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(독후감)대안없는 대안 원자력 발전을 읽고

대안 없는 대안 원자력 발전을 읽고..신부용 저 / 생각의 나무석유시대 언제까지 갈 것인가 (이필렬 저 / 녹색평론사)이제는 일상이 되어버린 이야기다. 석유에너지 고갈. 지구 온난화. 물을 사먹을 것을 상상도 못했지만 당연한 것이 된 것처럼 항상 주의에 있기 때문에 너무 일상이 되어버려서인지 알고는 있지만 와 닿지 않는 이야기들이다. 기억을 따져보면 석유의 매장량이라던가 대체에너지에 대해서는 꽤 어렸을 때부터 배워 왔었고 지구온난화 오존층 파괴와 같은 이야기들은 그보다는 좀 뒤에부터 어느새 부터인가 귀에 들려오기 시작했다. 그래도 막상 내 일 같지 않기 때문인지 학교에서 수업배우는 것처럼 배워서 알고는 있지만 적용이 되는 것이 없었다. 그러다 직접 느끼게 된 것이 요 근래 2~3년 사이에 말도 안 될 정도로 변해버린 기후이다. 4월에도 눈이 오고 3월에는 폭설 까지 온다. 여름에 비의 양은 비약적으로 많아졌으며 우산이 뚫릴 정도로 집중호우가 내리는 날이 훨씬 많아졌고 예전의 도시의 배수량은 이를 감당하지 못해 주요거리에 침수가 일어나곤 한다. 이런 일들이 지구 온난화 때문에 기후가 변하는 것이라고 듣기는 하지만 이 역시 직접적으로 와닿지는 않는다. 사람들 역시 문제라고 하면서 자동차를 타고 다니고 항상 불과 컴퓨터는 켜저 있으며 에너지를 절약하려는 움직임은 없다. 문제를 문제로 받아들이지 않는 것이다. 나 역시도 마찬가지이다. 그러다 우연한 기회에 듣게 된 대체에너지에 대한 이번 수업. 이로 인해 많은 생각의 변화가 생기기 시작했다. 요즘 부쩍 들어 늘어난 문제들이 에너지와 온난화 문제에 직접적인 관련이 있다는 여러 자료들을 보게 되고 나 역시 놀랄 정도로 이런 문제에 대해서 관심을 가지게 된 것이다. 아는 만큼 보이는 것인지 관심이 있어서 보이는 것인지는 모르겠지만 전에는 그냥 넘겼던 인터넷 게시물들이나 다큐, 신문기사 등에 관심이 생기게 된 것이다. 가장 놀라웠던 것은 이번 과제를 통해서 찾아보게 된 것이기도 하지만 관련 서적의 양이 엄청나다는 것이다. 어원자력, 핵발전 등등을 쳐 보았다. 그에 따라 상당히 많은 양의 도서들이 검색되었다. 이미 전문가들은 굉장히 심각한 문제로 받아들이고 사실과 자신의 주장들을 알리기 위하여 책이나 다른 매체를 통하여 우리에게 전달해오고 있었던 것이다. 이런 노력 때문에 우리는 관심이 없어도 어느 정도의 기본지식들은 가지고 있게 된 것이다.대체 에너지에 대한 이야기지만 그 시작은 화석연료로 인한 지구 온난화에서 시작된다. 인류는 문명을 발달시켜옴에 따라 다양한 에너지들을 사용하기 시작했다. 처음에는 자연 그대로를 이용하다가 불을 사용하게 되었고 이러한 열을 얻기 위하여 나무를 태우며 에너지를 얻어냈다. 좀 더 많은 에너지를 얻기 위해서 석탄과 석유를 개발하였고 산업혁명과 함께 사용량은 극단적으로 늘어나기 시작했다. 이로 인해 문제들이 하나 둘씩 발생하기 시작하는데 석유 자원을 대체할 에너지원을 찾는 것과 지구 온난화이다. 어떻게 보면 대체 에너지를 찾는다는 점에서 같은 이야기이다. 석유는 계속 개발하고 있지만 한정량이 있기 마련이고 그 양이 얼마 남지 않았다. 지구 온난화는 그동안 쌓여왔던 환경 문제들을 지구가 버텨주다 신음하고 있고 폭발하기 직전인 상태이다. 