VOL.114 · August 31 · 2018
광무선융합연구본부 권용환 책임연구원
연일 이어지는 기록적인 불볕더위에 온 국민이 몸살을 앓는 동안, 전국의 강과 하천은 녹조로 몸살을 앓았다. 해마다 여름이 되면 더욱 기승을 부리는 녹조 문제는 생태계 파괴에 그치지 않고 우리가 먹는 물의 안전에도 심각한 문제를 일으킨다. 정부는 ‘국민 안전과 생명을 지키기 위한 안심 사회 구현’을 목표로, 근본적인 녹조 문제를 해결하기 위한 과학기술적 대안을 마련하고 있다. ETRI 역시 3개 연구소 협력으로 녹조 문제의 해결을 위해 노력하고 있다.
| 녹조 현상은 강이나 호에서 남조류가 과도하게 성장해 물의 색이 짙은 녹색으로 변하는 현상을 말한다. 녹조는 강의 생태계의 균형을 파괴할 뿐만 아니라 우리가 마시는 물에도 심각한 영향을 끼친다. 최근 기후변화와 더불어 지구의 온도 상승, 가뭄 등의 영향으로 녹조 현상이 극심해짐에 따라 우리나라뿐만 아니라 많은 나라가 이 문제로 고민하고 있다. 지난 2014년에는 미국 톨레도 지역에 녹조로 인한 심각한 수돗물 오염이 발생해 식당들이 문을 닫고, 수돗물 섭취 및 목욕이 금지되는 일도 있었다. 중국의 태호, 일본의 비와호 역시 비슷한 사례를 겪었다. |
| _ |
| 권용환 박사 |
| “단지 미관상, 그리고 좋지 않은 냄새 때문에 녹조가 문제 된다고 생각하시는 분들도 있는데, 사실 녹조 문제는 그보다 훨씬 심각합니다. 녹조를 분석해보면 1급 발암물질인 다이옥신(고엽제 주성분) 수준의 독성을 가지고 있습니다. 녹조 발생 시 ‘마이크로시스틴’이란 독소가 발생하는데, 낙동강에서는 먹는 물 허용기준치의 백배가 넘는 180ppb가 검출된 적도 있습니다. 이는 정수를 하지 않고 잘못 마시면 사망에 이를 정도의 치명적인 수치입니다. 말 그대로 녹조 문제는 단순히 환경문제를 넘어, 우리의 생명을 위협할 정도의 심각한 문제인 것이죠.” |
| 이에 따라 정부는 ‘새정부 과학기술 정책 방향’에서 ‘국민 안전과 생명을 지키는 안심 사회’ 국정 전략의 세부 기술로 ‘녹조 대응 신기술’ 개발 추진을 발표했다. 과학기술의 적용과 확산을 통해 녹조 문제의 근본적인 해결을 위해 발 벗고 나선 것이다. |
| 녹조 현상은 강이나 호에서 남조류가 과도하게 성장해 물의 색이 짙은 녹색으로 변하는 현상을 말한다. 녹조는 강의 생태계의 균형을 파괴할 뿐만 아니라 우리가 마시는 물에도 심각한 영향을 끼친다. 최근 기후변화와 더불어 지구의 온도 상승, 가뭄 등의 영향으로 녹조 현상이 극심해짐에 따라 우리나라뿐만 아니라 많은 나라가 이 문제로 고민하고 있다. 지난 2014년에는 미국 톨레도 지역에 녹조로 인한 심각한 수돗물 오염이 발생해 식당들이 문을 닫고, 수돗물 섭취 및 목욕이 금지되는 일도 있었다. 중국의 태호, 일본의 비와호 역시 비슷한 사례를 겪었다. | |
| 권용환 박사 |
“단지 미관상, 그리고 좋지 않은 냄새 때문에 녹조가 문제 된다고 생각하시는 분들도 있는데, 사실 녹조 문제는 그보다 훨씬 심각합니다. 녹조를 분석해보면 1급 발암물질인 다이옥신(고엽제 주성분) 수준의 독성을 가지고 있습니다. 녹조 발생 시 ‘마이크로시스틴’이란 독소가 발생하는데, 낙동강에서는 먹는 물 허용기준치의 백배가 넘는 180ppb가 검출된 적도 있습니다. 이는 정수를 하지 않고 잘못 마시면 사망에 이를 정도의 치명적인 수치입니다. 말 그대로 녹조 문제는 단순히 환경문제를 넘어, 우리의 생명을 위협할 정도의 심각한 문제인 것이죠.” |
