정부, 27개 녹색기술 개발 중점 육성
기후변화 예측·신재생에너지원·고효율화·사후처리 기술 등
해수담수화·해양심층수 등 신개념 수자원 확보기술 개발 활발

 

 

 

녹색기술은 저탄소와 녹색산업화에 기여하여 환경보호와 경제성장이 선순환되는 녹색성장의 전략적 구심점이다. 이에 따라 녹색기술이 지속가능한 경제발전의 주요 성장동력원으로 급부상하고 있다.

특히 탄소배출권 거래, 신재생에너지, 친환경 소재, 물 재이용, 대체수자원 기술 등 녹색시장 규모가 급속히 성장하여 오는 2020년에는 3천조 원이 형성될 것으로 전망되고 있다.

이에 따라 우리나라에서도 △예측기술(기후변화 및 영향평가) △에너지원 기술(재생에너지, 원자력·핵융합, 수소·연료전지) △고효율화 기술 △사후처리 기술(수질환경, 환경복원, 폐기물) 분야에서 27개 녹색기술을 중점적으로 연구·개발하고 있다.
정부가 중점 육성하고 있는 녹색기술 가운데 △기후변화 예측·모델링 기술 △생태공간 조성·도시재생기술 △수계 수질평갇관리기술 △대체 수자원 확보기술 등을 소개한다.

기후변화 예측·모델링 기술

고기후·환경변화 규명·추적 가능

기후변화 예측·모델링은 대기, 해양, 해빙, 지표, 생태계에 걸쳐 기후변화유발 환경 인자의 관측을 통해 정확성 높은 지구시스템 장기예측모델링으로 고기후·환경변화 규명·추적 및 기후변화 예측을 목표로 하는 기술이다.

최근 기후변화에 대한 대내외적 관심이 고조됨은 물론, 국가적 대응의 필요성이 급증하고 있다. 전세계 평균기온이 지난 100년간(1906∼2005) 섭씨 0.74도 상승했고, 지구 평균 해수면은 1961∼2003년 간 매년 1.8㎜씩 높아졌으며, 북극 빙하면적은 1978년 이후 10년마다 2.7%씩 감소하고 있다.

기후변화로 인한 해수면 상승, 쓰나미, 집중폭우, 가뭄 등 자연재해의 강도와 빈도가 증가함에 따라, 피해를 최소화하기 위하여 탄소순환 감시·분석·예측과 고기후·환경변화 규명·추적을 통한 기후변화 예측 모델링 개발이 시급한 시점이다.

이 기술은 기후변화 메커니즘의 정확한 이해를 위하여 미래 기후예측뿐만 아니라 과거 기후변화를 재현하고 고기후 관측 자료와 비교·분석하는 기술로, 장기예측(1개월∼수년), 초장기 예측(수년∼수십년), 기후변화예측(100년 이상)으로 구분한다.

전 지구 기후시스템의 예측을 위한 전구기후모델(GCM, Global Climate Model)이나 지역 규모의 기후 예측을 위한 지역기후모델(RCM, Regional Climate Model) 결과뿐만 아니라 변동성에 대한 통계적 방법까지 포함한다.

선진국에서는 자체 개발한 모델을 이용하여 유엔의 정부간 기후변화위원회(IPCC)에서 제안한 온실가스 배출 시나리오에 따른 기후변화를 예측(미국의 CCSM과 GFDL, 영국의 UKMO, 독일의 ECHAM, 일본의 MIROC 등)하고 있다.

국내의 경우, 대기·해양 결합시스템에서 상당한 진전을 이루어 왔으며, 자체개발한 지구 시스템모델 이용 기후예측을 수행하고 있으나, 대부분 선진국의 모델을 기반으로 개발된 것으로 국제적 인정을 받지 못하고 있는 실정이다. 과거 기후변화에 대한 정밀한 연구결과 도출이 미진하여 2007년 제4차 IPCC 보고서에 한반도 주변 고기후 환경변화 연구내용이 반영되지 못했다.