이 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾아야 하는데 여기서 주장이 나누어 진다. 핵을 이용한 원자력 발전이 그 대안이라는 사람들과 핵 또한 위험하니 사용해서는 안된다는 반핵주의로 크게 볼 수 있다. 어떤 것이 더 옳다고 생각할 수도 어느 것은 잘못되었다고 할 수 없다. 각각에는 타당한 이유들이 있고 그 이유들을 보고 생각을 정리하여 판단내리고 지지하는 것은 개인의 몫이라고 생각하기 때문이다. 나는 하나의 논리만 보면 한쪽의 치우친 판단을 하기 쉽다. 아직은 처음 배워가는 단계이기 때문에 잘못된 관념을 가지면 안 된다는 생각해 턱없이 부족하지만 두 가지 견해에 관련된 책을 보게 되었다.만약 어떤 일에서 문제가 발생했을 때 가장 손쉬운 방법은 문제의 원인을 없애면 되는 것이다. 하지만 에너지는 그리 간단한 문제가 아니다. 이미 과놓았다. 에너지의 가장 많은 부분을 차지하는 것은 석유이다. 만약에 석유가 없다면 어떤 일이 일어날지는 상상도 할 수 없다. 단순히 불편한 정도가 아니라 심각한 공황 상태가 일어날 것이고 사상자 역시 수도 없이 발생할 것이다. 제 1차, 2차 오일 쇼크가 있었고 내가 군대에 있을 몇 년 전에만 해도 유가가 배럴당 100달러가 넘자 1월 혹한 속에서도 찬물로 샤워할 수 밖에 없었던 기억이 있다. 석유가 없는 것이 아니라 일시적인 가격폭등에도 여러 가지 장애들이 발생했다. 만약 공급이 줄어들고 보유량이 줄어든다면 시장원리에 의해서 가격을 생각할 수 없이 폭등할 것이다. 그럼 기존의 오일 쇼크와는 차원이 다른 문제가 발생할 것이다. 책의 앞부분에서도 다루지만 에너지가 얼마나 중요한지 나타내주고 있는 부분이다. 이미 강대국들은 대비를 하면서 자국의 안전을 기하고 있고 전쟁이라든가 여러 가지 세계적 일들이 이면에 에너지에 대한 문제로 인해 이루어지고 있음을 나타내고 있다. 가장 두각을 보이는 것이 미국이다. 세계 1위의 강대국 답게 엄청난 양의 석유를 소비하고 있는데 이에 대한 대비 역시 꾸준히 해오고 있다. 대외적인 이미지를 까먹더라도 억지를 부리고 무리를 해서라도 점유하려고 노력하는 것이다. 하지만 이런 대비를 한다고 모두 끝나는 것이 아니다. 다른 나라에 비해 조금 충격을 덜 받을 뿐 결국은 모두 같게 된다. 에너지를 포기할 수도 무한하지도 않기 때문에 새로운 방법을 찾아야 한다.대체에너지에는 여러 가지가 있다. 바람의 힘을 이용하는 풍력, 태양을 이용하는 태양열, 태양광, 땅의 열기를 사용하는 지력, 물의 위치에너지에 따른 수력 등등. 가만히 지켜만 보고 있었던 것이 아니라 생각해오고 개발 발전시켜오고 있었다. 자연의 힘을 사용하는 자연 에너지. 제대로만 사용 할 수 있으면 엄청난 에너지 양이다. 하지만 아직은 효율 및 경제성 면에서 이득이 없다. 가장 큰 문제는 석유와 같은 것은 물질이기 때문에 쓰고 싶을 때 쓰고 안 쓰고 싶을 때 보관해 둘 수 있는 선택성과해가 뜨지 않는다면 태양열 태양광등은 몇 날 몇 일 무용지물일 뿐이고 풍력, 수력, 파력, 조력과 같은 힘들도 위치 선택에 엄청난 영향을 받는다. 결국은 실용성이 부족하다. 이런 점들을 보안할 수 있는 것은 무엇일까? 원자력발전이다. 그렇다면 원자력 발전은 완벽할까? 만약 그렇다면 모든 문제가 해결될 것이다. 하지만 가장 큰 문제를 가지고 있으니 바로 방사능에 의한 안전성이다. 책을 읽기 전에 내가 알고 있던 정도는 체르노빌하고 이번 후쿠시마에 대한 것들 뿐. 그것들도 자세히 아는 것이 아니라 뉴스에서 들었던 단편적인 사건뿐이었다. 