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http://dx.doi.org/10.9719/EEG.2020.53.5.609디지털 트윈, 환경 모니터링 등 디지털·그린 뉴딜 정책 관련 지질자원 유망기술·
시장 분석
안은영* · 이재욱 · 배준희 · 김정민
한국지질자원연구원 미래전략연구센터
Analysis of Emerging Geo-technologies and Markets Focusing on Digital Twin and Environmental Monitoring in Response to Digital and Green New Deal
Eun-Young Ahn*, Jaewook Lee, Junhee Bae and Jung-Min Kim
Policy Research Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM), Daejeon, 34132, Korea (Received: 27 August 2020 / Revised: 29 September 2020 / Accepted: 5 October 2020)
After introducing the industry 4.0 policy, Korean government announced ‘Digital New Deal’ and ‘Green New Deal’ as ‘Korean New Deal’ in 2020. We analyzed Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM)’s research projects related to that policy and conducted markets analysis focused on Digital Twin and environmental monitoring technologies. Regarding ’Data Dam’ policy, we suggested the digital geo-contents with Augmented Reality (AR) & Virtual Reality (VR) and the public geo-data collection & sharing system. It is necessary to expand and support the smart mining and digital oil fields research for ‘5th generation mobile communication (5G) and artificial intelligence (AI) convergence into all industries’ policy. Korean government is suggesting downtown 3D maps for ‘Digital Twin’ policy. KIGAM can provide 3D geological maps and Internet of Things (IoT) systems for social overhead capital (SOC) management. ‘Green New Deal’ proposed developing technologies for green industries including resource circulation, Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS), and electric & hydrogen vehicles.
KIGAM has carried out related research projects and currently conducts research on domestic energy storage minerals.
Oil and gas industries are presented as representative applications of digital twin. Many progress is made in mining automation and digital mapping and Digital Twin Earth (DTE) is a emerging research subject. The emerging research subjects are deeply related to data analysis, simulation, AI, and the IoT, therefore KIGAM should collaborate with sensors and computing software & system companies.
Key words : Emerging technology, Digital Twin, Environmental monitoring, Artificial intelligence, Internet of Things 4차 산업혁명(industry 4.0)으로 제시되는 지능정보사회 전환 정책 이후, 정부는 2020년 한국형 뉴딜 정책으로 디 지털 뉴딜과 그린 뉴딜 정책을 발표하였다. 본 연구는 해당 정책을 분석하고 지질자원 분야 공공연구기관의 정부출연 R&D 사업을 분석하였다. 해당 사업 중에서 유망기술 분야로 디지털 트윈, 환경 모니터링에 주목하여 유망기술·시장 분석을 실시하였다. 한국판 뉴딜 종합계획의 ‘데이터댐’과 관련하여 지질자원 기술 분야에서는 실감기술(AR/VR)을 적 용한 디지털 지질자원 콘텐츠 개발, 공공데이터 구축·공유 시스템 개발이 가능하다. ‘1, 2, 3차 전산업으로 5G, AI 융 합 확산’에 대응하여 스마트 마이닝, 디지털 오일 필드 등 ICT와 융합한 지질자원기술의 산업적용이 필요하다. ‘디지 털 트윈’과 관련하여 정부는 도심지 등 주요지역 3D 지도 구축을 제시하고 있다. 지질자원 기술 분야에서는 안전한 국토/시설 관리를 위한 3차원 지도 및 사물인터넷(IoT) 시스템 개발이 가능하다. 그린 뉴딜 정책으로 정부는 자원순 환을 포함한 녹색산업 기술개발, CCUS 통합실증, 전기차·수소차 보급 확대를 제시하였으며 한국지질자원연구원은 관
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*Corresponding author: [email protected]
에서 석유가스분야를 제시하고 있으며 광산자동화, 디지털 지도 측면에서도 많은 진전이 일어나고 있다. 디지털 트윈 어스(Digital Twin Earth) 구축 또한 지질자원 분야의 유망 기술 분야이다. 디지털 트윈, 환경 모니터링 관련 지질자 원 연구 분야는 데이터 분석, 시뮬레이션, 인공지능·기계학습, 사물인터넷(IoT)과 깊은 관련이 있으며, 관련 센서 및 컴퓨팅 소프트웨어/시스템 등 민간 회사와의 협업이 중요하다.
주요어 : 유망기술, 디지털 트윈, 환경 모니터링, 인공지능, 사물인터넷
1. 서 론
2020 년 7월 정부는 코로나19 사태 위기 극복과 극 심한 경기침체 이후 글로벌 경제 선도를 위해 비대면 경제를 포함하는 디지털·그린 경제로 전환 가속화 등 구조적 대전환을 모색하는 한국판 뉴딜 종합계획을 발 표하였다. Interagency association (2020)의 한국판 뉴딜 종합계획에 따르면, ‘선도국가로 도약하는 대한민 국으로 대전환’의 비전을 제시하고 추격형 경제에서 선 도형 경제로, 탄소의존 경제에서 저탄소 경제로, 불평 등 사회에서 포용 사회로의 도약을 위해, 디지털 뉴딜 과 그린 뉴딜의 10대 대표과제와 안전망 강화를 포함 하는 28개 세부과제를 제시하였다. Ahn and Lee (2020) 에서는 한국판 뉴딜 종합계획에 대응하여, 단기 간(최대 3년) 산업적용가능한 산업계 연계형 사업 육 성과 백두산 디지털 트윈 등 ICT 도시지질·지질환경 재해 부문 R&D 확대, ICT 기반 스마트박물관 구축 확대·지원을 제시한 바 있다.