| 이에 따라 정부는 ‘새정부 과학기술 정책 방향’에서 ‘국민 안전과 생명을 지키는 안심 사회’ 국정 전략의 세부 기술로 ‘녹조 대응 신기술’ 개발 추진을 발표했다. 과학기술의 적용과 확산을 통해 녹조 문제의 근본적인 해결을 위해 발 벗고 나선 것이다. | |
| 녹조 문제를 해결하기 위해서는 측정의 실시간성과 조밀성, 그리고 예측의 정확성 확보가 시급하다. 이를 위해 ETRI에서는 2022년까지 상용화를 목표로 ‘직독식 수질복합 센서 및 초분광 영상 기반 시공간 복합 인공지능 녹조 예측 기술(이하, 시공간 복합 녹조 예측시스템)’을 개발하고 있다. |
| _ |
| 권용환 박사 |
| “이번 시공간 복합 녹조 예측시스템의 핵심은 클로로필, 남조류, 유속 및 인산염 등의 9가지를 측정할 수 있는 수질복합 센서와 초분광 영상을 통해 ‘실시간 녹조측정’이 가능하다는 것입니다. 기존에 녹조를 측정하기 위해서는 사람이 직접 시료를 채취한 후 2일간의 분석 과정을 거쳐야만 했습니다. 수시로 발생하는 녹조 문제에 즉각적으로 대응하기 상당히 늦을 수밖에 없죠. 그래서 ETRI는 직독식 프로브형 센서를 통해 이를 실시간으로 측정하는 기술을 개발하는 것입니다. 그리고 기존 국가 수질 측정망의 경우 10km마다 1개 정도로 녹조 현상을 이해하는데 데이터가 매우 부족한 상황입니다. 이를 위해 직독식 프로브형 센서(수질복합 센서)를 부표에 탑재한 ‘고정형 복합센서’와 드론에 탑재한 ‘이동형 복합센서’를 활용해 수십 m 간격으로 조밀하게 각종 데이터를 수집합니다. 쉽게 말해 ‘녹조 빅데이터’를 확보하는 것이죠. 수질복합 센서에는 다양한 센서 기술들이 한데 모여 들어가는데, 아직 녹조를 분석하는 데 있어 상용화된 센서가 없거나 정확성이 부족한 센서들이 존재합니다. 이를 해결하기 위해 ETRI는 녹조 특정에 특화된 센서 개발을 함께 진행할 예정입니다. 또한, 광역 면 단위 녹조측정 시스템에 들어가는 고감도·고해상도 초분광 센서 기술의 국산화도 진행할 예정이고요. 현재 초분광 센서의 경우 하나당 가격이 1억이 넘을 정도로 고가이며, 의료, 농업, 국방 등 분야에 파급효과가 큰 기술입니다. 그러므로 기술개발을 통한 국산화가 필요합니다.” |
| 초분광 센서는 일반 카메라와 달리 가시광선 영역(400~700nm)과 근적외선 영역(700~900nm) 파장대를 수 백 개로 세분화 촬영해, 사람의 눈으로 보는 것보다 훨씬 다양한 스펙트럼의 빛을 감지할 수 있는 센서다. RGB 기반의 일반 카메라로는 해캄, 클로렐라, 개구리밥 등 녹색을 띠는 다른 생물과 독성을 지닌 남조류를 구분하기 어렵지만, 초분광 센서로는 남조류가 지닌 피코시아닌(phycocyanin)이라는 특정 색소를 구분하는 것이 가능하다. |
| _ |
| 권용환 박사 |
| “이처럼 많은 양의 데이터를 수집해도 그것을 효과적으로 분석하지 못하면 소용이 없을 것입니다. 그래서 우리는 수집한 데이터를 효과적으로 분석하고 활용해 녹조 분석 예측의 정확성을 크게 높일 수 있도록 인공지능을 도입하려는 것입니다. 기존에는 녹조에 대한 데이터가 부족해 예측이나 분석이 어려웠지만, 이번 연구를 통해 빅데이터의 수집과 분석은 물론, 딥러닝을 기반으로 녹조의 발생 가능성을 예측할 수 있습니다. 기술개발이 완료되면 세계 최고 수준을 능가하는 90% 이상의 조류예측정확도를 확보하게 됩니다. 더 나아가 다양한 상황에 따른 녹조 확산 추적이 가능하게 되므로 녹조 발생 일주일 전부터 예측할 수 있습니다. 쉽게 말해 예측뿐만 아니라 조기 억제까지 가능한 것이죠.” |
