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[같이의 가치를 짓다] 최고의 기술과 노하우로 안전한 도로를 책임지다 최고의 기술과 노하우로 안전한 도로를 책임지다 휴가철이나 명절 연휴에 도로위에 길에 늘어선 자동차 행렬을 보는 것은 우리에게 익숙한 풍경이다. 수많은 사람들이 이용하 는 도로는 언제나 안전이 최우선이다. 지난 2015년 창업한 케이알엠(주)은 많은 사람들이 안전하고 튼튼한 도로를 편안하게 이용할 수 있도록 도로 조사·분석을 전문으로 하는 기관이다. ▲ 케이알엠㈜ 대표김부일 국민의 안전을 책임지는 최고의 기술을 갖추다. 많은 사람들이 이용하지만 잘 알지 못하는 도로포장 분야에 대해 전문적인 조사·분석을 통해서 안전하고 편리하게 도로를 이용하고 국가적으로는 예산을 절약할 수 있도록 하는 것이 창업의 목표였습니다." 2015년 9월 한국건설기술연구원 창업 지원 프로그램으로 벤처기업 케이알엠(주)을 창업한 인프라안전연구본부 김부일 연구위원, 공학박사이기도 한 김부일 연구위원은 25년 이상의 도로시설물관리 분야에 종사, 국내 최고 수준의 기술력과 노하우를 자랑한다. 케이알엠은 도로포장 조사·분석 기술을 비롯해 GPR을 활용한 도로시설물 상태 진단 기술, 재료 물성 평가. 구조해석 등 특화된 기술을 바탕으로 안전하고 쾌적한 도로환경을 도로 이용자들에게 제공하고 있다. "저희는 새로운 기술이나 아이템보다는 기존 도로 분야에 저희가 가지고 있는 기술력과 노하우를 제공하는데 그 목적이 있습니다. 최근에는 기존 엔지니어링사들이 이 분야에 관심을 보이고 있는데, 저희가 가진 고도의 기술은 따라 올 수 없을 것으로 자신합니다." 최고 수준의 기술력과 노하우 그리고 전문 인력은 김부일 연구위원의 자신감의 원천이자 케이알엠의 자부심이다. 케이알엠의 핵심 기술은 도로포장 조사·분석, 포장 유지관리 체계 구축, 도로시설물 상태 진단 재료 물성평가 등이다. ▲ 도로포장의 균열, 포트홀, 소성변형, 편탄성, 도로함몰 등 도로포장 조사ㆍ분석 자체 개발 분석 프로그램과 노하우, 전문 인력 보유 도로포장 조사·분석 기술은 도로포장의 균열, 포트홀, 소성변형, 평탄성, 도로함몰 등을 조사·분석해 도로포장의 상태를 진단하고 보수 대안을 제시한다. 한국도로공사, 국토교통부, 지방자치단체, 민자고속도로, 공항공사, 철도시 설관리공단 등 교동시설관리 사업으로 수행할 수 있다. GRP(Ground Penetrating Radar, 지표투과레이더)를 활용한 도로시설물 상태 진단 기술은 GPR 시험을 통하여 포장, 교량, 터널과 같은 도로시설물의 내부 결함을 탐지하여 건전도를 진단하는 기술이다. 도로, 공항, 항만, 교량, 철도의 공용성 평가로 포장관리 시스템(PMS), 교량관리시스템(BMS), 터널관리시스템(TMS) 등 다양한 도로시설물 유지관리 조사 업무와 연계가 가능하다. 또한 도로하부공동 상태 및 지하매설물 탐지를 통한 도로함몰위험도를 평가할 수 있다. 케이알엠은 이 기술 분야에 다양한 종류의 GPR 장비 3대 를 보유하고, 자체 개발한 분석 프로그램과 노하우, 전문 인력을 보유하고 있어 국내 최고 수준의 연구와 조사업무를 수행하고 있다. 도로 재료물성 평가 기술은 아스팔트 및 콘트리트 포장 재료의 물성 시험 및 평가와 도로포장 재료의 품질 기준 시험, 공용성 평가 시험을 진행하고 있다. 케이알엠 주식회사는 최고의 기술력을 제공하기 위한 보유 장비도 최고 수준으로 갖추고 있다. "자동노면상태조사기(PES)는 도로포장의 노면 상태를 조사하는 장비로 노면 영상과 종단, 횡단의 프로파일을 측정하고 있습니다. 도로 포장 노면 상태의 균열률, 소성변형량, 종단평탄성, 도로 기하구조 및 주변상황을 조사 하고 있습니다. 이를 통해 도로포장 상태평가. 보수공법 결정, 활주로 및 계류장의 포장 생태 조사 평가를 수행하고 있습니다.” 레이더투과검사기(GPR)는 고주파 발생자치를 이용해 비파괴, 접촉·비접촉식으로 포장 두께, 도로포장 하부구조, 콘크리트 열화, 도로 하부 동공 및 지하매설물을 조사, 측정하고 있다. 비접촉식의 경우 도로포장 하부구조 1m깊이, 접촉식의 경우 1~4m 깊이를 조사할 수 있으며, 도로포장 하부 구조 평가를 비롯해 도로함몰 위험도 평가, 교량 바닥판 포장 노후도 평가 등에 적용할 수 있다. 새로운 시장 창출과 새로운 수익 모델 기대 "처짐량 측정 장비(FWD)는 도로포장의 구조적 지지력을 측정하는 장비로 트럭 또는 항공기의 하중을 모사하기 위해 일정의 추를 낙하시켜 그 충격에 의하여 노면에 발생하는 처짐량을 측정하는 장비입니다. 표면 처짐량을 이용하여 포장층의 지지력을 측정, 도로포장하부구조 평가에 주로 활용되고 있습니다." 이 외에도 차량 탑재형 이동식 코어 채취 장비는 콘크리트, 아스팔트 포장의 시험 검사용 코어를 채취하고, 포장 구조체의 두께 및 다짐도를 측정해 포장재료의 물성 평가에 활용되고 있다. "저희는 물건을 파는 것이 아니라 기술과 노하우를 판매하기 때문에 단시간에 어떤 성과를 기대하기는 힘듭니다. 지속적으로 특허나 신기술을 준비하면서 도로시설물 조사·분석과 관련된 새로운 시장 창출과 새로운 수익 모델 창출에 초점을 맞춰 회사를 운용하고 있습니다." 케이알엠은 2015년 창업 이후 현재까지 LID시설의 포장 구조지지력 평가를 비롯해 수도권 고속전철 도로지반조사 등 8개 사업을 완료했다. "작년 말에 '지속가능한 기반시설 관리 기본법'이 통과됐지만 구체적인 법안이 만들어지기까지는 시간이 걸릴 것으로 보입니다. 이 법안이 만들어지면 케이알엠이 가진 기술과 노하우로 국가 기본 시설을 체계적으로 관리 할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다." '지속가능한 기반시설 관리 기본법'은 기반시설의 체계적인 유지관리와 성능개선을 통하여 국민이 보다 안전하고 편리하게 기반시설을 활용할 수 있도록 하고, 나아가 국가 경제 발전에 기여함을 목적으로 하고 있다. 인프라안전연구본부 작성일2019.09.03 조회수 459
[사업화유망기술] 안전을 담보하는 최선의 대책은 점검으로부터 비롯된다. 안전을 담보하는 최선의 대책은 점검으로부터 비롯된다. 안전에 대한 강조는 아무리 해도 지나침이 없다. 1994년 성수대교 붕괴라는 대형 사고를 겪으며 시설물의 안전점검과 유지관리 에 대한 중요성이 대두되고 있다. 그러나 현재처럼 인력에 의한 점검 방법으로는 한계가 있을 것으로 판단, 무인비행체를 이용한 시설물 유지관리 기술에 대한 연구에 착수하게 되었다. ▲ 인프라안전본부 선임연구위원 김형열 기존에 시행되던 노후시설물 안전점검의 한계 시설물의 안전관리는 노후시설물의 기능과 안전을 유지하기 위한 점검, 관리업무가 핵심이다. 일반적으로 시설물의 사용연수가 30년을 경과하면 노후시설물로 구분하고 있으며, 2018년 기준으로 우리나라 전체 시설물 가운데 노후시설물 비율은 5% 정도이지만 2030년에는 37%로 급격하게 증가될 예정이다. "우리나라 시설물이 70~80년대에 많이 지어지다 보니 상당히 노후화되었다고 봐야합니다. 노후시설물의 문제 점을 조기에 발견하고 적절한 조치를 실시하는 것이 필요 하지만, 현재 하고 있는 것처럼 인력에 의존한 점검만으로는 앞으로 급격하게 증가되는 노후시설물을 효과적으로 점검하는 것은 불가능할 것으로 판단했습니다. 또 하나 당면한 문제가 고령화 사회로 접어들면서 인력은 줄어 드는데 노후시설물은 급격하게 증가하는 상황이니 보다. 효율적인 방법을 모색해야 하지 않을까 하는 생각이 들었습니다." 기존 시설물의 안전점검 방법은 사람이 직접 투입돼 육안으로 살펴보는 것이었다. 그러다보니 고층건축물이나 장대교량과 같은 대형 시설물은 점검자가 가까이 가서 확인하기에는 한계가 있었던 것이 사실. 최근 들어 드론이 시설물 점검에 활용되고 있지만, 수동으로 조작되는 기존 운항 조작방식과 촬영기법으로는 시설물의 손상 여부를 파악하기 어렵고, 열화 부위에 근접 접근이 여의치 않아 정밀촬영이 불가능하다는 애로사항이 있었다. ▲ 그림 1. 노후 시설물 현황 4차 산업혁명 도래를 맞아 신기술을 접목한 시설물 안전점검 기술을 선보이다. 이 같은 문제점을 해결하기 위해 시설물의 거동을 분석할 수 있는 센서를 설치하고, 상시 계측된 데이터를 실시간 분석해 시설물의 문제점을 조기에 발견하는 등 시설물 스마트 안전관리 연구 개발사업을 기획했다. “시설물 고정점에 설치된 센서 이외에 시설물의 상태를 점검하기 위해서는 육안 점검이 필요하고, 시설물에 설치 된 수백, 수천개의 센서에서 이상신호가 발생하는 경우 문제점을 점검자가 확인하는 과정이 필요한 만큼 이 과정에 무인비행체를 활용하는 것이 효과적이라는 판단을 하게 됐습니다.” 