Top 10 Emerging Technologies 세계경제포럼 미래 10대 유망 기술

세계경제포럼 미래 10대 기술 Top 10 Emerging Technologies of 2020

2020년 미래유망기술 세계경제포럼(World Economic Forum, WEF)과 Scientific American 합동으로 마이크로니들, 디지털 의료, 저탄소 시멘트, 전체 게놈 합성 등의 관련 기술을 Top 10 Emerging Technologies of 2020으로 11월 발표했다.

출처: World Economic Forum, Scientific American

5년 이내의 근 미래 글로벌 사회, 경제에 큰 영향력을 미칠 획기적인 혁신 (Breakthrough Innovations) 기술로 삶의 질을 개선하고 산업을 변화시키며 지구를 보호하는 잠재력을 가진 10대 기술을 WEF 전문가 네트워크 및 글로벌 미래위원회(Global Future Councils)와 Scientific American 자문위원회가 선정했다.

2015년까지는 매년 1월말 스위스 다보스포럼과 연계해 발표해 왔지만, 2016년부터 사이언티픽 아메리칸지와 공동으로 매년 하반기에 발표하고 있다.

10대 미래유망기술 중 바이오 관련 기술이 가장 큰 비중을 차지했다.

2018년 6개, 2019년은 5개, 2020년 5개 2018

2019

2020

증강현실

순환 경제 바이오 플라스틱

마이크로니들

정밀 의료

소셜 로봇

태양열 기반 화학

AI 기반 분자 디자인

소형 장치용 소형 렌즈

가상 환자

다기능 디지털 헬퍼

신약 타깃 구조 결합 단백질

공간적 컴퓨팅

전이 가능 약물 생성 세포

환경 오염 감축 스마트 비료

디지털 의료

유전자 드라이브

협업 텔레프레즌스

전기 항공

양자 컴퓨터 알고리즘

고급 식품 추적 및 포장

저탄소 시멘트

플라즈모닉 소재

보다 안전한 원자로

양자 센서

실험실 생산 인공 육류

DNA 데이터 저장

그린 수소

디지털 약물

유틸리티 규모 재생에너지 저장

게놈 합성

마이크로니들 Microneedles

임상 병리 검사 감소, 진료 접근성 향상 Elizabeth O’Day

눈에 거의 보이지 않는 미세 바늘을 통해 통증 없고 출혈 없는 주사와 혈액 검사가 가능하여 백신 접종, 당뇨병, 암, 피부질환 등 치료에 적용 중이며 표피 및 진피에 효율적인 직접 약물이 전달 가능하다. 바이오센서와 결합하여 혈액 등의 채취를 통해 건강 및 질병 상태를 몇 분 내 직접 테스트 가능하다.

길이가 50 ~ 2,000 미크론 (종이 한 장)과 너비가 1 ~ 100 미크론 (머리카락 너비)로 피부의 최상층을 관통하여 두 번째 층 표피에 도달한다. 대부분 혈액, 림프관 및 결합 조직과 함께 신경 말단이 있는 기저 진피에 거의 닿지 않는다. 패치나 주사기에 부착. 바이오 센서에 결합하면 포도당, 콜레스테롤, 알코올, 약물 부산물 또는 면역 세포와 같은 건강/질병 상태를 나타내는 생물학적 마커를 몇 분 내에 직접 측정 할 수 있다.

집에서 사용 후 실험실로 우송하거나 현장에서 분석 할 수 있다. 미국, 유럽은 최근 Seventh Sense Biosystems의 TAP 혈액 수집 장치를 승인했다. 실험실로 보내거나 자체 모니터링을 위해 무선 통신 장치와 통합되어 생물학적 분자를 측정하여 적절한 약물 용량을 결정하고 투여할 수 있다. 맞춤형 의학의 가능성을 실현에 도움이 된다.

비용, 관리, 교육 면에서 이점이 커서 서비스 취약 지역에서 테스트 및 치료에 유용하다. Micron Biomedical은 쉽게 사용할 수 있는 붕대 크기 패치를 개발했다.