본 연구에서는 지질자원 기술 분야 공공연구기관인 한국지질자원연구원의 최근 3년 종료 및 현재 수행하 고 있는 정부출연 연구사업을 대상으로 디지털 뉴딜과 그린 뉴딜 정책과 관련되는 연구사업을 살펴보고, 앞 으로 수행해야 할 유망기술 분야로 디지털 트윈과 환 경 모니터링에 주목하여 해당되는 기술 분야와 시장 환경을 분석한다. 디지털 트윈은 현실 세계의 디지털 복제품으로 한국판 뉴딜 종합계획의 디지털·그린 융복 합 대표과제 중의 하나로 제시되었다. 지질재해와 지 질환경 분야와 관련하여 천부·심부 환경 모니터링 또 한 디지털·그린 뉴딜 정책의 전반에 관련되어 있다. 본 논문의 2장 1절에서 한국판 뉴딜 정책 분석을 통해 디 지털·그린 뉴딜 정책의 전반에 대해 제시하고 외국에 서 연구된 가상현실/증강현실(VR/AR), 디지털 트윈의 개념과 일반적인 동향을 제시한다. 지질자원 기술 분 야 공공연구기관인 한국지질자원연구원의 최근 3년 종 료과제 및 현재 수행하고 있는 사업에 대해 디지털·그 린 뉴딜 정책과 관련성을 분석하여, 해당 내용을 2장
2 절과 3절에서 제시한다. 해당 분석에서 연구사업의 분 류 기준은 한국판 뉴딜 종합계획의 대표과제 및 정책 세부과제로 한다. 3장은 국외자료분석을 통해서 지질 자원 분야의 민간기업 협력 필요성과 디지털 트윈, 환 경 모니터링의 신규 지질자원 유망기술/시장 분석 결 과를 제시한다. 4장의 결론 및 시사점에서 디지털·그 린 뉴딜 정책 관련으로 지질자원 기술 분야 공공연구 기관인 한국지질자원연구원의 최근 3년 종료과제 및 현재 수행하고 있는 사업에서 대응하고 있지 못하는, 추가적으로 연구할 수 있는 유망 분야와 향후 연구수 행에 대한 시사점을 제시한다.
2. 디지털 뉴딜과 그린 뉴딜 정책
2.1. 한국판 뉴딜 정책 분석
Interagency association (2020) 의 한국판 뉴딜 종합 계획에 따르면, 디지털 경제의 기반이 되는 ‘데이터댐’
등 대규모 정보통신기술(ICT) 인프라 구축 등 데이터 경제 촉진을 통해 신산업 육성 및 디지털 전환 가속 화·산업경쟁력 강화(디지털 뉴딜), 친환경·저탄소의 그 린경제로 전환 가속화로 ‘그린 에너지댐’ 등 친환경 에 너지 인프라 구축 및 글로벌 시장 선점·주도(그린 뉴 딜), 불확실성에 따른 실업불안·소득격차 완화 및 혁신 인재 양성 가속화(안전망 강화)를 제시하였다(Fig. 1).
디지털 뉴딜에는 2025년까지 58.2조원(국비 44.8조원) 투자하며 세부내용으로 D.N.A. (Data-Network-AI) 생 태계 강화(국비 31.9조원), 비대면 산업 육성(국비 2.1 조원), SOC 디지털화(국비 10조원) 등에 투자한다. 그린 뉴딜에는 2025년까지 73.4조원(국비 42.7조원) 투입하 며 도시·공간·생활 인프라 녹색 전환(국비 12.1조원), 저탄소·분산형 에너지 확산(국비 24.3조원), 녹색산업 혁신 생태계 구축(국비 6.3조원)에 투자한다. 안전망 강 화에는 고용·사회안전망 등 투자에 2025년까지 28.4조 원(국비 26.6조원)을 투자한다.
한국판 뉴딜 종합계획에서는 10대 대표과제로 디지
털 뉴딜에 ① 데이터댐, ② 지능형 정부, ③ 스마트
의료 인프라를 제시하고 있으며 디지털·그린 융복합 과제로 ④ 그린 스마트 스쿨, ⑤ 디지털 트윈, ⑥ 국 민안전 SOC 디지털화, ⑦ 스마트 그린 산단, 그린 뉴 딜 과제로 ⑧ 그린 리모델링, ⑨ 그린 에너지, ⑩ 친 환경 미래 모빌리티를 제시하고 있다. 그리고 디지털 뉴딜 관련 12개 세부과제, 그린 뉴딜 관련 8개 세부과 제, 안전망 강화 8개 세부과제로 총 28개 세부과제를 제시하였다.
‘ 데이터댐’에 대해서 Ministry of Science and ICT (2020) 에서는 세계 대공황의 시대의 경제 부흥의 상징 인 후버댐을 예로 들어, 2만 명의 일자리를 만들고 물 과 전기로 주변 산업의 성장 뿐 만 아니라 교통·관광 발전 등 선순환 경제의 기반인 된 후버댐과 같이 ‘데 이터댐’을 한국판 뉴딜 정책의 대표과제 1번으로 제시 하고 있다. ‘데이터댐’은 5세대 이동통신기술(5G), 사물 인터넷(Internet of things, IoT), 센서, 로봇 등을 활 용한 데이터 수집, 데이터 축적·가공·결합, 데이터 활 용 및 혁신 서비스 창출로 제시하여 스마트 공장, 에 너지 절감, 미세먼지 저감, 자율주행차, 지능형 CCTV, 디지털 정부, 맞춤형 자산 관리를 지원한다.
