안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
토목공학
Q. 전력망 관련하여 그리드가 정확히 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.그리드는 격자무늬 이구요. 전력망이 격자구조로 되어 있다는 뜻입니다. 소규모의 독립적 분산전원을 중심으로 전력을 자급하는 전력망을 뜻한다. 독립적으로 전력을 공급하고 저장해 안정적 수급이 가능하며, 잉여 전력을 매매하거나 기존 전력시스템과 연결할 수 있다. 기존의 중앙집중식 전력망(그리드‧grid)과 달리 소규모의 독립적인 분산전원을 중심으로 개별 건물이나 지역, 산업단지 등에서 전력을 자급하는 체계를 뜻한다. 마이크로그리드는 신재생에너지, 전력저장장치(ESS) 등의 분산에너지 자원과 이를 소비하는 고객으로 구성된다. 독립적으로 전력을 공급하고 저장하기 때문에 안정적인 수급이 가능하다는 장점이 있고, 나아가 잉여 전력을 주변 지역에 매매하거나 기존 전력시스템과 연결하는 것도 가능하다. 태양광‧풍력 등의 신재생에너지로 구성되므로 전력의 품질이나 공급의 안정성을 확보하는 것이 중요하다. 비슷한 개념으로 스마트그리드(smart grid)가 있으나, 스마트그리드가 국가나 도, 시 단위를 대상으로 하는 것에 비해 마이크로그리드는 건물, 지역 등에 국한되는 것이 차이점이다. 각 커뮤니티에서 구축된 마이크로그리드를 전국 단위로 확대하여 연계시키면 전국 단위의 스마트그리드 구축이 가능해진다.
지구과학·천문우주
Q. 우주는 팽창을 멈추고 수축을 하는 시점은 언제일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아무도 모릅니다. 현재 빅뱅이론이나 다른 이론도 아직 가설일 뿐입니다. 우주는 끊임없는 변화로 별이 생성하고 소멸하 며 팽창과 축소가 일상의 생활처럼 거듭되고 있는 현상이다. 은하의 생성은 지구에서 구름이 생기는 이치와 비슷하다. 보이지 않을 정도의 작은 수증기 입자가 합쳐서 커져 작은 물방울로 여럿 모이면 구 름이 되는 것이다. 은하계를 멀리서 보면 마치 구름 과 같이 보이는 것을 자세히 들여다보면 개개의 별 이 생성되어 무리를 이루고 있다. 마치 구름이 사라 지듯 은하의 별들도 블랙홀현상으로 사라지게 되 어 있다. 엄격히 말하면 없어지는 것이 아니고 반물 질로 변환하는 과정이다. 반물질로의 변환은 시간 과 거리와 형체가 함께 없어지고 만다. 그러나 영 영 없어지는 것이 아니라 어떤 작용의 기능은 에너 지로 변환된다는 사실이다. 다시 재생될 수 있는 기 능은 없어지지 않는다는 사실이 중요하다. 블랙홀 에 휩싸여 없어지는 사람도 다시 환생할 수도 있는 재료가 된다는 뜻이다. 즉 다시 사람으로 되돌아올 수도 있고 다른 물체로 변환될 수도 있는 것이다.
