 유전자 수식 및 분화 모델이 부족한 원인으로 정자 발생 및 남성불임의 메커니즘에 대한 연구에서 큰 성과가 없었다. 한춘성 연구팀은 줄곧 정자 발생 및 감수분열 연구를 집중적으로 진행하였으며 중국 최초로 생쥐 정원줄기세포 체외 장기적 배양, 유전자 수식 및 해당 기술 시스템을 이용하여 형질전환 생쥐를 획득할 수 있는 실험실을 구축하였다. 연구팀은 또한 FGF2와 IGF1 신호경로는 생쥐 정원줄기세포 체외 증식의 필요 요인이라는 것을 발견하였으며 성공적으로 생쥐 iPS 세포를 체외에서 40%의 효율로 유도하여 원시 생식세포를 형성하였다. 해당 성과는 이미 Cell Research(2012)22:773; Stem Cell Research(2013)12:517; Stem Cells and Development(2015)24:471등 잡지에 발표되었다.

난징농업대학교, 벼의 질소비료를 흡수하는 “스위치” 발견

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최근, 난징(南京)농업대학교 쉬궈화(徐國華) 교수 프로젝트팀은 벼에서 세포 pH의 조절을 받는 질산염 수송 단백질을 발견하였다. 해당 유전자의 과발현은 벼로 하여금 토양에서 더욱 많은 질소를 흡수하도록 하여 논벼의 생산량과 질소 이용 효율을 높일 수 있다. 관련 연구 결과는 “Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS”에 발표되었다. 판샤오룽(范曉榮) 박사가 제1 저자이고 쉬궈화와 Tony Miller가 공동 교신저자이다. 벼의 다수확은 질소비료의 시비와 밀접한 관련성이 있지만 현재 중국에서 벼의 질소비료 평균 이용률은 오직 35%이다. 벼의 생산량을 증가시키기 위해 질소비료를 대량으로 시비하는데 이는 자원과 에너지원을 낭비할 뿐만 아니라 토양의 산성화, 수체 부영양화 및 농업 온실가스 배출 등 일련의 생태 환경 문제를 악화시킨다. 그러므로 육종 면에서 논벼의 질소비료 이용 효율을 증가시키는 방법을 시급히 개발하여야 한다. 벼는 수경재배 및 토경재배 환경에서 모두 생장할 수 있다. 수경재배의 혐기성 조건은 토양 중의 암모늄염 축적에 도움이 되며 토경재배 및 벼 뿌리가 방출한 산소는 질산염의 이용을 촉진시킬 수 있다. 토양의 암모늄염과 질산염 영양은 식물 세포질의 pH 평형에 영향을 미치며 더 나아가 세포 대사와 식물 생장에 영향을 미친다. 연구팀은 벼에서 질산염 수송 단백질을 코딩하는 유전자를 발견하였다. 해당 유전자는 식물 세포에서 과발현된 후 세포의 pH 변화를 더욱 양호하게 완화시킬 수 있어 더욱 많은 질소, 철 및 인 등 영양원소 흡수에 도움이 된다. 논밭 실험을 진행한 결과, 해당 방법으로 논벼(자포니카 벼)의 생산량을 20%~54% 증가시킬 수 있으며 질소 이용률을 약 40% 증가시킬 수 있다. 본 연구는 생태환경 개선에 중요한 의미가 있으며 중국과 미국의 특허를 획득하였고 또한 중국의 관련 기관과 국제 종자회사에 질소 고효율 이용 새로운 품종육성 특허를 양도하였다.