| 녹조 문제를 해결하기 위해서는 측정의 실시간성과 조밀성, 그리고 예측의 정확성 확보가 시급하다. 이를 위해 ETRI에서는 2022년까지 상용화를 목표로 ‘직독식 수질복합 센서 및 초분광 영상 기반 시공간 복합 인공지능 녹조 예측 기술(이하, 시공간 복합 녹조 예측시스템)’을 개발하고 있다. | |
| 권용환 박사 |
“이번 시공간 복합 녹조 예측시스템의 핵심은 클로로필, 남조류, 유속 및 인산염 등의 9가지를 측정할 수 있는 수질복합 센서와 초분광 영상을 통해 ‘실시간 녹조측정’이 가능하다는 것입니다. 기존에 녹조를 측정하기 위해서는 사람이 직접 시료를 채취한 후 2일간의 분석 과정을 거쳐야만 했습니다. 수시로 발생하는 녹조 문제에 즉각적으로 대응하기 상당히 늦을 수밖에 없죠. 그래서 ETRI는 직독식 프로브형 센서를 통해 이를 실시간으로 측정하는 기술을 개발하는 것입니다. 그리고 기존 국가 수질 측정망의 경우 10km마다 1개 정도로 녹조 현상을 이해하는데 데이터가 매우 부족한 상황입니다. 이를 위해 직독식 프로브형 센서(수질복합 센서)를 부표에 탑재한 ‘고정형 복합센서’와 드론에 탑재한 ‘이동형 복합센서’를 활용해 수십 m 간격으로 조밀하게 각종 데이터를 수집합니다. 쉽게 말해 ‘녹조 빅데이터’를 확보하는 것이죠. 수질복합 센서에는 다양한 센서 기술들이 한데 모여 들어가는데, 아직 녹조를 분석하는 데 있어 상용화된 센서가 없거나 정확성이 부족한 센서들이 존재합니다. 이를 해결하기 위해 ETRI는 녹조 특정에 특화된 센서 개발을 함께 진행할 예정입니다. 또한, 광역 면 단위 녹조측정 시스템에 들어가는 고감도·고해상도 초분광 센서 기술의 국산화도 진행할 예정이고요. 현재 초분광 센서의 경우 하나당 가격이 1억이 넘을 정도로 고가이며, 의료, 농업, 국방 등 분야에 파급효과가 큰 기술입니다. 그러므로 기술개발을 통한 국산화가 필요합니다.” |
| 초분광 센서는 일반 카메라와 달리 가시광선 영역(400~700nm)과 근적외선 영역(700~900nm) 파장대를 수 백 개로 세분화 촬영해, 사람의 눈으로 보는 것보다 훨씬 다양한 스펙트럼의 빛을 감지할 수 있는 센서다. RGB 기반의 일반 카메라로는 해캄, 클로렐라, 개구리밥 등 녹색을 띠는 다른 생물과 독성을 지닌 남조류를 구분하기 어렵지만, 초분광 센서로는 남조류가 지닌 피코시아닌(phycocyanin)이라는 특정 색소를 구분하는 것이 가능하다. | |
| 권용환 박사 |
“이처럼 많은 양의 데이터를 수집해도 그것을 효과적으로 분석하지 못하면 소용이 없을 것입니다. 그래서 우리는 수집한 데이터를 효과적으로 분석하고 활용해 녹조 분석 예측의 정확성을 크게 높일 수 있도록 인공지능을 도입하려는 것입니다. 기존에는 녹조에 대한 데이터가 부족해 예측이나 분석이 어려웠지만, 이번 연구를 통해 빅데이터의 수집과 분석은 물론, 딥러닝을 기반으로 녹조의 발생 가능성을 예측할 수 있습니다. 기술개발이 완료되면 세계 최고 수준을 능가하는 90% 이상의 조류예측정확도를 확보하게 됩니다. 더 나아가 다양한 상황에 따른 녹조 확산 추적이 가능하게 되므로 녹조 발생 일주일 전부터 예측할 수 있습니다. 쉽게 말해 예측뿐만 아니라 조기 억제까지 가능한 것이죠.” |
