기후위기 해결하기(8) - 탈탄소를 돕는 4차산업혁명 기술들

이탈리아 여행 다녀오느라 중단되었던 시리즈 글을 이어서 쓰려고 한다.

1. 거주불능 지구
https://joyance.tistory.com/503 

2. 배출은 줄이고 흡수는 늘인다.
https://joyance.tistory.com/505

3. 깨끗한 전기 만들기
https://joyance.tistory.com/506

4. '테슬라'라는 회사의 등장
https://joyance.tistory.com/507 

5. 청정에너지 늘이기
https://joyance.tistory.com/510 

6. RE100과 글로벌 대기업들의 참여
https://joyance.tistory.com/511 

7. 탄소흡수 : 생태적 노력들
https://joyance.tistory.com/512 

이렇게 지금까지 7편의 글을 통하여 탈탄소와 관련된 주요 이슈를 다루었다. 이는 우리가 어떻게든 해내야 할 미션들, 즉 What에 대한 것이다. 이제부터는 그 일들을 제대로 잘 수행하기 위해 어떤 서포트가 필요한지에 대한 이야기를 해보자.

크게 네 가지 주제로 나눌 수 있다.

기술 - 정책 - 자본 - 행동

첫 번째 다룰 내용은 "기술"이다. 인류가 축적해온 과학적 지식을 탈탄소에 응용하는 것은 당연한 소리라서 뭐 새로울 게 없다. 하지만 최근 4차산업혁명의 태동으로 인해, 효용성 측면에서 완전히 새로운 환경이 구축되고 있다. 전에는 상상만 하던 일이 이제는 가능해 졌다. 그렇다면 그렇게 새롭게 등장하는 4차 산업혁명 기술을 탈탄소 미션을 위해 쏟아부으면 어떨까? 효과가 굉장할 것이다.

4차 산업혁명에 관련된 다양한 기술이 있겠지만, 그 중에서 특히 탈탄소를 위해 노력하는 사람들을 열광시킨 세 가지 기술을 사례로 들어보겠다. 빠른 기술 발전의 특성상, 이 글에서는 이미 이루어진 내용과 조만간 이루어질 내용이 뒤섞여 있을 수 있음을 양해 바란다.

 

1. 스마트 공장, 스마트 사육, 스마트 팜 등...

스마트 공장은 인공지능(Ai)을 활용한다. 생산성 향상과 오염 감소, 탄소배출 감소를 동시에 잡는 것이다. 최적의 공정을 찾아내고, 재료/원료의 투입량과 시기를 Ai가 판단한다. 그렇게 해서 낭비를 줄이고 효율적으로 공장을 돌리는 일은 탈탄소 목표 달성에 큰 힘이 된다.

예를 들어 많은 에너지를 소모하는 제철소에서, 철강 원료의 종류와 석탄 산지에 따른 특성, 그 날의 기온과 습도 등에 따라 어느 정도의 열로 가열해야 하는지 등은 그동안 숙련된 기술자에 의해 판단되었다. 하지만 이제 그 역할을 Ai가 넘겨받았고, 실제로 비용 절감이 어마어마하다고 한다. 에너지 산업에서 비용절감은 행복 그 잡채이다. 회사 입장에서는 수익성 향상이자, 탈탄소 관점에서는 축배를 들 일이고, 인류 입장에서는 생명의 연장이라는 희망의 소식이다.

기왕에 Ai를 소환했으니, 생성형(말을 지어내는) Ai의 대표주자 구글 "바드"가 말하는 스마트 공장에 대한 설명을 붙여넣기 해보자.

스마트 공장은 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등 4차산업혁명 기술을 활용하여 공장 운영을 최적화합니다. 인공지능은 공장 내에서 발생하는 데이터를 분석하여 생산 공정상의 문제점을 파악하고 개선합니다. 사물인터넷은 공장 내의 기계와 장비를 연결하여 원격으로 제어하고 관리합니다. 빅데이터는 공장 운영에 대한 다양한 정보를 수집하고 분석하여 의사결정을 지원합니다. 이렇게 높아진 공장 효율성으로 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 또한, 공장 내에서 발생하는 오염과 탄소배출을 줄일 수 있습니다. 그 결과, 넷제로 실현에 기여할 수 있습니다.

예를 들어, 네덜란드의 에르트베인 팜은 스마트 공장 기술을 사용하여 축산 공장의 탄소 배출을 줄였습니다. 에르트베인 팜은 인공지능을 사용하여 가축의 건강을 관리하고 사료 효율을 높이고 있습니다. 또한, 사물인터넷을 사용하여 축사 내의 환경을 모니터링하고 제어하고 있습니다. 그 결과, 에르트베인 팜은 축산 공장의 탄소 배출을 30% 줄였습니다.