지역기후모형은 지역적 특성의 고려가 요구되므로, 한반도의 지역 기후예측에 최적화된 모델의 독자적 개발이 시급하며, 기후 온난화에 대비하면서 산업체의 지속적인 성장을 지원하기 위한 온실가스 처리, 저감 및 추적연구가 필요하다.

▲ 부문별·지역별 기후변화 영향 및 취약성을 평가하고 기후변화에 대응할 수 있는 기술 확보가 필요하다.

세계 녹색시장 점유확대 기여 기대

국내 기술력 향상을 위해 선결되어야 할 문제는 우선적으로 연구 인력의 양성 및 확보와 연구개발의 조직화, 개발·검증·관리·활용의 체계화된 연구 인프라의 기반조성을 위한 국가차원의 일관된 정책이 필요하다. 또한, 장기적 기후변화예측의 신뢰성 향상을 위해 전문가들이 모여 연구결과를 정례적으로 발표하는 연구 포럼 지원 및 산·학·연 협의체가 운영돼야 한다.

모델개발에 있어 각 단위기후과정에 대한 성분모델의 개발은 학계 및 연구소 전문가의 연계 및 국제협력을 통해 수행하며, 통합 모델링 및 개발된 지구 시스템 모델의 운영, 관리 등은 국가연구기관에서 수행해야 한다.

아울러 모델의 원활한 운영, 수행을 위한 국제적 수준의 컴퓨팅 시스템 도입하는 한편, 전지구적 기후변화 관련 국제공동프로그램의 지속적 참여를 통해 관련 선진기술을 도입하고, 독자적으로 개발된 모델을 사용하여 5차 IPCC 보고서에 참여하는 것이 바람직하다.

기후변화예측 및 영향평가 분야의 시장규모는 2019년 162억 달러에 달할 것으로 전망되며, 탄소배출권 시장의 거래규모는 2005년 109억 달러에서 2007년 640억 달러로 급격히 증가하고 있다. 기후변화 예측 및 모델링 개발 기술은 독자적인 기후변화 시나리오를 산출, 기후변화로 인한 영향 평가 및 취약성 평가, 온실 가스 감축과 관련한 연구 및 정책 수립에 활용된다.

뿐만 아니라 저탄소 녹색성장 국가비전 실현을 위한 기후변화 예측·감시 기술수준 향상으로 중장기 국제사회 기후변화 저감에 기여하며, 온실가스 배출저감을 통한 우리나라 산업체의 국제 경쟁력 확보와 세계 녹색시장 점유 확대에 기여할 것으로 기대된다.

기후변화 영향평가. 적응기술

기후변화 감시·대응시스템 구축

이 기술은 기후변화가 사회기반 시설 및 국토에 미치는 영향을 평가하고 여기에 대비하는 감시·대응시스템을 구축하는 기술로 기후변화 시나리오에 따른 영향 및 취약성 평가와 이에 대응하기 위한 적응 및 완화 기술을 포함한다.

유엔의 정부간 기후변화위원회(IPCC)에서는 1990년 1차 보고서, 2007년 4차 보고서까지 전 세계 분야별 영향평가와 취약성 전망을 보고하고 있으나, 국갇지역별로 상세 평가가 추진되어야 할 필요성을 동시에 언급하고 있다.

기후시스템의 관성으로 인하여 미래 영향의 일부는 피할 수 없으며, 극한기후변화는 해수면 상승과 함께 부정적 영향을 미칠 가능성이 있다. 해수의 열팽창에 의한 해수면 상승은 2100년 이후에도 지속돼 온난화가 섭씨 1.5∼2.5도 이상이 되면, 약 20∼30% 생물종의 멸종위기가 증가할 가능성이 높다.