가장 큰 오해를 하고 있던 것은 핵폭탄과 같은정도라고 생각하고 있었다. 원자력 발전소에서 문제가 생기면 커다란 폭발이 생겨서 순식간에 열에 녹아버리고 증발해 버릴 것이라고. 방사능에 대한 피해는 그 후에 2차 피해일 것이라는 막연한 생각을 가지고 있었다. 아마도 나와 같은 생각을 하는 사람이 많을 것이다. 체르노빌 역시 이렇게 일어났을 것이라고. 하지만 그것은 오산이었다. 원자력 발전에 대한 피해는 엄청난 양의 방사능에 대한 누출에 있다. 일상적으로도 항상 방사능에 노출되어 있다. 특히 x-ray등 또한 상당히 많은 양의 방사능에 노출된다. 하지만 한꺼번에 많은 양에 노출되면 사망하게 될 수도 있는데 원자력 발전소가 사고가 생길 경우 이 양보다 많은 양이 나온다는 것이다.사실 두 가지 견해의 책을 보면 분명 사실은 한 가지 일텐데 상반된 증거를 보여준다. 원자력은 아주 작은 양으로도 많은 양의 에너지를 얻을 수 있다고 하지만 이는 잘못된 충분히 우리의 에너지 수요를 감당할 수 없다고 말하기도 한다. 또한 많은 양의 방사능에 노출 될 경우 사망하는데는 둘 다 동의 하지만 이렇게 많은 양을 받지 않은 경우, 즉, 어느 정도 방사능에 노출되었지만 사망하지 않은 경우에 백혈병, 암등 각종 질병의 발생 확률이 높아지고 또한 기형아 출생과 같은 후세에 까지 영향을 미친다고 하지만 실제로 조사된 바 없다고 하는 말도 나온다. 서로 자신의 주장에 중요한 것은 우리에게 에너지는 필요하지만 현재로서 유일한 대안이라고 할 수 있는 원자력이 방사능 때문에 위험하다는 것이다. 이런 위험성을 없애기 위하여 많은 노력을 한다. 기본 설계부터 충분함에 더 보강하여 설계를 하고 시작을 한다. 주변에는 항상 방사능 오염을 측정하도록 되어 있어 위험을 애초에 방지한다는 것이다. 지금 까지 여러 가지 문제가 있었고 그 실수를 보안해왔다. 사실 다른 에너지들도 안전하기만 한 것은 아니다. 불 역시 화재의 위험이 있는 것이고 안전하게 잘 활용할 수 있도록 발전시켜 온 것이다. 주의를 게을리 하지 않고 보완에 보완을 거듭한다면 안전한 에너지로 될 수 있을 것이다. 그러나 얼마 전 후쿠시마의 지진에 의한 사고가 발생했다. 그로인해 일본은 어마어마한 손실을 입게 되었다. 아무리 내진 설계를 한다고 해도 그 정도의 강진과 해일을 견딜 수 있을지 의문이다. 일본은 지진이 많은 나라이기 때문에 그러한 대비는 어느 정도 해놨을 것이다. 하지만 예상했던 것보다 훨씬 큰 규모였기 때문에 발생하게 되었다. 그렇다면 지진이나 해일이 없는 지역에 지으면 되는 것인가? 문제는 이런 예상 밖의 일들이라는 것이다. 우리나라는 지진안전지대라고 알고 있지만 순간 상당히 강한 규모의 강진이 올 때가 있다. 그 외에도 화산폭발이라던가 홍수와 같은 재난에 대비하기가 힘들다. 발전소를 철수 하는데 육교처럼 분리해서 하루만에 가능한 것이 아니라 상당히 많은 시간이 걸리기 때문에 미리 예측을 했다고 해도 피해를 입는 것을 어쩔 수 없다. 어떤 일이던지 예상 밖의 일이 발생하면 문제가 발생하기 마련이지만 원자력은 그 문제가 너무 순식간에 발생되고 또한 범위나 피해가 크다는게 문제이다. 물론 방사능 외에도 문제는 발생한다. 그 지역 주민들과의 문제와 해수온도 상승과 같은 것들이다. 당연히 이런 위험성을 자기 집 바로 앞에 놔두고 싶어하는 사람은 없을 것이다. 또한 가열되는 것을 냉각시켜야 하기 때문에 많은 양의 물이 필요한데 이런 지역적 요건 때문에 더 알맞은 지역을 다.

