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[과학다방] 습식부터 전고체 배터리까지 다 알려줄게│ 과학 기술, 다(多) 알게 되는 방, 과학다방 3편

일상에서 떼어놓을 수 없는 배터리의 미래를 위해 전문가들이 연구 중인 핵심 기술 중 하나는 '유기 골격체(COFs)'입니다. 이는 2023년 노벨 화학상 수상자의 연구와도 밀접한 관련이 있는 재료로, 쉽게 말해 분자나 이온이 들어가 살 수 있는 '나노 아파트'와 같은 구조를 가집니다. 이러한 독특한 나노 구조는 배터리 내에서 전해질이나 음극 보호층 역할을 수행하며 전지의 전반적인 성능 향상을 이끄는 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 배터리 제조 공정에서도 큰 혁신이 일어나고 있습니다. 기존의 습식 공정은 재료를 분산시키기 위해 용매를 사용해야 했고 긴 건조 과정이 필수적이었으나, 최근 주목받는 건식 전극 기술은 용매를 사용하지 않아 건조 단계를 생략할 수 있습니다. 이는 생산 에너지를 절감하고 환경 오염 문제를 해결하는 데 큰 도움이 됩니다. 또한 레고 블록처럼 전극을 모듈화하여 원하는 위치에 배치함으로써, 배터리의 부피를 줄이고 값비싼 재료의 사용을 최적화하는 고성능 전극 제조 기술이 새롭게 도입되고 있습니다. 최근 빈번하게 발생하는 배터리 화재 사고는 액체 상태의 전해액이 열이나 충격을 받았을 때 불쏘시개 역할을 하기 때문입니다. 이러한 위험을 근본적으로 차단하기 위해 타지 않는 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리 연구가 활발히 진행 중입니다. 특히 500도 이상의 고온에서도 견디는 유기 골격체(COFs) 소재를 활용하면 화재 발생 가능성을 획기적으로 낮출 수 있습니다. 안전성이 담보된 차세대 배터리 기술은 폭발 위험 없는 안정적인 에너지 저장 수단으로서 미래 산업의 주역이 될 것으로 기대됩니다. 리튬 자원의 고갈 문제에 대비하여 리튬을 대체할 차세대 소재 발굴도 시급한 과제입니다. 현재 소듐 배터리나 리튬-황 전지, 리튬-메탈 전지 등 다양한 대안이 연구되고 있습니다. 특히 리튬-황 전지는 기존 리튬 이온 배터리보다 약 8배나 높은 에너지 밀도를 가질 수 있어, 상용화될 경우 1회 충전 시 사용 시간이 비약적으로 늘어나게 됩니다. 비록 소재의 화학적 불안정성으로 인해 개발에 시간이 걸리고 있지만, 전이 금속이나 희토류 의존도를 낮추려는 연구자들의 노력은 계속되고 있습니다. 우리의 일상 속 배터리 관리 습관 역시 안전과 성능에 큰 영향을 미칩니다. 충전 시에는 열이 잘 발산되도록 통풍이 잘되는 곳을 선택해야 하며, 베개 밑이나 이불 속처럼 열이 고이는 환경은 피해야 합니다. 또한 겨울철에 배터리가 빨리 소모되는 이유는 낮은 온도에서 전해질 내부의 이온 이동이 둔해지기 때문입니다. 이러한 온도 민감성은 현재 배터리 기술의 한계이지만, 차세대 전고체 배터리 기술이나 새로운 전해질 개발을 통해 극복해 나갈 대상이기도 합니다.