 

그밖에, 육고기를 대체하는 배양육 기술이 있다. 4차산업혁명의 대표 분야 중 하나다.

앞의 글에서도 잠깐 다뤘지만, 육류 소비(특히 소고기 소비)가 늘어나면서 크게 성장한 축산업은 엄청난 탄소배출의 주범이다. 이를 4차산업혁명 기술의 핵심 중 하나인 배양육으로 대체할 경우 어마어마한 효과가 있다. 이 글에서는 이렇게 간단히 소개만 하고 넘어가겠다.

육류 소비를 절반으로 줄일 수 있다면 지구 인구가 1/3으로 줄어든 효과

 

※ 축산업의 발전과 기후위기에 대한 좋은 콘텐츠로 아래 영상을 추천한다.

 

 

2. 모달 시프트

'모달 시프트(Modal Shift)'라는 용어는 잘 안 쓰는 표현이긴 한데, 쉽게 말해서 싸돌아다니는 방식 자체를 바꾸라는 것이다. 현재의 너도나도 승용차를 끌고다니는 교통 문화를, 대중교통, 자전거, 스쿠터의 문화로 바꾸는 일이다. 그리고 현재 전 국토의 고속도로를 누비고 다니는 화물차 중심의 물류를 철도/해운으로 바꾼다는 것이다. 그러한 변화(Shift)는 탈탄소에 직빵이다. 전체 탄소배출의 17% 정도가 교통 분야에서 발생하고 있으니.... 하지만 그동안에는 '어쩔 수 없지 않느냐'는 논리에 늘 미뤄지곤 했다. 하지만 이제 4차산업혁명 기술이 뒷받침 되면서 충분한 대안으로 다시 받아들여지고 있다.

 

a. 도심 교통 인프라 재구축

요즘 유럽의 대도시를 여행해보면 죄다 공사판이다. 자전거 전용 도로를 만드는 중이다. 자전거도로는 기존 도로에 페인트만 칠한다고 해서 되는 게 아니라 구조물로 구획을 완전히 분리해야 안전하다.

자전거도로 인프라 구축 전과 후. 바닥에 자전거 그림만 그려서는 효과가 없다는 걸 단적으로 보여주는 사진이다.

그런데 이러한 자전거 도로 공사와 함께 - 기왕에 땅을 파는 김에 - 좁고 복잡한 구도로를 자율주행 차량이 인식하고 통행하기 쉽도록 선형 개선 하는 작업도 이루어지고 있다. 모달 시프트와 4차산업혁명 기술 접목의 가장 대표적인 사례가 자율주행이기 때문이다. 이는 앞의 글(테슬라 자율주행)에서 설명한 바 있다. 자율주행이 사고 없이 잘 되게 하려면 그에 맞게끔 도로 인프라의 효율을 동시에 개선해야 한다.

사실 길이라는 것은 사람이 오랜 세월 돌아다니면서 자연스럽게 만들어진 것이 많아서 사람에게는 이용하기 편리한 것이었다. 하지만 로봇의 눈으로 보기에는 어떨까? 복잡하고 효율성이 떨어진다. 탈탄소라는 절대적이고 거대한 목표 앞에서 모든 것은 '효율'로 귀결된다. 자율주행이 쉬워지고 제대로 먹히도록 도로가 설계되어야 한다. 도로의 선형을 개선하고 표지판을 표준화 시키는 것 등이 그것이다. 심지어 주행 중에 충전이 이루어지도록 하는 전기차 전용 도로를 만드는 곳도 있다.

아울러 승용차보다는 트램이나 지하철, 전기버스 등의 대중교통수단 중심으로도 도심 통행이 충분히 가능하도록 하는 인프라 공사도 착착 진행 중이다. 그 과정에도 Ai가 활용되고 있음은 물론이다.

도심에 승용차 진입을 금지하고 대중교통만으로 모달 시프트를 시도하는 도시들이 늘어나고 있다.

 

※ 현재 한국의 경우 이러한 준비가 너무 느려서 아쉬움이 크다. 그저 아파트만 때려 짓고 재개발에 몰두하지만 교통 시스템을 어떻게 해야겠다는 고민은 턱없이 부족하다.

b. 물류 시스템에 Ai 도입

물류 시스템에도 인공지능이 속속 도입되고 있다. 효율적이고 자동화 된 물류센터는 곧 유통업계의 치명적인 경쟁력이다. 옥션의 스마트 배송, 쿠팡 로켓 배송, 아마존 프라임 배송 등은 이미 Ai를 적극 활용하는 대표적인 사례이다.

아마존의 물류 혁신에 대해서는 언론을 통해 "키바 로봇을 이용한 물류 자동화", "드론을 이용한 30분 배송" 등으로 일부 알려져 있다.