| 자율주행기술, 로봇 등 4차 산업혁명을 이끄는 핵심 기술은 센서에 있다. 향후 ETRI에서 개발될 센서 네트워크 기반의 AI 녹조 예측기술은 환경, 기상, 교통, 농업 등 다양한 산업에도 적용할 수 있다. 기술의 핵심인 인공지능, IoT, 드론, 초분광 센서 및 수질 센서 분야는 2025년까지 총 2,200억 불 규모의 시장이 형성될 것으로 예측된다. 그렇기에 기술개발과 상용화가 완료되면 세계적인 경쟁력을 확보할 것으로 예상한다. |
| _ |
| 권용환 박사 |
| “앞으로 현장직독식 프로브형 수질센서나 초분광 센서, 드론, IoT 및 딥러닝 기술을 좀 더 정교하게 개발할 예정입니다. 이를 위해서는 다른 분야와의 협력, 그리고 자문이 원활하게 이뤄져야 합니다. 정부에서도 리빙랩(Living Lab) 개념으로 열 명 이상의 자문단을 구성하고, 연 네 차례 이상 회의를 하라고 권고합니다. 실제로 이런 부분들을 적극적으로 활용하고 있고 큰 도움이 되고 있습니다. 그리고 이 사업이 ETRI 지원사업 프로그램 중 처음 시도하는 사회문제 해결형 사업 세 개 중 하나로써, 많은 사람의 주목을 받고 있습니다. 사업비 역시 1년에 51억 원씩, 5년 동안 255억 원이 투입됩니다. 그만큼 녹조 문제 해결을 위해 최선을 다해달라는 국민의 바람이 들어 있는 것이죠. 이러한 바람대로 국민의 불안감을 줄이고, 실질적인 해결책을 제시할 수 있도록 기반 기술 마련에 최선을 다할 것입니다.” |
| 자율주행기술, 로봇 등 4차 산업혁명을 이끄는 핵심 기술은 센서에 있다. 향후 ETRI에서 개발될 센서 네트워크 기반의 AI 녹조 예측기술은 환경, 기상, 교통, 농업 등 다양한 산업에도 적용할 수 있다. 기술의 핵심인 인공지능, IoT, 드론, 초분광 센서 및 수질 센서 분야는 2025년까지 총 2,200억 불 규모의 시장이 형성될 것으로 예측된다. 그렇기에 기술개발과 상용화가 완료되면 세계적인 경쟁력을 확보할 것으로 예상한다. | |
| 권용환 박사 |
“앞으로 현장직독식 프로브형 수질센서나 초분광 센서, 드론, IoT 및 딥러닝 기술을 좀 더 정교하게 개발할 예정입니다. 이를 위해서는 다른 분야와의 협력, 그리고 자문이 원활하게 이뤄져야 합니다. 정부에서도 리빙랩(Living Lab) 개념으로 열 명 이상의 자문단을 구성하고, 연 네 차례 이상 회의를 하라고 권고합니다. 실제로 이런 부분들을 적극적으로 활용하고 있고 큰 도움이 되고 있습니다. 그리고 이 사업이 ETRI 지원사업 프로그램 중 처음 시도하는 사회문제 해결형 사업 세 개 중 하나로써, 많은 사람의 주목을 받고 있습니다. 사업비 역시 1년에 51억 원씩, 5년 동안 255억 원이 투입됩니다. 그만큼 녹조 문제 해결을 위해 최선을 다해달라는 국민의 바람이 들어 있는 것이죠. 이러한 바람대로 국민의 불안감을 줄이고, 실질적인 해결책을 제시할 수 있도록 기반 기술 마련에 최선을 다할 것입니다.” |
세계 최초로 시도되는 ICT 기반의 녹조 통합 모니터링 시스템을 통해 앞으로 ‘녹조 라테’와 같은 합성어는 철 지난 우스갯소리가 될지도 모른다. 이제 막 첫발을 내디뎠고 분명 쉽지 않은 길이지만, 오직 국민을 위한 일념으로 연구개발에 매진하고 있는 권용환 박사를 비롯한 연구진들의 건투를 빌어본다.