국가과학기술연구회

화학
융합
공학·기술

[건설inside] 도시를 삼킨 불, 대형화재

화재는 우리 일상과 가장 밀접한 건축물과 시설물에서 빈번하게 발생하는 재난 중 하나입니다. 매년 4만 건에 달하는 화재가 반복적으로 발생하며 국민의 생명과 재산을 위협하고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 한국건설기술연구원 화재안전연구본부는 실질적인 연구와 기술 개발에 매진하고 있습니다. 특히 경기도 화성시에 위치한 화재안전연구센터는 국내 최초의 종합 실증 연구 시설로, 세계적인 규모를 자랑하며 실제 화재 상황을 재현해 열방출률과 유독가스 발생량을 정밀하게 측정하고 있습니다. 숭례문 화재나 서해대교 사고와 같은 대형 참사는 우리 사회에 큰 충격을 안겨주었습니다. 연구진은 이러한 실제 사고 사례들을 공학적으로 증명하고 제도적 개선을 이끌어내기 위해 실규모 실험을 지속해 왔습니다. 이를 가능하게 하는 핵심 장비가 바로 '10MW급 칼로리미터'입니다. 이 장비는 대형 화재의 열방출을 그대로 재현할 수 있어, 터널이나 초고층 빌딩과 같은 거대 구조물의 화재 안전성을 검증하는 데 필수적입니다. 실물 크기의 실험을 통해 화재 강도를 파악하는 과정은 실효성 있는 대응책 마련의 기초가 됩니다. 최근 화재 발생 건수는 줄어드는 추세지만, 인명 및 재산 피해 규모는 오히려 증가하는 경향을 보입니다. 필로티 구조 건축물의 가연성 외벽 마감재나 스프링클러 미설치와 같은 구조적 결함은 대형 화재의 주요 원인으로 지적됩니다. 또한 리튬 배터리 열폭주와 같이 기존의 소화 방식으로는 대응하기 어려운 새로운 유형의 위험도 급증하고 있습니다. 특히 전기차 지하 주차장 화재나 배터리 제조 공장 사고는 순식간에 확산되는 불길로 인해 초기 진압이 불가능한 경우가 많아, 보다 진보된 화재 안전 기술의 필요성이 그 어느 때보다 강조되고 있습니다. 건설연은 화재 확산을 막기 위한 세 가지 핵심 비책을 제시하고 있습니다. 첫째는 '화재 확산 차단 공법'으로, 난연성 외벽 시스템을 통해 불길이 수직이나 수평으로 번지는 것을 방지합니다. 둘째는 '스마트 대피 시스템'인데, 단순 경보를 넘어 최적의 피난 경로를 스마트폰 등으로 실시간 안내하여 골든타임을 확보합니다. 마지막으로 '원격 자동 소화 시스템'은 소방대원의 접근이 어려운 터널이나 지하 공간에서 카메라와 센서로 화재를 감지하고 자동으로 방수포를 가동해 초기 진압을 수행합니다. 다가올 미래 에너지 사회를 대비한 연구도 활발히 진행 중입니다. 대표적으로 개발된 '수소 라이다(LiDAR) 센서'는 30m 거리에서도 미세한 수소가스 누출을 99%의 정확도로 감지할 수 있어 차세대 에너지 안전을 담보합니다. 화재 재난은 발생 시 사회적 약자에게 더 큰 고통을 안겨주는 만큼, 안전을 단순한 비용이 아닌 지켜야 할 가치로 바라보는 인식의 전환이 필요합니다. 연구진은 앞으로도 국민의 안전한 삶을 최우선으로 생각하며, 첨단 기술을 통해 화재로부터 자유로운 대한민국을 만들기 위한 노력을 멈추지 않을 것입니다.

한국건설기술연구원건설 Inside

지구환경과학
융합
공학·기술

[K철도] 지하철 화재 생존 TIP 이렇게만 하GO 살아남GO | Subway Fire Survival TIP! Just DO it & Survive!