중국의 CCS 상용화 박두

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중국에서 탄소포집저장(CCS)기술은 에너지절감기술, 에너지효율기술, 신에너지기술과 함께 국가 ‘12.5규획’(2011-2015년)에 편입되었다. 당면과제는 CCS의 상용화다. 세계 이산화탄소 배출량의 지속적인 증가와 세계 각국 탄소세 징수압력의 형성에 의해 CCS기술은 탄소배출 저감의 비축기술로서 그 상용화가 기술진보와 원가절감의 작용으로 가속 페달을 밟고 있다. 화중과기대학 정추광(郑楚光) 교수는 <과학시보> 기자 취재 시 “CCS기술은 미래 기술이 아니며, 그 상용화 운영이 코앞에 다가왔다.”라고 지적했다. 1. 갈수록 중요해지고 있는 CCS 탄소배출 저감에는 세 가지 경로가 있다. 첫째, 에너지구조를 변화시키고, 신에너지, 특히 신재생에너지를 발전시키는 것이다. 둘째, 에너지 이용률을 향상시키는 에너지절감과 오염물방출감소이다. 셋째, 화석에너지로 배출되는 이산화탄소를 회수하고 저장 및 격리시키는 CCS이다. 정추광 교수는 중국이 오염물 방출감소를 위한 전략과 조치에서 에너지절감/오염물 방출감소를 집중적으로 추진하고, 신에너지 발전에 지속적으로 나서는 한편, 화석에너지, 특히 석탄의 이산화탄소 배출 저감에 더욱 큰 관심을 기울여야 한다고 주장했다. 신재생에너지의 에너지 밀도가 화석에너지보다 낮고, 실제 탄소배출 저감은 단기간 내에 공간적인 제한을 받기 때문에 기본적인 대체를 실현하기 힘들다는 지적이다. 따라서 에너지효율 향상과 에너지구조 고도화를 지속적으로 추진하는 한편 탄소포집저장을 강제적인 탄소배출저감에 대응하는 중요한 발전방향으로 간주해야 한다. 현재 CCS 가운데 이산화탄소 포집방식에는 주로 세 가지가 있다. 즉 연소 전 포집, 산소부화 연소(oxygen-enriched combustion), 연소 후 포집이다. (1) 연소 전 포집 연소 전 포집은 IGCC(석탄가스화복합발전)시스템에 주로 적용된다. 이 기술은 포집시스템이 작고 에너지소비가 적으며 효율 및 오염물질 제어분야에서 큰 잠재력이 있지만 투자비용 및 기존 발전장비와의 접목에는 문제가 있다. IGCC기술은 신설 발전소에만 적용된다. (2) 연소 후 포집 연소 후 포집이란 연소로 배출되는 연기 속에서 이산화탄소를 포집하는 것을 말한다. 에너지소비와 설비의 콤팩트성 분야에서 잠재력을 지니고 있으며 이미 상용화를 실현했지만, 원가절감과 대규모 배출저감의 문제에 직면해있다. (3) 산소부화 연소 산소부화 연소는 석탄화력발전소의 기술 프로세스가 대체적으로 변하지 않는 상황에서 공기 중의 산소와 질소를 분리시키며, 고농도의 산소와 순환하는 부분적인 연기를 혼합한 기체를 직접 활용해 공기를 대체하고, 고농도 이산화탄소부화 연기를 일차적으로 획득하여 처리 및 저장하는 것이다. 2. 산소부화 연소, 신규 붐 조성 산소부화 연소는 저렴한 비용으로 대규모 오염물 배출저감을 실현하는 신형기술이다. 기존의 석탄연소장치에서 산소로 연소공기를 대체하고, 연기순환을 활용해 연료를 수송하고 열을 조절하는 신형 연소방식이다. 이산화탄소의 고농도 부화를 획득할 수 있는 한편, 고효율 탈황/탈질 효과가 있으며, 운영비는 상대적인 우위를 지니고 있다. 산호부화 연소기술은 기존의 동종유형 기술에 비해 설비 투자비용, 발전비용, 이산화탄소 포집비용, 오염물배출 감소비용에서 모두 경쟁력이 강하다. 이산화탄소 자원화 이용 또는 탄소세 징수까지 감안할 경우 우위가 더욱 뚜렷하다. 이밖에 산소부화 연소기술은 기존의 석탄화력발전소 보일러시스템을 바탕으로 기술 성숙도가 높고 경제비용 우위가 뚜렷하며, 제로에 근접한 배출과 규모화 배출저감의 비교우위가 있는 것으로, 21세기 석탄연소기술의 중요한 발전방향이라 할 수 있다. 산소부화 연소기술은 많은 국가들에서 이미 공정 시범건설 준비단계에 진입했으며, 2008-2010년 사이에 전 세계에서 8개의 시범장치가 운영을 개시했다. 3. 중국 내 산소부화 연소기술의 발전현황 해외 일부 대기업은 세계에서 잠재력이 가장 큰 시장인 중국에 눈길을 돌리고 있다. 미국 Air Products사는 중국에서 석탄이 풍부한 산서성에 진입해 산소부화 연소 이산화탄소 정제기술을 산서국제에너지그룹이 건설하는 설비용량이 350MW인 산소부화 연소 발전시범프로젝트에 응용하고, 발전소에 대한 타당성 연구를 했다. 이 시범프로젝트는 산서국제에너지그룹 태원발전소에서 추진하게 되며, 포집한 이산화탄소를 정제한 후 다른 용도로 활용하거나 직접 저장할 예정이다. 미국 에너지부는 중국 국가에너지국과 공동으로 해당 프로젝트를 ‘중미 화석에너지 협력협정 부록2: 청정에너지’에 편입시켰다. 이 협력협정의 취지는 양국간 과학기술 협력이다. 미국 Air Products사는 세계 산소부화 연소기술의 선두수준을 대표하고 있다. 이 기업은 소형 시험에서 산소부화 연소기술을 활용해 포집한 이산화탄소를 정제할 수 있음을 규명했다. 기업은 산서국제에너지그룹에 산소제조와 이산화탄소 정제설비 연구 및 설계 관련 상세한 내용을 제공하고, 또한 두 세트의 장치를 선진국 수준으로 제작할 예정이다. 정추광 교수는 1995년 중국 최초로 산소부화 연소기술에 대한 기초연구를 전개했다. 2007년 중국 최초의 300kW급 산소부화 연소 및 오염물제거 종합실험시스템을 구축하고, 또 중국 내 관련 973계획, 863계획, 국가자연과학기금 중점과제를 주관했다. 현재 정추광 교수 연구진은 국가에너지석탄청정저탄소발전기술연구개발(실험)센터와 무한신에너지연구원에 의존해 중국 최초의 3MW급 산소부화 연소 전반 프로세스 실험시스템을 조만간 구축할 전망이다. 올해 5월 중국은 ‘35MWth 산소부화 연소 탄소포집 핵심기술, 장비 연구개발 및 공정시범’ 국가과기지탱(支撑)계획 프로젝트를 가동했다. 프로젝트는 정추광 교수 주도로 몇몇 산업부서가 참여한다. 프로젝트가 완료된 후 중국은 최초로 연간 10만톤 규모의 이산화탄소 포집 산소부화 연소 보일러시스템을 구축하게 된다. 정추광 교수 연구진의 기술로드맵에 의하면, 2014년 전까지 중국은 연간 10만톤 규모의 CCS시범사업을 수행하고, 산소부화 연소와 CCUS 간 결합을 실현하여 공기분리-압축-발전시스템을 최적화할 계획이며, 2020년 전으로 100만톤급 대형시범운영단계에 진입할 전망이다. CCS 산소부화 연소기술은 EOR 및 EGR과 결부되어 중국의 실제 상황에 부합되는 규모화 탄소배출저감과 자원화 이용의 효율적인 경로가 될 전망이다. 따라서 국가가 전략적인 차원에서 석탄연소의 규모화 배출저감과 자원화 이용기술 개발에 큰 관심을 기울여 산업의 규모화 시범사업을 조속히 활성화하고, 중국의 이산화탄소 배출저감사업과 저탄소경제 발전을 추진해야 한다는 주장이 제기되고 있다.