미국, 유럽, 일본 등 선진국은 10여 년 전 이미 백서를 발간하여 기후변화에 대한 자국에서의 영향평가를 실시하고 있으며, 정기적으로 업데이트를 하고 있다.

기후변화 대응은 온실가스 배출저감을 통한 기후변화 완화만으로는 불충분하며, 기후변화 적응기술이 동반되어야 한다. 미국은 대통령 직속 연방재난관리청(FEMA, Federal Emergency Management Agency) 중심으로 연방재난대응계획 등 범국가적 기후변화 대응체계를 구축하고 있다.

 

기후변화 대응 기술 확보 필요
기후변화 영향평가 및 적응기술은 우리나라 현실에 맞는 국내 독자기술 확보가 필요하며, 민간이 추진하기 어려운 분야이므로 기후변화 요인에 따른 재해 예측 및 영향평가를 실시하고, 위험 유형 및 강도에 따라 정량적인 평가 기술 확보를 우선적으로 추진해야 한다.

영향 및 취약성 평가는 불확실성이 매우 크므로 국제적 연구에 따른 상시 업데이트가 필요하며, 저탄소 대책으로 인해 지구온난화가 완화될 가능성이 있으므로 이를 고려하여 적응대책을 수립해야 한다. 또 맞춤형 시나리오 산출기법을 개발하여 부문별·지역별 기후변화 영향 및 취약성을 평가하고 기후변화에 대응할 수 있는 기술 확보가 필요하다.

이러한 선진 방재시스템을 통해 과학형 국토방재구조로 재편하고, 자율형 방재행정 시스템을 구축하여 국민의 삶의 질을 높일 수 있다. 또한 부문별·지역별 특성에 맞는 기후변화 시나리오 개발과 이를 활용한 자연재해, 산림, 농업, 수생태계, 산림재해, 보건 등에 대한 통합적 영향평가와 적응전략을 수립하면 능동적 기후변화 국가안보관리 구축이 가능하다.

▲ ‘생태공간 조성 및 도시재생기술’을 개발하여 활용하면 탄소 배출량 감소 및 쾌적한 도시환경과 환경적 지속성 확보를 할 수 있다. 덕풍천 생태하천복원사업 조감도.

생태공간 조성·도시재생기술

인간·자연 공생 공간 조성 복합기술
‘생태공간 조성 및 도시재생기술’은 훼손된 자연 및 도시환경 재생·복원, 효율적인 물순환, 도시생태 환경의 건전성 개선 등 환경부하의 감축과 에너지 관리를 포함하여 인간과 자연이 공생하는 새로운 개념의 공간 조성 복합기술이다.

최근에는 생태도시 내 환경부하를 최소화하고, 자연지반 녹지와 녹화공간을 최대로 확보하여 생물서식환경을 제공하는 동시에 자연 순환기능(생태적 기능)을 유지하는 생태공간 조성이 필요시 되고 있다.

영국, 일본 등 선진국에서는 도시재생을 도시경쟁력 및 도시환경의 질적 제고를 위한 주요 추진 동력으로 인식, 국가차원에서 전략 및 추진체제 등을 마련해 중장기적으로 추진하면서 경제·사회·문화·환경적 활성화를 유도하고 있다.

선진국을 중심으로 친환경 도시 조성이 추진되고 있으며, 국내에서도 각 지자체마다 도시차원에서 신재생에너지를 적용하는 시·도가 나타나고 있다. 그 예로 △Sun city(전남 남악신도시) △Solar city(평택) △저탄소 선도도시(대구) 등을 들 수 있다.

도시 내 쇠퇴지역 재생사업을 효율적으로 추진할 수 있는 구조물 성능복원기술 시장규모는 점점 늘어나고 있으며, 미국·일본 등 선진국의 경우 관련기술이 실용화 단계이나 국내는 체계적인 제도 및 기술개발이 미흡한 수준이다.