수많은 시민이 매일 이용하는 지하철은 우리 생활의 필수적인 공간이지만, 예기치 못한 화재 사고가 발생할 수 있는 위험도 내포하고 있습니다. 지하철 화재 발생 시 가장 먼저 실천해야 할 일은 당황하지 않고 신속하게 상황을 알리는 것입니다. 객차 내부에 비치된 인터폰을 사용하여 기관사에게 화재 사실을 즉시 전달하고, 동시에 119에 신고하여 현재 위치와 화재 상황을 상세히 알려야 합니다. 이러한 초기 신고는 구조 및 진압 시간을 단축하여 인명 피해를 줄이는 데 결정적인 역할을 합니다. 화재가 발생한 지점에서 불길이 확산되는 상황이라면 신속하게 옆 칸으로 이동하여 대피해야 합니다. 이동하는 과정에서 객차 내 비치된 소화기를 발견한다면 초기 진화를 시도하는 것이 좋습니다. 평상시 지하철을 이용할 때 비상 장비의 위치를 미리 파악해 두는 습관은 긴급 상황에서 큰 힘이 됩니다. 기관사는 승객들의 안전한 하차를 위해 다음 역까지 열차를 운행하며 안내 방송을 지속적으로 송출하므로, 승객들은 방송 내용에 귀를 기울이며 침착하게 다음 행동을 준비해야 합니다. 열차가 역에 무사히 도착하면 안내에 따라 스크린도어를 수동 또는 자동으로 개방하고 신속하게 하차해야 합니다. 만약 비상 상황으로 인해 열차가 역 사이 터널 안에서 멈춰 섰다면, 함부로 비상 레버를 조작하기보다는 기관사의 지시에 따르는 것이 안전합니다. 비상 레버는 작동 즉시 열차를 급정거시키기 때문에 신중한 사용이 요구됩니다. 선로로 하차하게 될 경우에는 마주 오는 열차와의 충돌 위험이 있으므로 다른 선로로 넘어가지 않도록 주의하며 벽을 짚고 질서 있게 이동해야 합니다. 역사 내에서 대피할 때는 연기로 인한 질식 사고를 예방하는 것이 최우선 과제입니다. 역사 곳곳에 마련된 화재 구호함에서 화재용 마스크를 꺼내 착용하거나, 손수건 등을 물에 적셔 코와 입을 철저히 가려야 합니다. 화재용 마스크를 사용할 때는 정화통의 안팎 마개를 반드시 제거한 뒤 머리에 밀착시켜 착용해야 효과를 볼 수 있습니다. 시야가 확보되지 않는 상황에서는 자세를 낮게 유지하며 유도등과 안내 표지판을 따라 엘리베이터 대신 계단을 이용하여 지상 출구 방향으로 이동해야 합니다. 지하철 화재 대응의 완성은 서로를 배려하는 시민 의식에 있습니다. 대피 과정에서 노약자, 어린이, 장애인 등 거동이 불편한 이들을 먼저 배려하고 돕는 자세는 공동체의 안전을 지키는 핵심입니다. 신고하기, 대피하기, 초기 진화, 지침 준수라는 4대 원칙을 명확히 기억한다면 일상의 위기 속에서도 소중한 생명을 지켜낼 수 있습니다. 평소 무심코 지나쳤던 지하철 내 안전 수칙들을 다시 한번 되새기며, 혹시 모를 상황에 대비하는 마음가짐이 우리 모두의 안전한 일상을 보장할 것입니다.

한국철도기술연구원

공학·기술

[What if..🧑 🔬❓] 만약 아무도 없는 무인점포에 불이 난다면?

최근 우리 주변에서는 무인 사진관, 편의점, 카페 등 사람 없이 운영되는 점포들을 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 무인 점포는 이용자에게 큰 편리함을 제공하지만, 화재 발생 시 즉각적인 대응이 어렵다는 치명적인 약점을 안고 있습니다. 새벽 시간대 아무도 없는 가게에서 원인 미상의 화재가 발생하거나, 손님이 두고 간 고데기 혹은 세탁기 속의 라이터로 인해 불이 나기 시작하면 걷잡을 수 없는 상황으로 번질 수 있습니다. 특히 무인 점포는 소방 시설 설치 의무가 부족한 경우가 많아 화재 관리에 더욱 각별한 주의가 필요합니다. 현재 많은 장소에 화재 감지기나 CCTV가 설치되어 있지만, 실제 위급 상황에서 제 역할을 다하지 못하는 한계가 있습니다. 기존의 화재 감지기는 연기나 열에 민감하게 반응하다 보니 오작동률이 매우 높아 일상적인 상황에서도 경보가 울리는 일이 빈번합니다. 이는 정작 중요한 순간에 사람들의 경각심을 떨어뜨리는 원인이 되기도 합니다. 또한, 널리 보급된 CCTV는 대개 영상을 기록하는 녹화 기능에만 충실할 뿐, 화면 속에서 일어나는 화재나 위험 상황을 실시간으로 직접 인지하여 외부에 알리는 지능적인 역할은 수행하지 못하고 있습니다. 인공지능을 결합한 지능형 화재 감지 시스템은 이러한 기존 기술의 한계를 보완하기 위해 탄생했습니다. 이 시스템은 기존 CCTV 영상에 AI 기술을 접목하여 영상 속의 화염을 실시간으로 분석하고 판단합니다. 단순히 시각적 정보만 활용하는 것이 아니라 연기, 일산화탄소, 온도, 습도, 미세먼지 등 공기 상태를 확인하는 복합 센서를 탑재하고 있는 것이 특징입니다. 실내 환경을 24시간 분석하여 데이터를 주기적으로 서버에 전송하며, 위험이 감지되는 즉시 매장 내 스피커를 통해 경고를 전파하여 초기 대응을 돕는 첨단 보안 환경을 제공합니다. 이 기술의 핵심은 화재 감지 알고리즘과 딥러닝을 통해 확보한 높은 정밀도에 있습니다. 화염이 포함된 이미지와 그렇지 않은 이미지를 방대하게 학습하여 실제 화재 상황을 정확하게 식별해내도록 설계되었습니다. 덕분에 기존 감지기의 고질적인 문제였던 거짓 경보를 획기적으로 줄여 신뢰도를 높였습니다. 또한 별도의 복잡한 통신 설비 없이 통신사 전국망을 활용해 간편하게 설치할 수 있다는 장점도 있습니다. 사용 환경에 따라 천장형이나 탁상형 등 다양한 형태로 배치할 수 있어 사무실과 가정 등 여러 장소에서 유연한 운용이 가능합니다. 지능형 화재 감지 시스템은 무인 점포를 넘어 산업 공장, 국가 주요 시설의 재난 감시, 그리고 교통 및 치안 분야까지 폭넓게 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 사람이 24시간 내내 CCTV를 지켜보지 않아도 인공지능이 빈틈없이 위험을 감시해주므로 더욱 신속한 재난 대응이 가능해집니다. 한국생산기술연구원의 혁신적인 기술력으로 완성된 이 시스템은 우리가 놓칠 수 있는 사소한 위험까지 감지하여 소중한 생명과 재산을 보호합니다. 기술을 통해 상상을 현실로 바꾸는 이러한 시도는 우리 사회를 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 곳으로 만들어줍니다.