지난 2017년부터 연구에 착수한 무인비행체를 활용한 시설물 유지관리 기술은 기존 방식의 한계를 개선했다는 점에 의의가 있다. "현재 시행되고 있는 무인비행체를 활용한 시설물 안전관리 현황과 문제점을 조사해보니 드론의 비행시간이 너무 짧고, 수동조작으로는 시설물에 접근하기 어려우며, 특히 풍속으로 인해 피사체 점검 및 촬영을 위한 호버링이 어렵다는 문제점이 있었습니다. 또한 카메라 각도의 제한으로 시설물의 하부를 촬영할 수 없다는 한계점도 발견할 수 있 었습니다.” 이 같은 문제점을 해결하기 위해 드론에 카메라 및 지지대와 일체화된 회전본체를 장착해 수평을 유지할 수 있도록 하고, 근접촬영 지시가 수신되면 회전 본체를 0도부터 360도까지 회전시켜 시설물 측면과 정면, 아랫부분까지도 카메라 촬영이 가능하도록 했다. 이밖에도 자동거리 측정기를 통해 시설물 표면까지의 거리를 측정한 후 드론이 미리 설정된 안전한 거리 도달 시까지 자동으로 근접시킬 수 있고, 원격조정도 가능하도록 했다. 이 기술은 사물인터넷을 기반으로 하는 센서를 무인비행체를 이용하고 있다는 점에 의미를 두고 싶습니다. 1차 적으로 센서에 의해 시설물의 이상거동을 계측하고, 드론 영상 촬영에 의해 2차적으로 시설물의 이상거동을 정밀 계측함으로써 시설물의 이상 거동 유무를 판단할 수 있습니다.” ▲ 그림 2. 기존 드론 점검(좌) ▲ 그림3. 무인기 비행체를 이용한 시설물 유지관리 기술의 특징및 장점(우) 기술실용화를 통해 시설물 안전점검을 위한 튼튼한 초석이 되길 시설물은 인간의 생애주기와 같이 설계시공 유지관리의 단계를 거친다. 유지관리가 필요한 노후시설물은 그 수를 가늠하기가 어렵고 또 다양해 일일이 사람의 손을 거치기에는 분명 한계가 있다. 따라서 '시설물 근접 촬영용 무인 비행체 시스템 및 이를 이용한 촬영방법', '사물인터넷 기 반 센서와 무인비행체를 이용한 시설물 유지관리 시스템 및 그 방법에 대한 기술이 2017년 각각 특허로 출원해 국 내 및 미국에 특허 등록돼 개발기술의 독창성과 신규성을 인정받은 것은 남다른 의미를 가진다. 특히 사물인터넷 기반 센서와 무인비행체를 이용한 시설물 유지관리 시스템 및 그 방법에 관한 특허는 무인비행체를 개발하는 중소기업과 통상실시 조건으로 기술이전 계약이 체결돼 기술이 이전된 상태다. "특허를 받았지만, 이를 실용화하지 못하면 그 기술은 사장되고 맙니다. 연구진이 개발한 기술이 실용화되어 시설물 안전관리 업무에 적용되기 위해서는 장비 및 시스템 개발이 필요합니다. 따라서 이 기술은 무인비행체 제작과 자동항법과 관련된 기술력을 보유한 중소기업에 기술이전을 통해 실용화하는 것이 연구진의 목표이며 실용화 과정에서 문제점이 파악된다면 공동연구개발을 통해 해결해 나갈 계획입니다. 향후 우리 기술이 실무에 이용된다면 연구진으로서 보람도 클 것 같습니다.” 이밖에도 시설물 근접 촬영용 무인비행체에 비파괴 실험 장비를 탑재하면 시설물 점검 시 비파괴시험 및 시료채취가 가능할 것으로 기대되는 만큼 이 특허기술을 기업에 이전해 기업과 공동으로 실용화 기술개발과제를 수행했으면 하는 것이 연구진의 바람이다. 나라 안팎으로 크고 작은 사고를 겪으며 안전 불감증에 대한 경각심이 부각되고 있는 지금, 점검을 통한 예방이 최선의 대책이다. 연구진의 바람처럼 특허 받은 기술이 실용화돼 인명과 재산을 보호하는 튼튼한 초석이 되길 바라마지 않는다. ▲ 그림 4. 무인비행체를 이용한 시설물 유지관리 기술 활용 방안 └ 인프라안전연구본부 작성일2019.09.03 조회수 242
[같이의 가치를 짓다] 기술을 넘어 3차원 디지털로 새로운 세계를 열다 기술을 넘어 3차원 디지털로 새로운 세계를 열다 길에서나 물속에서나 특이한 동물을 발견하면 알쏭달쏭 도무지 알 방법이 없어 답답한 적이 있는가? 겉으로 보기엔 멀쩡한 물건인데 내부를 들여다보고 실망했던 적이 있는가? 이 궁금증을 해결하는 기술이 X-ray CT다. 비단 이뿐만 아니라 산업용 소재 분석에도 활용되어 보다 신뢰할 수 있는 제품을 만들도록 내부 분석 데이터를 제공한다. 재료 내부구조 기반 성능 평가 기술을 세계최초로 상용화한 곳이 바로 ㈜에크미다. ▲ ㈜에크미 김광염 대표염선 주임주무원 모든 사물의 내부구조를 3차원으로 보여준다 “우리는 지구가 핵, 맨틀, 지각 등으로 구성되어 있다는 것을 잘 알고 있습니다. 하지만 인간이 실제로 땅속을 직접 관찰한 깊이는 10㎞ 정도에 불과하고, 이것은 지구의 반경 약 6,400㎞와 비교할 때 양파 껍질 한겹 정도 수준입니다.” 미래융합연구본부 김광염 연구위원은 국내 지반 분야의 권위자로, 오랜 연구를 통해 지하 깊은 곳의 비밀을 밝혀 온 사람이다. 땅속을 대상으로 20여 년 동안 연구를 수행하면서 눈으로 볼 수 없는 내부 모습에 큰 호기심을 가지게 된 그는 X-ray 단층장비를 이용해 여러 재료의 내부구조를 분석할 수 있게 되면서 ㈜에크미를 창업, 본격적인 기술개발에 나서게 됐다. 연구 중에 주로 다뤄왔던 암석, 흙 등은 금속, 유리 등과는 달리 균질성이 거의 없는 매우 복잡한 구조로 구성되어 있습니다. 암석을 수없이 부수고 여러 성질을 측정하는 실험을 수행하면서 내부구조를 정확히 볼 수 있다면 얼마나 좋을까라는 고민을 하던 중에, 의료용으로 활용되는 X-ray CT(Computed Tomography)를 산업용으로도 활용할 수 있겠다는 것을 알게 되었죠. X-ray CT로 재료의 내부구조를 확인하게 되면서 연구는 새로운 전환점을 맞이하게 됐고, 덕분에 많은 논문과 지적재산권을 확보할 수 있었습니다.” 그가 이 장비와 핵심 기술을 많은 사람들이 활용할 수 있도록 해야겠다고 마음먹은 것은 어쩌면 당연한 일이었다. 1. X-ray CT 촬영 모습 2. X-ray CT 이미지를 기반으로 한 재료 내부 분석 산업소재 분야에서 해마다 많은 기술료와 로열티를 해외 업체에 지불하는 현실에서, 이 기술을 통해 불필요한 지출을 줄이고 국가에 기여하고 싶은 꿈을 꾸게 된 것이다. 그 결과로 탄생한 것이 지금의 ㈜에크미(E㎝E)다. 염선 주임주무원은 “아직은 기술 활용 초기 단계로, 기술 인지도가 낮아 널리 활용되고 있지는 않다”면서, “내부구조를 3차원 디지털 라이브러리로 구현한다는 발상이 아직은 낯설다”고 말한다. 땅속 깊이 있는 재료를 디지털화한다는 것은 아직까지 국내 사례가 많지 않습니다. 최근에 문화재청과 국립낙동강생물자원관에서 문화재와 생물의 표본을 디지털화하는 작업을 진행해왔는데, 산업 분야에서는 활용도가 높지 않아요.” 염선 주임주무원은 기술 활용도가 낮은 이유를 ‘고가 비용’일 것이라는 염려에서 찾는다. 사실상 해외 분석 업체에 비해 저렴한 비용임에도 불구하고 제대로 분석 기술을 제공해주는 곳이 많지 않을 뿐 아니라 기술 자체가 생소한 것이 현실이다. 이것이 ㈜에크미가 더욱 사업화에 매진해야 하는 까닭이다. “X-ray CT를 통한 3차원 가상 디지털 라이브러리 구축 기술은 재료를 훼손하지 않으면서 고해상도의 이미지와 내부 분석 데이터를 얻을 수 있고, 비교적 큰 크기의 재료도 분석할 수 있습니다. 재료나 표본이 극히 적을 때, 오래 보존해야 하는 것일수록 분석 실험 횟수를 줄이는 것이 필수인데, 이를 위해서도 X-ray CT 기술이 정답이라 생각해요.” 산업적 활용도 높은 X-ray CT 기술에 대한 관심 필요 ㈜에크미는 X-ray CT 기술을 기반으로 재료 내부구조를 X-ray 투시기법을 이용해 3차원으로 그대로 재현할 수 있는 기술, 재현된 3차원 구조를 이용하여 재료의 다양한 성질을 평가하는 분석 기술, 재료기반의 고급 분석과 해석을 위한 기초자료 제공 서비스 등을 핵심 서비스로 제공하고 있다. 최근에는 자동차에 들어가는 기계 부품을 제조하는 회사, 임플란트 제작회사, 전자제품 제조회사 등의 의뢰를 받아 역설계 및 제품의 프로토타입 제작을 위한 제품의 3차원 설계자료를 제공하였다. 또 3D 프린팅 제품을 위한 3차원 도면 파일 제공 관련된 서비스도 진행하고 있다. “X-ray CT 장비는 대학연구실 등에 소규모로 갖춘 곳이 있고, 정부출연연구기관의 경우 세 곳에서 보유하고 있습니다. X-ray 자체는 최초로 뢴트겐이 발견(1895년)한 전자기파의 한 종류입니다. 자외선보다 파장이 짧고 투과 능력이 강하기 때문에 재료의 내부를 투시해 보기 위한 목적으로 의료용으로 많이 활용되고 있죠. X-ray의 투과 정도가 재료 내부의 밀도와 원자번호 등에 따라 달라지는 성질을 이용해 내부구조를 3차원으로 보여줄 수 있고, 내부의 특정 밀도를 갖는 구성물질을 따로 분리할 수도 있어요.” 그는 한국건설기술연구원에서 활발히 진행되는 연구 중 하나인 고성능 콘크리트 구조체, 경량 콘크리트 재료 등의 핵심 요소인 내부 골재의 분포, 기공의 양·크기 분포 등을 X-ray CT를 이용하면 쉽게 분석할 수 있다고 말한다. “하지만 상업적으로 활용하고 있는 곳은 거의 없죠. 