화학
Q. 일본의 방사능 오염수 방류중에 어떤 물질이 제일 나쁜건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.일본 정부가 내세운 방법은 희석 방출이다. 오염수를 바닷물과 섞어서 환경기준을 만족시켜 내보내겠다고 한다. 특히 정화할 방법이 없는 삼중수소 때문이다. 후쿠시마 오염수의 삼중수소 농도는 1리터에 73만 베크렐이라고 한다. 베크렐은 원자 하나가 내는 방사선 단위다. 오염수 전체에 포함된 삼중수소는 860조 베크렐로 추정되고 물로 환산하면 16그램이다. 일본의 방출기준은 리터당 6만 베크렐이고 한국은 4만 베크렐로 더 엄격하다.[1]삼중수소(트리튬)는 신체에 축적될 경우 DNA 변형을 일으키거나 생식기능을 떨어뜨릴 수 있다.일본 정부의 입장은 1리터에 73만 베크렐인 후쿠시마 오염수를 방출기준인 리터당 6만 베크렐로 희석한 다음 바다에 방류하겠다는 것이다.일본은 다핵종제거설비(ALPS)라는 장비를 활용해 방사능 오염수를 정화했다고 주장하지만, 방사성 물질인 '삼중수소'(트리튬)는 제거하지 못한 것으로 알려졌다.삼중수소는 일반 수소나 중수소와 물성이 같아 산소와 결합한 물 형태로 일반적인 물속에 섞여 있으면 물리·화학적으로 분리하는 게 사실상 어렵다.삼중수소는 이미 자연 상태에 존재하고 있는 방사성 물질이며, 삼중수소가 포함된 물이나 음식을 섭취하더라도 7∼14일 내 대소변이나 땀으로 배출된다. 그러나, 일본이 바다로 오염수를 배출한 뒤 해당 해역의 수산물을 오염시키고, 이 수산물을 장시간 섭취하면 신체 내 방사성 물질이 축적될 수 있다. 삼중수소가 인체 내 정상적인 수소를 밀어내고 그 자리를 차지하면, 베타선을 방사하면서 삼중수소가 헬륨으로 바뀌는 '핵종 전환'이 일어난다. DNA에서 핵종 전환이 발생하면 유전자가 변형, 세포사멸, 생식기능 저하 등 신체 손상을 입을 수 있다.[2]국제환경단체 그린피스는 '2020 후쿠시마 방사성 오염수 위기의 현실' 보고서를 통해 "일본 정부가 방사성 오염수 위험을 축소하기 위해 삼중수소만 강조하고 있다"며 "삼중수소 말고도 오염수에 들어있는 탄소-14, 스트론튬-90, 세슘, 플루토늄, 요오드와 같은 방사성 핵종이 더 위험하다"고 주장했다.그러나, 사실상 삼중수소를 물과 분리할 방법이 없기 때문에, 배출기준으로 희석해서 바다에 방류하는 방법은 사실상 유일한 대책으로 평가되고 있다.환경단체 등은 다른 대안을 제시하기도 하는데, 현재의 천톤짜리 탱크 보다 훨씬 큰 대형 탱크를 순차적으로 건설해 교체하면, 오염수 48년치를 보관할 수 있다고 한다.다른 대안은, 미국 사바나 리버 핵시설의 오염수 처분에서 사용된 방식이다. ALPS 처리 오염수를 시멘트와 모래로 모르타르 고체화해 반지하에 처분하는 방식이다. 오염수 18년치를 처리할 수 있다고 한다.
전기·전자
Q. 전자레인지가 회전하며 음식을 데우는 과학적 원리는 어떤건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.전자랜지에서 나오는 전자파가 수분 입자에 충격을 주어서 수분입자들이 여기 저기 움직이면서 수분이 데워지는 방식입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구과학 용어 중에 돌연승온이 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.성층권 돌연승온이란 겨울철 북반구 성층권의 기온이 갑자기 상승하는 현상을 말한다. 이런 현상이 겨울 동안 갑자기 발생할 때 성층권 돌연승온이라 말한다. 성층권은 지표로부터 10km에서 50km 사이에 위치하며 위로 올라갈수록 따뜻해지는 특성을 가지고 있다. 성층권에는 오존이 많이 존재하여 자외선을 차단하는 역할을 한다. 성층권 돌연승온은 겨울 막바지부터 봄에 걸쳐 발생하며 수일 동안 40℃ 이상 온도가 상승할 때도 있다. 성층권 돌연승온이 발생하는 원리는 다음과 같다. 겨울 동안 극지 성층권 주변을 맴도는 바람인 극야 제트기류가 급격히 약해지면 역학적 균형을 맞추기 위해 공기가 중위도에서 북극으로 급격하게 모여들게 된다. 모인 공기는 북극 상공에서 빠져나가기 위해 상하로 흩어지고 극야 제트기류 하단에 있는 성층권에서는 강한 하강 기류가 발생하게 된다. 이렇게 아래로 갑자기 하강하는 공기는 외부와 열 교환 없이 부피가 줄어들면서 기온이 상승한다. 이를 단열압축이라고 한다. 공기의 단열압축은 급격한 온도 상승을 만들어낸다.