한국생산기술연구원🔬What if Technology

융합
공학·기술

전기요금 인하에 안전성 보장, 그리고 화재 방지까지!

태양광 발전 시스템의 안전성을 확보하기 위해서는 화재 예방 기술이 무엇보다 중요합니다. 통계에 따르면 태양광 발전 시스템 화재의 약 60%가 접속반에서 발생하는데, 이를 해결하기 위해 폴리머 재질의 소화 튜브를 활용한 자동 소화 방재 시스템이 개발되었습니다. 기존의 단순 감지 수준에 머물렀던 기술과 달리, 이 시스템은 전원 공급이 중단된 극한의 상황에서도 소화 튜브가 열에 반응하여 스스로 파열됨으로써 즉각적인 진화를 가능하게 합니다. 이러한 독립적 소화 구조는 설비의 신뢰성을 획기적으로 높여줍니다. 에너지 저장 시스템(ESS) 역시 화재 안전성이 핵심 과제로 떠오르고 있습니다. 안전한 전력 관리를 위해 도입된 신기술은 내부에 충전된 약제가 주변 열기에 반응하여 즉각적으로 살포되는 특수한 메커니즘을 가지고 있습니다. 기기가 과열되면 보호층이 열에 반응하여 소화 성분을 방출함으로써 대형 사고를 미연에 방지합니다. 이러한 기술력 덕분에 외부의 조작 없이도 설비 스스로를 보호할 수 있으며, 시스템 전체의 신뢰도를 보장하는 중추적인 역할을 수행하며 안정적인 에너지 관리를 위한 필수적인 장치로 자리매김하고 있습니다. 재생 에너지의 간헐성을 극복하고 효율을 극대화하기 위한 인버터 기술의 진보도 눈에 띕니다. 새롭게 적용된 투 스택 인버터는 일사량이 상대적으로 낮은 아침과 저녁 시간대의 발전 효율을 개선하는 데 중점을 둡니다. 두 개의 스택을 나누어 아침에는 A 스택이, 저녁에는 B 스택이 교대로 가동되는 교번 운전 방식을 통해 저부하 구간에서의 에너지 손실을 최소화합니다. 이러한 고효율 기술과 강력한 방재 기능이 결합되어 향후 공공기관을 비롯한 다양한 산업 분야에서 지속적인 매출 성장과 기술 확산이 기대됩니다.

