1. 서론
2011년 본(Bonn)에서 개최된 넥서스 회의(Nexus Conference)를 계기로 물-에너지-식량 넥서스 (WEF Nexus)가 공식적으로 국제 의제화된 이후(그 림 1), 지난 몇 년간 FAO(Food and Agriculture Organization, 유엔식량농업기구)는 지속가능한 농 업활동(그림 2), World Bank(세계은행)는 지속가 능한 개발투자(그림 3), OECD(Organization for Economic Co-operation and Development, 경제 협력개발기구)의 지속가능한 경제지원의 목적 하에 후진국, 개발도상국들을 대상으로 WEF 넥서스 기 반 현지 맞춤형 문제 해결방안을 가지고 실행에 옮 기는 사업들을 진행하여 왔다.
한편, 해당 지역의 WEF 넥서스 기반 문제해결을 위한 다양한 기술적 평가툴(Evaluation Tool)들이 개발되어 왔으며(Welsch et al., 2014)(그림 4), 특
(Water-Energy-Food Nexus)
‘사회인프라 리모델링 그리고
국가 신성장동력으로서의 물산업 창출 기회’
김 성 준
건국대학교 사회환경플랜트공학과 교수 [email protected]
정 충 길
건국대학교 사회환경플랜트공학과 박사수료 [email protected]
이 지 완
건국대학교 사회환경플랜트공학과 박사과정 [email protected]
그림 1. 물, 에너지, 식량 확보 넥서스, Bonn 제안 (Hoff, 2011)
히 넥서스의 적정한 평가를 위해서는 제반 입력자료 들이 필요한데, 이들 데이터의 준비(물리적 모델기 반, 빅데이터 기반)는 넥서스를 위한 소프트 인프라 로서 매우 중요한 분야이다(Data Technology).
그림 5를 보면, WEF 넥서스 평가를 위한 자료로 서, 지표수 및 지하수, 사회인프라, 용수공급원 및 회귀수, 용수이용 및 배분, 하수 및 폐수, 재이용율, 물값(관세, 세금, 보조금), 국내총생산, 물재정 및 생산비용 등이 필요하다.
특히, 최근에는 기후변화에 적절하게 대응하기
위한 효과적 방안으로서 WEF 넥서스가 더욱 강조 되고 있다(World Economic Forum, 2014, 2015, 2016). WEF NEXUS 시대를 위한 견고한 국가적 실현방법으로서, 정부는 각 영역별 물리적, 경제적 통계자료의 구축(준 실시간급) 및 영역간의 공유(공 유표준화를 통한 Scale 일치)체계를 구축하여야 하 며, 국민들은 개개인의 사회경제적 일상 활동에 있 어 각 영역별 공유가치의 인식 제고를 위한 다양한 지식컨텐츠 개발이 필요하며, 지자체들은 지역간 갈 등해소를 위한 상호 WIN-WIN 정책의 개발 및 사 그림 2. 식량 확보를 위한 요소들 (접근성, 안정성, 이용성, 가용성) (FAO, 2014)
그림 3. 에너지-물 넥서스에서 기후변화의 영향(물수급, 에너지수급) (World Bank, 2016)
그림 4. WEF Nexus Tool 2.0 Key Concepts (Nano Technologies LTD, 2013)
그림 5. CLEWS에 의한 NEXUS 평가를 위한 아프리카 데이터들의 가용성
전적 예측기반의 실행이 필요하다.
본 고에서는, 현재 선진국 수준인 우리나라가 준 비해야 할 WEF 넥서스의 시대적 요구방향과 실행 내용들을 정리해 보고, 이들을 어떻게 진행하여야 할지를 고찰해보고자 한다.
2. 물-에너지-식량 넥서스(WEF Nexus) 와 사회인프라
우리나라는 사회인프라(Infrastructure)를 사회 간접자본(SOC, Social Overhead Capital)이란 용 어로써, 국가나 사회, 개인의 생활편의를 지원하는
‘공공재’로 정의하며, 댐, 상하수도, 도로, 철도, 항 만, 전력/가스시설, 폐기물 처리시설 등 국가자산으 로서의 공공시설에 초점을 맞추어, 민간투자사업, 고정설비 투자사업으로 인식하고 있다. 이는 우리나 라가 1962년 Ground Zero에서 단기간의 압축성장 과정에서 이뤄진 측면이 크다.