독후감/창작| 2013.06.09| 4페이지| 2,000원| 조회(412)

대체에너지, 에너지, 원자력, 핵발전, 석유시대

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재생의학의 정의와 발전

분 자 의 학주제 : 재생의학의 발전요약 :재생의학을 미국 국립보건원에서는 ‘생물학, 의약학, 공학이 융합돼 조직과 기관의 기능을 유지, 회복, 증진시킴으로써 건강과 삶의 질을 개선하는 방법에 대변혁을 일으킬 새로운 분야’라고 정의한 바 있다.다시 말하면 뼈·피부 등 생체조직을 재생시키는 기술로, 생명과학·의학·공학의 기본개념과 기술을 바탕으로 생체조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 생체 기능의 유지·향상·복원을 목표로 하는 학문인 조직공학의 하위 개념인데, 기술개발에 많은 어려움이 따르나 생명과학의 급속한 발달로 인해 갈수록 빠른 진전을 보이고 있으며 미래를 이끌어나갈 의학 산업으로서 지속적인 투자와 관심이 필요하다.배경 및 서론 :미국 국립보건원(National Institutes of Health, NIH)에서 발간한 책자의 표지 사진이다. 그리스신화에 등장하는 프로메테우스(prometheus)는 불을 훔친 죄로 제우스(Zeus) 신의 노여움을 사게된다. 그리하여?프로메테우스는 코카스스산 정상에 끌려가서 쇠사슬로 결박 당하고, 낮에는 독수리에게 간을 쪼아 먹히게되고, 밤에는 재생하는 고난을 겪는다.?태어날 때부터의 결함이나, 사고 혹은 질환에 의해 우리 몸의 일부 조직이나 장기가 손상되는 경우가 있다. 이렇게 손상된 인체 조직이나 기관을 대체·복구하거나, 기능을 향상시키는 것을 재생의학(Regenerative Medicine)이라고 하는데, 재생의학에서 사용할 수 있는 방법으로 장기이식, 재건 수술, 인공장기, 조직공학 및 세포치료 등을 들 수 있다.장기이식(Organ Transplantation)의 경우 기증된 장기를 다른 환자에게 이식하는 것으로 가장 효과적인 치료결과를 얻을 수 있지만, 기증되는 장기가 필요한 수보다 턱없이 부족하기 때문에 문제를 해결할 수 있는 근본적인 대안이 필요하게 된다.다음으로 재건 수술(Reconstructive surgery)은 여러 가지 재료를 사용해 비슷한 형태로 손상된 기관을 만들어서 이식하는 것으로, 주로 성형목적으 그 기능을 향상시켜 근본적인 문제를 해결할 수 있다.이러한 시도로서 재생하고자 하는 기관에 있는 세포 혹은 만능세포를 주입해 재생하려는 세포 치료(Cell Therapy)가 있고, 이 세포치료의 한계를 극복하고자 재료를 함께 사용하는 공학적인 방법이 조직공학(Tissue Engineering)이다.?● 조직 공학 ? 생체 조직공학이라고도 하며 1980년 인공피부 제작에 의해 학문으로서 인정받았다. 생명과학 · 의학 · 공학의 기본개념과 기술을 바탕으로 생체조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 생체 기능의 유지 · 향상 · 복원을 가능하게 하는 것이 이 학문의 목표이다. 1980년 미국 매사추세츠공과대학(MIT)에서 화상 환자를 위한 인공피부가 제작되면서 새로운 학문 분야로 인정받기 시작하였으나, 아직까지는 활성화되어 있지 않은 미개척 분야이다. 2003년 4월에 완성된 인간게놈지도와 체세포 복제 등을 통한 복제인간 연구 등의 성과를 바탕으로 인간의 질병 치료는 물론 손상된 조직 및 장기의 항구적이고 완전한 대체를 통해 생명을 연장시키는 방법이 활발히 모색되고 있다.조직공학은 해당 조직이나 장기를 구성하고 있는 세포나 그러한 세포로 분화될 수 있는 세포(줄기세포)를 세포가 자랄 수 있는 지지체(인공기질)에 넣고, 필요한 환경을 제공해 3차원 상에서 조직이나 장기를 재생하고자 하는 것이다. 인공장기와는 달리 이식 후 기간이 지나면 처음에 이식했던 인공기질은 분해돼서 없어지고, 실제 우리 몸에 있는 것과 같이, 세포와 세포외기질로 이루어진 조직이나 장기가 생기게 된다. 따라서 재생된 조직이 나이에 따라서 자라고, 몸의 다른 부위와 같은 노화과정을 거치는 반영구적인 수명을 가질 수 있다.?본론:●재생의학은 질병치료의 새로운 패러다임이다.