유럽은 10∼20년 전 도시용수의 합리적 공급을 위한 체계적 관리시스템을 도입, 영국 WRc, 프랑스 OTV·비벤디, 독일 Isar River나 Potsdamer Platz 등 도시용수 및 물순환 관련 기술을 개발·적용하여 도시생태환경을 향상시켜 왔다.

유역 물순환 관리시스템 구축으로 안전하고 쾌적하며 친환경적 생태도시에 대한 국민의 양적·질적 생활환경 개선 요구가 증대됨에 따라, 최근 국내에 조성되는 중소규모 신도시 규모가 100조원 이상이며, 이중 약 15% 정도 공사규모만을 예상하더라도 생태도시 조성을 위한 건설시장 규모는 약 15조 원 이상이 될 것으로 추정된다.

 

저탄소로 쾌적한 도시환경 조성

생태공간 조성기술에는 생태현황 조사 및 환경계획 기술, 생태계 보전·복원 및 조성기술, 화석에너지 제로형 자원순환형 그린 농업단지 조성기술, 녹색경관 산업화 기술 등이 있다.

또 도시재생 기술에는 통합형 물 재이용 시스템, 음식폐기물 이송시스템 및 생활계 유기성 폐기물 에너지화 시스템, 도시 미기후 관리시스템, 도시 에너지원으로 신재생에너지 복합화 기술 등이 포함된다.

또한, 물순환 제어 기술은 유역 물순환 모니터링 기술, 광역 중수도 이용기술, 도시용수 인프라 설비 구축 및 유지관리 기술, 도시용수의 적정 관리기술 세부 추진전략이 있다.

최근 조성하는 혁신도시, 행정중심복합도시 등 신도시 사업을 중심으로 그린시티 기술을 우선 적용하는 등 정부 주도 아래 관련 법률 및 조례, 지침 등의 개정을 통해 민간 주도의 건설사업에 기술 적용을 의무화하고 있으며, 청정에너지 활용, 에너지 절감 기술 등 자원순환형 그린 농업단지가 조성되고 있다.

이와 함께 물순환 제어·활용기술을 각 개발 기술별로 ‘테스트 베드(Test Bed)’에 적용하여 성능 개선 및 조기 상용화를 도모하는 한편, 범정부적인 정책지원을 통해 지자체에 기술 도입·적용을 유도하고 있다.

생태공간 조성 및 도시재생기술은 환경적 측면에서 그린마을 조성을 통한 CO₂절감, 농촌관광 등 어메니티 산업 창출을 통한 농촌경제 활성화, 안정적 정주지원으로 농촌인구 20% 유지 등의 파급효과를 가져올 것으로 보여지며, 유비쿼터스 기술과 친환경 기술을 융합한 미래 첨단도시는 도시관리와 주민편의 등의 측면에서 총 편익이 모두 14조 원(2008년 기준)으로 전망되고 있다.

또, 2015년까지 하수 재이용 시장 규모는 연간 1천억 원 규모 이상으로 예상되며, 물순환 관리 시스템의 도입과 관련되어 500억 원 이상의 신규시장이 창출될 전망이다. 이에 이 기술을 개발하여 활용할 경우 △도시 내 생태적 건강성과 어메니티 제고 △미기후 개선 △자연접촉기회 증진 및 도시열섬 해소 등을 통해 탄소 배출량 감소 및 쾌적한 도시환경과 환경적 지속성 확보를 할 수 있다.

 

수계 수질평가. 관리기술
수량·수질 통합적 제어·관리 기술

‘수계 수질평갇관리기술’은 물환경 내 모든 유입·유출원에 의한 오염물 배출, 이동경로 및 영향을 파악하고 이로 인한 물환경 오염도를 평가하고, 물환경 시스템을 유기적으로 관리하여 수량 및 수질을 통합적으로 제어·관리하는 기술이다.