한국과학기술정보연구원

융합
공학·기술

[재해시리즈-화재2부] 화장실을 🔥화재대피공간으로 만들어야 하는 이유!🏃‍♂🏃‍♀(ft. 화재원인 유형별 랭킹)🚒

우리나라 화재 통계에 따르면 가장 빈번하게 발생하는 장소는 주거용 건축물이며, 쓰레기 소각과 자동차 및 철도 차량 화재가 그 뒤를 잇습니다. 특히 발화 요인 중 1위는 부주의로 나타났는데, 여름철에는 음식물을 조리하다가 가스레인지 불을 끄는 것을 잊어버리는 등의 사고가 빈번합니다. 평상시에는 담배꽁초나 쓰레기 소각이 주요 원인으로 꼽히는 만큼 일상에서의 세심한 주의가 필요합니다. 또한 전선 피복과 같은 전기적 요인이 최초 착화물 중 높은 비중을 차지하므로, 주변의 가연성 물질을 정리하고 노후 전기설비를 수시로 점검하는 습관을 지녀야 화재로부터 소중한 생명과 재산을 보호할 수 있습니다. 건축법에 따라 2005년 이후 건설된 아파트는 발코니 등에 대피 공간을 의무적으로 설치해야 하지만, 1992년 이전에 지어진 노후 아파트는 피난 시설이 전무한 경우가 많습니다. 기존의 경량 칸막이는 성인이 부수기에도 물리적인 어려움이 따르고 보안에 취약한 측면이 있으며, 피난 사다리는 뜨거운 열기와 공포 속에서 노약자가 사용하기에 현실적인 한계가 큽니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 주거 공간의 특성을 적극적으로 활용한 새로운 대피 대책이 요구되고 있습니다. 특히 별도의 공간 확보가 어려운 도심형 주거지에서 누구나 쉽게 접근할 수 있는 공간을 활용하는 창의적인 안전 기술의 도입이 절실한 시점입니다. 한국건설기술연구원에서는 모든 건물에 존재하는 화장실을 대피 공간으로 변모시키는 기술을 개발했습니다. 이 기술의 핵심은 크게 두 가지로, 첫 번째는 화장실 문 상단에서 물을 흘려보내 일반 문이 방화문 수준의 내화 성능을 갖추게 하는 수막 형성 기술입니다. 두 번째는 화장실 환기팬을 역회전시켜 내부 압력을 높임으로써 유독가스가 실내로 침입하지 못하게 차단하는 양압 형성 기술입니다. 이 시스템을 적용하면 소방대원이 구조하러 도착할 때까지 노약자와 피난 약자들이 안전하게 머무를 수 있는 대피 공간을 확보할 수 있습니다. 이는 기존 화장실 시설을 그대로 활용하기 때문에 시공 효율성 면에서도 매우 탁월한 장점을 가집니다. 이 기술은 신축 건축물의 경우 단 하루 만에 시공이 가능하며, 기존의 상수도 배관과 환기팬 인프라를 그대로 활용하기 때문에 유지 관리가 매우 편리합니다. 이미 청담종합사회복지관과 광주시의 연립주택 등 다양한 시설에 적용되어 그 성능을 입증받았으며, 현재는 요양원과 장애인 시설 등 피난이 어려운 피난 약자 거주지를 중심으로 시범 설치가 확대되고 있습니다. 설치 비용 또한 수백만 원대로 합리적이며, 향후 기술 상용화를 통해 대량 생산 체계가 갖춰지면 직접 비용은 더욱 낮아질 전망입니다. 이는 안전 사각지대에 놓인 노후 주택과 요양 시설의 안전망을 강화하고 국민의 안전 체감도를 높이는 데 크게 기여할 것입니다. 화재 안전은 첨단 기술의 발전뿐만 아니라 개개인의 철저한 경각심이 동반될 때 비로소 완성될 수 있습니다. 화재는 누구에게나 예고 없이 찾아올 수 있는 재난이기에, 꺼진 불도 다시 보는 습관과 안전 수칙 준수가 무엇보다 중요합니다. 연구진들의 끊임없는 기술 개발 노력은 국민의 소중한 생명을 지키는 든든한 밑거름이 될 것이며, 대중의 지속적인 관심은 기술의 상용화를 앞당기는 동력이 됩니다. 우리 모두가 화재 예방에 힘쓰고 일상 속에서 안전 수칙을 실천한다면, 화재로 인한 비극을 막고 더욱 안전한 사회를 만들어 나갈 수 있습니다. 스스로 화재에 주의를 기울이는 관심이야말로 가장 강력하고 효과적인 화재 안전 기술이라는 점을 명심해야 합니다.

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