본문내용
1. 4차 산업혁명과 수처리분야
1.1. 서론
물은 대기로부터 강수를 통하여 육지로 전달되며, 유출 및 침투를 통하여 지표수, 포화토양수, 지하수로 전달되면서 하천으로 모여 궁극적으로 댐, 저수지, 호수 등에 저장되기도 하면서, 바다로 빠져나간다. 이와 같이 물은 자연적인 흐름과 더불어 다양한 수자원시설물에 의해 제어되며 끊임없이 순환되고 있다. 각종 시설물들은 평상시, 홍수, 가뭄 등에 대처하며 농업용수 및 하천유지용수 등을 위한 최적 운영을 위해 구축되어 온 한편, 자연재해의 종류는 다양해지고 강도가 점차 강해짐에 따라 기후변화가 이러한 위험성을 높이고 있다고 전문가들은 우려하며, 안정적인 물 관리를 위해서는 빅데이터 분석 및 인공지능을 통한 고도화된 물 관리 기술확보가 필요하다고 전한다.
1.2. 본론
1.2.1. 수자원 가치인식
미국, 유럽 등 선진국에서는 이미 오래전부터 사회 인프라 시설들이 개별시설이 아닌 망(네트워크)로 연결된 국가의 중추집합체로 정의, 인식하여 국가의 지속적인 경제성장 지원 및 국민의 안정적인 일상생활 편의를 지원해주기 위한 '경제자원'으로서의 흐름 정보화에 노력하여 왔다. 이때 인공지능 기술과 흐름정보들을 접목하여 기존 시스템들을 활용함과 더불어 국가의 신 동력을 발굴하기 위한 21세기 기반체제로 전향하는 중이다.
한편, 우리나라는 이러한 사회 인프라들을 사회의 경제발전, 국가자산으로서의 공공재 혹은 공공시설, 즉 사회간접자본(SOC)으로 정의하여 그로 인한 영향인지 수요자보다는 공급자의 시각으로 수자원 시설(사업)이 인식되어왔다. 우리나라는 1990년대부터 SOC들의 정보화를 진행하면서 시설운영(관리비용 절감, 제수입 산정수준) 측면에서의 정보시스템을 구축하여 왔으나, 이들 정보들은 해당기관들의 자체 정보로 갇혀져 활용(인트라넷)되는 수준에 머물러 있어, 정보시스템들간의 단절로 4차 산업혁명시대로의 미래발전에 걸림돌이 되고 있다고 할 수 있다.
따라서, 사회인프라 요소로서의 '물'이 미래 수자원으로의 가치(지식화를 통한 국민인식 제고, 생활 지혜 창출)를 가지기 위해서는, 4차 산업혁명시대의 국가 및 국민 수자원으로서의 역할을 해내기 위해서는, 시설위주의 정적인 SOC 개념의 관리수준에서 국민생활 복지서비스를 위한 동적인 개념의 운영수준을 끌어올리는 물흐름간 초연결 체제구축(유역으로부터 개인 수도 꼭지까지, 각종 수자원시설간)을 통하여 수자원분야의 지능정보화가 실현되어야 한다. 이후 '국가국민공유 빅데이터기반 수자원 지식시스템'의 구축을 통해, 유역에서부터 개인 수도꼭지까지의 물흐름이 주가변동처럼 실시간으로 파악 가능하게 된다면, 국가수자원의 효율적인 경영, 사회적 합의에 의한 개발, 미래지향적 인프라 리모델링 등의 합리적 방향모색이 가능해질 것으로 판단된다.
1.2.2. 국내 물 정보 현황
우리나라는 국토교통부, 환경부, 국민안전처, 농림축산식품부 등 각 부처별/기관별로 관련법령에 근거하여 물 정보를 생산, 관리하고 있다. 2004년 물관리정보협의회에서 공통유역도, 코드체계, 업무, 자료, 정보제공 및 운영체계 등 4개 분야에 대한 표준을 확정하여 수문정보 공동 활용의 필요성이 대두되었다. 물 정보의 대외제공은 주로 개별기관이 운영하는 정보시스템이 담당하고 있으며, 이러한 정보시스템은 해당기관의 소관업무 및 행정 처리의 목적으로 구축되어, 제공되는 정보가 공급자 위주, 데이터 위주의 도표 형식인 경우가 많다. 이러한 정보는 물 관련 전문가의 연구·분석용 목적에는 적합하나, 일반 국민들이 활용하기에는 다소 부족한 측면이 있다. 물 정보 활용측면에서는 우리나라가 세계 최고수준의 ICT 인프라와 기술을 보유하고 있었음에도 불구하고 지금까지는 물 정보 통합 및 빅데이터를 활용한 사례가 많지 않았는데, 이는 물 정보의 성격상 민간 활용 연계가 적고 전문가만의 제한된 분야로 인식되었기 때문인 것으로 여겨진다.