한편, 미국, 유럽 등 선진국에서는 사회인프라를 국가나 도시, 지역을 지원하는 시설이나 ‘서비스’로 정의하여, 국민생활의 편의성, 사회경제활동 등을 가능하게 만드는 역할로서, 미국은 교통, 전력/에너 지, 수자원, 폐기물 등 4개의 망(Grid)으로 분류하 고 있으며, 영국은 상기 4가지에 통신을 더하여 국 가의 중추(Backbone)로서의 기능을 하고 있다. 즉, 우리나라는 시설 위주의 정적(Static)인 개념에 기 반한 시설물 관리위주이며, 선진국에서는 개별시설 이 아닌 네트워크로 연결된 동적(Dynamic)인 집합 체로서 각 자원들의 경제적 흐름을 기반으로 인식한 다는 것이다. 이에, 이들은 4차 산업혁명의 핵심이 되는 연계(Nexus, Link)가 자연스럽게 실현되는 기 반을 가지고 빅데이터나 인공지능 등을 적용하는 기 술적 생태계를 구축하고 있다.
이에 반하여, 우리나라는 IT기반의 네트워크가 잘 구축되어 있음에도 불구하고, 각 사회인프라 분야는 서비스 개념의 부족 내지는 정부 부처간의 이기주의
로 상호 연계(예, 수자원-수도간의 단절) 및 공유정 신이 부족한 게 사실이다. 이러한 이유로 지난 25년 간 구축한 부처별 정보시스템들의 자료들은 각 영역 내에 갇혀 있는 실정이다. 따라서, Nexus를 통한 영 역내 그리고 영역간의 자료연계를 통하여 국가로부 터 개인에게까지 모든 정보가 흐르게 만들면, 이들 이 지식이 되고 지혜로 발전하여, 궁극적으로는 신 가치가 창출되게 됨을 확신한다.
3. WEF Nexus, 왜 해야 하는가?
3.1 미래 사회에 대한 준비 필요
우리나라는 현재 1인 가구의 증가, 외국인 노동 자의 증가, 출산율의 감소로 향후 급격한 사회구조 의 변화시대로 진입에 따른 생산가능인구의 감소로 경제구조 또한 크게 재편될 것이 틀림없다. 2016년 현재, 1인 가구는 20~30대가 37.5%, 60~70대가 31.8%로서, 세계에서 가장 빠른 수준으로 증가하고 있으며, 2035년에는 전체적으로 34.3%(4인 가구는 9.8%)에 달할 것으로 통계청이 예측하고 있다. 외 국인 노동자들은 도시는 물론 농촌에서도 일손 때문 에 증가일로에 있는 실정이며, 출산율은 1.25명으로 224개국 중에서 220위라고 한다. 2,100년에 이르 면, 우리나라 인구는 2,000만명으로 예측되어, 현 재 인구가 반토막 이하로 하락하게 된다. 이에 따라, 생산가능인구는 2016년 3,763만명(고용률: 65.9%) 을 정점으로 지속적으로 하락하는 것이 현실이다.
이러한 사회구조의 미래 변화는 물사용량의 변 화(현재 1인 가구의 물사용량은 4인 가구 대비 10~15% 증가상황, 환경부 조사), 주거형태 및 생 활용품의 소형화로 인한 에너지 사용의 변화(1인 가 구; 단독주택 46.9%, 아파트 17%), 식음료 소비형 태의 변화(1인 가구 소비비율; 여행 41.6%, 외식 39.2%), 생산가능인구들의 재택근무, 산업구조의 재편에 따른 공장 및 빌딩기능, 주변환경의 변화로
이어져, 물, 에너지, 식량에 대한 국가적 평가 및 리 모델링이 필연적이라 할 수 있다.
3.2 4차 산업혁명으로의 흐름
우리나라는 20세기 약 50년 동안은 정치, 경제, 사회, 문화의 순으로 비중을 두면서 국가의 재건과 발전에 중점을 두고, 1960년대는 새마을운동, 1970 년대는 중동 해외건설사업 진출 등으로, 국민적 사 회운동(Bottom Up), 기업 경제활동을 도모하면서
‘잘 살아보세’의 협동정신을 발휘하였었다. 21세기에 들어서는 문화, 사회, 경제, 정치 순으로 그 비중이 옮겨지는 듯하다. K-POP 한류문화(Bottom Up), IT기반의 기업경제로 ‘제대로 살아보세’의 공유정신 이 중요한 시대가 되었으며, 이들이 우리나라의 위 상을 높이고 있다.