‘ 데이터댐’과 관련되어 Interagency association (2020) 은 5세대 이동통신기술(5G)융합과 디지털 집현 전 정책을 제시하고 있으며, 세부내용으로 가상현실/증 강현실(Virtual Reality/Augmented Reality, VR/AR) 등 실감기술을 적용한 교육/전시 디지털 콘텐츠 개발, 분산되어 있는 교육콘텐츠 및 박물관·미술관 실감콘텐 츠 등을 연계하여 통합 검색·활용 서비스 제공, 범국 가적 데이터 정책 수립과 공공·민간데이터 통합관리·연 계·활용 활성화, 데이터산업 지원을 위한 민관합동 컨 트롤타워 마련(2020년 하반기) 등을 제시하고 있다.
Im and Seo (2018) 에 따르면 2018년 Gartner의 상 위 10대 전략 기술 중 하나로 가상현실/증강현실(VR/
AR) 기술이 선정되었으며, 해당 기술은 차세대 컴퓨팅 플랫폼 기술로 향후 기존 ICT 시장을 크게 변화시키 고 신규 시장을 창출할 수 있는 파괴적 기술로 제시하 였다. Yeon et al. (2019) 또한 5세대 이동통신기술 (5G) 의 핵심 서비스로 증강현실(AR) 기술을 제시하고 있으며 Kim et al. (2018)은 2007년 아이폰 출시로 스마트폰이 ICT 시장을 주도한 것처럼 구글의 구글글 래스/매직리프, 마이크로소프트의 홀로렌즈, 애플의 AR 키트가 향후 ICT 시장을 이끌 것으로 보았다. Im and Seo (2018) 에 따르면 가상현실(VR) 기술은 실제 현실의 특정환경, 상황, 가상의 시나리오를 컴퓨터 모 델링을 통해 구축하고 해당 가상 환경에서 사용자가 상호작용하게 하는 시스템 및 관련 기술이다. 증강현 실(AR)은 실제 환경에 컴퓨터 모델링을 통해 생생한 가상의 물체, 텍스트, 비디오 등을 겹쳐보이게 하여 공 간과 상황에 대한 정보를 제공하는 시스템과 관련 기 술로 Im and Seo (2018)는 정의하였다. 가상현실/증강 현실(VR/AR)의 초기 개념은 Milgram and Kishino (1994) 에서 혼합현실(Mixed Reality, MR)의 프레임으 로 제시된 바 있다(Fig. 2).
‘ 디지털 트윈’과 관련하여 정부는 도심지 등 주요지 역 3D 지도 구축을 제시하고 있다. 또한 관련 사항으 로 디지털 뉴딜의 SOC 디지털화에는 교통, 수자원, 도 시, 물류 등 기반시설 디지털화를 제시하였다. 세부내 용으로 지하구조물(15종) 3D 통합지도 구축, 국가하 천·저수지 등 원격제어 시스템·실시간 모니터링 체계 구축, 급경사지 등 재해 고위험지역 재난대응 조기경 보시스템 설치(510개소) 등을 제시하였다. Barricelli et al. (2019)은 인공지능이 1956년 학계에 공개된 이후 인공지능 기술의 진보와 함께 통신, 센서, 빅데이터 처 리, 클라우드 컴퓨팅 기술의 발전으로 디지털 트윈이 가능해진 것으로 보았다. 컴퓨터 연산 능력, 빅데이터 처리, 머신러닝, 패턴 인식 분야의 발전으로 인공지능 의 적용성이 높아졌으며, 클라우드 및 인터넷에 연결 되어 연속적 데이터 교환이 가능한 센서와 액츄에이터 ( 작동기)의 사물인터넷(IoT)의 출현으로 현실 세계(물리 세계, physical system)의 자료 수집·저장 및 현실 세 계의 디지털 복제품인 디지털 트윈으로 활용이 가능하 Fig. 1. Korean New Deal Master Plan (Interagency
association, 2020).
Fig. 2. Virtuality continuum (Milgram and Kishino, 1994).
다. Barricelli et al. (2019)은 1970년 NASA의 아폴 로 13 임무 실패 이후 구축한 아폴로 13의 투영 시스 템(mirrored system)인 시뮬레이션·분석 모형을 디지털 트윈의 초기 모습으로 보고 있다. 이후의 디지털 트윈 에 대한 논문 분석을 실시한 Barricelli et al. (2019) 의 연구결과, 디지털 트윈은 시뮬레이션·종합시스템, 클론/디지털 대상(counterpart), 가상-실제의 정보 연결 관계 등으로 제시되고 있다. Qi el al. (2019)은 디지 털 트윈에 대해서 현실 세계의 실체와 가상 모형, 데 이터, 서비스를 디지털 트윈의 구성요소로 제시하고 각 요소의 연결성을 마지막 구성요소로 제시한다(Fig. 3).
그린 뉴딜 관련하여 녹색산업으로 자원순환을 포함 한 5대 선도분야의 기술개발을 포함하여 기술실증·생 산·판매 융합의 지역거점인 ‘녹색 융합 클러스터’ 구축 을 제시하였다. 녹색산업 5대 선도분야는 ① 청정대기,
② 생물소재, ③ 수열에너지, ④ 미래폐자원, ⑤ 자원 순환이다. 자원순환 촉진을 위해 희소금속 회수 활용 기술 개발, 재제조 기술 개발을 실시한다. 또한 온실가 스 감축을 위해 대규모 CCUS 통합실증·상용화 기반 구축(2023년까지), CO
2로 화학원료 등 유용물질 생산 기술개발지원(2024년까지)을 제시하였다. 10대 과제 중 디지털·그린 융복합으로 제시한 ‘스마트 그린 산단’에 서는 기업간 폐기물 재활용 연계 지원(81개 산단), ‘친 환경 미래 모빌리티’에서는 전기차, 수소차 보급 확대 를 제시하였다.