짚 연소 배출오염물질의 정확한 정량화 가능

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7월 1일 출간된 ‘환경과학기술지’에는 복단대학 환경과학 및 공정학부 천젠민(陈建民), 장허펑(张鹤丰) 교수 등의 짚 연소로 배출되는 대기오염물질 정량화 연구 최신성과가 실렸다. 이 연구는 짚 연소로 배출되는 대기오염 메커니즘 분야에서 실질적인 진전을 이룩했다. 중국은 농작물 짚 보유량이 세계 1위다. 가정용 연료와 노천소각의 두 가지 방식으로 짚을 처리할 경우 배출되는 대기오염물질과 대기입자상물질은 지역 환경품질, 기후변화, 인간건강에 중요한 영향을 미친다. 이번에 천젠민 교수 과제팀은 자체적으로 연구개발한 대형 에어로졸 스모그 챔버(Smog Chamber), 전용연소로, 선진 대기입자상물질 측정시스템을 통해 2004년도 중국의 옥수수/밀/벼 짚 생산량 및 연소비율 상황을 바탕으로, 짚 연소로 배출되는 가스상 오염물질, 입자상물질, 다환방향족탄화수소류(PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), 알칼기 다환방향족탄화수소류(APAHs)의 정확한 정량화 배출 특징을 밝혀냈다. □ 짚 연소로 생기는 입자상물질의 배출량 - 톤당 볏짚 연소 배출 입자상물질: 260±50kg - 톤당 밀짚 연소 배출 입자상물질: 110±30kg - 톤당 옥수수 짚 연소 배출 입자상물질: 390±60kg □ 2004년 벼/밀/옥수수 짚 연소로 생긴 가스상 요염물질 배출량 - 일산화탄소: 2,300만톤 - 이산화탄소: 2억 5,000만톤 - 질산화물: 28만톤 □ 이산화탄소 배출량 - 톤당 밀짚 연소 배출 이산화탄소: 1,557.9kg - 톤당 볏짚 연소 배출 이산화탄소: 791.3kg - 톤당 옥수수 짚 연소 배출 이산화탄소: 1,261.5kg □ 2004년도 PAHs와 APAHs 배출량 - 다환방향족탄화수소류(PAHs) 배출량: 1,088톤 - 알칼기 다환방향족탄화수소류(APAHs) 배출량: 379톤 천젠민 교수의 소개에 의하면, 이 연구결과는 짚 연소원의 공기 품질에 대한 영향을 정량적으로 규명했으며, 이로써 연간 짚 연소로 배출되는 오염물질을 쉽게 계산해낼 수 있다. 이 연구성과는 중국의 온실가스 배출 제어 관련 발전전략, 국가차원의 짚 종합이용 가속화 정책, 대기오염 저감을 위한 과학적인 근거를 제공한다.