Vaxxas는 동물 및 초기 인체 실험에서 통상 용량의 일부만 사용하여 향상된 면역 반응을 유도하는 마이크로니들 백신 패치를 개발하고 있다. 또한 혈액 매개 바이러스 전염의 위험도 줄고 바늘의 유해 폐기물을 줄일 수 있다.

태양열 기반 화학 Sun-Powered Chemistry

Javier Garcia Martinez

가시 광선을 CO2를 일반 소재로 변환하는 촉매로

인간의 건강과 편안함에 중요한 많은 화학 물질의 제조는 화석 연료를 소비한다. 채집 과정, 이산화탄소 배출 및 기후 변화에 문제가 발생한다. 태양광을 사용하면 이산화탄소를 필요한 화학 물질로 변환하여 잠재적으로 두 가지 방법으로 배출을 줄인다. 가스를 원료나 생산에 필요한 에너지원으로 사용하는 방식이다.

태양광 활성화 촉매 또는 광촉매 발전으로 더 실현 가능 해지고 있다. 최근 몇 년 연구진은 이산화탄소에서 탄소와 산소 사이의 저항성 이중 결합을 끊는 광촉매를 개발했다. 의약품, 세제, 비료 및 직물과 같은 다양한 제품 합성 원료 역할을 하는 플랫폼 분자를 포함하여 폐가스로부터 유용한 화합물을 생산하는 태양열 정제에 중요한 첫 단계다.

광촉매는 이산화탄소 변환에 관여하는 전자를 생성하기 위해 고 에너지 자외선이 필요한 반도체다. 자외선은 태양광의 5%에 불과하면서 해롭다. 보다 풍부하고 가시 광선 아래에서 작동하는 새로운 촉매 개발이 목표였다. 이산화 티타늄과 같은 기존 촉매의 조성, 구조 및 형태를 신중하게 설계하여 해결되고 있다. 새로운 촉매는 메탄올, 포름 알데히드 및 포름산 같이 널리 사용되는 화학 물질 생성에 가시 광선이면 충분하다. 접착제, 폼, 합판, 캐비닛, 바닥재 및 소독제 제조에 모두 중요하다.

현재 태양 화학 연구는 로렌스 버클리 국립 연구소와 협력하여 캘리포니아 공대가 운영하는 인공광합성연구센터 등 주로 학술 연구소에서 이루어지고 있다. 네덜란드는 Sunrise 컨소시엄이다. 독일 Mülheim의 Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion도 있다. 일부 스타트업은 이산화탄소를 유용한 물질로 변환하기 위해 전기를 활용하는 방법을 연구하고 있다. 전기는 화석 연료가 필요하지만 태양광 전지로 이 단점을 극복 할 수 있다.

피험자를 모의시험 대체로 신속하고 안전한 임상 시험

가상 환자 Virtual Patients Daniel Hurtado, Sophia Velastegui

시험관 내

컴퓨터 모의

생체 내

매일 새 알고리즘을 쓰면 전례 없는 정확도로 질병을 진단할 수 있다. 컴퓨터가 곧 의사를 대체한다고 예측한다. 그런데 환자를 대신한다? 예로, 코로나 백신 시험의 일부 단계에서 가상 인간으로 대체할 수 있다면 개발을 가속화할 수 있다. 효과 여부를 조기에 식별하여 비용을 절감하고 자원 봉사자의 위험도 배제할 수 있다. "인실리코(In Silico) 의학"의 이점은 실제 사람이 아닌 가상 장기 또는 신체 시스템 치료 테스트다. 가까운 미래에 실제 환자는 후기 단계 연구에서 필요하지만 안전성과 효능에 대한 신속한 저비용 시험으로 피험자를 대폭 줄이게 될 것이다.