제품의 결함을 조기에 발견하여 신뢰성을 확보하기 위해서 기업들이 X-ray CT 기술에 관심을 갖고 적극 활용해줬으면 좋겠어요.” 우리 제품 경쟁력 확보에 큰 도움이 될 것 창업 이래 지금까지 ㈜에크미의 주요 고객은 학교와 연구소에서 근무하는 연구자들이었다. 근래에 들어 기업들이 조금씩 X-ray CT에 관심을 갖고 조심스레 노크를 하고 있는 중이다. “아직까지는 의료 목적 외에도 활용될 수 있다는 것을 잘 모르고 있기 때문에 논문이나 해외 학술활동을 통해 우리 기술을 접한 연구자들이 서비스를 의뢰하였습니다. 이러한 연구자들은 재료의 내부를 단순히 3차원으로 확인하는 목적 이외에 다양한 분석에 활용을 고려하게 됩니다. 저희는 그동안 축적한 경험과 기술력을 이용해 연구자들의 연구 컨설팅도 무료로 서비스하고 있고, 다양한 분석 방안을 추가로 제안하고 있습니다.” 의료용이라는 인식을 넘어 산업적으로 X-ray CT 기술을 도입하는 초기 단계는 달성한 것 같다는 김광염 연구위원과 염선 주임주무원. 이제는 홍보를 통해 인지도를 높이는 단계에 진입하였다. 국가적인 사업에도 ㈜에크미의 X-ray CT 기술이 톡톡히 활용되고 있다. “국립낙동강생물자원관에 우리나라에서 주요 서식하는 표본 어종과 생물의 3차원 디지털 라이브러리 구축 사업을 야심차게 진행하고 있습니다. 이를 통해 관람객들이 다양한 물고기와 곤충들의 외형, 내부 구조를 가상 현실과 증강현실 등의 기술을 이용하여 관찰할 수 있게 될 겁니다. 또 문화재를 발굴할 때 비파괴 방법으로 분석하는 작업도 추진하고 있어요. 전세계적으로 문화재와 같은 보존가치가 높은 재료들을 X-ray CT를 통해 가상 박물관에 디지털로 전시하기 위한 노력을 진행하고 있는데, ㈜에크미도 이 사업을 중점적으로 진행할 계획입니다.” 향후 국제적인 사업에도 진출해 ㈜에크미가 보유한 기술을 선보이고 싶다는 김광염 연구위원. 미국과 중국 등에 진출해 기술력을 인정받았고, 조만간 스웨덴과도 사업을 진행할 예정이다. 아직은 관련 기술 업체가 많지 않은 상황으로, 기존 업체의 견제를 뚫고 ㈜에크미라는 이름을 각인시키겠다는 것이 최종적인 목표다. ▲ X-ray CT 스캔을 통해 3차원 영상이 탄생하는 과정 └ 미래융합연구본부 작성일2019.08.07 조회수 407
[사업화유망기술] 물순환을 전제로 한 도로환경의 개선, 이제는 필수다 물순환을 전제로 한 도로환경의 개선, 이제는 필수다 사회 전반에 환경이 주요한 이슈가 된 지 오래다. 건설기술에서도 상당히 오래전부터 환경을 기반한 연구들이 진행되어왔는데, 도로 분야는 2000년대부터 환경을 논제로 한 연구가 본격 진척되기 시작하였다. 짧다면 짧은 20년이지만 연구 역량을 집중시킨 결과는 눈부시다. ‘비점오염물질(우수) 관리 기술’이 바로 그것이다. ▲ 인프라안전연구본부 선임연구위원 조혜진 제약이 많은 국내 도로의 비점오염시설 설치 조건 도로 분야에서 환경 이슈가 부각된 것은 2000년대부터다. 물론 이전에도 도로를 놓으면 산지와 토양, 지형 변화를 어떻게 최소화할지, 생물다양성 보존 문제를 어떻게 해결할지 고민하였다. “사실 토목 분야에서는 얼마나 저렴하고 효과적으로 도로를 건설할 수 있을 것인가가 가장 큰 화두였죠. 하지만 환경에 관한 이슈에 관심을 쏟게 되면서부터 도로를 계획하고 설계할 때 환경적인 영향을 어떻게 최소화할 수 있을지 연구하기 시작했습니다. 생각해보면 차량이 이동할 때 기름때, 오염물질, 분진, 타이어 조각 등 오염 요인이 많잖아요? 그런 네거티브한 요인에서 시작됐다고 볼 수 있죠.” 최근 환경 부분에서도 가장 주목받는 것이 수질 오염이다. 수질 오염의 심각성이 부각되면서 2000년대에 들어 전 세계적으로 비점오염시설의 설치가 의무화되었다. 우리나라보다 국토가 넓은 국가들은 시설 설치의 규모 제한이 거의 없고, 도로 주변의 환경 시설대 면적이 넓어 다양한 자연형 시설 설치가 가능하다. 반면 우리나라는 부지확보가 어려워 대부분 도로 부지 내에서만 설치가 가능하며, 좁고 긴 형태의 시설 설계가 필요한 까닭에 설계 시 제약이 많다. 또 도로 비점시설에 대한 시공 사례가 극히 적은 데다, 시설에 대한 기업들의 이해도가 낮아 설계·시공에 애로사항이 크다. “도로의 비점오염물질 연구는 2000년대 후반부터 본격화되었어요. 우리도 2007년에 ‘물환경보전법’과 시행령 제72조를 통하여 도로가 비점오염을 일으키는 시설이라고 규정하고 도로 비점오염저감시설 설치를 의무화하였지요. 어찌 보면 기술보다 제도가 먼저 생긴 셈입니다. 우선 공공 연구를 할 수 있는 한국건설기술연구원에서 도로비점시설 연구프로젝트를 시작해서 2011년부터 어디서 도로 비점오염이 발생하는지, 어떻게 저감시킬 것인지 연구하기 시작했습니다.” ▲ 그림 1. 모듈화 여재교체 기술 카트리지+모듈 기술을 활용, 도로 비점오염 저감에 효과 입증 ‘비점오염물질(우수) 관리 기술’의 핵심은 모듈화를 통한 카트리지 교체다. 기존에는 비점오염저감시설을 설치한 후 오염물질이 쌓여 교체해야 할 때, 중장비를 동원하여 굴착 작업을 해야 했다. 시설 전체가 하나로 구성됐기 때문이다. 주로 제도 도입 초기에 시설을 설치할 때 비용 절감, 공정 단순화를 위해 이러한 구축 사례가 많았다. 하지만 조혜진 선임연구위원은 카트리지와 모듈 방식에 착안하여 전혀 새로운 형태의 시설을 제안하였다. 비점오염물질(우수) 관리 기술을 실현한 모듈화 여재교체 기술은 도로노면 유출수를 시설로 유도하고 오염물질의 폐색 정도에 따라 카트리지를 개별적으로 교체할 수 있도록 하는 개념이다. 국내외에서 유례없던 방식으로, 도로기술 연구자들과 환경 연구자들 모두에게 큰 주목을 받았다. “우리나라 도로환경은 활엽수, 토사가 많다는 조건을 가지고 있습니다. 게다가 화물차 통행량이 많은 도로는 오염물질이 엄청나죠. 이 오염물질이 흙과 섞여 비점저감시설이 막히는 경우가 많아요. 교통량이 많은 도로는 순식간에 오염물질이 쌓이죠. 3~4년 전만 해도 도랑을 청소하려면 도로를 통제하고 중장비를 활용해야 해서 시간과 비용이 큰 부담이었어요. 하루에 1~2개소 설치하던 것을 이 방식을 사용하면 하루에 6~7개소 시공이 가능해요. 설치도 간소화되었는데 기존의 거푸집 대신 프리캐스트 공법을 적용해서 바로 시공할 수 있습니다.” 2년 전에는 경제성과 시공성, 이동성을 고려한 경량 모듈러 기술을 개발하여 중량을 줄이고 비용도 낮춤으로써 지자체와 기업 관계자들의 호평을 이끌어냈다. 뿐만 아니라 사계절로 변화하는 기후 영향을 최소화하고, 크기를 줄인 시제품을 선보여 다시 한번 관심을 일으켰다. “겨울에도 얼지 않게 충분한 강도를 갖도록 소재를 개발하고, 우리나라 도로의 옆 공간이 협소한 현실에 착안하여 크기를 줄인 버전을 개발하였어요. 덕분에 중량이 가벼워지고 비용 절감효과(30%)도 얻을 수 있었죠. 기존에는 운반 비용, 중장비 비용 등으로 인해 배보다 배꼽이 더 컸달까요? 시설을 실질적으로 시공하는 건 중소기업이니만큼, 이 점을 고려하여 비용과 중량을 줄이고자 했던 거죠.” ▲ 그림 2. 특허화된 비점오염물질(우수) 관리 기술의 구현도 세계적인 관심 끄는 도로환경 분야, 우리가 앞설 수 있다 사업적으로 볼 때 도로환경 시장은 이제 막 열리는 단계다. 전 세계가 거의 동시에 시작한 상황이라 아직까지는 시장을 주도하는 국가나 기업이 없어 전망이 아주 밝다. 비점오염물질 관리 기술은 시장성이 확보된 가장 앞선 기술로, 까다롭기로 이름난 유럽에서 공동연구를 제의해왔다. 실제적인 데이터, 경험치가 누적되어 검증을 거친 것을 추구하는 유럽의 여러 연구기관이 이 기술을 주목한다는 것은 그만큼 활용 가치가 높다는 증거다. “작년과 올해가 다를 정도로 시장 규모가 커지고 있어요. 우리나라의 경우 지금은 정부가 주도로 이끌고 있는데 앞으로 시장이 더 성장할 것인 만큼 지자체와 공공기관, 여러 기업, 기술자들이 더욱 관심을 가져줬으면 좋겠습니다.” 조혜진 선임연구위원은 이 기술이 먹는 물과 연관된다는 점에서 아주 중요하다고 말한다. 기후변화의 가장 큰 동인이 물순환임을 상기해보면, 현재의 환경기술 트렌드가 자연적인 물순환을 회복하는 것이라는 사실을 직감할 수 있다. “지구가 점점 더워지는 이유 중 하나는 자연 상태의 토지가 아니라, 개발로 인해 불투수층의 비율이 증가하고 있습니다. 건물이 세워지고, 도로가 닦이면서 증발하여야 할 물이 사라지는 거죠. 따라서 건설기술도 실제 공사도 자연적인 증발산이 가능하도록 물순환을 고려해서 바뀌어야 합니다. 공원, 가로수, 정원 등은 미관뿐 아니라 물순환을 위하여 반드시 필요한 존재입니다.” 앞으로 비점오염물질 관리 기술은 어떻게 발전하게 될까? 그의 말에 의하면 계속 진화를 거쳐 새로운 버전으로 만들어지고 있다고 한다. 이미 십여 개의 관련특허가 개발되었으며 계획 중인 특허도 다수에 이른다. 그의 책상에는 지자체마다 환경별로 어떤 시설을 설치할 것인지 결정하는 기법을 개발하기 위한 자료들이 수북이 쌓여 있다. 점토질이 많은 우리나라의 특성을 고려한 침투시설 개선 방안, 처리된 오염수가 처리되어 다시 배수될 수 있도록 하는 방안 등도 함께다. “지금은 이것이 어떤 기술인지, 어느 정도로 필요한 기술인지 잘 모르는 사람들이 많아요. 그들에게 기술에 대한 이해를 돕고 꼭 필요한 기술이라는 것을 이해하도록 하는 것도 중요한 과업입니다. 사람이 환경을 떠나서는 살 수 없는 것처럼, 이 기술이 환경기술에 대한 서포터가 될 수 있도록 하겠습니다.” └ 인프라안전연구본부 작성일2019.08.07 조회수 323