8개 도시 집중지원 에너지절감 오염물배출감소 시범공정 가동

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최근 재정부와 발전개혁위원회는 <에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업 전개 관련 통지>를 발표하고, ‘12.5’(2011-2015년)기간 북경시, 심천시, 중경시, 항주시, 장사시, 귀양시, 길림시, 신여(新余, 강서성)시 등 8개 도시에서 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업을 전개하며, 또 이들 도시에 대한 재정지원을 확대하기로 결정했다. <통지>는 8개 도시가 지방정부를 책임부서로 하고 도시를 플랫폼으로 하여 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 통합역량을 확대하며, 체제혁신을 가속화하고, 경제 구조조정과 발전방식전환에 적극 나서서 ‘12.5’기간 에너지절감 오염물배출감소 목표달성을 위해 기여할 것을 제시했다.   □ 에너지절감 오염물배출감소 재정정책 종합시범사업 6개 주요내용 ○ 낙후 생산능력과 설비를 도태시키고, 중점기업이 에너지절감기술을 업데이트하는 것을 지원하며, 선진 에너지절감/친환경 기술을 대거 보급시키고, 전략적 신흥산업의 발전을 가속화한다. ○ 에너지절감 및 대체에너지자동차 보급을 강화하고, 공공버스 우선발전과 각종 공공버스 편리화를 권장하며, 녹색여행을 권장한다. ○ 녹색건축의 발전에 적극 나서서 기존 주택과 공공건축의 에너지절감 개조를 추진한다. ○ 서비스업 집결지대나 집결단지 개조에 주력해 커뮤니티 서비스, 가사 관리 서비스, 재생자원 회수이용 등에서 민생을 위한 서비스업을 집중적으로 발전시킨다. ○ 완비된 도시 오수처리시설 관리네트워크를 구축하여 생활쓰레기의 무공해화 처리를 전반적으로 추진하며, 순환경제를 크게 발전시킨다. ○ 태양에너지, 풍력에너지, 바이오매스에너지, 지열에너지 등 신재생에너지의 규모화 이용에 적극 나선다. □ 정책 분야 지원 ○ 중앙재정은 에너지절감 오염물배출감소와 신재생에너지 발전을 지원하는 기존의 정책적 노력을 우선 시범도시로 기울이고, 프로젝트 투자, 지방투입, 에너지절감 오염물배출감소 효과에 근거해 시범도시를 장려한다. ○ 시범도시 정부는 재정지출 구조조정 역량을 확대하여 에너지절감 오염물배출감소 사업 활성화를 위한 자금을 마련한다.

700℃ 초초임계 발전기술 연구개발계획 본격 가동

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6월 24일 국가에너지국의 주도로 전력연구기관, 발전그룹, 전기설비제조업체가 ‘국가 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 혁신연맹’ 최초의 이사회와 기술위원회 회의를 북경시에서 개최함으로써, 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술 연구개발계획이 본격적으로 가동되었다. 700℃ 초초임계 석탄 화력발전기술을 개발하는 것은 국가 에너지전략의 중요한 내용이자, 석탄위주 전력구조 고도화의 중요한 조치로서 화력발전기 효율의 효율적인 향상, 발전용 석탄소비와 오염물방출 감소가 가능하다. 청정석탄 화력발전기술 가운데 증기 매개변수 향상은 효율 향상 폭이 최대이고 가장 기본적인 발전방향이다. 오스테나이트(Austenite)계와 니켈계 합금소재를 기반으로 하는 고초초임계 기술은 경제성 대폭 향상과 이산화탄소 방출 감소가 가능하다. 700℃ 초초임계 발전기술은 600℃ 초초임계 발전기술에 비해 전력공급 효율을 48-50% 향상시킬 수 있고, 이산화탄소 방출을 14% 줄일 수 있다. 중국의 초임계와 초초임계 발전기술은 선진국에 비해 10년이 뒤져져있지만 자체 개발을 통해 600℃ 초초임계 발전기술 수준과 유닛 건설에서 모두 세계 1위에 올랐으며, 발전기 설계와 제조 및 운행 능력을 기본적으로 형성하고, 관련 선진 설계, 조립제조, 공법기술을 확보하고 있다. 국가에너지국에 의하면, 700℃ 초초임계 발전기술의 난제 및 해외와의 격차에 근거해 중국은 관련 기술발전로드맵(2010-2015년)을 그렸다. 로드맵은 종합설계, 재료응용기술, 고온재료와 대형 주조/단조품 개발, 보일러 핵심기술, 터빈 핵심기술, 부품검증시험, 보조기계 개발, 유닛 운행과 시범발전소 건설 등 9개 분야로 나뉜다. 로드맵의 목표 매개변수를 보면, 압력≥35 MPA, 온도≥700℃, 발전기 용량≥60만kW이다. 로드맵에 따르면, ‘12.5규획’(2011-2015년) 말 시범발전소가 설립될 전망이다.