의료공학기술이 급속한 성장을 보이고 있음에도 불구하고 인체 장기나 조직이 손상이 되는 인류 질병은 지속적인 발생률과 막대한 치료 경비로 심각하고도 전반적인 사회 문제로 대두되고 있다. 보건의료분야에서 최선진국인 미국에서 2002년 기준한 장기이식 수요는 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다.이러한 현실에 직면하게 되면서 21세기 미래의학으로 꼽는다면 단연 재생의학을 이야기할 수 있다. 일반적으로는 생소하겠지만 건강하게 오랫동안 살고 싶어 하는 것이 인간의 영원한 꿈이기 때문에 더더욱 관심이 가는 분야가 될 것이다. 세포치료법은 정상 기능을 가진 세포를 확보하거나 만들어 손상된 세포를 대체하거나 세포의 기능이 건강하게 되살아나도록 하는 치료법으로 재생의학의 꽃이라고 불려지고 있다.인간복제의 경우 장기이식의 가장 완벽한 해결책이 될 수는 있지만 배아나 수정란을 이용해야 하기 때문에 이에 수반되는 생명의 존엄성 파괴 등 윤리적 비난을 면하기 어렵다. 반면 조직공학 기술을 이용하면 환자 자신의 조직에서 세포를 분리하여 체외에서 생체조직과 장기를 만들 수 있다. 또한 사람의 골수. 피부. 혈관에 존재하는 줄기세포를 이용할 수도 있어 인간복제에서 일어날 수 있는 윤리적. 사회적 문제를 배제할 수 있다는 장점이 있다.현재 인공피부는 이미 만들어져 있고, 연골 · 요도 · 방광 등의 임상실험도 완성 단계에 있다. 또 심장판막 · 뼈와 같은 구조적 장기와 혈관 · 이자 · 간 · 신장 · 신경조직과 같은 기능적 장기를 중심으로 활발한 연구가 이루어지고 있어 갈수록 빠르게 발전할 것으로 보인다. 조직공학의 궁극적인 목표는 기계적 · 생물학적으로 신체 장기와 유사한 장기의 개발을 비롯해 소구경 인공혈관과 인공피부 · 인공기관 · 인공간 등을 개발하는 데 있다.●이집트 미이라에서 인공장기 발견인체 중의 일부 장기 또는 신체의 일부분이 질병이나 사고에 의해 손상을 입었을 경우, 인공장기를 이용한 질병 치료 시도는 이미 2천500여년 전에 이집트의 미이라에서 발가락모양의 인공장기 형태의 것이 사용됐다. 이들 인공장기·바이오장기의 개발역사를 살펴보면 크게 4세대로 나눠 볼 수 있다.?●인공·바이오장기 개발 4세대 분류? 제 1세대는 초창기 인공삽입물인 원시적인 일반재료로 인체의 일부를 지지 또는 보철하는 것인데, 1체에서 추출된 조직세포와 합성재료가 동시에 사용되는 혼합형 바이오장기의 개발이다. 이들은 인체의 장기를 재시술하거나 완전 교체하여 생체조직을 시술하기보다는 손상된 조직의 개선과 회복에 초점을 맞추고 있다.●한국 최초 바이오연골 콘트론? 최근 들어 재생의학을 이용한 바이오장기의 대표적인 것으로는 1998년 5월에 미국식품의약안전청(FDA)에서 판매 승인된 바이오피부 아프리그래프(Afrigraf) 및 더마그래프트(Dermagraft)를 들 수 있다. 이는 유아의 할례한 피부로부터 피부세포를 분리하여 대량 배양한 것으로, 축구장 2~3개 정도 면적의 피부세포를 얻을 수 있다. 이 피부세포를 생분해성 고분자지지체에 파종한 것이다.? 또한 2001년 10월에 한국식품의약품안전청에서 판매승인 된 콘드론(셀론텍)은 무릎수리용 바이오연골로서 환자에게서 채취한 연골세포를 체외에서 대량 배양 후, 다시 무릎 속으로 외과적으로 수술이식하게 되어 있다.●바이오간, 혈관 등 바이오장기 개발? 강길선 교수는 재생세포와 지지체를 사용해 코와 귀의 형태를 제조했고, 토끼의 귀에서 분리해 대량 배양한 연골세포를 일련의 작업을 통해 채취, 이를 귀 및 코 모양의 생분해성 틀에 파종했다. 연골세포를 실험용 동물에 이식하면 생분해성 고분자는 동물체 내에 자연히 흡수되고 최종적으로는 연골만이 남게 돼 손실된 장기의 역할을 대신하게 된다(그림 3).? 이 때 분리되고 파종되는 조직세포가 간세포, 소장세포, 요로세포, 혈관내피세포, 골수세포, 신경세포, 방광세포 등에 적용돼 바이오간, 바이오장, 바이오요로, 바이오혈관, 인공골수, 인공신경, 바이오방광, 음경확대 및 여타 장기에 응용될 수 있다.●미래의학의 희망 ? 줄기세포의학은 인류의 역사와 더불어 발전되어 왔고 생명과학, 전자공학 등의 발달로 인해 오늘날에는 많은 질병을 완치할 수 있는 단계에까지 도달하고 있다. 