인구증가, 도시화의 진전, 산업의 공업화 추세 및 생활 수준 향상과 더불어 용수의 수요는 급격히 증가하여 오는 2011년부터 국내에서 12억㎥가량의 물이 부족할 것으로 예상됨에 따라 각종 대체 수자원 개발이 필요시 되고 있다.

지역에 따라 하천의 건천화 및 오염물질 농도의 농축 등으로 심각한 하천 오염 현상을 겪고 있으며, 또한 물 부족 현상을 겪고 있으면서 매년 홍수 피해와 풍수해를 당하고 있어 효율적인 하천 관리가 절실히 요구된다.

외국에서는 이미 1970년대 1차원 해석 기술 및 수치모형을 개발하여 하천실무에 널리 사용, 1990년대부터 하천의 평면적인 거동 해석을 위한 2차원 해석기술 및 수치모형을 개발하여 현재 상용화 단계에 이르고 있다.

또한, 최근 선진국은 인공위성을 활용, 지표면 오염원 위치를 정확히 조사, 하천 오염지역 양적·질적 분석으로 저비용·고속·광역적·연속적 정량화가 가능한 수준이다. 반면, 국내의 경우 하천의 오염도 판단을 위한 정기적인 현지 수계수질 평가 계측 시스템 및 이를 통합 할 수 있는 시스템 구축이 필요한 상황이다.

 

수질계측기기산업 선진화 유도

이에 중장기적 계획에 따라 국가적 중요도가 매우 높은 기후변화 대비 하천흐름·수질 해석기술 개발 및 확장 그리고 유역 수문모의와 댐 운영 기술, 유역단위 생태 수문, 유사 비점오염 예측 평가 기술을 중심으로 우선 투자가 요구된다.

또한, 기술간의 연계성을 고려하여 선행기술로서 유역-하천모형 연계기술, 대기(기상)·유역·하천모형 연계 기술을 개발하고 병행 또는 후행 기술로 기후변화대비 하천 수질 해석 기술을 개발·확장해야 한다.

기초·원천기술은 정부 주도로 학·연 공동연구로 추진하되 오염물질 차단기술, 오염물질 및 부지관리 기술, 오염부지 조사기술, 현장적용 정화기술, 오염지역 관리기술 등 산업 응용기술 및 실용화 기술은 산업체의 협력이 필요하며, 하천수질관리, 해양 오염영향평가 및 해양환경 자동관측·감시·예측기술 등은 중장기 연구과제로 추진, 통합적·장기적 기반기술을 개발해야 한다.

‘수계 수질평갇관리기술’개발하여 상용화할 경우 환경적 측면에서는 수도권 2천300만 명의 단일 상수원 팔당호 수질개선을 통한 수도권 전체 먹는 물 자급률 12%(73% → 85%) 향상을 통한 주민 삶의 질을 향상시킬 수 있다.

특히 산업·경제적 측면에서는 신규 수질평가용 센서 관련 산업활성화를 통해 수질평가 계측기기 관련 산업 선진화를 유도하면 현재 선진국 대비 30%인 것을 65%로 향상시킬 수 있다.

또, 수계 활용도 극대화 및 생태적 복원을 유도하여 수계 활용과 복원의 양립된 개념의 조화로운 상생을 가능하게 하여 차세대 수계 관리 신개념을 정립할 수 있으며, 수계관리의 취약 부분인 소하천에 기술적용, 수질 개선과 효과적 관리를 유도할 수 있고, 융합 환경기술 개발 분야 창출 및 전문 인력양성도 촉진시킬 수 있다.

대체수자원 확보기술
물 재이용 기술, 선진국 60% 수준

대체수자원 확보기술 은 댐, 하천표류수, 지하수 등 기존 방법 이외에 용수 절약, 빗물이용, 하·폐수 처리, 해수담수화, 해양심층수 개발 등 새로운 개념의 취수 방식으로 수자원을 확보하는 기술이다.