중미 과학자, 3차원 탄소 벌집구조 그래핀으로 물리특성 확인

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최근, 중국과학원역학연구소, 미국 콜로라도대학교(University of Colorado), 매사추세츠공과대학(Massachusetts institute of Technology) 공동 연구팀은 그래핀으로 구축한 3차원 벌집구조를 통하여 벌집벽이 sp2 결합(bonds)이고 벌집벽 경계지역에 특수 구조의 sp3결합을 형성할 경우, 이러한 순수 공유결합으로 구성된 3차원 벌집구조는 역학적으로 안정할 뿐만 아니라 초고 비강도(specific strength) 및 높은 열전도율을 보유하고 있다는 것을 발견하였다. 풀러린, 탄소나노튜브, 그래핀 등과 같은 탄소구조는 양호한 성능을 보유하고 있으므로 역학적으로 탄소구조의 안정성, 저밀도, 초고강도의 특성을 충분히 활용할 수 있기를 바래왔다. 그러나 이러한 탄소구조로 거시적 3차원 재료의 골조를 구축하거나 또는 성분을 강화시킬 경우 이런 기본단위 구조를 보호하고 있는 고강도의 공유결합을 유지시킬 수 없게 된다. 구조 사이 또는 구조와 기본물질 사이의 결합은 일반적으로 반데르발스 작용과 같이 비교적 약한 상호작용에 의해 치환된다. 이리하여 실제로 획득한 거시적 3차원 재료의 강도는 그 탄소 구축 구성단위(building units)의 강도에 비해 2~3개 수량급 낮다. 타이틀 이미지에서 a는 이러한 전형적 3차원 탄소 벌집구조를 나타내고 b는 벌집 경계부분의 전형적인 안정적 원자 구조를 해석하였다. 2개 5각 고리와 1개 8각고리가 계면을 따라 주기적으로 배열된 어레이로 구성되었다. c는 현재 최첨단 연구보고에서 재료의 비강도 비교를 통하여, 탄소 벌집구조는 그 지그재그 방향(zigzag direction)(녹색기호), 안락의자 방향(붉은색) 및 벌집의 축방향을 따라 모두 극히 높은 비강도를 갖고 있음을 보여준다. 이는 이러한 재료가 경량 고강도 구조 응용에서의 잠재력을 나타낸다. 동시에 해당 구조는 양호한 열전도 성능을 보유하고 있다.

중국과학원 전기공학연구소, 고전기전도성과 고비표면적 그래핀 분말 제조

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최근, 중국과학원 전기공학연구소 마옌웨이(馬衍偉) 연구팀은 그래핀의 정량적 제조 및 고성능 그래핀 기반의 슈퍼커패시터(Super capacitor) 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 연구팀은 이산화탄소를 원료로 자전(self-propagating) 고온합성기술을 이용하여 고전기전도성과 고비표면적을 겸용한 그래핀 분말체의 쾌속·친환경·저원가 제조에 성공하였다. 관련 연구 성과는 국제 최고 재료학 저널인 ‘Advanced Materials’에 게재되었으며 중국발명특허와 PCT 특허를 신청하였다. 그래핀은 최근 몇 년간 세계적으로 주목받는 새로운 재료이지만 고품질 그래핀의 산업화 대규모적 제조는 줄곧 세계적인 어려운 문제로 되고 있다. 기존 그래핀 분말체의 규모화 제조 기술로드맵은 주요하게 팽창 흑연 박리법과 산화 흑연 환원법에 기반하고 있다. 그러나 팽창 흑연 박리법에 의한 그래핀은 저비표면적의 다중층 그래핀 조각이며 산화 흑연 환원법에 의한 그래핀은 그 잔류 산소 작용기와 구조 결함으로 인하여 낮은 전기전도성을 나타냄으로써 그래핀의 잠재적 응용을 심하게 제한하고 있다. 상술한 문제점에 초점을 맞추어 연구팀은 이산화탄소를 원료로, 금속 마그네슘 분말을 환원제로, 나노 산화마그네슘을 템플릿 시제로, 이산화탄소 대기에서 마그네슘 분말의 자전 연소방법을 통하여 메조포러스(Mesoporous) 구조를 대량으로 보유한 그래핀을 성공적으로 제조하였다. 현재 제조한 그래핀의 전기전도율은 최고로 13,000 S/m에 달하며 종합적 성능이 우수하고 이온액체 전해액에서 양호한 전기화학 성능을 나타냈다. 전극재료에 기반한 비정전용량(specific capacitance)은 최고로 244 F/g, 에너지 밀도는 최고로 136 Wh/kg, 출력밀도는 최고로 1,000 kW/kg에 달하며 100만 주기로 순환한 후 용량 보존율은 여전히 90%이상이다. 해당 그래핀의 제조방법은 그 반응과정에서 소모시간이 적고 친환경적이며 원가가 낮고 산업화 보급에 용이하여 슈퍼커패시터 등 저장에너지 분야에서 그래핀의 실제 응용을 추진할 것이다.