그러나 아직도 암이나 에이즈와 같이 치료가 불가능하거나 어려운 난치병이 많고 특히 고령인구의 증가에 따른 노인성 질환이 사회적 문제로 대가능케 할 것으로 여겨지고 있고 여기에 유전자 치료까지 연계된다면 인류의 질병 치료에 큰 진보를 하게 된다. 이러한 꿈과 같은 일을 위해서 가장 중요한 연구재료가 바로 줄기세포이다.줄기세포를 이용한 세포치료 분야는 미래 의학 분야 중 가장 실현 가능성이 높은 연구 분야라 할 수 있다. 줄기세포는 종류에 따라 다르기는 하지만 우리 몸을 구성하는 다양한 종류의 세포를 만들 수 있기 때문에 이를 이용한다면 질병에 걸린 세포나 조직 대신에 새로운 건강한 세포를 이식하여 병을 고칠 수도 있을 것이다.인간의 줄기세포는 크게 두 가지로 사람의 배아를 이용하여 만들 수 있는 와 골수세포와 같은 가 있다.배아줄기세포는 정자와 난자가 수정된 지 14일이 되지 않은 미분화 세포로, 장차 인체를 이루는 모든 세포와 조직으로 분화할 수 있기 때문에 라고도 한다. 배아줄기세포는 존재기간이 너무 짧기 때문에 과학자들은 이를 몸 밖으로 격리하여 살아 있게 하려는 연구를 계속해왔다.성체줄기세포는 제대혈, 성인의 골수, 혈액 등에서 뽑아낸 세포로 뼈와 간, 혈액 등 구체적 장기의 세포로서 분화되기 직전의 원시세포이다. 여기에는 조혈모세포와 재생의학 재료로 이용되는 중간엽줄기세포, 신경줄기세포 등이 있다.성체줄기세포는 증식이 어렵고 쉽게 분화되는 경향이 강한 대신, 실제 의학에서 필요로 하는 장기를 재생할 수 있으며, 이식된 뒤 장기의 특성에 맞게 분화할 수 있는 특성을 가지고 있다. 성체줄기세포는 인간의 배아줄기세포와 달리 골수나 뇌세포 등 이미 성장한 신체조직에서 추출하기 때문에 생명윤리논쟁을 피할 수 있다.이미 설명한 바와 같이 줄기세포는 그 잠재적 능력으로 인해 연구의 역사가 매우 짧음에도 불구하고 전 세계적으로 치열한 경쟁을 벌이고 있는 연구 분야이다. 줄기세포, 유전자치료, 복제기술 등은 비록 많은 논란이 있기는 하지만 건강하게 장수하려는 인류의 소망을 이룰 수 있는 귀중한 연구임에는 틀림없다.실제로 외부 환경이나 내부의 변화에 의해 이런 성체줄기세포의 재생능력의 조절이 깨어지는 것.

의/약학| 2013.06.01| 7페이지| 3,000원| 조회(230)

생명공학, 줄기세포, 조직공학, 분자의학, 재생의학, 바이오장기

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태양전지 solar cell에 대한 개론

solar cell1.정의solar cell이란 태양 전지 또는 광전지라고도 한다. 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치를 말한다. PN 접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 금지대폭보다 큰 에너지의 빛이 조사되면 전자와 정공이 발생하여 접합영역에 형성된 내부전장이 전자는 N형 반도체로, 정공은 P형 반도체로 이동시켜 기전력이 발생한다. N형 반도체, P형 반도체 각각 부착된 전극이 부극과 정극이 되어 직류전류를 취하는 것이 가능해진다. 태양 전지 반도체의 재료로서는 실리콘뿐만이 아니라 갈륨비소, 카드뮴텔루르, 황화카드뮴, 인듐인 또는 이 재료들 사이의 복합체를 사용하고 있으나, 일반적으로 실리콘을 쓴다.2007년 현재 태양광전지로 만드는 전기 비용은 우리가 지금 집에서 사용하고 있는 전기값보다 5배정도 비싸지만, 2010년 이후면 경쟁력 확보가 가능할 것으로 예상하고 있다.2.배경현대사회는 주로 화석 연료에 의해 에너지를 공급하고 있다. 그러나 화석연료는 언젠가는 고갈될 자원임이 분명하고 설령 고갈되지 않는다 해도 자원이 희소화 되면서 가격이 대단히 비싸지게 될 것이다.궁극적이면서 적절한 대체 자원으로 태양 에너지가 부각되어지고 있다. 태양은 엄청난 에너지원이며(단 1시간의 일사량으로 전 인류가 1년간 사용하는 에너지가 공급된다) 고갈될 염려가 없으며 환경적으로 매우 깨끗한 에너지이기 때문이다.태양광 발전이란 기본적으로 빛 에너지를 곧바로 전기에너지로 바꾸는 것을 말하며 그 원리의 요체인 광전효과는 19세기에 이미 알려졌지만 1905년 아인슈타인에 의해 처음으로 원리가 설명되었다. 이로 인해 아인슈타인은 1921년에 노벨상을 타게 되었다.3.