[같이의 가치를 짓다] 우리 기술로 국민의 생활환경을 개선합니다! 우리 기술로 국민의 생활환경을 개선합니다! 누구나 한 번쯤은 경험해봤을 도심 하수도 냄새, 비가 오면 씻겨 내려갈까 싶지만, 오히려 악취는 더 코를 찌른다. 집 앞 하수도라고 다르지 않다. 이를 해결하지 않고서는 선진국이라 말하기 어려운 법. 하수도 악취 분야를 선도하는 (주)한국하수도기술 에서 실마리를 찾았다. ▲ ㈜한국하수도기술 대표조정일 연구원 내 창업기업, 하수도 악취 개선에 나서다. 생활 수준이 향상될수록 민원이 증가하고 관심이 커지는 것 중 하나가 하수도 악취 관련 분야이다. 그래서 하수도 민원을 선진국형 민원'이라고도 한다. 우리나라도 2010 년 이후부터 꾸준히 관련 민원이 늘어가는 상황, 한국건설기술연구원은 2011년부터 하수도 악취 관련 환경부 R&D 연구 과제를 수행하며 개선 방안을 찾았다. 조정일 수석연구원은 연구팀에서 과제를 주도한 개발자 중 한 사람이다. "당시만 해도 새로운 분야이다 보니, 연구과제로 개발한 기술의 사업화가 불투명하였습니다. 기존 참여기업에 악취 관련 전문가가 부족했기 때문에 기술에 대한 이해도가 낮을 수밖에 없었죠. 그 때문에 기술이전만으로 제대로 사업이 진행될지, 관련 시장이 열릴 것인지에 대한 문제의식이 있었습니다. 그래서 직접 사업화를 도모하는 것에 대해 진지하게 고민하게 됐죠. 연구원의 창업지원제도 덕분에 어려운 결정은 아니었습니다." 조정일 수석연구원은 한국건설기술연구원의 창업 승인을 받아 2014년 '(주)한국하수도기술'을 설립, 하수도 악취 분야 전문기업의 대표로 이름을 올렸다. 그리고 국가의 지원 을 받아 개발된 기술과 관련 지식을 활용하여 창업 이래 줄곧 국내 하수도 악취저감 사업을 이끌어 가고 있다. 저감 계획 설계 ‘하수관로 악취지도’ 활용 생각해보면, 악취를 잡는 일은 간단하다. 그 냄새 원인을 제거하면 된다. 그런데 하수도 악취는 근거지를 찾는 것이 가장 어려운 문제다. 냄새는 코앞 하수도에서 나지만, 그 주변 건물 정화조에서 원인을 제공하는 경우가 다반사이 기 때문이다. 특히 우리나라는 건물마다 정화조를 설치, 하수도를 통해 배출하기 때문에 근거지를 찾기가 매우 어렵다. 실제 현장 조사를 하려면 시간과 비용이 더 큰 문제가 된다. 이럴 때 "하수관로 악취지도가 정책 대안 수립에 유용한 자료가 된다 "우리나라 실정에 맞게 개발한 악취 발생량 산정 프로그 램으로 대상 지역의 악취 발생량을 예측할 수 있습니다. 이 예측값은 GIS 연계 악취 지도 프로그램과 연동되어 대상 지역의 악취 지도를 그리는데요. 이 지도를 활용하여 악취 발생량이 높은 지역을 타깃으로 효과적인 악취 저감 대책을 수립할 수 있습니다. 관리가 시급한 지역에 예산을 투입하는 근거 자료가 되는 것이죠.” 하수관로 악취지도는 정화조, 하수 유량 등의 정보를 모델 링 프로그램에 적용, 대상 지역의 악취 현황을 농도별 색 상으로 표현한다. 이는 악취농도가 심한 지역부터 순차적으로 악취저감 사업 계획 및 사업비를 산정하는 판단 근거 가 된다. 어디에 어떤 저감장치를 설치하는 것이 좋은지. 예산 투입의 우선순위를 결정하는 등 효과적인 저감계획 수립에 결정적 도움을 준다. ▲ 하수관로 악취지도(종로구 예) 독보적인 기술력으로 다양한 솔루션 제공 (주)한국하수도기술은 하수관로 악취지도 외에도 국내 최고 수준의 기술력을 보유하고 있다. "우리 회사 는 악취 기본 설계 등 용역 사업뿐만 아니라 다 양한 악취저감기술을 보유하고 있습니다. 가장 대표적 인 기술은 창업 당시 이미 확보한 '스프레이 악취저감장치'입니다. 창업 이후에는 낙차완화장치와 공기주입식 SOB(Sulfur Oxidizing Bacteria) media 장치 기술이 더해져 우리만의 독보적 영역을 구축할 수 있었죠." 스프레이 악취저감장치는 미세노즐로 물을 분사하여 가스 상태인 하수도의 악취를 제거하는 기술이다. 물은 상수도를 이용한다. 특히 상수도에 존재하는 상수압을 이용하기 때문에 전력이 필요 없는 무동력 장치라는 점에서 독보적 기술력으로 인정받고 있다. 가동 정지를 위한 타이머 동작마저도 태양열을 이용한다. 낙차완화장치는 하수관로 내의 낙차부에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 기술로서, 낙차부에 설치해 수중의 악취물질이 공중에 발산되는 것을 저감하는 기술이다. 공기 주입식 SOB(Sulfur Oxidizing Bacteria) media 장치는 정화조에서 악취를 제거하는 기술로 수중 황화수소를 황산염으로 산화시켜 제거 효율을 높이는 기술이다. (주)한국하수도기술은 환경부의 하수도 악취저감 사업을 주도하며 관련 매뉴얼을 수립하는 등 환경부 지침 마련에 큰 공을 세웠으며, 서울시 4개 구청(강남구, 강서구, 동작 구, 도봉구), 광주광역시 2개 구청(동구, 남구), 대구광역시 3개 구청(중구, 남구, 동구), 성남시청 등 여러 지자체를 대 상으로 하수관로 악취 기본계획 수립 용역을 수행하였다. 또한 서울시의 악취저감시설 설치 사업에 참여하여 스프레이 악취저감장치 설치 90여 개 소 이상, 낙차완화장치 350여 개 소 이상, 공기주입식 SOB media를 430여 개소 이상에 설치하는 등 다양한 솔루션을 제공하고 있다. - 스프레이 악취저감장치 - 낙차완화장치 - 공기중입식 SOB media 장치 멈추지 않는 기술 개발 열정 하수도 악취를 명쾌하게 제거하는 방법은 정화조를 없애는 것이다. 그를 위해서는 '하수관로가 얼마나 제대로 깔려 있느냐'를 확신할 수 있어야 한다. 하수관로가 새거나 제대로 흘러가지 않으면 오히려 이물질이 쌓이면서 냄새가 더 날 수도 있다. 그런 문제를 기술적으로 해결하기 위해 한국건설기술연구원과 함께 환경부 R&D 연구 과제인 '도심하수도 악취저감을 위한 최적 시스템 개발 (2017~2020)'을 수행하고 있다. "어떻게 정화조를 없애고 하수관로에 하수를 제대로 흘러가게 할 것인지 연구 중입니다. 또 비가 왔을 때 어떻게 하천으로 오수가 방류되지 않게 할 수 있을지 등을 고려하여 기술을 개발하고 있는데요. 앞으로도 끊임없는 기술개발 을 통해 더 경제적이고 효율이 좋은 기술을 만들어가겠습니다.” 연구자로서, 또 사업가로서 기술 개발의 의미를 뼈저리게 느끼고 있다는 조정일 수석연구원, 그는 전문기업의 면모를 더욱 강화할 계획도 가지고 있다. "현재는 악취기본설계 등 용역, 악취저감시설 설치, 컨설팅 등에 관한 업무를 전부 수행하고 있는데요. 가까운 미래에는 용역과 컨설팅, 시설 설치 업무를 구분해 회사를 분리할 계획입니다. 그렇게 각 분야를 전담하는 악취 전문 기업으로 거듭나겠습니다. 악취 저감 사업에 선도적 역할을 수행하기 위하여 끊임없이 기술 개발 열정을 불태우는 사람들, 이들이 있기에 국민의 생활환경은 더욱 개선되고 삶의 질에 긍정적 변화가 일어나고 있다. └ 국토보전연구본부 작성일2019.05.10 조회수 1112