2.2. 지질자원 기술 분야의 디지털 뉴딜 정책 대응 10 대 대표과제 중 먼저 ‘데이터댐’ 관련으로 지질자 원 기술 분야에서는 실감기술(AR/VR)을 적용한 교육/
전시 디지털 콘텐츠 개발, 지질자원 공공데이터 구축 및 공유 시스템 개발 기술을 제시할 수 있다. 28개 세 부과제 분류에서는 ‘국민생활과 밀접한 분야 데이터 구
축 개발 활용’과 관련되어 민간 데이터산업 활성화 및 데이터 기반 국가 정책 지원을 위한 지질자원 공공데 이터 구축 및 공유 시스템 개발 기술로 대응할 수 있 다. 또한 28개 세부과제 중 ‘1, 2, 3차 전산업으로 5G, AI 융합 확산’에 대하여 앞서 일부 제시한 실감기 술 적용 교육/전시 콘텐츠 제작 및 ICT 기반 스마트 박물관 기반 구축 뿐 만 아니라 기존에 스마트 마이닝 (Smart mining), 디지털 오일 필드(Digital Oil Field) 로 ICT와 융합한 자원기술이 관련이 깊다. 인공지능 (AI) 등 ICT 활용 확대를 통한 광물/에너지 자원개발 산업 고도화, 자원 분야 스마트공장 구축을 위한 기반 / 응용 기술 개발이 가능하다. 자원개발산업 뿐 만 아니 라, 지질환경 분야에서도 ICT 기반 토양/지하수 모니 터링 및 환경영향 평가 기술이 환경모니터링산업과 관 련하여 ‘1, 2, 3차 전산업으로 5G, AI 융합 확산’세부 과제 관련 기술로 제시할 수 있다.
지질환경 분야는 10대 대표과제 분류에서는 디지 털·그린 융복합 과제로 제시된 ‘디지털 트윈’관련 기술 로 제시할 수 있다. ‘디지털 트윈’에 대해서는 지질자 원 기술 분야에서 지질재해와 지질환경 분야와 관련하 여 안전한 국토/시설 관리를 위한 3차원 지도 및 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템 등 디지털 트윈 관련 기술 개발, 광물/에너지자원개발산업 및 CO
2지하처분 공공사업을 고도화하는 IoT/드론 등 디 지털 트윈 기술 개발을 제시할 수 있다. 지질재해·환 경 분야의 경우 다음 절인 디지털·그린 융복합에서 따 로 분석한다.
지질자원 기술 분야 공공연구기관인 한국지질자원연 구원에서 최근 3년 기간에 종료된 정부출연사업을 살 펴본 결과, 디지털매핑에 의한 통합 지질정보 제공기 술 개발(연구기간 2017~2019년), 지질자원 표본 기초 학술연구와 탈추격 R&D 정책개발(지질박물관 과제 포 함, 연구기간 2017~2019년)이 디지털 뉴딜 정책의 10 대 대표과제인 ‘데이터댐’과 관련된다. 또한 현재 수행 하고 있는 정부출연 연구과제로 국토 지질조사 및 지 질도·지질주제도 발간(연구기간 2020~2024년), 지오빅 데이터 오픈플랫폼 개발을 통한 국가지질자원데이터센 터 기반 구축(연구기간 2020~2024년), 지질자원 표 본·기초학술연구와 선도형 R&D 정책/성과확산 연구(
지질박물관 과제 포함, 연구기간 2020~2024년)가 ‘데
이터 댐’과 관련된다. 지오빅데이터 구축 및 지질자원
분야 GeoAI 활용 플랫폼 개발(연구기간 2020~2024년),
국내 대륙붕 3차원 석유시스템 평가 및 셰일가스전
EGR+ 원천기술 개발 경우(연구기간 2020~2024년) ‘데
Fig. 3. Digital Twin (Modified from Qi el al., 2019).
이터 댐’, ‘디지털 트윈’관련 과제이다.
‘1, 2, 3 차 전산업으로 5G, AI 융합 확산’과 관련되 어 한국지질자원연구원에서는 3D 지질모델링 플랫폼 기반 광물자원 예측 및 채광효율 향상기술 개발, 드론 3D 매핑 기반 건설/광산 현장관리 실용화기술 개발, 텐 서 초고출력 스마트 전자기탐사 시스템 개발 및 심부 광물탐사 현장실증, 석유시스템-정적-동적자료 융합을 통한 유가스전 지능형 평가기술 개발을 모두 출연금 사업으로 2017~2019년에 수행하였다. 그리고 국내 대륙 붕 3차원 석유시스템 평가 및 셰일가스전 EGR+원천 기술 개발을 2020~2024년 출연금 사업으로 수행한다.