가상 장기 모델링은 개인의 실제 장기의 비 침습적 고해상도 영상에서 가져온 해부학 데이터를 해당 장기 기능을 제어하는 메커니즘의 복잡한 수학적 모델에서 시작된다. 강력한 알고리즘은 방정식과 미지수를 해결하여 실제처럼 보이고 작동하는 가상 기관을 생성한다. In silico 임상 시험은 어느 정도 진행 중이다. 예를 들어, FDA는 새로운 유방 조영술 시스템을 평가하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다. 또한 가상 환자를 포함하는 약물 및 의료 기기의 시험 설계에 대한 지침을 발표했다.

임상 시험 속도, 위험 축소 외에도 특정 의학적 상태의 진단 또는 치료 계획에도 사용할 수 있다. 예로, FDA에서 승인 한 클라우드 기반 서비스 HeartFlow Analysis를 통해 임상의는 환자 심장 CT 이미지를 기반으로 관상 동맥 질환을 식별할 수 있다. 관상 동맥 혈관을 통과하는 혈액의 유체 역학 모델을 구성하여 비정상 상태와 그 심각성 정도를 식별한다. 보통은 침습적인 혈관 조영술을 시행해야 한다. 디지털 모델 실험은 개인 조건에 맞는 치료에도 도움이 되어 이미 당뇨병 치료에 사용되고 있다.

시뮬레이션하는 기능은 전자 회로, 비행기 및 건물 설계 등 오랜 동안 엔지니어링의 초석이었다. 의료에 적용은 넘어야 할 벽이 있다. 예측 신뢰도를 위해 성별, 인종, 연령 등 다양한 고품질 데이터가 확보되어야 하며 인체의 수많은 상호 작용 과정에 대한 수학적 모델링 개선이 필요하다. Dassault Systèmes의 Living Heart, 마이크로 소프트 Healthcare NExT, Virtual Physiological Human Institute for Integrative Biomedical Research 등이 선도하고 있다.

공간 컴퓨팅 Spatial Computing

가상/증강 현실 너머의 차세대 기술

Corinna E. Lathan & Geoffrey Ling

휠체어에 기대며 혼자 사는 80대 마르타 할머니를 상상해 본다. 집안 모든 것은 디지털로 분류되어 제어하는 센스와 장치는 인터넷으로 가능하고, 디지털 지도와 사물 지도와 통합되어 있다. 침실에서 부엌으로 움직이면 조명, 온도가 조절되고 고양이가 지나가면 휠체어도 감속 된다. 부엌에 들어서면 테이블이 냉장고, 난로에 접근하기 좋게 움직인다. 식사하도록 의자가 움직이고 잠자리에 들라치면 가구가 움직여 보호하고 문제가 발생하면 아들과 지역 모니터링 당국으로 경보가 간다.

공간 컴퓨팅은 물리적 세계와 디지털 세상 융합의 다음 단계다. VR/AR 앱이 모든 것을 수행한다. 클라우드로 연결된 대상물을 디지털화하고 센스와 모터가 서로 반응하도록 하여 현실 세계를 디지털로 나타낸다. 그리고 공간 지도와 결합하여 컴퓨터가 탐색하고 물체 움직임과 상호작용을 추적하고 제어해준다. 공간 컴퓨팅은 곧 산업, 의료, 교통, 가정 등 다방면에 사람-기계, 기계-기계 상호작용의 새로운 효율성을 가져다 줄 것이다. MS와 아마존 등 기업이 많은 투자를 하고 있다.

가정, 빌딩, 도시 분야: VR/AR처럼 CAD에서 익숙한 디지털 트윈 개념이다.

CAD 기술자는 물체를 디지털로 만들어 3D 프린팅을 하고, 새로운 버전을 디자인하고, 가상 훈련을 제공하고, 다른 디지털 물체와 서로 연결하는 가상세계를 창조한다. 가상 컴퓨팅은 GPS, 빛 감지/거리 측정, 비디오 및 다른 위치 기술을 이용, 물체는 물론 사람 위치의 디지털 트윈을 만들어 방, 빌딩, 도시의 디지털 지도를 만든다. 알고리즘은 디지털 지도, 센스 자료, 물체와 사람의 디지털 표현을 통합하여 관찰, 정량, 조작이 가능한 현실 세상을 조작할 수도 있는 디지털 세상을 만든다.