화학
Q. 차가운 음료를 컵에 넣으면 물이 맺히는 원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.차가운 유리컵 표면에 물방울이 생기는 이유는 공기 중의 수증기가 차가운 유리컵 표면에 닿으면서 응결되기 때문입니다. 공기 중에는 수증기가 미세하게 포함되어 있죠. 이 수증기는 보통 기체 상태로 존재하지만, 차가운 유리컵 표면에 닿으면 유리컵의 온도가 수증기의 이슬점보다 낮기 때문에 액체 상태인 물로 변하게 됩니다. 이렇게 변한 물이 물컵 표면에 맺히면서 우리 눈에 보이는 물방울이 형성되는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 중력과 물속에 부력의 관계가 어떻게 되나요??
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물속의 물체는 서로 반대 방향으로 작용하는 두 가지 힘을 받는다. 지구중심 방향으로 잡아당기는 중력과 물 표면으로 밀어 올리는 부력이 바로 그것이다. 부력이란 물 분자들 사이에 헤집고 들어오는 물체를 밀쳐내는 저항력과 같다. 중력이 부력보다 크면 물체는 가라앉고, 반대로 부력이 중력보다 크면 물체는 떠오른다. 만약 부력과 중력의 크기가 같아지면 물체는 위아래 방향으로 움직이지 않는다.한 물체에 미치는 중력의 크기는 일정하지만, 부력의 크기는 물체가 물에 잠긴 정도에 따라 변한다. 다시 말해서 물이 잠긴 부분이 늘어날수록 부력이 점점 커지는 것이다. 나무토막을 물 위에 놓았을 때를 생각해 보자. 나무토막이 물 표면에 막 닿을 때에는 아직 물에 잠긴 부분이 없으므로 부력은 없다. 따라서 나무토막은 중력에 의해 물속으로 잠겨 들어가기 시작한다. 그런데 나무토막이 물에 잠겨 들어가면 그 순간부터 나무토막이 받는 부력도 늘어나기 시작한다. 그러다가 부력이 중력과 크기가 같은 곳까지 잠기게 되면 더 이상 위아래 어느 쪽으로도 움직이지 않고 평형을 유지하게 된다. 크기가 같고 방향이 반대이므로 두 힘이 평형을 이룬 것이다.