흑인 나노약물이 암치료에 이용

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최근, 칭화(清華)대학교 부교수 메이린(梅林), 선전(深圳)대학교 교수 장한(張晗), 하버드대학교 교수 스진쥔(施進軍), 박사 타오웨이(陶偉) 등 전문가로 구성된 중국-미국 연합 연구팀은 흑인(Black phosphorus) 나노시트로 종양의 광열치료, 화학치료와 생체응답 3중 공동 치료를 진행함으로써 다중 모드에 의한 정확한 암치료를 구현하였다. 관련 연구 성과는 국제 최고 저널 ‘Advanced Materials’의 앞표지에 발표되었다. 연구팀은 최적화한 액체상태 박리법을 이용하여 최초로 흑인 2차원 나노시트를 제제 캐리어의 제조 및 기능화 수식(modificaion)에 응용하였으며 화학요법약물 아드리아마이신(adriamycin)의 ‘흑인 나노시트 캐리어시스템’을 개발하였다. 흑인 나노시트는 종양세포에 의해 섭취된 후 주로 ‘대음세포작용(macropinocytosis)→말기 내포작용→리소좀’과 ‘카베올린(caveolin) 매개의 섭취 경로’를 통하여 세포 내 활동을 진행하며 2차원 흑인 나노시트의 비교적 큰 비표면적은 화학요법약물 분자의 대량 흡착에 기초를 제공하여 약물 캐리어 능력을 향상시킬 수 있다. 흑인 나노시트 약물 캐리어 시스템은 기존의 치료방법에 비해 더 효과적이고 정확하다. 아드리아마이신에 대한 흑인 나노시트의 적재용량은 기존의 폴리머 나노입자 캐리어에 비해 뚜렷하게 높았으며 화학요법약물 효과를 향상시켰다. 흑인 나노시트는 808nm 레이저 방사 조건에서 국부적 고열을 생성할 수 있으며 한 면으로 종양의 광열 치료에 이용되고 또 다른 한 면으로 약물의 방출을 구동할 수 있다. 연구 결과, 생체 내에서 흑인 약물 캐리어 나노시트의 안전성과 종양 억제효과는 비교적 뚜렷하였으며 실험을 통하여 흑인 약물 캐리어 나노시트가 매우 양호한 생체 적합성을 보유하고 있음을 입증하였다. 연구에서 이용한 생체응답 조절의 화학요법-광열치료 연합 치료방법과 같은 다중 모드는 암을 더 정확하게 치료할 수 있다. 현재, 해당 연구는 동물실험에서 획기적인 성과를 거두었으며 면역결함의 누드마우스 생체에서 강화된 종양 억제 효과를 얻었다.

화웨이, 고온내성 2배 수명의 그래핀계 리튬이온 전지

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최근에 열린 제57회 일본배터리대회에서 화웨이(華為)중앙연구원 와트실험실이 업계 첫 고온 장수명 그래핀계 리튬이온 전지를 출시했다. 실험 결과에 의하면, 그래핀을 기반으로 한 새로운 고온내성 기술은 리튬이온 전지의 최고 사용온도를 10℃ 높이고 사용 수명을 일반 리튬이온 전지의 2배로 향샹시킬 수 있다. 2015년 10월, 화웨이와 영국 맨체스터대학이 그래핀 응용연구 프로젝트를 체결한 후, 업계에서는 화웨이가 그래핀 분야에서 큰 성과를 가져올 것이라고 추측하였다. 이번에 출시된 그래핀계 리튬전지는 그래핀 기반 고온 리튬이온 전지에 관한 연구가 획기적인 기술개발을 하였음을 의미한다. 화웨이의 그래핀계 고온 리튬이온 전지기술에 관한 획기적인 성과는 주요하게 세 가지 분야에서 구현된다. ① 전해액에 특수한 첨가제를 첨가하여 물 흔적을 제거함으로써 전해액의 고온 분해를 방지하였다. ② 개질된 대형 단결정 삼원재료를 전지의 양극에 사용하여 재료의 열안정성을 향상시켰다. ③ 신형 재료 그래핀을 사용하여 리튬이온 전지와 환경 사이의 효과적인 열방출을 실현하였다. 해당 3개 기술로 화웨이의 신형 그래핀 전지의 성능은 현재 시장에서 유통하고 있는 대부분의 리튬이온 전지에 비해 압도적인 우위를 갖고 있다. 그중 그래핀의 역할은 배터리의 양극과 음극 재료로서가 아니라 효과적으로 열을 방출하기 위한 것이다. 화웨이는 “그래핀 전지”를 사막, 태양 직사광 등 고온 환경에 위치한 모바일 네트워크 기지에 사용할 예정이며, 해당 고온 리튬이온 전지의 야외 작업 수명은 4년 이상 달할 것으로 예상된다.