새마을운동과 한류문화는 각각 개발도상국과 선 진국의 표준모델이 되고 있는데, 이들은 모두 선 순환 그리고 생산적 기능을 하고 있는데, 핵심은 Bottom Up Movement라는 공통점을 가지고 있다.
이제 앞으로는 전 세계적으로 4차 산업혁명의 흐 름 속에서, 사회적, 문화적 융합에 의한 공유경제의 정착, E-learning, 빅데이터(Big Data)에 의한 공 유지식의 확산에 의한 국가 및 사회의 ‘시스템적 치 유(System Cure)’가 관건이 될 수 밖에 없다. 머지 않은 미래사회는 지금보다 더욱 사이버 네트워크 가 활성화되고, 일상생활에서의 인공지능(Artificial Intelligence) 실현에 의한 사회경제적 충격이 현실 화되고 있는 상황에서, ‘더불어 살아보세’의 이해배
려정신(Bottom Up이 되어야)이 중요한 시대가 도 래할 것으로 판단된다. 이를 위해서는 더욱 Zero Base에서 기본과 원칙을 중시하는 국민적 인식하 에, 4차 산업의 핵심기반인 ‘인터페이스’, 즉 연계 (Nexus; 영역간, Link; 영역내)를 통한 모든 분야의 막힘없는 자료/정보의 유통, 생산적 지식의 창출을 위한 기반구축이 요구된다. 특히, 물-식량-에너지 넥서스는 각 영역의 위기(crisis), 안보(security), 산업(industry), 효율(efficiency)을 해결할 수 있는 최적의 방법일 수 있다.
3.3 기후변화 그리고 국가안보에 대한 대비
2000년 이전과 이후로만 비교해 봐도 기후변화로 겨울에는 더욱 혹한이 오고, 여름에는 더욱 폭염(열 대야, 현재 8.2일, 2100년 72일)이 기승을 부려서, 난방과 냉방의 에너지 폭이 증가하고 있으며, 이제 는 2~3년 주기의 극심한 가뭄으로 용수공급의 차질 과 더불어 농산물 가격에 영향을 주고, 또한 지역적 으로 매년 기록갱신의 폭우와 태풍(강도는 중심기압 이 평년(’71~’00년) 대비 최근 10년간 4.2hPa 감소 하면서 증가)으로 인한 풍수해 피해규모는 더욱 커 지고 있는 상황이다(그림 6). 현재, 우리나라의 물, 에너지, 식량의 안보지수는 그림 7과 같은데, 각 분 야별 국가순위를 끌어올리는 데 있어 한계를 보여 왔으며, 앞으로도 신기후 체제에서의 국가 경제활 동, 세계경제의 흐름을 감안하면, 이들 순위는 각 영 역별 자체 노력만으로는 개선될 여지가 많지 않을 듯하다. 이에, WEF 넥서스 체제구축은 더욱 중요한
그림 6. 한강권역 2000년이전 15년과 이후 15년간의 계절 기온변화와 유출량변화
과제이며, 이를 통한 국가순위의 향상이 기대된다.
3.4 미래 신성장을 위한 WEF 넥서스 사회기반 정비
우리나라는 현재 물, 에너지, 식량의 각 분야별로 미래 산업 창출을 위한 방향과 모델을 지시 및 선정 하여, 국토교통부, 산업통상자원부, 농림축산식품부 가 각각 자기들만의 영역 지원 및 확장을 위하여 노 력을 기울이고 있다(그림 8). 내용을 들여다 보면, 물분야는 물-에너지 연계(분산형 전원확대), 에너 지분야는 에너지-물-식량 연계(발전소 온배수열), 식량분야는 식량-물-에너지 연계(식량공장) 등 상 호간의 넥서스 기술들이 일부 보인다. 그러나, 분야 별로 더 자세히 들어갈수록 물-식량-에너지간의 연계가 필요한 내용들이 많으며, 넥서스를 통한 기 술적 효율 개선, 미래산업으로서의 부가가치가 높아
지는 모델로 발전시킬 수 있을 것으로 판단된다.