2.3. 디지털·그린 융복합, 그린 뉴딜 정책 대응 10 대 대표과제 중 ‘국민안전 SOC 디지털화’와 관련 하여, Interagency association(2020)의 한국판 뉴딜 종합계획에서 제시된 내용인 급경사지/지반침하 재해 고위험지역 재난대응을 위한 3D 지도/IoT시스템 등 디 지털 관리/모니터링 기술 개발, 안전/편리한 국민생활 을 위한 지하공간 디지털화 및 스마트 관리 기술 개발, 실시간 재난감지 및 조기경보를 위한 지질재해 디지털 관리/모니터링 기술 개발, 스마트 국토 관리를 위한 지 하수 자원 디지털 관리/모니터링 기술 개발 등은 지질 자원 기술로 대응할 수 있다. 이는 또한 28개 세부과 제 중 ‘4대 분야 핵심 인프라 디지털 관리체계 구축’과 관련된다. 해당 정책과 관련해서 한국지질자원연구원은 출연금 사업으로 기후변화 적응 산사태 조기경보기술 및 지질환경재해 리스크 제어기술 개발, 한국형 지진 조기경보체계 고도화(하이브리드 지진조기경보) 및 기 간 산업시설 활용연구, 지질환경재해 예측 및 리스크 평가를 위한 Geo-CPS 기반 플랫폼 기술 탐색 개발을 2017~2019 년에 수행하였다. 또한 현재 수행하고 있는 과제로 실시간 도시지역 산사태 조기경보기술 및 지질 환경 오염물질 위험관리기술 개발, 동남권 단층지진원 기반 강지진동 예측 및 지역특화 지진조기경보 기술개 발이 2020~2024년 한국지질자원연구원 주요사업으로 수행된다.
10 대 대표과제 중 ‘스마트 그린 산단’과 관련되어 오 염물질 배출 최소화 및 자원/에너지 고생산성의 녹색 공장 실용화/기반 기술 개발, 산업폐기물을 활용한 CO
2광물화 재자원화 기술 개발로 대응할 수 있다. 28 개 세부과제로는 ‘깨끗하고 안전한 물 관리체계 구축’,
‘ 녹색 선도 유망기업 육성 및 저탄소/녹색산단 조성’,
‘R&D/ 금융 등 녹색혁신 기반 조성’에 대해서 지질자원 기술로 대응가능하다.‘깨끗하고 안전한 물 관리체계 구
축’과 관련하여 지질자원 기술인 지하수질/수생태계 모 니터링 및 기후변화 대응 수자원 확보를 위한 ICT 적 용 기술 개발로 대응가능하다. 28개 세부과제 중 ‘녹색 선도 유망기업 육성 및 저탄소/녹색산단 조성’과 관련 하여 자원순환 실용화 기술 개발, 오염물질 배출 최소 화 및 자원/에너지 고생산성의 녹색공장 실용화/기반 기술 개발, 산업폐기물을 활용한 CO
2광물화 재자원화 기술 개발로 대응할 수 있다. 마지막으로 28개 세부과 제 중 ‘R&D/금융 등 녹색혁신 기반 조성’과 관련하여 대규모 CCUS 통합실증/상용화 기반 구축 기술개발, CO
2로 유용물질 생산 기술개발, 희소금속 회수/활용 기 술 개발로 대응할 수 있다. 해당 정책에서는 관련 기 술개발 분야를 제시하고 있어서, 한국지질자원연구원의 관련된 연구사업 또한 명확히 나타낼 수 있다. 최근 3 년 기간에 종료된 한국지질자원연구원 출연금 사업으 로 대규모 CO
2지중저장 후보지 잠재성 평가, CO
2와 농축수 동시처리를 위한 탄소광물화 요소기술개발을 2017~2019 년에 수행하였다. 2020~2024년 출연금 사 업으로는 CO
2지중저장소 저장효율 향상 및 안전성 평가 기술 개발을 실시한다.
10 대 대표과제 중 그린 뉴딜로 마지막으로 제시된 ‘친 환경 미래 모빌리티’관련으로 한국지질자원연구원이 2020~2024 년 출연금 사업으로 수행하는 국내 바나듐 (V) 등 에너지 저장광물 정밀탐사기술 개발 및 부존량 예측, 국내 부존 바나듐(V) 광물자원 선광/제련/활용기 술 개발을 제시할 수 있다. 해당 과제들은 전기차, 수 소차 보급 확대 정책에 따른 이차전지 수요에 대응하 여 바나듐 레독스 흐름전지(Vanadium Redox Flow Battery) 등의 산업 원료를 지원할 수 있다.
3. 디지털 트윈, 환경 모니터링 지질자원 연 구 관련 기술·시장 분석
3.1. 디지털 트윈 기술·시장
한국판 뉴딜 정책의 10대 대표과제로 제시한 ‘디지
털 트윈’은 스마트 마이닝(Smart mining), 디지털 오
일 필드(Digital Oil Field)로 ICT와 융합한 자원개
발·생산기술과 관련이 깊다. 국토 지질·환경 정보 및
자원개발 공공데이터를 생산하는 지질자원 전체 기술
분야와 깊은 연관을 가지는 ‘데이터댐’과 같이 지질자
원 분야의 기여도가 높은 주제이다. Markets and
Markets (2019a) 는 산업별 디지털 트윈 시장으로 항공
우주/국방, 자동차·운송, 가정·상업, 보건의료, 에너
지·공익시설, 석유·가스를 제시하여, 자원산업 또한 중
요 시장으로 제시하였다.