중국 세계 최고수준의 지각운동관측망 구축

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전국정협위원이며 중국지진국 국장을 맡고 있는 천지엔민(陳建民)은 중국이 세계 최고수준의 ‘대륙구조 환경모니터링네트워크’를 구축했다고 밝혔다. 4년간 총 5억위안을 투자하여 구축한 이 대륙구조 환경모니터링네트워크는 미국의 PBO나 일본의 GEONET와 같은 성능지표 수준으로 세계 3대 지각운동관측네트워크에 속한다. 이 대륙구조 환경모니터링네트워크는 11차5개년계획기간(2006-2010) 중국정부가 집중 실시해온 대형과기인프라구축프로젝트에 속하는 것으로, 중국지진국이 주도하고 총참모부 위성항법국, 중국과학원, 국가제도지리정보국, 중국기상국과 교육부 6개 부처가 공동 수행하였다. 이 과제는 위성항법위치확정시스템(GNSS)관측을 위주로 하고 초장기선간섭측정(VLBI), 인공레이저거리측정(SLR) 등 기술을 부차로 한 과제로, 정밀중력과 수준측정 등의 다양한 기술수단을 융·복합시겼고 260개의 연속관측과 2000개의 비정기적 관측소로 구성되어 중국대륙전체를 커버한 정밀도와 시공간 해상도가 높은 데이터처리시스템 기능을 갖춘 자주적 관측망이다. 대륙구조 환경모니터링네트워크는 주로 중국대륙의 지각운동, 중력장 형태 및 변화, 대기권 대류층 수증기함량변화 및 전리층 이온농도의 변화를 관측하는데 응용되며, 지각운동의 시공간변화법칙, 구조변형의 3차원 정밀특징, 지진단계의 지각변화 시공간변화특징, 현대 대지측정기준시스템의 구축과 유지, 장마철 폭우의 대척도 수증기 수송모델, 중국 고공 전리층 동향변화 도면 및 우주날씨 등 과학문제를 위해 기초자료와 제품을 제공한다. 전문가팀은 이 국가지구과학종합관측망은 고정밀도, 고해상도, 연속측정 및 모니터링기능을 갖춘 시스템으로 다용도와 개방형의 데이터자원 공유가 가능하며, 6개 부처가 합력하여 구축한 것으로, 여러 부처가 국가 대형인프라를 공동으로 구축한 성공사례에 속한다고 높이 평가하였다.

리보솜(RNA)의 번역인자 제어 관련 신규 메커니즘 규명

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3월 11일 중국과학원 생물물리연구소의 친이엔(秦燕)연구원이 주도하는 연구성과가 「Nature Structural & Molecular Biology」지 최신호에 발표되었다. 발표된 논문제목은 A conserved proline switch on the ribosome facilitates the recruitment and binding of trGTPases(10.1038/nsmb.2254)이며, 리보솜(RNA)이 번역인자를 모집하는 중요한 분자메커니즘임을 입증하였다. 리보솜은 단백질합성공장으로서 RNA에 휴대한 유전정보가 이곳에서 번역되어 단백질로 합성된다. 단백질의 생물합성과정을 완성하는데 리보솜과 많은 번역인자의 협조에 의해 완성되며 리보솜은 번역인자를 모집하는 과정이 매우 복잡하여 그동안 명확한 결론이 없었다. 친이엔 연구팀은 리보솜의 번역인자 결합부위에 하나의 프롤린 스위치(Proline Switch)가 존재하는데, 그 형태가 리보솜의 번역인자 모집여부를 결정한다는 점을 발견하였다. 심층 연구를 통해 이 스위치를 제어하는 효소가 바로 번역인자임을 발견하였다. 따라서 리보솜과 번역인자간에는 상호간의 공동제어가 존재한다. 이러한 조절제어관계가 모든 단백질 번역G단백(trGTPase)과 리보솜사이에 존재하는 것으로 보편적인 의의를 지님을 설명한다. 즉 시작, 연장, 중지와 재순환을 포함한 번역 전반과정에서 프롤린 스위치가 번역G단백의 모집을 제어한다.

청장고원 동북부 대기중 수은 분포특징과 오염원 발견

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2007년 9월부터 2008년 9월까지 중국과학원 지구화학연구소 환경지구화학 국가중점실험실의 펑신빈(馮新斌)연구원이 주도하는 연구팀은 청해성 와리관(瓦里關) 배경대기관측소에서 대기중 수은의 3가지 주요 형태인 기체 원소수은(Hg0), 기체 산화수은(GOM)과 입자흡착형 수은(PBN)에 대해 1년동안 연속 관측을 실시하였다. 와리관 배경대기관측소는 세계기상기구가 지구에 개설한 24개의 배경대기관측소 가운데 유일하게 유라시아 내륙에 위치한 대기관측소로서 현재 지구에서 해발이 가장 높은 배경대기 관측소이기도 하다. 이번 연구는 지금까지 유라시아 내륙의 대기중 수은형태 관측의 공백을 메우고 청장고원 대기중 수은의 오염원 및 분포특징을 연구하는데 중요한 의의를 지닌다. 관측기간 와리관 관측소의 대기중 Hg0, GOM와 PBM의 평균 농도는 각각 1.98 ± 0.98 ng m-3, 7.4 ± 4.8 pg m-3과 19.4 ± 18.1 pg m-3에 달하여 기본적으로 북반구 기타 배경지역의 관측결과와 일치하였다. 수치분석을 통해 와리관 관측소의 대기중 Hg0와 PBM는 주로 장거리의 대기전송작용의 영향을 받으나 반면에 GOM의 분포규칙은 주로 관측소 주변의 오염원 분포 및 지표면의 Hg0에서 GOM로의 광화학전환반응과 관련이 있음을 발견하였다. 모형추산을 통해 연구진은 중국 서부지역의 공업 중심지역인 청해성 동부, 감숙성 동부, 섬서성과 녕하 서부 지역이 와리관 배경대기관측소의 Hg0 주요 오염원임을 발견하였다. 그밖에 인도 서북부의 중도오염지역 역시 와리관 관측소의 대기오염을 유발하는 중요한 오염원이라는 점을 발견하였다. 인도는 현재 지구상에서 인위적인 방출이 가장 집중된 지역으로 전 세계의 주목을 받고 있으나, 이번에 연구를 통해 인도의 수은방출이 중국의 청장고원에 직접적인 영향을 미친 다는 것을 처음으로 발견하였다. 현재 이 연구논문은 Atmospheric Chemistry and Physics(12, 1951–1964, 2012)최신호에 발표되었다.