1.2.3. 4차산업 수자원관리 기술
1.2.3.1. IBM 사례
IBM 홈페이지에 따르면, IBM은 미국의 허드슨 강, 브라질의 아마존 강, 네덜란드 암스테르담 등 전 세계 주요호수와 바다를 대상으로 IoT 기반의 첨단 물 관리 솔루션을 적용하였다. 예를 들어 미국의 507㎞에 이르는 허드슨 강에 고효율 스마트센서를 직접 설치하여 물의 상태를 실시간으로 모니터링을 할 수 있다. 브라질의 아마존의 경우에는 지역을 3D화하여 지형, 생태계의 물 사용 등을 측정하여 효율적인 물 관리를 지원할 수 있도록 시스템을 구축하였다. 그리고 네덜란드의 암스테르담의 경우 스마트제방 사업을 착수하여 물의 높이를 실시간으로 측정하여 홍수에 즉각 대응할 수 있도록 하였다.
또한 IBM 은 스마트 물 서비스가 누수방지 및 사전대응, 물 관련 시설의 에너지 최적화, 관련설비의 분산 화, 생태계의 건전성 모니터링, 하·폐수의 자원화, 물의 재이용 활성화, 요금체계의 개선 등의 효과가 있을 것으로 전망하고 있다. 특히 스마트 물 서비스는 스마트 워터그리드와 동시에 추진하는 경우 시너지 효과가 높기 때문에 스마트 시티의 핵심 구성요소가 될 것으로 기대된다.
1.2.3.2. 전력박테리아 활용 기술
생물학과 전자공학을 융합한 전력박테리아를 활용하여 폐수와 바닷물을 100% 순수한 물로 만드는 기술이다. 미생물 전기분해 전지를 사용해 에너지를 생산하는 원리로, 전지에서 자연 생성된 박테리아가 폐수를 수소와 산소로 바꾼다. 이는 바닷물과 강물의 이온 차이를 활용해 효과적으로 수소 연료를 만들어낼 수 있는 역전기분해 방식을 활용한다. 기존의 수처리 방식과는 달리 화석연료에 의한 환경오염 없이 깨끗한 물을 얻을 수 있는 친환경적인 기술이라고 할 수 있다. 이를 통해 수자원 부족 문제와 폐수 처리 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
1.2.3.3. 스마트 물 서비스
스마트 물 서비스는 기존 물 관리 시스템의 한계를 극복하고 다양한 수원을 효율적으로 배분·관리·운송함으로써 지역 간의 수자원 불균형을 해소할 수 있는 미래형 물 관리 기술이다. 스마트 물 서비스는 기존의 물 관리 분야에 첨단 정보통신기술의 융·복합을 요구하는 분야로, 물 부족 해결과 새로운 미래 먹거리를 위하여 추진되고 있다.
스마트 물 서비스는 신사업 발굴과 고용창출, 미래 신 성장동력 확보를 위한 기회이며, 물 산업 분야의 새로운 시장 창출과 비즈니스 모델을 창출할 수 있다. 특히 IBM은 미국의 허드슨 강, 브라질의 아마존 강, 네덜란드 암스테르담 등 전 세계 주요호수와 바다를 대상으로 IoT 기반의 첨단 물 관리 솔루션을 적용하였다. 이를 통해 실시간으로 물의 상태를 모니터링하고, 물 관리의 효율성을 높이고 있다.
또한 스마트 물 서비스는 누수방지 및 사전대응, 물 관련 시설의 에너지 최적화, 관련설비의 분산 화, 생태계의 건전성 모니터링, 하·폐수의 자원화, 물의 재이용 활성화, 요금체계의 개선 등의 효과를 가져올 것으로 전망된다. 특히 스마트 물 서비스는 스마트 워터그리드와 동시에 추진하는 경우 시너지 효과가 높기 때문에 스마트 시티의 핵심 구성요소가 될 것으로 기대된다.
전력박테리아를 활용한 기술은 생물학과 전자공학을 융합하여 폐수와 바닷물을 100% 순수한 물로 만드는 기술이다. 미생물 전기분해 전지를 사용해 에너지를 생산하는 원리로, 전지에서 자연 생성된 박테리아가 폐수를 수소와 산소로 바꾼다. 이는 바닷물과 강물의 이온 차이를 활용해 효과적으로 수소 연료를 만들어낼 수 있는 역전기분해 방식을 활용한다.
이처럼 스마트 물 서비스는 기존 물 관리 체계의 한계를 극복하고, 첨단 정보통신기술을 접...