Markets and Markets (2019a) 에 따르면 디지털 트 윈 시장은 2019년 38억 달러에서 2025년 358억 달러로 연평균 45.4%의 성장률이 예상된다. Global Market Insights(2019) 에 따르면, 자율주행차/스마트 장치의 확 산, 인터넷 보급, 3D 시뮬레이션 모델링과 함께 4차 산업혁명(Industry 4.0)의 성장에 따라 사물인터넷 (IoT), 산업 IoT(industrial internet of things, IIoT) 적용이 증가하고 있다. 기업의 자산과 작업환경의 디 지털 복제를 통해 해당 자산 모니터링·분석, 공정 최 적화, 공급망 제어 등 이점이 있어, 디지털 트윈의 적 용은 제조 부문, 소매·소비재 부문에서 빠르게 개발되 고 있으며 스마트 시티, 교통 부문에도 응용되고 있다.
Markets and Markets (2019) 는 자율주행차 발전으로 인해 자동차·운송 부문에서 디지털 트윈이 빠르게 적 용되며 석유가스 정제, 조립·생산 공장, 물류, 풍력 발 전, 병원, 정부 부문에서 시스템 디지털 트윈이 확대될 것으로 보았다.
Markets and Markets (2019a) 는 디지털 트윈에 대 한 기술로 ① 사물인터넷·산업사물인터넷(IoT·IIoT), ② 블록체인, ③ 인공지능·기계학습, ④ 증강현실·가상현 실·혼합현실, ⑤ 빅데이터 분석, ⑥ 5세대 이동통신기 술(5G)로 제시하였다. Markets and Markets (2020) 에서도 디지털 오일 필드 관련으로 ① 인공지능, ② 블록체인, ③ 로봇, ④ 클라우드, ⑤ 데이터취득·관리,
⑥ 분석 시장 등을 제시하고 있다(Fig. 4). Qi el al.
(2019) 에서 디지털 트윈의 대표적인 적용 사례로 석유 가스 분야의 시추 플랫폼을 제시하고 있으며, Tao el al. (2019)에서도 디지털 트윈의 대표적 적용분야로 석 유가스산업을 제시하며 상세 적용 분야로 석유가스 원 격 모니터링 및 제어, 자산 관리, 생산 최적화, 장비 오작동 감지를 제시하고 있다. Accelerate Market
의 광업 자동화 시장, Markets and Markets (2018a, b) 의 디지털 지도 시장 및 디지털 오일 필드 시장보고서를 분석한 Ahn (2019)에 따르면 1) 광산 노동자 안전에 대한 요구 증가, 2) 생산력 향 상을 위한 요구 증가, 3) 운영비용(먼 지역, 혹독한 환 경에 의한 에너지비용 소비) 절감의 이점으로, 광업에 서는 신뢰성 있고 효율적인 개발 및 생산을 위해 드론, 자동화 드릴, 자가 운전 광석 운반선, 로봇 보조 등을 적용하여 광산 자동화를 늘리고 있다. Markets and Markets (2018a) 에서는 천연자원 평가 및 분석, 탐사 계획, 파이프라인 모니터링, 비상 대응을 위해 석유가 스 등 천연자원 분야에서 디지털 지도가 유용하며, 석 유가스 등 천연자원의 디지털 지도 시장이 2024년까지 연간 성장률 17.6%로 산업 중 성장률이 가장 높을 것 으로 보았다.
Markets and Markets (2019a) 분석에 따르면 전세 계 디지털 트윈 시장에서 북미가 가장 큰 점유율을 차 지했으며 아시아·태평양 지역은 2025년까지 가장 높은 성장률을 예상하였다. Markets and Markets (2019)는 북미 디지털 트윈 시장에서 점유율이 가장 높은 이유로 경제 인프라가 강력하고, 풍부한 IoT·IIoT 연구개발, 강력한 디지털 트윈 민간회사가 존재하기 때문으로 보 았다. Global Market Insights(2019) 또한 Oracle, Microsoft, IBM 이 시장을 지배하는 것으로 보았으며 2016 년 General Electric이 66만 개 이상의 디지털 트윈 보유 및 새로운 사업 모델에 3억 달러 이상을 투자하는 등 관련 기업의 연구개발 투자가 매우 높음을 제시했다. Markets and Markets (2019a)가 제시하는 디지털 트윈 시장의 중요 민간회사는 미국계 회사인 General Electric, IBM, Microsoft, Oracle, PTC ( 컴 퓨터 소프트웨어·서비스 회사), Ansys (엔지니어링 시 뮬레이션 회사) 등이며 독일계 회사로는 지멘스 (Siemens, 엔지니어링 회사), SAP (업무용 어플리케이 션 개발 회사), 로베르트 보쉬(Robert Bosch, 자동차/
산업·소비재/건물 엔지니어링 회사) 등이다.
3.2. 환경 모니터링 기술·시장
European Space Agency (ESA) (2020) 에서는 Digital Twin Earth (DTE) 라는 이름으로 도전과제를 제시하였 다. 이는 지구 모니터링 정보를 기반으로 인공지능, 사 물인터넷, 머신러닝, 클라우드 컴퓨터 등의 데이터 분 석 기술과 접목하여 지구의 과거, 현재, 미래의 신뢰성 있는 변화 정보를 얻는 것을 목적으로 한다.
Bakker and Ritts (2018) 는 환경 모니터링과 사물 Fig. 4. Digital Oil Field Market Interconnection (Markets
and Markets, 2020).
인터넷 등 ICT 결합을 Smart Earth으로 제시하며 1997 년-2017년의 전체 학문 분야를 대상으로 3,187개 의 Smart Earth에 대한 학술 논문을 분석하였다.