의학 분야: 응급 수술해야 하는 환자를 위해 구조팀이 아파트로 급히 파송 되면, 시스템은 환자 의료 기록과 실시간 업데이트를 대원 모바일과 응급센타에 보내고 가장 빠른 운전 경로를 결정한다. 교통 통제, 구급차 도착 시 문 자동 개방, 승강기 대기를 시킨다. 가장 빠른 경로로 응급실로 안내하고 수술팀은 공간 컴퓨팅과 AR을 사용하여 취해야할 행동이나 환자 신체 측정으로 수술 단계를 계획한다. 시간의 낭비를 최소화하고 정확하게 순서에 따라 수술하게 된다. 미래 시나리오다.

산업 분야: 이미 센서, 디지털 트윈, IoT를 통합하여 생산성을 최적화하는 조기 적용 분야다. 장비 또는 공장 전체를 위치 기반 추적을 추가할 수 있다. AR 헤드셋을 쓰고 수리 지침 뿐만 아니라 기계 구성 부품의 공간 지도가 투영된 홀로 그래픽 이미지를 보면서 작업자아 기계 내/외부를 안내 받아 효율적으로 시간과 비용을 줄일 수 있다. 공장을 지을 때 기술자가 VR을 활용 여러 로봇을 원격 조종하고 공간 컴퓨팅 알고리즘은 작업 선택을 통해 안전, 효율, 품질을 최적화할 수 있다. 패스트푸드나 소매점은 공간 컴퓨팅과 표준 산업공학 기술을 통합하여 작업 흐름을 향상할 수 있다.

디지털 의료 Digital Medicine

병 진단 및 치료 앱

P. Murali Doraiswamy

진단과 치료하는 앱과 로봇. 의사의 처방을 앱으로 할까? 정신적, 신체적 장애를 자동으로 감지하거나 감시해서 직접 투여까지 하는 앱이 사용 중이거나 개발되고 있다. 포괄적으로 디지털 의료는 소프트웨어로 전통적인 의료 치료와 코로나가 창궐하는 시기 등에는 한정된 의료 서비스를 향상할 수 있다.

검진 보조앱은 음성, 위치, 표정, 운동, 수면, 문자 활동 같은 기능 기록에 모바일 기기에 의존한다. 인공지능은 발병, 악화 가능성을 알려준다. 예로 스마트 시계는 심장박동으로 심방세동을 자동 감지, 경고하는 센서가 장착되어 있다. 호흡 장애, 우울증, 파킨슨병, 알츠하이머, 자폐증 등에도 활용된다. 디지털 표현식 감지만으로는 당장 의료진을 대체하지 못하지만 후속 조치가 필요한 경고에 도움이 되는 파트너가 될 수 있다. 감지 보조 장치는 마이크로 바이오 전자 장치 같이 센서로 액 복용을 알려주고 일부는 종양 DNA, 장내 미생물 방출 가스, 위장 출혈, 체온, 산소 농도 등을 검출해 알려준다.

질환 치료 앱도 있다. 최초 FDA 승인 앱은 물질사용장애에 대한 Pear Therapeutics의 reSET 기술이었다. 2018년 치료 보조앱으로 허가 된 reSET은 연중 무휴로 인지행동 치료(CBT)를 해주고 임상의에게 실시간 환자 데이터를 제공한다. 불면증 치료 앱인 Somryst, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD) 아동용 비디오 게임식 최초 치료법인 EndeavorRX는 2020년 초 FDA 승인을 받았다. 아동 건강 스타트업 Luminopia는 약시를 치료하는 안대식 가상 현실 앱을 설계했다. 시계가 언어/사교 패턴의 변화 감지 후 경증 우울증 확인과 인지행동치료 상담에 Woebot을 사용할 수 있다.