4. WEF Nexus, 무엇을 어떻게 해야 하는가?
4.1 WEF Nexus는 정보화에서 지식화로의 전환 기술
우리는 지난 약 25년간 정보화의 시대를 거치면 서, 물, 에너지, 식량 분야별로 다양한 정보시스템 들을 개발하여 왔고, 일부는 Intranet(경영목적), 일 부는 Internet 웹(대국민서비스 목적)으로 운영되 고 있다. 어떤 정보시스템은 기준이 되어 타 정보시 스템들을 통합(Integration)해서 관리하기도 한다.
Nexus는 그림 9와 같이, 각 분야별로 자연환경으로 시작하여 생산-가공-유통-소비-복지로 서비스되 는 과정의 연결흐름(flux)을 파악하고, 분야간의 물 그림 7. 우리나라 물, 에너지, 식량 안보지수 세계 순위
리적, 화학적 관계를 최적으로 연계(interface)시키 면 새로운 지식컨텐츠들이 생성되므로 이러한 기반 하에 지속가능한 인프라 서비스 및 미래 신산업이 창출될 수 있다는 데 착안하여야 한다.
따라서, 우선적으로는 현재의 국가계획(수자원장 기종합계획, 국가에너지기본계획, 식량수급계획, 국가물류기본계획 등), 각종 공인통계자료, 공개된 정보시스템들을 대상으로, 분야내 그리고 분야간 Nexus가 가능한 자료들을 연계시켜 현재 시스템내
에 갇혀져 있는 정보들을 흘러가게 만든 후, 장기적 으로는 실시간(또는 준실시간) Nexus체제를 구축할 필요가 있다.
4.2 WEF Nexus의 가치
WEF Nexus는 자연환경(또는 국가)으로부터 개 인(또는 역방향)에게까지 연결된 신지식의 무한한 창출을 도모할 수 있기에, 분야별/분야간 ‘효율/위
그림 9. 물-식량-에너지 넥서스의 이해 구조도 그림 8. 물, 에너지, 식량분야 미래산업 방향
기/안보/산업’의 빅데이터기반 자가향상 또는 인공 지능기반 자기진화가 가능할 것으로 추정된다. 이 것이 가능한 근거는 개인복지로부터 소비-유통-가 공-국가 흐름으로의 국민중심 Bottom up 연계이기 에, 그리고 4차 산업혁명의 흐름이 요청하는 시스템 치유의 방향이기 때문이다.
WEF 넥서스의 흐름체제가 구축이 되면, 우리나 라의 현 사회인프라 체제의 분석, 평가가 가능할 것 으로 판단되며, 이를 기초로 한 신 사회인프라 (교 통, 물, 에너지, 폐기물, 통신- 국민경제 중심, 국민 복지 중심)로의 최적 리모델링(Remodeling)을 위한 효율적 전략수립이 가능할 것으로 기대된다.
따라서, WEF Nexus 표준체제 구축은 앞으로 4차 산업혁명시대를 리드하는 국가의 핵심기술 중의 하나 임이 틀림없으며, 향후 정부 4.0 및 지자체 2.0 시대 를 열 것으로 확신하며, 나아가 세계의 표준으로 발전 시켜 우리나라가 Nexus 분야를 주도하기를 바란다.
4.3 WEF Nexus의 구축 기조와 구현 요소 WEF 넥서스를 통한 현 사회인프라의 구조적, 비 효율적 시스템 문제들을 치유한다는 의미와 내용은 사회생활 속에서의 내 에너지, 사회공동체 속에서 의 내 물, 일상생활 속에서의 내 음식에 대한 경제
적, 문화적 혜택이 돌아갈 수 있도록 한다는 것이다.
이를 위해서 국가는 분야별 합리적, 분야간 융합적 Nexus기반의 정책수립과 더불어 기업체들은 WEF 의 사회적, 환경적, 경제적 공유가치(Shared value) 를 실행하고 전파하는데 협력하여야 한다.
WEF 넥서스를 실현하기 위해서는 물-에너지-식 량분야의 자연환경(국가)으로부터 개인에 도달하기 까지의 흐름수지(flow budget)에 대한 지식 DB가 구축-축적-활용되어야 한다.