Bakker and Ritts (2018) 가 제시한 Smart Earth 기술 은 자연보존, 폐기물 감소, 오염 정화, 환경질 지도 제 작, 안보, 재난 관리에 대해 초점을 두고 인공지능, 빅데 이터 분석, 머신 러닝, 3차원 객체 인식 알고리즘, 유전 자 학습 등을 적용한다. Bakker and Ritts (2018)에 의하면, 환경 센서 네트워크(Environmental Sensor Networks, ESNs) 는 센서와 액츄에이터(작동기)가 집 합적으로 설치된 모니터링 네트워크로 지상·수중·공중 센서, 위성 등 모니터링 장치를 통해 환경 데이터를 도출한다. 이는 인간·동물 웨어러블, 생체 텔레메트리 (telemetry) 등 새로운 기술을 포함하여 성장하고 있다.
Joppa (2017) 은 인류와 생태계를 포함하는 지구 인 공지능 플랫폼의 주제로 AI for Earth 제목의 논문을 발표하여, 지구 모니터링·검색과 지도 제작 등에 쓰이 는 응용프로그램 인터페이스(Application Programming Interfaces, APIs) 에 주목하여 인공지능이 적용되는 Earth 프로그램을 분석하였다. 지상·수중·공중 센서로 부터 취득한 원시 자료를 인간과 컴퓨터가 이해가능한 적절한 고분해능의 공간자료로 변환하는 데 인공지능 이 큰 역할을 할 것으로 기대하여, 기후변화·수자원 변 동 등의 지구 환경에 대한 불확실성의 해소에 인공지 능이 기여할 것으로 보았다. 기업들 또한 인류 및 생태 계 관련한 지구 환경의 불확실성에 대해 많은 영향을 받고 있으며, 고해상도 지도는 민간사업 영역에서 큰 영향력을 미칠 수 있다. Joppa (2017)에 따르면 2017 년 Microsoft사는 기후, 농업, 수자원, 생물다양성의 난 제에 대한 해답을 위해 5년 기간의 ‘Microsoft for Earth’ 프로그램에 5천만 달러를 투자하며 지리정보시스 템(GIS) 기관인 Esri 등과 협업하였다.
Markets and Markets (2019b) 가 조사한 환경 모니 터링 시장은 ① 대기오염 모니터링, ② 수질오염 모니 터링(폐수 모니터링, 지표수·지하수 모니터링), ③ 토양 오염 모니터링, ④ 소음 모니터링으로 구분하며, 환경 요소 기준으로는 ① 물리적 오염 물질 탐지(PM2.5, PM10, 기타), ② 화학 물질 탐지(가스 감지, 살충제 탐지, VOC 탐지, 기타), ③ 생물학적 탐지, ④ 온도 탐지, ⑤ 수분 탐지, ⑥ 소음 탐지로 구분하였다.
Markets and Markets (2019b) 는 신흥 국가의 산업 화·도시화로 인한 대기 오염의 급격한 증가, 선진국의 PM2.5, PM10 등 실내외 대기질 모니터링에 대한 시 장 수요 증가로 대기오염 모니터링, 물리적 오염 부문
의 점유율이 가장 높으며 전체 환경 모니터링 시장은 2019 년 186억 달러에서 6.8%의 연간 성장률로 2024 년 254억 달러 규모로 예측하였다.
환경 모니터링 시장의 제품유형으로 Markets and Markets (2019b) 는 ① 환경 모니터링 센서(실내 센서, 실외 센서), ② 실외 환경 모니터링(고정용, 휴대용),
③ 환경 모니터링 소프트웨어, ④ 실내 환경 모니터링 ( 고정용, 휴대용), ⑤ 웨어러블 환경 모니터링으로 구분 하였다. Markets and Markets (2019b)에 따르면 환 경 모니터링 센서는 환경 모니터링 시장에서 가장 높은 비중이며 계속 성장하고 있는 부문이다. 환경 모니터링 시장의 주요 기업으로 Markets and Markets (2019b) 는 애질런트(Agilent Technologies, 미국 측정회사), 다 나허(Danaher Corporation, 미국 생명과학/진단/환경 부문 모회사), 써모피셔사이언티픽 (ThermoFisher Scientific, 미국 바이오회사), 시마즈(Shimadzu Corpora- tion, 일본 정밀기기 제조회사), 퍼킨엘머(PerkinElmer Corporation, 미국 측정회사), 호리바 (Horiba, 일본 정 밀기기 제조회사) 등을 제시하였다. 또한 General Electric ( 미국), 하니웰(Honeywell International Inc, 미국 우주항공/빌딩제어/공장제어 시스템·소프트웨어 회사), 지멘스(Siemens, 독일), 텔레다인 테크놀러지스 (Teledyne Technologies Incorporated, 미국 항공우주/
국방/에너지/환경모니터링 엔지니어링 회사) 등 디지털 트윈 관련 회사도 포함되어 있다.
애질런트(Agilent Technologies)는 환경 부문에서 공기 질 분석, 환경오염물질 노출, 토양·폐기물·퇴적물 분석 ( 금속 오염물질, 나노입자, 미세플라스틱, 휘발성 오염물 질 등 유기물), 수질분석 관련 기기·서비스 등 솔루션을 제공한다. 퍼킨엘머(PerkinElmer Corporation) 또한 환 경 부문에서 공기질 분석, 미세플라스틱 분석, 토양, 수 질분석 관련 기기·서비스 등 연구개발을 수행한다. 다나 허(Danaher Corporation)는 환경 부문으로 ALLTEC/
FOBA, Hach, ChemTreat, Trojan Technologies 등 레 이저, 측정, 산업용수처리, 마케팅 자회사 등을 가진 모 기업이다.