중국과기대 세계 최초로 토폴로지 양자오류수정 실현

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최근 중국과기대 허페이(合肥)마이크로스케일물질과학 국가실험실(준비중) 판지엔웨이(潘建伟)교수가 주도하는 연구팀은 호주와 캐나다의 연구진과 협력하여 토폴로지 양자계산과 양자 오류수정(Quantum error correction) 이론을 결합시키고 토폴로지 특성의 8개 광양자를 이용해 세계 최초로 토폴로지 양자오류수정을 실현하였다. 이 연구성과는 2월 23일에 출판된 '컴퓨터의 아버지'라 불리는 앨런 튜링(Alan Turing)의 100주년 탄생을 기념하는「네이처」지에 아티클(Article)로 발표되었다. 이는 양자정보 분야에서 중국이 제1저자 소속기관으로 「네이처」지에 발표된 첫 번째 아티클이다. 양자컴퓨터는 일반 컴퓨터의 한계를 극복할 수 있는 막강한 연산능력을 갖고 있어 21세기 양자 물리학자들이 추구하는 목표가 되었다. 하지만 학술계가 공인하는 물리실현을 장기적으로 저애하는 최대문제인 '결어긋남 효과(Decoherence effect)'는 양자 컴퓨터가 불가피하게 환경가운데서 생성되는 각종 소음때문에 계산과정에 유발되는 각종 오류를 그동안 해결하지 못하였다. 국제적으로 과거에 제출했던 많은 양자오류수정방안에는 일반적으로 매번 논리연산마다 양자오류수정 방법을 채택한다. 양자연산 능력을 효과적으로 확장하기 위해서는 매번 논리연산마다 발생하는 오류를 10-5미만으로 낮출 것을 요구하는데 이처럼 낮은 오류허용률은 현재 어떠한 실험수단으로도 실현이 불가능하다. 최근 학술계는 토폴로지 양자오류수정이라는 완전히 새로운 개념을 고안해냈는데, 양자상태의 토폴로지특성을 양자 오류수정에 응용함으로써 양자오류수정과정에 허용가능한 최고의 논리연산에서 발생할 오류를 3자리수 높인 10-2수준으로 확장시켰다. 토폴로지 양자 오류수정방안은 연산정밀도에 대한 요구를 대폭 낮추었고 기존의 실험기술로 실현가능한 수준에 도달시켰다. 현재 알려진 방안가운데 오류 허용률이 최고인 양자연산방안이다. 중국과학원, 과학기술부와 국가자연과학기금위의 지원을 받아 판지엔웨이 연구팀은 3년만에 전혀 새로운 실험기술을 창의적으로 발전시켰고 더블양자 얽힘을 통해 밝음도를 4배 높였으며 8개 광양자의 효율을 최소한 200배 높였다. 80일만에 실험을 마쳤는데 이는 과거에는 거의 실현이 불가능한 일이다. 연구원은 또 특수 소음여과처리를 한 8개 광양자 간섭장치를 설계하여 토폴로지 특성의 8개 광양자를 성공적으로 제어 관측하였으며, 토폴로지 양자 오류수정을 실현하는데 성공했다. 이 연구성과는 양자계산 범위를 유력하게 확장할 것이며 향후 진정한 양자계산을 실현하기 위해 확고한 기반을 다질 것으로 보인다. 논문에 대해 네이처지의 원고심사자는 '매우 중요한 원리적인 실험이며 어렵게 성공한 양자광학실험'으로 '실험의 완성은 완벽하면서 매우 도전적이며', '토폴로지 오류수정이라는 현재 양자정보처리에서 가장 주목받는 사례 중에서 가장 결정적인 실험검증'이라고 높이 평가하였다. 이에 「네이처」지는 연구성과와 관련하여 'Press release'를 발표한데 이어 저명한 양자광학전문가 James Franson 교수를 초청해 'News Perspective'프로그램에 해당 연구성과를 소개하는 글을 실었다. 이 성과는 또 영국물리학회의 PhysicsWorld를 비롯한 많은 학술지의 주목을 받았다.