원리(1)광전효과1839년 프랑스 물리학자 에드몬드 베크렐은 연구 중에 은(금속)에 빛을 비추면 미세하게 전류가 흐른다는(전자가 방출된다) 것을 발견했다. ‘광전효과’ 라는 현상을 발견한 것이다.이 실험기구는 금속박 검전기라고 불리는 장치다. 위 그림의 금속판에 음전기를 주면 비커 속의 금속박에도 음전기가 퍼져자유 캐리어로서 행동하기 때문에, 그만큼 도전율이 증가하는 현상을 광전도 효과로 부른다. 이것에는 그림에 나타낸 것 같이, band 사이 천이에 의해서 전자 정공대를 만드는 고유형광전도와, 불순물준위에서 전도대에 전자를 여기하거나, 가전자대로부터 불순물준위에 전자를 여기하여 가전자대에 자유 정공을 만드는 외인형광전도의 두가지가있다.(a)광전도 과정의 설명: 고유형광전도①, 외인형광전도②～⑤.(b)광전도도의 spectrum과 그 개형의 설명: 표면 재결합과 광침투 깊이 δ(ω)는 파장의존성 때문에 Δσph (hω)는 α(hω)로부터 점차 벗어난다.(2)광기전력 효과반도체에 빛이 조사되어, 광전도 현상이 생겼을 때 빛에 의해서 생성되는 캐리어가 위치에 의한 불균일성이 있고, 혹은 pn 접합 등과 같이 내부전장이 존재하기도 하면, 확산 혹은 drift 효과에 의해서 생성된 전자와 정공의 밀도 분포의 평행이 깨져, 기전력이 발생한다. 이 같은 현상을 광기전력효과로 부른다. 전자(캐리어)의 공간적 불균일성에 근거하는 광기전력 효과에는 Dember 효과와 PEM 효과에 대표되는 몇 개의 광기전력 효과가 있지만, 본서에서 취급하는 태양 전지와는 직접관계가 없기 때문에, 이하에서는 주로 반도체의 계면전장에 근거하는 광기전력 효과에 주목하여 자세히 설명한다.반도체의 pn 접합이나 결정립계 등, 반도체의 계면이나, 혹은 표면에는 반도체와 접하는 물질과의 전자 친화도 및 페르미준위의 차이에 의해서 강한 내부전장이 존재한다. 따라서, 반도체의 계면이나 표면에 빛을 조사하여 광생성 캐리어를 만들면, 생긴 전자와 정공은 전장에 의해서 서로 반대 방향에 drift를 받아 전하의 분극을 야기하여, 광조사에 기인한 기전력이 생긴다. 그림 2.3은 여러 가지의 반도체 계면에서 볼 수 있는 계면 barrier 층과 그 광기전력 효과를 전자 band model로 나타낸 것이다. 그림의 (a)부터 (c)까지의 pn접합, hetero 접합 및 Schottky 장벽의 계면 potential은 제 4장나가 빈 자리를 곳을 정공, hole 또는 양공으로 표현한다.(5)P-N 접합태양광 셀을 2층 구조로 되어있으며 위 층을 N형 반도체로 아래층을 P형 반도체로 하여 접합하면 태양광 셀의 기본 모양이 된다. 이 때 두 반도체의 접합 면을 P-N접합이라고 한다.태양광 셀은 2층으로 나눠져 있고 빛을 쬐기 전부터 이미 위층에는 일정 수의 자유전자가 있고 아래층에는 일정 수의 정공이 있는 상태이다.P형 반도체와 N형 반도체를 조합하는 순간 P-N접합 면 일정 구간 안에서는 위층에 원래 존재하던 자유전자가 아래층에 원래 존재하던 홀을 어느 정도 메우게 된다.이 것이 마치 셀 내부의 벽의 역할을 하여 셀 내부에서의 자유전자와 홀의 이동을 막는다. 물을 가두는 댐의 역할을 하는 것이다. 태양광 셀에서는 물이 아니라 자유 전자를 가두는 댐이라고 할 수 있다.이렇게 만들어진 P-N접합 면에 빛이 내리쬐게 되면, 광전효과에 의해서 또다시 새로운 자유전자와 홀이 생성된다. 새롭게 생성된 전자는 안정적으로 존재할 수 있는 위층으로 이동하고 동시에 생기는 정공 역시 안정적으로 존재할 수 있는 아래층으로 이동한다.이렇게 위층에는 전자가 아주 많은 상태이고 아래층에는 전자가 아주 없는 상태(‘전압’이 높아진다)에서 위층과 아래층을 회로로 연결하면 마치 댐에서 수문을 열면 물이 터져 나오듯이 위층의 대량의 자유전자가 아래층으로 이동하게 된다. 이 흐름이 바로 전류이며 온갖 전기 제품을 가동시킨다. 즉 발전하는 것이다.분리되어 있는 P형 반도체와 N형 반도체의 내부를 보여주고 있다. P형 반도체 내부에는 무수히 많은 정공이 존재하고 N형 반도체에는 전자가 존재하고 있다.P형 반도체를 외부에서 보았을 때 전기적으로 중성이다. 왜냐 하면 (+) 성질을 가지는 정공과 (-) 성질을 가지는 이온이 서로 결합되어 있어 전기적으로 중성이 된다.P형,N형의 (+,-)이온들은 질량이 무겁기 때문에 움직일 수 없으나 전자와 정공은 자유 자재로 움직일 수 있다. 