[사업화유망기술] 대기환경 관리를 위한 통합적 모형을 제시하다. 대기환경 관리를 위한 통합적 모형을 제시하다. - 도시 및 교통 계획에 근거한 탄소배출량 예측 시스템 대한민국은 지금, 전국을 뒤덮는 미세먼지 때문에 몸살을 앓고 있다. 그 어느 때보다 대기오염의 국가적 관리 시스템 구축이 식급한 때, 한발 앞서 개발된 통합형 탕소배출량 예측 시스템에 관심이 쏠리고 있다. ▲ 인프라안전연구본부 연구위원 양충헌 탄소배출량 감소를 위한 통합 모형 연구 대기를 오염시키는 온실가스는 지구의 온도를 높이는 지구온난화의 주범으로 꼽힌다. 이에 전 세계는 지구 온난화 등 인류의 생존을 위협하는 기후변화에 대응하기 위해 온 실가스 배출 감소를 위한 여러 가지 대책을 강구하고 있다. 특히 온실가스 중 가장 많은 부분을 차지하는 이산화탄소(CO2) 배출량을 줄이기 위해 적극적으로 나서고 있다. "인간 활동의 중심지인 도시에서 이산화탄소를 관리하지 않으면 탄소배출량을 효과적으로 줄일 수 없습니다. 그래서 도시와 교통 간의 상호작용을 통합적으로 고려하여 저 감정책 대안을 마련해야 하는데요. 연구 과제를 시작하던 2012년 당시, 해외에서는 도시와 교통을 통합한 모형을 활용하는 단계에 이르렀죠. 반면에 국내에서는 여전히 개 별적 연구가 주류였습니다. 우리 현실에 맞는 효과적인 통 합 시스템 구축이 필요하였습니다." 양충헌 연구위원은 도시와 교통의 상호작용을 분석하는 통합 모형 연구에 첫발을 내디뎠다. 나아가 통합 모형을 기반으로 탄소배출량과 대기질 영향을 예측하는 시스템 개발에 힘을 쏟았다. 이렇게 탄소저감형 도시 조성을 위한 '도시 및 교통 계획에 근거한 탄소배출량 예측 시스템'이 점차 완성되어갔다. 통합형 탄소배출량 예측 시스템 개발 “도시의 탄소배출량 변화를 예측할 수 있다면, 탄소저감 대안정책을 효과적으로 시행할 수 있게 됩니다. 건축물 혹은 교통량에 따라 탄소배출량이 대기환경에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석하고 예측하여, 탄소배출량을 줄일 대안을 찾을 수 있죠. 따라서 통합형 시뮬레이션 모형을 통해 다양한 도시·교통 정책을 효과적으로 개선할 수 있게 됩니다.” ▲ 도시 및 교통계획에 근거한 탄소배출량 예측 시스템 개요 통합형 탄소배출량 예측 시스템은 하나의 통합 툴로써 도시의 토지이용, 교통, 환경적인 영향을 종합적으로 분석하는 데 탁월하다. 이 시스템은 해외모델의 다양한 계수를 조정, 우리 실정에 맞는 한국형 모델로 개발하여 정확성과 신뢰도를 높였다. 또 교통수요 예측 결과와 연동해서 탄소 배출량을 자동으로 산정하는 프로그램을 추가하였다. 이를 통해 향후에 탄소배출량이나 대기오염 정도를 예측해 보고, 탄소배출량이 적은 대안을 찾아낸다. 또 정책 근거 자료로써 활용성을 높였다. "어느 지역의 공기가 나빠졌을 때, 여러 가지 변수 중 지난 몇 년간의 교통량 추이 변수를 시스템에 넣어 확인할 수 있습니다. 급격히 늘어났다면 교통이 상당히 큰 변수로 작 용하였다는 것이고, 유의미한 변화가 없다면 외부요인으 로 추정하는 근거자료가 됩니다.” 현재는 혼잡도에 집중하여 교통계획을 수립하지만, 시스 템을 활용하면 대기오염까지 고려하여 종합적으로 판단 할 수 있다. 경유차 운행 제한과 같은 정책이 얼마나 실효 성이 있을지 추정하는 데에도 활용할 수 있다. 간단하고 빠르게, 모듈별 선택적 활용 이 시스템의 기술적 가치를 더욱 높이는 것은 모듈이 세분 화되어 있다는 점이다. 그 때문에 사용 목적에 따라 필요한 정보를 신속하고 정확하게 제공받을 수 있다. 도시계획 이나 교통계획과 같은 큰 단위가 아닌, 도로 하나를 짓더라도 대기오염 물질이 어떻게 발생할 것이고 어떤 영향을 미치는지 분석이 가능하다. "사용자 입장에서는 선택지가 다양해 활용성이 매우 크죠. 예를 들어 도시기본계획만 반영하고 싶을때, 그 내용만 입력해 적용하면 며칠 혹은 하루 만에도 예측결과를 얻을 수 있습니다. 입력값에 대한 가이드만 있으면 모듈별로 쉽고 빠르게 사용할 수 있죠.” 시스템은 활용 목적에 따라 분석 지역과 시간대를 달리해 자료 집계가 가능하다. 또 관심 도시의 탄소저감정책안을 분석한 시뮬레이션 결과를 DB로 저장하기 때문에 대안을 비교하는 기능도 사용자에게 제공한다. 그 결과를 지도에 표출하거나 표로 정리해서 시각적으로 쉽게 파악할 수 있도록 한다. 탄소배출량 산정결과는 탄소저감 대안적용으 로 변화된 지역별 탄소배출량 증감을 지도 위에 보여준다. 증가한 지역은 붉은색으로, 감소한 지역은 파란색으로 농도의 증감을 표현한다. 결과를 표로 확인할 수도 있으며, 엑셀파일로 저장하여 추가적인 분석과 탄소저감 대안을 평가할 때 중요한 지표로 활용할 수 있다. ▲ 2025년 인천내항 및 개항장 일대 탕소배출량 변화 예측 시나리오 국민이 체감하는 기술로의 도약 2016년 과제 완료와 함께 완성된 '도시 및 교통 계획에 근 거한 탄소배출량 예측 시스템', 그렇지만 '과학적 추정'에 대한 불신은 여전히 걸림돌로 남아있다. “시뮬레이션에 본질적인 의문을 제기하는 사람들이 여전 히 있습니다. 시뮬레이션 자체가 '가정'이고 '추정'이라는 것이죠. 그러나 과거 5년치 자료를 가지고 현재 값과 비교했을 때 거의 그 결과가 일치합니다. 물론 과거 데이터를 가지고 현재를 맞췄다고 해서 미래를 장담할 수는 없습니다. 중요한 것은 '패턴'을 찾아보는 것입니다. 그래야 좀 더 나은 사회를 만들 수 있으니까요." 저탄소 정책과 관련한 과제 수행으로서 시스템을 개발하 였지만 모형을 돌리면 탄소배출량과 대기오염 물질 등에 대한 결과치가 모두 산정된다. 그래서 현재에도 활용도가 높고 활용 범위가 넓다. 특히 대기오염과 미세먼지에 대한 국민적 관심이 높아진 요즘에는 더욱더 그러하다. "탄소저감 정책 방안이 도시계획법상 의무조항으로 들어 갔다면, 많이 활용되지 않았을까 아쉬움이 남습니다. 앞으로 더 정확한 산출을 위해 국내 차종별로 배출 계수를 뽑 아내도록 유관기관과 협력하려고 합니다. 이를 통해 국민 이 체감할 수 있는 이슈에 대응할 수 있는 기술로 도약하 기를 희망합니다.” 성공적인 과제 수행에도 불구하고 사업화로 꽃피우지 못 한 기술. 그러나 2019년 현재, 대기환경에 대한 국민적 관 심은 유망기술을 다시 소환하고 있다. 대기오염은 전 세계 가 직면한 공통 난제로써 각국은 저마다 관리 시스템을 구축하기 위하여 고군분투 중이다. '도시 및 교통 계획에 근거한 탄소배출량 예측 시스템'은 우리 실정에 맞게 대기환 경에 미치는 영향을 종합 분석하고, 탄소배출량을 사전에 관리하는 대안을 찾는 것이 목적이다. 기술의 진화가 가져 올 변화, 우리에게 꼭 필요한 기술이 어떻게 국민의 삶을 개선할 것인지 관심이 필요하다. └ 인프라안전연구본부 작성일2019.05.10 조회수 590
[같이의 가치를 짓다] 안전한 도로 인프라를 꿈꾸다 안전한 도로 인프라를 꿈꾸다 영화 속 허무맹랑한 이야기라고 생각하였던 자율주행 자동차의 시대가 얼마 멀지 않았다. 중국은 베이징에만 130여 km에 달하는 자율주행자 테스트용 도로를 지정하였고 미국은 자율주행차를 이용한 배송서비스를 개시하였다. 우리나라 역시 국내 최대 자동차그룹 부회장이 자율주행을 시연하기도 하였다. 물론 이 눈부신 혁신에 ‘안전’은 필수 불가결한 요소다. 지난 20년간 안전한 도로 인프라를 만드는 방법을 연구해온 성정곤 선임연구위원이 ㈜씨티엔을 창업한 이유도 여기에 있다. ▲ ㈜씨티엔 대표 성정곤 자율주행 시대에 요구되는 도로 인프라 정보 “교통사고는 예기치 못한 상황에서 발생하는 경우가 많은데 저는 자율주행이 그런 문제를 줄일 수 있을 것으로 생각합니다. 기존에 해오던 연구와 어떻게 결합할 것인지를 ㈜씨티엔의 향후 과제로 삼고 있습니다.” 지난 20년간 도로 안전을 연구해온 인프라안전연구본부성정곤 선임연구위원이 도로안전 조사분석시스템에 관심을 가지고 본격적으로 연구한 것은 15년 전부터이다. 도로에서 사고가 난 후 위험을 개선하는 것보다 사전에 위험요소를 미리 발견하고 선제적으로 대응할 수 있는 방법이 없을까 끊임없이 고민하고 있다. 현재 우리나라의 도로교통안전 수준은 자동차 1만 대당 교통사고 사망자 2.4명(2017년 기준)으로 OECD 평균인 1.2명의 두 배에 달한다. 사고가 잦은 곳을 개선하는 등 도로안전사업을 시행하면서 교통사고가 줄어들고 있으나 국민이 안전하다고 느끼기에는 여전히 미흡한 수준이다. 특히 도로사업의 기초인 도로 기하구조 등의 정보가 제대로 구축되어 있지 않고, 정보가 구축되어 있더라도 가드레일 설치 여부, 길어깨폭 등 안전사업에 필요한 정보가 누락된 사례가 많은 것이 실정이다. 차량과 충돌 시 부러지거나 충격을 줄여주는 지주 “자율주행 시대가 가까워지면서 도로 인프라와의 협력을 강조하고 있습니다. 기존 자동차 중심의 자율주행에서 도로 인프라를 해석하는 등 도로 안전에 대한 패러다임이 완전히 바뀌고 있는 것이죠. 앞으로 도로 인프라는 AI 등 최첨단 기술의 도입으로 빠르게 발전하는 자동차 기술과 궤를 같이해야 합니다. 첨단 도로안전 조사분석시스템이 필요한 이유입니다.” 이처럼 도로의 정밀지도를 구축하여 도로 정보를 자동차에 제공하고자 하는 움직임과 관련 연구가 진행되면서, 성정곤 선임연구위원은 지난 15년간 연구해온 도로안전 조사분석시스템의 사업화 필요성을 절감하고 ㈜씨티엔을 창업하였다. 선제적 대응 가능한 효율적인 도로안전 조사분석시스템 도로의 안전한 관리를 위해서는 안전 해석에 필요한 도로정보를 구축 및 보유하고 갱신해야 한다. 