4. 결론 및 시사점
본 연구에서는 지질자원 기술 분야 공공연구기관인
한국지질자원연구원의 최근 3년 종료 및 현재 수행하
고 있는 정부출연사업을 대상으로 디지털 뉴딜과 그린
뉴딜 정책 관련 연구사업을 분석하였다. 그리고 디지
털 트윈과 환경 모니터링 분야에 주목하여 해당 분야
의 기술 및 시장 동향을 조사하였다(Fig. 5).
한국판 뉴딜 정책에서 새롭게 제시한 개념인 ‘데이 터댐’은 공공데이터를 생산하는 지질자원 전체 기술 분 야와 깊은 연관을 가진다. 범국가 데이터 정책 수립과 공공·민간데이터 통합관리·연계·활용 활성화에 대응하 여 한국지질자원연구원에서는 기존에 출연금 사업으로 디지털매핑에 의한 통합 지질정보 제공기술 개발을 대 표적으로 수행하였으며 현재는 국토 지질조사 및 지질 도·지질주제도 발간, 지오빅데이터 오픈플랫폼 개발을 통한 국가지질자원데이터센터 기반 구축 등을 수행하 고 있다. 가상현실(VR) 기술은 현실 세계의 특정 상황, 가상 시나리오를 컴퓨터 모델링을 통해 구축하고 사용 자가 상호작용하게 하는 시스템·기술이며, 증강현실 (AR) 은 실제 환경에 컴퓨터 모델링을 통해 가상의 물 체·텍스트·비디오 등 정보를 제공하는 시스템·기술로 지질자원 기술 분야에서는 실감기술(AR/VR)을 적용한 교육/전시/공공정보 디지털 콘텐츠 개발이 가능하다. 또 한 정부가 세부과제로 제시한 ‘1, 2, 3차 전산업으로 5G, AI 융합 확산’에 대하여 기존에 스마트 마이닝, 디지털 오일 필드 등 ICT와 융합한 지질자원기술을 확대·지원할 필요가 있다. ‘디지털 트윈’과 관련하여 정 부는 도심지 등 주요지역 3D 지도 구축을 제시하고 있다. 클라우드 및 인터넷에 연결되어 연속적 데이터
교환이 가능한 센서와 액츄에이터(작동기)의 사물인터 넷(IoT)의 출현으로 자료 수집·분석 뿐 만 아니라, 현 실 세계의 시뮬레이션·종합시스템, 클론/디지털 대상 (counterpart), 가상-실제의 정보 연결관계로 디지털 트 윈이 부상하고 있다. 현실 세계의 디지털 복제를 통해 모니터링·분석, 최적화·제어에 대한 이점으로 디지털 트윈의 적용 분야는 확대되고 있으며, 지질자원 기술 분야에서는 안전한 국토/시설 관리를 위한 3차원 지도 및 사물인터넷(IoT) 시스템 등 디지털 트윈 관련 기술 개발이 가능하다. 한국지질자원연구원은 관련 사업으로 2017~2019 년 수행된 기후변화 적응 산사태 조기경보 기술 및 지질환경재해 리스크 제어기술 개발을 수행한 바 있다. 그린 뉴딜 정책으로 정부는 자원순환, CCUS, 전기차·수소차 보급 확대 등을 제시하였으며 한국지질 자원연구원은 관련 연구사업을 수행한 바 있다. 또한 현재 국내 에너지 저장광물 확보 관련으로 바나듐 개 발/선광/제련/활용기술 개발을 2020~2024년 출연금 사 업으로 수행한다.
디지털 트윈 관련하여 관련 논문 및 국제 시장분석 기관에서 디지털 트윈의 대표적인 적용 분야로 석유가 스산업을 제시하고 있으며 다른 지질자원 분야에서도 광산자동화, 디지털 지도 측면에서 많은 진전이 일어 나고 있다. 디지털 트윈 분야는 기존에 지질자원 분야
Fig. 5. Digital New Deal & Green New Deal Policy and KIGAM government-supported projects.
에서도 적용하고 있는 데이터 분석, 시뮬레이션, 인공 지능·기계학습, 사물인터넷(IoT)과 깊은 관련이 있어, 관련 ICT 민간 부문의 영향이 크다. 또한 앞서 제시 한 유럽우주국(ESA)의 Digital Twin Earth (DTE) 연 구주제와 같이 환경모니터링을 기반으로 한 디지털 트 윈 어스(Digital Twin Earth) 구축이 가능하다. 국제 시장분석 전문기관에서는 디지털 트윈 시장의 발달의 이유로 풍부한 연구개발, 강력한 민간회사를 제시하고 있다. 민간 기업 또한 지질환경·재해 등 불확실성에 대 해 많은 영향을 받고 있으며 지구환경의 난제에 대한 해답을 구하고 있다. 지질자원 기술 분야 공공연구 부 문에서 수행하고 있는 지질자원 공공데이터 구축·분 석·활용 및 공유 뿐 만 아니라, 지상·지하·해저·공중 센서 등 지질자원 분야의 수요에 기초한 사물인터넷 (IoT), 정밀측정, 컴퓨팅·통신 소프트웨어/시스템 관련 민간 회사와의 협업이 중요하다.
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이 논문은 한국지질자원연구원 주요연구사업 ‘지질 자원 표본·기초학술연구와 선도형 R&D 정책/성과확산 연구(GP2020-020)’에 의해 지원되었습니다.
References