그렇기 때문에 이온자체는 전류를 흐르는데 관여우를 예로서 설명하자면, 얻을 수 있는 최대한의 Voc값은 p형 반도체와 n형 반도체 사이의 일함수 값(work function) 의 차이로 주어지며, 이 값은 반도체의 밴드갭에 의해 결정되므로 밴드갭이 큰 재료를 사용하면 대체로 높은 Voc값이 얻어진다. Short-circuit current(Jsc)는 회로가 단락된 상태, 즉 외부저항이 없는 상태에서 빛을 받았을 때 나타나는 역방향(음의 값) 의 전류밀도 이다. 이 값은 우선적으로 입사광의 세기와 파장분포(spectral distribution)에 따라 달라지지만, 이러한 조건이 결정된 상태에서는 광흡수에 의해 여기된 전자와 정공이 재결합(recombination) 하여 손실되지 않고 얼마나 효과적으로 전지 내부에서 외부회로 쪽으로 보내어지는가에 의존된다. 이때 재결합에 의한 손실은 재료의 내부에서나 계면에서 일어날 수 있다.또한 Jsc를 크게 하기 위해선 태양전지 표면에서의 태양 빛의 반사를 최대한으로 감소 시켜야 한다. 이를 위해 Antireflection coating을 해주거나 metal contact을 만들 때 태양 빛을 가리는 면적을 최소화 해주어야 한다. 가능한 모든 파장의 빛을 흡수하기 위해선 반도체의 밴드갭 에너지가 작을수록 유리하지만 그렇게 되면 Voc도 감소하게 되므로 적정한 밴드갭을 가진 재료가 필요하다. 따라서 최대크기의 Voc와Jsc값을 얻기 위해 계산된 이론적인 최적의 밴드갭 에너지는 1.4eV가 된다. Fill factor(FF) 는 최대전력점에서의 전류밀도와 전압값의 곱(Vmp×Jmp) 을 Voc와Jsc의 곱으로 나눈 값이다. 따라서 fill factor는 빛이 가해진 상태에서 J-V곡선의 모양이 사각형에 얼마나 가까운가를 나타내는 지표이다. 태양전지의 효율 η은 전지에 의해 생산된 최대 전력과 입사광 에너지 Pin 사이의 비율이다.7.제조 공정태양전지 제조 공정 순서도(1). 표면 조직화표면조직화(texture,텍스쳐)는 표면 반사 손실을 줄이거나 입사 경로를 증가하고 광 horous silicate glass, PSG)이 형성된다. PSG층은 실리콘 내부에 존재하는 불순물을 석출하여 포함하고 있기 때문에 도핑공정 이후에 제거하여야 한다. 농도 5%로 희석된 불산에서 15초 내외로 처리하여 실리콘 표면에 손상없이 PSG층을 제거한다.(4). 반사방지막 코팅태양전지 표면으로 입사하는 빛의 반사 손실을 줄이기 위해 형성시킨 막이다. 빛이 공기를 통과하다 물질을 만나면 굴절하는 정도인 굴절율과 두께를 조절하여 표면 반사를 최소화 한다.반사방지막은 실리콘 웨이퍼의 표면에 특정 굴절율의 물질로 막을 형성시켜 물질등 간의 굴절률 차이를 이용하여 보다 많은 태양광이 입사할 수 있도록 한다. 태양전지의 반사도를 낮춰 효율을 올리기 위해 텍스쳐된 표면에 얇은 막(70nm～80nm)을 증착하는 공정이다. 반사 방지막의 굴절률과 두께에 따라서 빛의 반사도나 흡수도가 달라지므로 적절한 굴절률과 두께가 필요하다. 태양전지를 이용해 최종으로 모듈을 제작하기 때문에 모듈까지 감안하여 두과정에서 최적인 굴절률을 고려해야 한다.(5). 금속인쇄금속전극 형성은 웨이퍼 양면에 전극을 형성하기 위해서 스크린 프린트 방식으로 금속 분말을 인쇄한 후 건조 및 소성 공정을 통해 전극을 형성하는 공정이 현재 저가 공정으로서 가장 많이 사용된다. 스크린 인쇄는 인쇄기, 스크린 제판, 금속 페이스트 3가지 부분으로 구성되어 개구부가 형성된 스크린 마스크 위에 도출된 페이스트를 스쿼즈로 문질러 기판 표면에 금속 패턴을 형성하는 방법이다.금속전극은 광 생성된 전하를 수집하기 위한 금속전극 형성이 목적이다. 전극(Ag)에 의한 빛 흡수 손실과 면저항을 고려하여 스크린 설계가 필요하다. 면저항이 올라 갈수록 높은 저항 때문에 표면에서 전자가 전극으로 수집되기가 힘들기 때문에 finger과 finger사이의 공간을 줄여야 한다. 후면 버스바는 Ag가 납땜 특성에 적합하나, 후면 전계 형성에 부족하여 Ag:Al을 사용한다. 후면 Al금속의 두께가 개방전압 상승에 효과적인 후면전계 형성요하다.

공학/기술| 2013.05.27| 19페이지| 3,000원| 조회(188)

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