하지만 기존의 인력에 의존한 안전 점검으로는 많은 시간과 비용이 소요된다는 한계가 있다. ㈜씨티엔이 개발한 도로안전 조사분석시스템은 이러한 문제를 빠르게 확인할 수 있는 것이 특징이다. “도로에 가드레일은 잘 설치되어있는지, 도로포장 상태는 양호한지 등 수많은 항목을 사람이 일일이 점검하는 데는 한계가 있어요. 장비를 이용하면 문제가 되는 곳과 개선이 필요한 곳을 자동으로 빠르게 체크하고 분석자료까지 얻을 수 있습니다. 기존에 100km를 인력으로 조사하는데 4주가 걸렸다면 저희가 개발한 시스템으로는 1주면 가능합니다.” ㈜씨티엔의 도로안전 조사분석시스템은 도로 정보를 자동으로 수집하는 것뿐만 아니라 도로의 안전성을 분석·진단하여 지원한다. GPS, 레이저, 카메라 등 각종 센서를 장착한 도로조사차량을 이용하여 도로의 선형, 차로폭, 가드레일·중앙설치대 여부, 마찰력, 노면 온도 등을 수집하고 데이터분석 프로그램을 이용하여 도로 위험도 등을 분석, 고객에게 제공하는 방식이다. “카메라를 이용하여 측정 도로의 제한속도를 파악하고 표지판 오설치 등의 위험요소와 간격 등에 대한 위험도를 분석합니다. 또한 노면온도를 측정하여 겨울철 결빙 위험도로를 판단하죠. 시설물 DB는 도로 시설물 시스템 유지관리를 위한 기초자료로도 활용 가능하겠죠. 잠재적으로 도로안전을 위협하는 결함에 대한 정보를 미리 취합함으로써 사고에 선제적으로 대응할 수 있을 겁니다. 큰 질병에 대비하여 병원에서 미리 건강검진을 받는 것과 비슷한 개념이죠.” ▲ 도로조사 정보를 분석하는 도로안전 조사분석 시스템 더욱 안전한 도로 인프라를 위하여 안전한 도로 인프라를 위한 ㈜씨티엔과 성정곤 선임연구위원의 도전은 이에 그치지 않는다. 도로안전 조사분석 시스템과 함께 도로 주변 수직구조물에 관한 연구 및 개발도 진행하고 있다. “우리나라에는 가로수를 비롯하여 도로표지, 교통안전표지, 가로등, 신호등 같은 수직구조물이 수없이 많이 설치되어있는데, 방호시설도 없이 늘어서 있습니다. 그리고 이런 수직구조물의 경우 면적이 좁아 차량과 부딪히면 충돌에너지가 집중되어 운전자의 머리 부분 등에 2차 충격을 가하게 됩니다. 특히 측면으로 충돌하는 경우 피해는 더욱 심각하죠.” 성정곤 선임연구위원은 위험요인인 수직구조물을 없애거나 옮기는 것이 가장 좋은 방법이지만 그렇지 못할 경우에는 지주를 부러지게 함으로써 충돌에너지를 줄일 것을 제안한다. 이미 소형지주는 기초에서 빠지는 형태(Slipbased Sign Support)로 개발하였고, 대형지주의 경우 부딪히면 충돌에너지를 줄이는 감충형으로 제작 중이며 연구 막바지에 있다. “도로 안전과 관련한 인프라 문제는 엔지니어링으로 대부분 해결할 수 있다고 생각합니다. 도로조사차량으로 수집한 정보를 자동으로 인식하여 DB로 구축하고 안정성 분석을 위한 종합적 근거 자료를 생성할 수 있는 ㈜씨티엔의 도로안전 조사분석시스템은 세계적으로 경쟁력이 있다고 생각합니다. 또한 차량과의 충돌 시 충격을 감소시키는 수직구조물 또한 큰 피해를 예방하는 기술이 될 것입니다. 다가오는 자율주행 시대, 더욱 안전한 도로 인프라를 구축하는 데 ㈜씨티엔의 기술이 큰 도움이 되었으면 하는 바람입니다.” └ 인프라안전연구본부 작성일2019.03.15 조회수 991
[사업화유망기술] 태양광발전시설 유지관리의 실마리, 드론에서 찾다 태양광발전시설 유지관리의 실마리, 드론에서 찾다 - 태양광발전 최적효율화 기술 드론이 4차 산업혁명의 첨병이 되었다. 정부는 오는 2026년까지 드론 시장을 4조 원 규모로 끌어올리겠다고 선언하였다. 인공지능과 IoT 기술을 접목한 드론은 군사, 산업, 예술 등 분야를 막론하고 종횡무진이다. 바야흐로 드론의 전성시대다. 미래융합연구본부 윤준희 연구위원은 드론을 활용한 태양광발전 최적효율화 기술을 개발하였다. ▲ 미래융합연구본부 연구위원 윤준희 태양광발전시설 유지관리의 과제 지구 온난화에 맞서 온실가스를 저감하기 위한 친환경 에너지의 중요성이 커지는 가운데, 국내에서 대규모 태양광 발전시설이 본격적으로 만들어지기 시작한 지 20여 년이 넘어가면서 수명을 다한 패널에 대한 유지관리의 필요성이 점차 커지고 있다. 여기서 유지관리란 어떤 패널을 교체할 것인지에 대한 점검과 재고관리 등을 포함한다. 이에 윤준희 연구위원은 대규모 태양광발전시설의 오작동 패널 점검 시 드론을 활용하면 수월하지 않을까 하는 생각에 착안한다. “항공기를 이용하여 도로, 빌딩 등의 인공구조물에 대한 정보를 추출하는 연구를 계속해왔습니다. 드론이 등장하면서부터는 근거리의 인공구조물을 주로 연구하였는데, 태양광발전시설을 점검하는 데 드론을 활용하면 좋겠다 싶었습니다.” ▲ 드론에 장착하기 위하여 개발한 신호동기화 모듈과 각종 센서 더욱이 최근 도로 나들목의 빈 공간 등 도로 유휴지에 대규모 태양광발전시설을 지으려는 움직임이 일어나면서 사람이 접근하기 어려운 지역이나 공간을 모니터링하는데 드론이 제격이라고 판단한 것이다. 카메라, 센서, 통신시스템이 탑재된 드론은 본래 군사용 무인항공기로 개발된 만큼 정찰에 최적화된 장비다. 기술이 발달하면서 산악지대, 비탈길, 계곡 등 일반 인력으로 수색하기 어려운 곳을 대신 정찰하며 인간의 시야를 넓히는 하늘 위의 눈이 되었다. 윤준희 연구위원은 여기에 열화상센서로 패널의 오작동을 감지하는 기능을 더했다. “태양광발전시설의 효율이 떨어지는 주요 원인은 셀의 단락 때문인데, 육안으로 셀의 단락 때문에 발생하는 발열을 찾아낼 수 없어요. 그래서 기존에는 사람이 핸드헬드 형의 열화상센서를 들고 다니며 일일이 모니터링을 하였습니다. 그런데 이러한 방식은 당연히 비효율적이고 한계가 있을 수밖에 없죠.” 기존의 핸드헬드 형 열화상센서를 이용하여 오작동 패널을 인식하는 방법은 대규모 시설인 경우 시간이 오래 걸려 비효율적일 뿐만 아니라 높은 건물 옥상이나 벽에 설치된 패널의 경우 점검이 불가능하다는 한계가 있다. 윤준희 연구위원은 자신의 전문분야를 살려 드론에 열화상센서와 GPS 수신기 등을 부착하는 아이디어를 생각해낸다. ▲ 실제 드론을 띄워 오작동 패널을 테스트하는 모습 자동검출 기술의 정확도 높이기 위한 노력 “지금은 DJI 같은 기업에서 열화상센서를 장착한 드론을 많이 만들고 있지만 연구할 당시에는 장비가 없었어요. 직접 만들어야 했는데 만만치 않은 작업이었습니다. 사업비가 한정적이기 때문에 드론을 구매하지 못하고 대여해서 사용하였고, 미국에서 구입해야 하는 열화상센서의 경우 군사 목적의 장비라 일련번호로 관리받고 있어 수입하는데 오래 걸리기도 하였습니다.” ▲ 열화상센서를 장착한 드론을 통하여 오작동 패널을 추출하는 원리 윤준희 연구위원 연구팀은 이러한 제약 속에서 1년 반의 개발 기간을 거쳐 열화상센서와 GPS 수신기, INS(관성항법장치), RGB센서, 짐벌 등을 장착한 드론을 개발한다. 열화상센서가 패널의 오작동을 잡아내고 GPS 수신기와 INS, RGB센서가 대상물의 정확한 위치를 파악하는 원리다. 각 신호에 대한 동기화/입출력 모듈도 개발하였다. 열화상센서를 비롯한 각 센서에서 나오는 신호를 시간 동기화해야 정확한 위치결정을 할 수 있기 때문이다. 이렇게 수집한 정보는 컴퓨터로 전송, 윤준희 연구위원이 개발한 기술을 통해 후처리되어 자동으로 패널영역과 오작동 패널을 추출하게 된다. “드론으로 촬영한 열적외선 영상을 분석할 때 주변 지면과 온도가 비슷하여 패널 영역을 정확히 구분할 수 없거나렌즈의 왜곡으로 코너에 있는 패널을 검출하기 어려운 경우가 있습니다. 저희가 개발한 기술은 이러한 문제를 컴퓨터 비전 기술을 이용하여 원본 이미지를 그레이스케일로 변환, 명도 차이로 배경영역과 프레임영역을 따로 추출합니다. 그리고 다시 합쳐서 최종적으로 패널영역을 추출하는 방식이죠. 패널영역과 오작동 패널 자동추출에서 각각 약 92%, 97%라는 높은 정확도를 선보이고 있습니다.” 해당 알고리즘 개발로 2개의 특허 취득이라는 성과도 올렸다. - 열화상 카메라에 담긴 오작동 패널의 발열 - 오작동 패널 자동추출 해당 기술 상용화를 위한 향후 계획 “앞서 얘기했다시피 대규모 도로 유휴지나 호수, 바다 등에 태양광발전시설을 건립하려는 움직임이 있는데 사람이 일일이 오작동 패널을 검사하는 기존의 방식으로는 유지관리에 어려움이 따를 것입니다. 저희가 개발한 태양광발전 효율화기술을 활용하는 것이 필수적일 것입니다. 기존에 0.1MW급 시설을 점검하는데 2주가 소요되었다면 해당 기술로는 1MW급을 1시간에 점검할 수 있습니다. 또 사람의 접근이 어려운 어느 장소에서도 활용할 수 있습니다.” 현재 윤준희 연구위원은 시판되는 저가 열화상 드론을 활용한 오작동 패널감지 연구를 계획 중이다. 기존에 개발한 장비가 태양광발전시설 유지관리 업체에서 사용하기에는 부담스럽기 때문이다. 저사양의 저가 드론으로 비슷한 효과를 내는 기술을 개발하는 것에 초점을 두고 연구를 진행할 생각이다. 또한 머신러닝 기법을 통하여 오작동 패널교체를 위한 재고 관리 등에 활용하기 위한 연구도 산학협동으로 계획 중이다. “비단 태양광발전시설뿐만이 아닙니다. 영국에서는 오래된 집의 열효율이 떨어질 경우 지붕을 교체하고 있는데, 그때 열화상 드론 촬영을 통하여 발열이 많이 되는(열효율이 떨어지는) 집을 찾아내고 있어요. 재난재해 현장에서도 탁월한 능력을 보입니다. 사람이 진입할 수 없는 건물 붕괴 현장에서 생존자의 위치를 찾는 데도 사용되고 있습니다. 건설현장에서도 자재의 이동이라든가 진척상황을 파악하는 데도 활용할 수 있을 겁니다. 또 최근 정책적으로 건설기술형 입찰에서 4차 산업혁명과 관련된 기술을 사용하면 부가점이 반영되기 때문에, 해당 기술을 이용하여 대규모 태양광발전시설 시공 및 유지관리를 제안할 경우 유리할 것이라고 기대하고 있습니다.” 바야흐로 드론의 전성시대다. 열화상센서까지 더해진 드론은 산업 전방위에 걸쳐 그 가능성이 무궁무진하다. 윤준희 연구위원의 향후 연구가 더 기대되는 이유다. └ 미래융합연구본부 작성일2019.03.15 조회수 999