COVID-19 우울증 발병으로 감지하고 상담을 제공하는 수십 개 앱을 사용할 수 있게 되었다. 전 세계의 병원과 정부 기관은 다양한 Microsoft 의료봇 서비스를 배포했다. 콜센터 대기, 응급실 입원 위험 우려 대신 기침과 열을 확인하면 자연어로 증상을 묻고 AI 분석을 기반으로 하는 봇과 채팅을 할 수 있다. 가능한 증상 원인을 설명하거나 의사의 진단을 위해 원격 진료 세션을 시작할 수 있다. 4 월 말 이미 COVID 증상 및 치료에 대한 2억 건 이상의 문의를 접수했다. 의료진의 부담을 크게 줄여주었다.

분명히 사회는 엄격한 테스트를 거치고 개인 정보를 보호하며 의사 업무 흐름에 쉽게 통합되는 디지털 의학의 미래로 이동하고 있다. 디지털 표현형 및 치료법은 건강에 해로운 행동을 표시하고 발병 전 대처하도록 지원함으로써 의료 비용을 절감하게 해준다. 또한 앱을 통해 생성 될 빅 데이터 세트에 인공 지능을 적용해야 한다. 개임 맞춤 치료에도 큰 도움이 된다. 소통 패턴도 더 건강한 습관 형성을 만들 것이다.

전기 항공 Electric Aviation

탈탄소 여행

Katherine Hamilton & Tammy Ma

2019년 항공 여행은 세계 탄소 배출량의 2.5%를 차지했으며 2050년까지 3배로 늘어날 수 있다. 일부 항공사는 상쇄 노력을 시작했지만 여전히 상당한 감축이 필요하다. 전기 비행기/항공에 많은 회사가 개발 경쟁을 하고 있다. 전기 추진 모터는 직접적인 탄소 배출을 배제하고 비용을 연료는 최대 90%, 유지 보수에 최대 50% 줄이고 소음을 거의 70 % 줄일 수 있다.

개인 여행, 출장 또는 통근을 위한 테스트 중이다. 미국연방항공국의 인증을 받은 회사는 Airbus, Ampaire, MagniX 및 Eviation 등이다. 가장 큰 지역 항공사 중 Cape Air는 Eviation에서 Alice 9인승 전기 항공기 구매 첫 번째 고객이 될 것으로 예상한다. CEO Dan Wolf는 환경적 이점 뿐만 아니라 비용의 절감에도 관심이 있다고 말한다. 전기 모터는 기존 탄화수소 연료 엔진보다 수명이 더 길고 중정비(Overhaul) 시간도 2만 시간에서 2천 시간으로 줄어든다.

개발중인 NASA의 X-57 Maxwell은 기존 날개를 분산 전기 프로펠러로 대체했다. 기존 제트 항공기 날개는 저속으로 이동하려면 양력을 충분히 제공하도록 커야 하지만 넓은 표면적은 속도에 항력이 방해가 된다. 전기 프로펠러는 이륙시 양력을 증가시켜 날개를 더 작게 하면서도 전반적으로 더 높은 효율성을 보인다,

전기 비행기는 당분간 이동 거리가 제한적이다. 기존 연료보다 훨씬 적은 전력을 소비한다. 에너지밀도는 kg당 250 Watt-hour(제트 연료 12,000). 따라서 필요한 배터리는 표준 연료보다 훨씬 무겁고 더 많은 공간을 차지한다. 세계 모든 항공편의 약 절반이 800km 미만이므로 2025 년까지 이 범위에 맞출 것으로 예상된다. 비용과 규제의 장애물도 있지만 투자자, 인큐베이터, 기업 및 정부는 2017_2019년 스타트업에 약 $2억 5천만을 투자했다. 현재 약 170개 전기 비행기 프로젝트가 진행 중이다. Airbus는 2030년까지 100인 승객용 버전을 준비 할 계획이다.