즉, 이것도 결국 효율이다. 개별 업체들이 다 자기 창고를 운영하면서 일일이 거기서 꺼내서 하나씩 보내고, 다시 또 보내고 그러는 게 아니다. 이제는 아예 물류센터에 사람들이 많이 사는 물건들을 미리 쟁여놓는 것이다. 그동안 업체가 쌓은 빅데이터와 IoT(사물인터넷) 기술을 활용해서, 물류센터에서는 상품 번호만 들어오면 로봇이 해당 물건을 놓은 위치로 달려가서 가져오고, 그걸 비슷한 지역으로 한방에 이동하는 커다란 전기 트럭에 상차까지 딱 시켜주게 될 것이다. 심지어 아마존의 경우, 고객이 상품을 장바구니에 담는 순간부터 - 아직 결제 전인데도! - 로봇은 이미 해당 제품을 픽업하러 달려가서 물건을 찾고 있다. 로봇은 충전만 시켜주면 절대 놀지 않는다. 그렇게 해서 몇 초라도 일찍 택배 포장 및 상차 준비를 빠르게 마칠 수 있도록 돕는다. 결제 취소하면 도로 갖다놓으면 그만이다.

모달 시프트는 쉽지 않은 일이지만, 필수적인 일이다. 모달 시프트 한 주제만 가지고 전체 탈탄소의 15~20%를 해결 가능하다.

 

c. 도보 중심의 교통 문화로 전환

그런데 이 '모달 시프트'에서 근본적인 문제는 사실 ‘차량 교통량’ 그 자체에 있다. 온갖 기술을 다 동원하더라도, 자동차 중심으로 돌아가는 현재의 도시 구조를 버리고 도보/자전거 중심으로 돌아가는 것보다 나을 수 없다. 도보 중심의 도시 구조는 교통량을 줄이고, 대기오염을 줄이고, 탄소 배출을 줄일 수 있다. 그것이 탈탄소 관점에서는 가장 이상적이다. 또한, 주민들의 건강을 증진하고 삶의 질을 향상시킨다.

이렇게 해서 나온 개념이 "15분 도시"이다. 인간이 살면서 필요한 것들이 대부분 도보로 15~20분 이내에서 해결될 수 있도록 도시 설계 및 구성을 전환(Shift)하자는 것이다. 아래 그림을 참고하자. 벌써 많은 선진적인 도시들이 이러한 15분 도시를 표방하고 전환에 나서고 있다. 

 

일전에 미국 서부 여행에서 느낀 바는, 미국은 모두들 승용차를 타지 않고서는 어딜 나다니기가 너무 불편하겠다 하는 것이었다. 서부 개척시대 때부터 모두가 말을 타고 다녔던 때문일까. 1인당 차 한 대씩은 있어야 편하다. 차를 타지 않으면 물건을 사러 갈 수도 없다. 이것은 생활환경 자체가(도시 자체가) 그렇게 설계되어 있기 때문에 그동안 어쩔 수가 없었다. 하지만 이제는 그걸 고쳐보자는 것이다.

한국의 경우에도 서울에 일정한 간격으로 공원을 배치해서 어디서든지 조금만 걸으면 공원 녹지를 접할 수 있도록 하겠다는 정책이 종종 논의되곤 한다. 다만 이런 정책은 정치와 엮여있다보니 정권이 바뀔 때마다 휘청거리는 것이 아쉽다.

 

3. 가상 발전소

모달 시프트와 밀접하게 연결되는 것이 가상 발전소이다. 이 개념을 설명하기 위해서는 세 가지 하위 개념을 먼저 이해해야 한다.
여기서 또 테슬라 이야기가 나와야 할 듯하다. 다른 의미는 없고, 사례로 들기 가장 편한 기업이라서 자주 언급한다. ㅎㅎ
테슬라는 솔라 루프, V2G, Auto Bidder 등의 기술을 통해 가상 발전소를 구축하고 있다. 

▲ 솔라 루프 : 태양광 지붕 및 배터리 벽체로 구성되는 작은 발전소 세트
▲ V2G (비클 투 그리드) : 전 세계 테슬라 차량의 배터리를 작은 발전소로 활용
▲ Auto Bidder : 머신러닝 기반으로 효율적인 전력 거래를 할 수 있는 시스템

이 세 가지가 뭉치면(?) 제대로 된 하나의 거대한 전력 그리드(Grid) 시스템이 된다.

▲ 솔라 루프(Solar Roof)

그림을 보면, 출발점은 태양이다. 완전 무한, 무료 에너지원이 매일 아침 제공된다. 태양광 발전에 대해서는 앞의 글에서 자세히 설명했으니 넘어가고, 그 다음 단계가 중요하다. 생성된 전기를 곧바로 필요한 곳에 쓰는 것이 아니라, 저장장치로 보내는 것이 먼저다. 전기 에너지는 여러 장점이 있지만 치명적인 단점이 있는데, 그것은 바로 즉시 사용하지 않는 전기는 사라진다는 것이다. 그래서 전기는 일단 생기면 저장하고 봐야 한다. 이렇게 발전과 저장 단계까지를 하나의 작은 발전소 개념으로 만든 테슬라의 상품이 "솔라 루프"이다. 물론 이렇게 하는 업체는 테슬라 말고도 아주 많이 있다. 그렇다면 뭐가 새로운 기술이라는 걸까?