[같이의 가치를 짓다] 실내 환기와 스마트 기술이 만날 때 발생하는 시너지 실내 환기와 스마트 기술이 만날 때 발생하는 시너지 - 패시브하우스 및 제로에너지주택 구현을 위한 IoT 기반 스마트환기 제어시스템 개발 주택 부족 문제로 아파트 등의 공동 주택이 늘어나고 있는 요즘, 여기서 발생하는 한계와 문제점을 기술로 해결하자는 목소리가 제기되고 있다. 그동안 아파트 등의 주택에서 꾸준히 제기된 문제는 바로 '환기' 였다. 효과적인 환기가 이뤄지지 않는 것은 물론, 환기를 하더라도 그 과정에서 상당한 에너지를 소비하기에 에너지 사용량을 절약하고 집안 구석구석 온전히 환기할 수 있는 시스템이 필요하다는 것이다. ㈜옴니벤트와 조동우 박사는 에너지 사용량을 절약하는 스마트환기 제어시스템을 개발함으로써 시장의 새로운 요구에 부응하고 있다. ▲ 조동우국민생활연구본부 선임연구위원 ▲ 김광수(주)옴니벤트 대표 당신의 주택, '환기' 되고 있나요? 현재 주택에서 소비되는 에너지는 외피 부문에서 약60~80%, 환기 부문에서 약 20~40%를 차지한다. 이러한 주택 소비 에너지를 줄이기 위해 새로 지은 주택에 대한 단열 기준이 강화되면서 외피의 열손실은 크게 감소했지만 환기부문은 상대적으로 에너지 소비가 늘어 이에 대한 대책이 시급한 상황이었다. 기존 환기설비의 사용률이 낮은 원인은 주로 팬동력에 의한전력소비량 증가, 소음 발생, 비실용성, 부담되는 유지관리비 등의 이유로 발생한다. 또한 사용자의 인식 부족으로 주택에 갖춰진 환기시스템이 거의 사용되지 않는 경우도 종종 있다. 때문에 전력소비량, 운전소음, 유지비를 대폭 줄일 수 있고 실용성을 향상시킬 수 있는 환기시스템이 되도록 성능과 제어 방법을 개선하는 게 중요한 과제로 언급됐다. "기존 환기시스템의 대표적인 문제점은 사람들이 사용하지 않는다는 것이었습니다. 그렇다면 왜 쓰지 않는 걸까요? 가장 먼저 환기가 되고 있는지 아닌지, 체감이 어려웠기 때문이에요. 사람들은 보통 ‘환기’라고 하면 기대하는 게 있어요.바람이 나온다든지, 혹은 공기가 빨리 쾌적해진다든지 등이요. 하지만 기존 장비에서는 이러한 체감을 느끼지 못한 거죠. 또 한 가지 문제점은 통풍 환기 만큼 효과가 좋지 않다는 것입니다. 사실 가장 좋은 환기 방법은 창문을 열어 통풍함으로써 직접적으로 공기를 바꾸는 것이죠. 하지만 이렇게 하지 못하는 주택 환경이 종종 있습니다. 심한 소음·분진·악취 등과 같이 열악한 외부환경 때문에 창문을 열 수없는 도심, 고속도로·공장·공사장 주변의 주택들, 자연통풍이 어려운 주상복합 아파트와 초고층 아파트 등이 그 경우죠. 고층 아파트일수록 외부바람압력이 높아 창문을열기 힘들거든요."(김광수 대표) 도시환경이 바뀌면서 주택환경도 변하는 만큼 이에 맞는 새로운 환기시스템이 필요하다는 의미였다. 김광수 대표와 조동우 박사는 “이를 위해 스마트 환기시스템을 개발했다. 이 제품의 개발이 필요했던 가장 큰 이유는 환기 시 소비되는 에너지 사용량을 줄이고 실용성을 높이기 위한 것”이라며 “환기와 에너지 절감이라는 두 마리 토끼를 모두 잡기 위한 기술 개발을 이어갔다”고 이야기했다. 김광수 대표는 기술의 가장 큰 경쟁력으로 요소 기술에 그치지 않고 시스템 자체를 만들었다는 것을 꼽았다. 이 기술은 실내 공기질을 감지하는 것은 물론 제어기능도 갖추고 있어 실내 복사온도, 습도, 미세먼지(PM2.5), 휘발성유기화합물(VOCs), 이산화탄소(CO2), 포름알데히드(HCHO) 등의 실내에 있는 다양한 오염 물질도 감지한다. "이 기술의 가장 기본은 스마트 환기유닛입니다. 이는 80%이상의 열교환 효율을 가지면서 사계절 모두 사용할 수 있도록 청정환기, 외기(통풍)냉방, 순환환기 등의 운전기능을 갖추고 있어요. 스마트 환기유닛은 들어오는 공기와 나가는 공기 사이의 열교환을 매우 효과적으로 해줍니다. 환기 시 에너지 소비가 큰 이유는 내부의 따뜻한 공기가 결국 외부로 모두 빠져나가기 때문이에요. 기존에도 열교환기가 사용되긴 했어요. 하지만 스마트 환기유닛만큼 효과적인 열교환을 해주지는 못했죠. 열교환 방식에 따라 효율 격차가 매우 큰데 저희가 개발한 스마트 환기유닛은 양방향 바이패스(By Pass)가 가능토록 해 팬의 방향전환 및 충분한 기류이동 경로를 확보, 기존 시스템보다 팬소비 전력을 절감하고 시간당 6회의 충분한 외기냉방풍량을 확보했습니다." (김광수 대표) 스마트 디퓨저 역시 에너지 절감에 큰 역할을 수행한다. 환기가 이뤄지는 출입구라고도 할 수 있는 디퓨저는 기존에는 선택적 개폐를 할 수 없어 원하지 않는 공간까지 환기할수밖에 없었다. 하지만 이번에 개발된 스마트 디퓨저는 선택적 개폐운전이 가능해 에너지 절감을 약 30~50%까지 달성, 이를 통해 실내를 효과적으로 쾌적하게 한다. "스마트 디퓨저는 최적의 풍량제어가 가능하며 거주자의 생활패턴에 따라 필요한 공간에 선택적 환기를 가능케 하기 때문에 의미가 있습니다. 해당 스마트환기시스템을 공동주택 단위세대에서 설치해 측정한 결과, 시간당 0.5회 환기하는 경우 열교환 청정환기모드에서 36W 수준으로 기존 공동주택과 비교해 소비전력을 약 29% 정도 절감할 수 있는 것을 알 수 있었어요. 여름철 외기냉방을 위해 터보환기를 적용하는 경우, 시간당 5.1회에서 6.6회까지 환기가 이뤄졌죠." (조동우 박사) 조동우 박사는 (주)옴니벤트가 강력한 기술력으로 무장해 글로벌 기업으로 성장하기를 바란다고 이야기했다. 새로운 환기덕트도 효율을 높이는 데 일조했다. 기존의 엘보가 90° 직각구조를 갖고 있었기에 공기 순환이 원활하지 않았다는 점에서 착안, 둥근 엘보를 만듦으로써 순환되는 공기 저항을 줄이고 직관덕트 칸막이를 제거함으로써 압력 손실을 최소화했다. 또한 기존의 90°의 직각분기방식을 공기가 나눠지는 180° 분기방식으로 만듦으로써 정압손실 없이 공기가 나눠질 수 있도록 했다. 에너지 절약하는 환기 기술로 글로벌 기업을 꿈꾸다 “스마트 콘트롤러를 개발한 것 역시 이 기술의 가장 큰 핵심 사항입니다. 기존의 콘트롤러는 벽에 부착된 고정식으로 실내 공기를 감지하면서 양방향으로 소통을 이루지 못했습니다. 때문에 현재 실내 환경이 어떤 상태인지를 알지못한 채 환기하는 데만 급했죠. 이러한 한계를 극복하기 위해 저희는 스마트 콘트롤러를 개발했습니다. IoT 기반의 이 기술은 이동형이기 때문에 실내 어느 공간이든 이동하면서 사용할 수 있어요. 또한 벽에 부착된 형태가 아니라서 실내 공기질을 아주 실질적으로 측정할 수 있다는 장점이 있습니다.” (조동우 박사) 소형 스피커 크기의 스마트 콘트롤러는 네 가지 실내 공기질을 센서로 감지해 상태를 파악한 후 적절한 환기를 조치한다. 풍량 조절 기능을 갖추고 있어 사용자의 요구를 보다간편하고 효과적으로 반영할 수 있다. 세계 최초로 개발된 기술인만큼 충분한 경쟁력을 확보하고 있어 해외 기업으로부터 러브콜도 받고 있다. “현재 북유럽 국가로부터 환기용 전동디퓨저 수출 건을 의뢰 받았습니다. 환기시스템이 북유럽에서 출발했는데, 그곳에 우리가 새로운 기술로 역수출을 하게 된 셈이에요. ▲ IoT 기반 스마트 환기시스템 개념도 스마트 콘트롤러를 보더니 굉장히 호기심을 갖더라고요. 환기시스템 자체는 세계 어디든 있지만, 스마트 콘트롤러는 저희가 최초로 만들었습니다. 더 나아가 요소 기술에 그치는 게 아닌, 시스템 자체를 만들었다는 게 이 기술의 가장 큰 경쟁력입니다. 조동우 박사님이 아니었다면 결코 이룰수 없을 기술이에요. 항상 감사의 마음을 갖고 있습니다.”(김광수 대표) 조동우 박사는 앞으로 이 기술을 통해 에너지를 더욱 줄일 수 있는 방안을 강구할 예정이라고 이야기했다. 환기뿐 아니라 에어컨 기능까지 가능한 기술을 개발 중에 있다는 조동우 박사는 “모두 공기를 통해 만들어내는 에너지인 만큼, 가능한 것들을 융합시킬 수 있는 방안을 검토 중에 있다”고덧붙였다. "이번 기술 개발을 이어가면서 ㈜옴니벤트의 열정에서 많은 것을 느꼈습니다. 요새 중소기업이 정말 어렵거든요. 그런 기업이 결국 기댈 수 있는 마지막 보루는 기술력뿐입니다. ㈜옴니벤트는 그 기술을 확보함으로써 글로벌 기업으로 나가기 위한 노력을 하고 있습니다. ㈜옴니벤트의 미래가 기대되고 있어요. 기술력으로 무장한 기업이 되기를 응원합니다." (조동우 박사) └ 국민생활연구본부 작성일2019.01.21 조회수 1730