저탄소 시멘트 Low-Carbon Cement

Mariette DiChristina

기후 변화에 대처하는 건축 자재

건설에 광범위하게 쓰이는 콘크리트. 런던의 싱크 탱크 Chatham House에 따르면 시멘트 제조는 전 세계 인간이 생산하는 이산화탄소 발생량의 최대 8% 정도다. 시멘트 생산을 나라 규모로 따진다면 중국, 미국에 이어 3번째 배출국에 상당한다. 현재 매년 40억 톤이 생산되며 도시화로 30년 내에 50억 톤 규모로 증가가 예상된다. 석회석 속의 탄산칼슘 고온 가열 과정은 물론 석회질, 점토질, 규산질 , 산화철 원료를 혼합 분쇄하여 만든 조합 원료를 가마에서 소성하여 클링커를 만드는 화학 공정에도 이산화탄소가 발생한다.

건설 산업은 안전과 신뢰 등 다양한 이유로 기후 변화에 저항하고 있지만 압력은 가속되고 있다. 2018년 세계 생산의 약 30%를 차지하는 글로벌시멘트 콘크리트협회는 이산화탄소 배출 및 물 사용량과 같은 주요 측정 기준으로 추적하고 투명하게 만들기 위한 업계 최초의 지속 가능성 지침을 발표했다.

한편, 다양한 저탄소 접근법이 모색되고 있으며 일부는 이미 실행 중이다. 미국의 신생 기업인 Solidia는 Rutgers 대학에서 허가한 화학 공정을 사용하여 제조 시 방출되는 이산화탄소 30 %를 줄였다. 일반 공정보다 더 많은 점토, 적은 석회암 및 적은 열을 사용한다. 캐나다 CarbonCure는 포집한 이산화탄소를 대기에 방출하지 않고 광물화를 통해 콘크리트 부산물로 활용한다.

몬트리올의 CarbiCrete는 철강 생산 과정에서 나오는 폐기물을 이용해 재래 시멘트의 대안이 되는 시멘트 없는 탄소 순감형 콘크리트를 생산하고 있다. 노르웨이 시멘트 생산 업체 Norcem은 공장 중 하나를 세계 최초의 무공해 시멘트 공장으로 전환하는 것을 목표로 한다. 이미 폐기물을 대체 연료로 사용하고 탄소 포집 및 저장 기술로 2030년까지 배출 제로 계획을 세웠다.

미국 스타트업 BioMason은 공기 중 이산화탄소를 흡수하고 그 특성을 개선하기 위해 박테리아를 콘크리트 제형에 통합했다. 미국 DARPA 자금 지원으로 2월 Colorado Boulder대학 연구진은 광합성 미생물 시아노 박테리아를 사용했다. 균열을 자가 치유 할 수 있는 벽돌을 만들었다. 현재 기존 시멘트 벽돌을 대신할 수는 없지만 언젠가는 경량의 하중을 견디는 구조물 소재를 대체 할 수 있을 것이다.

양자 센서 Quantum Sensors

Carlo Ratti

원자 영역 특성 기반 고정밀 계측

양자 컴퓨터도 주목 받지만, 양자 센서는 자율주행차, 수중 내비게이션 시스템, 화산 활동이나 지진 조기 경보 시스템, 일상생활 중 사람의 두뇌활동을 모니터하는 휴대용 스캐너 등을 가능하게 해준다. 다른 에너지 상태의 전자 간 차이를 기본 단위로 하여 물질의 양자 특성을 활용하여 극도의 정밀도를 갖는다. 원자시계는 원자 안에 있는 전자의 고유 상태 사이의 전이에서 발생하는 전자기파의 진동수를 세어 시간을 재는 시계이다. 1 초는 세슘-133 원자의 바닥상태에 있는 두 초미세 준위 사이의 전이에 대응하는 복사선의 9,192,631,770 주기의 지속 시간이다. 그래서 표준시로 삼는다.