예를 들어, 그림 10과 같이 물분야 내에서는 유역 의 강수량에서부터 생산-가공-유통과정을 거쳐 개 인이 사용하는 물까지의 흐름정보 링크(인터페이스) 가 필요하다. 각 분야별 흐름지식 DB가 구축된 후에 는 그림 11과 같이, 기후변화를 고려한 물/식량/에 너지의 생산단계, 가공단계, 유통단계, 소비단계를 거치면서 각 단계간 넥서스가 구현되어야 한다.
5. 결론 및 제언
WEF Nexus가 국제적 이슈가 된 이후로, 세계기 구들의 활발한 움직임 그리고 우리나라의 현재 보유 정보와 각 분야별 역량을 진단하여 보고, 4차 산업
그림 10. 물분야내 넥서스(유역부터 개인까지)의 이해 구조도
혁명시대로의 WEF 넥서스의 의미와 가치, 구축 필 요성과 방향성을 피력하여 보았다.
우리(국가)는 그동안 특정 과학프로젝트에 대한 투자를 고려할 때, 과연 그 프로젝트가 ‘우리에게 생 산량과 수익을 늘려줄 것인가?’ ‘경제성장을 만들어 낼 수 있을 것인가?’에 대한 질문에 대한 견고한 답 을 원한다. 즉, 지속가능한 경제성장에는 에너지와 원자재가 필요한데, 그 동안 지구자원은 유한하기에 과학의 발전(원자력, 신/재생에너지 생산기술 등)이 충당해 줄 수 있을 것으로 믿어왔기에 투자를 하게 된다.
WEF넥서스는 다음과 같은 질문을 던질 수 있다.
‘신기술 개발이 우선인가?’ 아니면 ‘기존 시스템의 개선이 더 나을 수 있는가?’ 사실 두 분야를 다 노력 해야만 우리는 미래의 위협적인 기후변화에 대한 적 응과 완화에 사전대비가 가능할 것으로 생각된다.
1, 2차 산업혁명의 핵심은 에너지전환 혁명, 생산 자 입장에서의 혁명이었다. 3차 산업혁명부터는 소 비자 입장에서의 혁명으로 전환되었으며, 소위 4차 산업혁명은 진정한 소비자 삶의 질, 근로자 복지를 위한 시스템치유 혁명, 빅데이터, 인공지능 기반의 지식 핵분열 시대가 도래할 것으로 예견된다. 따라 서, WEF 넥서스 기반구축 및 제반기술들의 개발이 중요해지는 이유가 여기에 있다.
그림 11. 물-식량-에너지간의 넥서스 (자연환경부터 개인까지, 가상수 포함)의 이해 구조도
그림 12. WEF 넥서스의 WIN-WIN 전략 이해도
참고문헌
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Hoff, H. (2011). Understanding the Nexus. ”Background Paper for the Bonn2011 Conference: The Water, Energy and Food Security Nexus”. Stockholm Environment Institute: Stockholm.
Karlberg, L., Hoff, H., Amsalu, T., Andersson, K., Binnington, T., Flores-Lopez, F.; de Bruin, A., Gebrehiwot, S.G., Gedif, B., zur Heide, F., Johnson, O., Osbeck, M. and Young, C. (2015). Tackling complexity: Understanding the food-energy- environment nexus in Ethiopia’s Lake Tana Sub-basin Water Alternatives, Vol. 8, No.. 1, pp. 710-734.
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Discussion Paper. Bangkok: UN-ESCAP.
Welsch M., Hermann, S., Howells, M., Rogner, H., Young, C., Ramma, I., Bazilian, M., Fischer, G., Alfstad, T., Gielen, D., Le Blanc, D., Rohrl, A., Steduto, P. and Muller, A. (2014). Adding value with CLEWS - Modelling the energy system and its interdependencies for Mauritius. Applied Energy, Vol. 113, pp. 1434-1445.
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World Bank (2016). Southern Africa Energy-Water Nexus; Background Paper to Support Dialogue in the Region, Report No. ACS19718. 1818 H Street NW, Washington, DC 20433, USA.
World Economic Forum (2011). Water Security: Water-Food-Energy-Climate Nexus. The World Economic Forum Water Initiative. Edited by Dominic Waughray.
Washington D.C., USA: Island Press.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비지원(17AWMP-B079625-04)에 의해 수행되었습니다.