지구과학·천문우주
Q. 공룡이 멸종된 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.공룡들의 엄청난 식성으로 인해 먹이사슬이 깨져 멸망했다는 설도 있다. 처음에 소나무 등의 겉씨식물을 섭취하던 초식공룡이 지나치게 번성해 나중에는 속씨식물까지 마구 뜯어먹게 됨에 따라 식물이 사라져 공룡이 멸종하게 됐다는 설명이다.또 중생대 말에 늘어난 포유류 동물들이 공룡 알을 먹이로 삼아 멸망하게 됐다는 ‘알 도난설’과 중생대 말에 나타난 새로운 종류의 식물 중에 알칼로이드라는 유독물이 포함돼 있어서 공룡이 멸망했다는 ‘알칼로이드 중독설’, 중성미자가 공룡의 유전자에 손상을 주어 암이 발생해 멸종했다는 ‘암 발생설’ 등도 주장되고 있다.한편 공룡의 멸종이 외적이며 물리적인 사건 때문이 아니라 자연스런 생명의 패턴이라고 보는 이들도 있다. 최초의 생명이 태어난 이래 지구상에는 약 500억 종의 생명체가 탄생했는데 그 중 99.9%가 멸종한 것을 감안할 때 멸종은 우발적인 사건이 아니라 생명의 보편적인 패턴이라고 보는 시각이다.또 어떤 이들은 운석이 지구와 충돌하기 이전부터 이미 공룡은 쇠퇴기를 걷고 있었으며, 운석 충돌의 충격으로 연속적인 화산 분출이 시작되는 등의 복합적인 원인으로 공룡이 멸종됐다고 설명한다.그럼에도 풀리지 않는 의혹들이 있다. 그 당시 공룡을 포함한 수많은 종들이 멸종됐음에도 악어와 새, 바다거북 등이 무사히 살아남았던 이유는 과연 무엇일까. 어떤 가설도 공룡의 멸종에 관한 수수께끼를 완벽하게 충족시켜주지 못하는 상황에서 캐나다 앨버타대 연구팀의 이번 연구결과는 초식공룡이 대멸종 이후 70만년까지 어떻게 살아남았을까 하는 새로운 의혹을 추가시켰다.하지만 공룡의 멸망은 남은 종에게 축복을 안겨주었다. 지난해 말 뉴멕시코대를 비롯한 국제연구팀이 각 대륙에 서식했던 주요 육지 포유동물들의 크기를 비교 조사한 결과, 모든 대륙의 포유동물들의 크기가 공룡 멸종 이후 약 1천배 이상 커진 것을 밝혀냈다. 포유동물들이 공룡과 같이 살았을 때는 최대 10㎏까지 성장하는 데 그쳤지만, 공룡이 사라진 이후에는 최대 17톤까지 성장한 것. 대표적인 동물이 3천400만년 전 유라시아에서 서식했던 ‘인드리코테리움 트란소우랄리쿰’이다. 코뿔소를 닮은 이 초식동물은 어깨높이 5.5미터, 체중 약 17톤까지 성장했다. 이런 축복이 우리 인간을 탄생시키는 원동력이었을지도 모를 일이다.
화학공학
Q. 강화 유리는 일반 유리와 성분이 어떻게 다르길래 강도가 더 강한가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.고열에 의한 특수 열처리로 기계적 강도를 향상시킨 특수유리로 일반 유리에 비해 강도가 3~5배이다. 성형 유리판을 약 600℃로 열압, 공기를 뿜어 급냉시켜서 만든다. 깨지더라도 조각이 모나지 않게 콩알 모양으로 부수어 진다. 가공이 불가능하므로 제작전에 나사구멍, 절단 등의 작업을 하여야 한다. 건축용ㆍ산업용으로 많이 쓰인다. 「강철유리」 (鋼鐵, steel glass)라고도 하며, 또한 가공 조작상「 급냉유리」라고도 함. 인장강도: 2,000㎏/㎠ 정도(보통유리는 600㎏/㎠), 경도: 7정도, 휨강도: 보통유리의 20배 정도. 일반유리와 외관은 같고, 내충격ㆍ내압강도ㆍ휨성이 크고, 내열성도 우수(200℃에서 깨지지 않음)ㆍ급격한 온도에도 견디며 파편에 의한 부상이 거의 없이 안전성이 있음. 두께 5~12㎜, 12㎜짜리는 절단 불가이므로 열처리 전에 소요치수로 절단을 요함.
지구과학·천문우주
Q. 지구 내부의 핵은 어떻게 마그마(액체형태) 형태로 존재할수 있는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.내핵 그리고 외핵은 고온이다 보니 외핵 주변의 돌과 광물을 녹여버릴 수 있습니다. 그렇다보니 마그마 같는 액체로 변해서 핵 주변을 감싸고 있습니다. 그것이 바로 맨틀입니다. 맨틀의 마그마가 분출되는 것이 화산이며 용암입니다.