[사업화유망기술] 침수 피해를 효율적으로 예방하고 용수를 안정적으로 공급하는 부유식 취수기술 침수 피해를 효율적으로 예방하고 용수를 안정적으로 공급하는 부유식 취수기술 - 사이펀 현상을 이용한 부유식 취수기술 태풍 루사 이후 국내에는 이상기후와 국지성 집중호우 발생 빈도가 증가했다. 이러한 기후변화는 다양한 안전사고를 유발하는데, 저수지에 매립된 다양한 규모의 취배수 시설 기능에 이상이 생기는 것도 그중 하나다. 국내에 매립된 저수지 취배수 시설의 약 70%가 노후화됐는데, 집중호우로 늘어난 취수량을 견디지 못하고 복통이 누수되거나 붕괴되는 사고가 빈번히 발생하는 것이다. 황태문 박사는 이러한 사고를 방지하고자, 사이펀 현상을 이용한 부유식 취수기술을 통해 보다 효율적인 침수피해 예방 및 안정적인 용수 공급기술을 마련하고 있다. ▲ 국토보전연구본부 연구위원황태문 노후화된 복통에서 발생하는 문제 "최근 우리나라 날씨와 기후가 과거와 상당히 달라졌음을 알 수 있어요. 겨울에는 혹한기가, 여름에는 폭염과 함께 국지성 집중호우가 빈번히 발생하죠. 그런데 이러한 기후변화가 일상 생활뿐만 아니라, 중요한 기반 시설에도 영향을 미칩니다. 그중 하나가 저수지에 매립된 취배수 시설이에요. 일반적으로 이를 ‘복통(중소규모 저수지의 취배수 시설로, 도수부에 해당하는 구조물)’ 혹은 ‘사통(저수지에서 취수하는 구조물)’이라고 부르죠. 국내에 매립된 복통 및 사통은 70% 이상이 노후화됐어요. 그래서 누수가 발생하거나 이상 폭우 시 제체(댐의 본체) 무게를 견디지 못하고 심한 경우 붕괴가 일어나기도 합니다. 이때 큰 사고로 이어지게 되죠." 황태문 박사에 따르면 우리나라 내륙지방에는 농업용수를 공급하기 위해 만들어진 취배수 시설이 약 1만7천 개 정도 저수지 아래 매립돼 있다. 그런데 이 중 약 70% 이상이 만들어진 지 50년 이상된 노후화 시설로서, 최근 들어 이로 인한 문제들이 하나둘 발생하고 있다. 실제로 지난 2013년 경주에서는 저수지에 매립된 복통에 문제가 생기면서 많은 양의 물이 도로와 논을 덮쳐 마치 온 마을이 범람한 계곡처럼 빠른 물살에 가로막혔다. 당시 주민들은 갑작스럽게 범람한 물에 매우 놀랐고, 농작물에 막대한 피해가 발생해 고통을 호소했다. "저수지와 댐은 하천의 흐름을 막아 그 저수(貯水)를 생활 및 공업용수·농업용수·환경개선용수·발전·홍수조절 등 다양한 용도로 이용하기 위해 설치한 구조물입니다. 하지만 저수지가 노후화되면 여러 문제가 발생해요. 노후화된 저수지가 구조적으로 약해지면서 복통 및 사통이 그 하중을 이기지못해 붕괴로 이어지게 됩니다. 정기적인 관리가 필요한 이유입니다. 농작물의 냉해 피해를 방지하기 위한 안정적인 용수공급, 녹조로 발생한 악취를 억제하기 위해서도 유지·관리가 필요합니다. 무엇보다 폭우 또는 이상 홍수 발생 시 하류에 있는 마을에 침수 피해가 나지 않도록 치수 목적의 홍수예방 기술은 무엇보다 중요합니다. 때문에, 기존의 노후화된 복통 및 사통을 위한 정기적인 유지·관리·점검은 매우 중요합니다. 하지만지하에 매설된 시설물을 사전에 점검하기란 매우 어려워요. 설비를 교체하려면 일단 저수(貯水)를 빼야하는데 현실적으로 쉽지 않죠. 때문에 보다 효과적인 방식의 복통 관리 방법이 필요했습니다. 이러한 필요가 이번 연구를 진행한 이유이기도 합니다." 부유식 사이펀 취수장치 설치 예정지 '매립' 아닌 ''부유' 기술로 취배수 문제를 해결하다 황태문 박사가 제시한 기술은 '사이펀 현상을 이용한 부유식 취수기술'이었다. '사이펀 현상'을 이해하기 위해서는 화장실의 좌변기 배수 시설, 혹은 로마의 트레비 분수를 떠올리면 된다. 이들 설비는 월류식 곡관을 이용해 수면 위치가 높은 한쪽의 물을 끌어 올려 수면 높이가 낮은 쪽으로 이동시켜준다. 물의 높이가 다름에도 불구하고 관 속 물의 무게보다 물이 담긴 저수지의 압력, 즉 대기압이 더 큰 에너지를 갖기 때문에 기압차로 인해 월류식 곡관을 타고 물이 위로 올라갈 수있다. 이러한 현상을 ‘사이펀 현상’이라고 말한다. "사이펀 현상을 이용하면 외부의 에너지가 없어도 상부에 있는 저수지 물을 아래로 비상방류할 수 있습니다. 또한 선택적으로 취수가 가능해요. 기존에는 고정식 취배수 시설이었지만 저희는 이것의 한계점을 극복하기 위해 부유식 설비를 이용했습니다. 고정식의 경우 저수지에 매립된 물을 선택적으로 뽑을 수 없고 취수구에 있는 물만 일방적으로 뽑아서 공급할 수 있어요. 이 경우 문제가 되는 게, 수면의 물과 하단의 물 사이 온도 차가 5℃ 이상 나기 때문에, 저수지 하단에 매립된 복통을 통해 제공된 농수는 농작물에 냉해를 입힌다는 점이었습니다. 이로 인한 민원이 매우 많았어요. 때문에 일정 높이의 저수지 물을 공급할 수 있는 게 중요하다고 생각했죠. 이에 따라 부유식 취수구 장치를 고안했습니다." 기존 고정식과 비교해 부유식 취수구 장치는 저수지의 외형을 건드리지 않고도 효과적인 취배수를 가능케 한다. 저수지아래에 매립하지 않고, 저수지 위쪽에 취수구를 설치하기 때문에 원하는 물을 선택적으로 빠르고 간편하게 농지에 공급할 수 있다. "간편함과 경제적 효율성이 이번 기술의 가장 큰 장점입니다. 기존에는 저수지 붕괴 사고를 방지하기 위해 1차적으로 저수지 물을 빼야 했어요. 하지만 결코 쉬운 일이 아니에요. 또한 이 과정에서 다른 사고가 발생할 수도 있고요. 그러나 사이펀 현상을 이용한 부유식 월류 취배수 시설을 이용하면 무엇보다 경제적인 방법으로 문제를 효과적으로 해결할 수있다는 장점이 있습니다. 초기 투자비와 유지관리비 또한 상당 부분 감소되고요." ▲ 사이펀 현상을 이용한 월류식 비상방류 기술은 폭우로 발생할 수 있는 피해를 효과적으로 예방할 경제적인 시스템으로 평가 받는다. 재해를 예방하는 기술의 미덕 이러한 기술은 결국 환경 재난에 대비하는 일종의 ‘예방기술’이다. 황태문 박사는 "홍수도 결국 환경 재난에 속한다. 그런데 이번 기술을 이용하면 환경 재난을 기술로써 예방할 수있게 된다. 재해를 예방하는 기술의 미덕을 보여주는 좋은 사례가 될 것" 이라고 이야기했다. "부유식 취수기술은 대규모 토목공사를 요구하지 않습니다. 기본적으로 관만 연결하면 되는 기기 장치공사이기 때문에 공사기간도 짧아요. 기존의 공사가 수개월을 요구했다면,이 기술은 스케일에 따라 다르지만 대부분 한 달 안에 끝날수 있습니다." 황 박사는 노후화된 중소규모 저수지의 붕괴위험은 생각보다 더 많은 위험요소를 안고 있다며, 그렇기에 이를 대비할 수 있는 방재능력을 확대하는 게 우리에게 필요한 과제라고 강조했다. 그는 "월류식 취배수 시설은 댐체를 월류해 제체 훼손없이 복통을 대체할 수 있으므로 안전하고 경제적인 시설로 향후 농민들의 삶을 안전하고 경제적으로 이끌어줄 수있다" 고 거듭 강조했다. 앞으로 해당 기술은 현장 적용을 확대함으로써 운영 시 발생할 수 있는 어려움을 미리 검토해 대처방안을 마련해야 한다는 후속 과제를 안고 있다. 하지만 이미 수차례 현장 적용성을 확인했으므로 큰 문제점은 없다는 게 황태문 박사의 이야기였다. "앞으로 월류식 취배수 시설의 기본적인 취수능력뿐 아니라,저수지 수질에 따라 취수를 제어할 수 있는 가능성을 검토하고자 합니다. 수온 및 수질을 측정할 수 있는 계측 장치를 설치·운영하고 이를 통해 선택적 취수를 제어할 수 있는 가능성을 보고 있어요. 뿐만 아니라 녹조와 탁수, 오니 등 저수지 표층 및 저층의 오염물질을 배제시키는 등 앞으로 적용할 수 있는 범위와 방법 역시 매우 다양할 것입니다. 이를 통해 보다 안전한 환경을 만들어가는 게 중요하겠죠." ▲ 황태문 박사는 월류식 취배수 시설은 댐체를 월류해 제체 훼손 없이 복통을 대체 할 수 있어, 농민의 삶을 안정적으로 이끌것이라고 이야기했다. └ 국토보전연구본부 작성일2019.01.21 조회수 1262

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