영국 Birmingham 대학 연구진은 지역 중력의 미세한 변화를 감지하기 위해 자유 낙하/과냉각 원자 개발에 노력하고 있다. 이런 양자 중력계는 지하의 파이프, 케이블 및 기타 물체를 감지하고 선박은 수중 물체를 감지 할 수 있다. 그러나 워낙 비싸고 크기가 크며 복잡한 것이 흠이다. 새로운 작고 저렴한 센서 시대가 열리게 된다.

2019년 MIT연구진은 기존 방식으로 다이아몬드 기반 양자 센서를 실리콘 칩에 배치하여 수십 분의 1 mm 너비의 정사각형에 압착했다. 실온에 작동하고 약한 자기장을 정밀하게 측정하여 다방면에 쓸 수 있는 저가 대량 생산 양자 센서 첫 걸음이다

양자 시스템은 여전히 교란에 매우 취약하다. 산업 분석가들은 양자 센서가 향후 3 ~ 5년 내에 시장에 출시 될 것으로 예상하며 초기에는 의료 및 국방 애플리케이션에 중점을 두고 있다.

녹색 수소 Green Hydrogen

Jeff Carbeck

풍력과 대양광 탄소 제로 에너지

수소가 연소 될 때 유일한 부산물은 물이다. 이것이 수십 년 동안 매혹적인 제로 탄소 에너지 원으로 언급되는 이유다. 화석 연료로 생산한 수소는 개질 과정에서 탄소를 생긴다. 그레이 또는 회색 수소다. 이산화탄소를 포집 하면 블루 수소 그리고 재생 에너지를 사용하여 물에서 생성하면 그린 수소다. 전기 분해를 통해 생산되며 다른 부산물없이 물을 수소와 산소로 분리한다.

역사적으로 전기 분해에 많은 전기가 필요했다. 이런 수소 생산은 별로 의미가 없다. 두 가지 이유로 상황이 변하고 있다. 첫째, 상당한 양의 초과 재생 가능 전기가 그리드 규모로 이용 가능해졌다. 배터리 배열에 여분 전기를 저장하는 대신 이를 이용하여 물의 전기 분해를 하거나 전기를 수소 형태로 저장할 수 있습니다. 둘째, 전해조(전기분해장치) 효율이 향상되고 있다.

기업들은 녹색 수소를 회색 또는 청색 수소만큼 저렴하게 생산할 수 있는 전해조 개발에 노력하고 있으며 향후 10 년 내에 목표에 도달 할 것으로 전문가는 예상한다. 에너지 기업은 재생 에너지 프로젝트에 직접 통합하기 시작했다. 예로, Gigastack 프로젝트 뒤에 있는 기업 컨소시엄은 Ørsted의 Hornsea Two 해상 풍력 단지에 100 메가 와트의 전해조를 장착하여 산업 규모의 녹색 수소를 생성 할 계획이다.

태양광, 풍력 등 재생 가능 기술은 가스와 석탄을 깨끗한 전기로 대체하여 에너지 부문을 85%까지 탈 탄소를 할 수 있다. 운송/제조 등은 고밀도 에너지 연료나 고온에서 열이 필요한 경우가 많아 전기 공급이 더 어렵다. 녹색 수소는 잠재력 큰 부분이다. 에너지전환위원회(Energy Transitions Commission)는 광업, 건설, 화학 분야 중 가장 까다로운 산업 분야에서 연간 10기가 톤 이상 이산화탄소를 줄이는 파리 협정 목표를 달성하는 데 필요한 4 가지 기술 중 하나로 녹색 수소를 지적한다.

전체 게놈 합성 Whole-Genome Synthesis

Andrew Hessel & Sang Yup Lee

차세대 세포공학

COVID-19 팬데믹 초기에 중국 과학자들은 바이러스 유전자 서열을 dB에 업로드했다. 스위스 그룹은 전체 게놈을 합성하고 그로부터 바이러스를 생산했다. 본질적으로 물리적 샘플이 아닌 연구를 위해 바이러스를 실험실에서 조달한 것이다. 이러한 속도는 전체 게놈 인쇄가 의학 및 기타 노력을 어떻게 발전시키고 있는지 보여주는 한 예다.