 

▲ V2G

V2G는 'Vehicle to Grid'의 약자이다. 세상에 돌아다니는 모든 전기차에는 배터리가 들어있다. 그런데 전기차가 24시간 항상 전기를 쓰는 건 아니다. 오히려 훨씬 많은 시간을 길에 서있기만 한다. 그걸 가상 발전소로 활용하자는 개념이다. V2G는 전기차의 배터리를 전력망에 연결하여, 전력 수요가 많을 때 전력을 공급하고, 전력 수요가 적을 때 전기를 저장한다. 그냥 우리 차 배터리 떨어졌네, 충전소 가서 채워두자, 이런 수준이 아니라, 배터리가 많지만 당장은 필요 없는 차에서 당장 필요한 차량으로 전기를 몰아줄 수 있는 것이다. 여기에 인공지능 기술이 들어간다. 사람들의 행동은 늘 바뀌고, 인구와 지역 상황도 늘 바뀌므로, 그때마다 계속해서 Ai가 학습을 반복하며 최적화 시켜주는 기술이 들어가야 이런 개념이 실제로 구현될 수 있다. 

즉, 발전소는 여기저기 있으며, 전기라는 것도 그냥 어디에나 있을 수 있는데, 문제는 그걸 우리가 필요할 때 끌어다 쓸 수 있느냐 하는 것이 중요하다는 게 가상 발전소의 핵심이다.

 

▲ Auto Bidder

내 전기차 배터리의 전기를 남에게 준다고? 내가 왜??

그래서 여기에 거래의 개념이 필수적으로 뒤따른다. 아래 사진은 어떤 사람이 테슬라의 솔라 루프를 설치하고 창고 벽면에 부착된 배터리 인증샷을 찍어 올린 것이다. 여기까지는 식상하다. 그런데 여기에는 테슬라에서 도착한 이메일 인증샷이 함께 있다. 

메일 내용은 대충 이렇다.

캘리포니아의 기후대응 프로젝트에  참여해주셔서 감사하다, 테슬라 버추얼 파워플랜트를 통해서... 어쩌고 저쩌고 하면서... 네가 이 전력망 지원해준 덕분에 작년에 번 돈이 574.77달러다, 테슬라 계정에 있는 네 어카운트에 입금해 줄께잉~

이게 뭘까?? @.@

Auto Bidder는 테슬라가 개발한 머신러닝 기반 전력 거래 시스템이다. 전력 수요와 공급을 예측하여, 전력 가격이 가장 낮을 때 전기를 구매하고, 가장 높은 가격에 전기를 판매한다. 그 계산을 사람이 할 필요가 없고 Ai가 다 해준다. Auto Bidder는 그렇게 해서 '테슬라의 전기차와 가정용 태양광 패널 = 작은 발전소'를 통해 생산된 전력을 가상 발전소(전력 그리드)에 골고루 보급한다. 그 과정에서 생산자가 된 전기차/솔라루프 소유자에게 혜택이 돌아가는 것은 물론이다. 나는 그저 전기차를 탔을 뿐인데 나도 모르게 간밤에 옆집 또는 어딘가에 있는 누군가에게 전기를 판매했고, 내 계정에 달러가 차곡차곡 생긴다. 너도 편하고, 나도 편하고, 환경도 살리고, 잔잔바리 수입도 생기고..... ㅎㅎㅎ 태양광 업체도 많고 ESS(에너지저장 배터리) 업체도 많지만, 여기까지의 큰 그림을 실현시킨 회사는 아직까지는 테슬라가 유일하다.

이렇게 모든 과정은 앱을 통해 스마트폰으로 확인 및 제어 가능하다.

 

지금 소개한 것은 테슬라라는 하나의 기업에서 제공하는 사례일 뿐이다. 앞으로 대세가 될 수밖에 없는 이러한 가상 발전소 개념은 전력망의 안정성을 높이고, 전기요금을 절약하고, 환경 보호에 이바지하여 결과적으로 탈탄소를 강력하게 서포트 할 것으로 기대한다. 그밖에도 수많은 4차산업혁명 기술들이 활약해줄 것을 또한 기대한다.

 

다음 글 보기 : 기후위기 해결하기(9) - 탈탄소를 돕는 정책과 제도들 (feat. 부동산과 복지 정책) (tistory.com)

기후위기와 탈탄소 (9) - 정책과 제도 : 탄소중립을 위한 조건들