전체 게놈 합성은 합성 생물학의 급성장 분야의 연장선이다. 연구진은 소프트웨어를 사용하여 미생물에 도입하는 유전자 서열을 설계하여 미생물이 새로운 약을 만드는 것과 같이 원하는 작업을 수행하도록 재 프로그래밍한다. 지금까지 게놈은 주로 가벼운 편집/조작을 했다. 그러나 합성 기술과 소프트웨어의 발전으로 더 큰 유전 물질을 프린트하고 게놈을 더 광범위하게 변경할 수 있다.

작은 바이러스 게놈은 2002년부터 소아마비 바이러스 약 7,500개 뉴클레오티드 또는 코드 문자를 시작으로 처음으로 생성되었다. 코로나 바이러스와 마찬가지로 합성된 바이러스 게놈은 연구진이 관련 바이러스가 어떻게 확산되고 질병을 유발하는지에 대한 통찰력 획득에 도움이 되었다. 일부는 백신 /면역 요법제 생산에 사용되도록 설계되었다.

박테리아 및 효모에서와 같이 수백만 개의 뉴클레오티드를 포함하는 게놈 작성도 다루기 쉬워졌다. 2019년 한 팀이 박테리아가 과학자의 명령을 강제 할 수 있는 코드 공간을 만드는 대장균 게놈 버전을 프린트했다. 다른 팀은 약 1,100만 개의 코드 문자로 구성된 맥주 효모 게놈 초기 버전을 제작했다. 게놈 설계와 합성을 통해 미생물은 약물 뿐만 아니라 여러 물질을 생산하는 공장 역할도 할 수 있다. 비 식품 바이오 매스 또는 심지어 이산화탄소와 같은 폐가스로부터 화학 물질, 연료 및 새로운 건축 자재를 지속적으로 생산하도록 설계를 할 수 있게 되는 것이다.

과학자들은 동식물, 인간 수준의 더 큰 게놈 작성 능력을 원한다. 이를 위해서는 설계 소프트웨어 (인공 지능 통합)와 최소 수백만 개의 뉴클레오티드 길이를 가진 DNA 서열을 합성하고 조립하는 더 빠르고 저렴한 방법에 대폭 투자가 필요하다. 자금이 되면 10억 뉴클레오티드 규모의 게놈 작성이 10 년 내에 현실이 될 수 있다. 병원균에 저항하는 식물, 바이러스 감염, 암 및 방사선에 대해 매우 안전한 인간 세포주 설계를 포함하여 많은 응용 분야를 염두에 두고 있다. 이는 세포 치료법 또는 바이오 제조의 기초가 될 수 있다. 게놈 작성이 능력은 의료진이 유전 질환 전부는 아니더라도 많은 환자를 치료할 수 있도록 해줄 것이다.

물론, 전체 게놈 공학은 오용될 소지도 있다. 가장 큰 두려운 것은 병원체/독소의 병기로 쓰이는 것이다. 과학자와 엔지니어는 새로운 위협의 확산을 실시간으로 감지하고 모니터링 할 수 있는 일련의 포괄적인 생물학적 보안 필터를 고안해야 한다. 연구진은 빠른 시간에 확장 가능한 테스트 전략도 개발해야 한다. 전 세계의 정부 당국은 지금보다 훨씬 더 많은 협력을 해야 한다. 2016년 출범한 Genome Project-write는 이런 안전망을 위한 콘소시엄이다. 기술을 개발하고, 모범 사례를 공유하고, 파일럿 프로젝트를 수행하고, 윤리/법적/사회적 파급 영향을 탐구하는 12개 이상의 국가에서 온 수백 명의 과학자, 엔지니어 및 윤리학자가 참여하고 있다.

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JHL