세계적인 물 부족 문제의 심화로 인하여 대체수자원의 활용비율은 꾸준히 증가 할 것으로 예상되고 있는 가운데 2015년까지 세계적으로 대체수자원 활용량은 연간 43㎦까지 증가할 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

미국은 역삼투 등 막여과를 이용한 공정이 해수담수화 공정의 98%를 차지하고 있으며, 해수담수화에 의한 용수생산은 2005년 560만㎥/일이었으며, 2015년에 930만㎥/일로 약 67%가 증가할 전망이다.

특히, 미국, 일본 등 주요 선진국은 해양심층수를 청정 순화재생형 자원으로 보고 산업화 단계에 돌입했으며 우리나라도 본격 개발에 나서고 있다. 독일은 오·폐수의 완벽한 처리를 원칙으로 수질관리와 적극적인 상·하수도관을 관리하여 하수처리율은 95%를 넘어선 상태이다. 반면, 국내에서는 가장 효율적인 한강유역 하수처리율이 60%선에 불과한 실정이다.

우리나라는 선진국에 비해 물 재이용 기술 및 전문인력 보유정도는 약 50∼60%정도이며, 지역·계절별 편차가 심해 여름 홍수, 봄·겨울 가뭄이 지속되어 안정적인 용수확보가 어려운 물 부족 국가로 대체 수자원 개발이 절실하다.

아울러 향후 예상되는 물 수요를 안정적으로 확보·효율적으로 관리하기 위해 물 공급체계 정비 및 물 수요 절감 정책, 수자원의 공급량 확대 등이 필요하고, 최근 대체 수자원 확보를 위한 분리막(membrane) 중심의 고도처리기술, 분리막 중심 해수담수화 기술 등 산·학·연 공동연구의 집중 지원도 필요하다.

▲ 해수담수화 기술로 2012년 1조 원 이상의 플랜트 수출과 7% 이상 세계시장 점유 달성뿐만 아니라 기존에 버려지는 수자원을 재이용함으로써 자원의 활용도 향상은 물론 직·간접적인 편익을 발생시켜 국민의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다.

기술 선점 통해 수출 증대 기여

대체수자원 기술은 초기투자비용이 많이 들며 공공성이 높기 때문에 국가주도의 연구 개발 및 관리가 필요하고, 생활용수 및 공업용수 등에 대한 비용을 현실화하여 민간기업의 참여를 유도하고 관련산업을 육성해야 한다.

빗물 관리기술, 하·폐수처리, 누수방지 및 저감기술 등을 친환경적 생태도시 조성과 접목하여 기술개발과 적용을 확대, 효율적인 도시 용수를 확보하고, 고효율·고신뢰성 역삼투막, 저에너지 소비형 물 정화 공정시스템 개발을 통해 하·폐수 처리, 해수담수화 분야의 독자적인 고부가가치 기술을 확보해야 한다.

아울러 고효율·고신뢰성 분리막 및 모듈 개발, 저에너지 소비형 물 정화 공정 시스템 등 대체 수자원 확보와 관련된 핵심 원천기술 개발을 통해 하·폐수 처리수 재활용, 해수담수화의 독자적 고부가가치 기술 확보 및 해외 수출에 집중하는 한편, 차세대 해수담수화 기술인 대규모 역삼투법 플랜트 설계, 시공, 운영기술 개발에 역량 집중, 기술 자립도 향상을 통해 국제 경쟁력 제고 및 국가 재난 시 긴급대처가 가능하도록 추진해야 한다.

빗물 저류를 통한 친수공간 확보나 자연 생태계 보전 및 지하침투를 통한 지하수 함양 기능 강화로 물 순환 체계를 복원할 수 있으며, 산업·경제적 측면에서는 대체 수자원 관련 세계시장은 2005년 10조 원에서 2015년 24조 원으로 지속적으로 성장이 예상됨에 따라, 기술 선점을 통해 국가 경쟁력 확보 및 수출 증대에 기여할 것으로 전망된다.

또한, 해수담수화 기술로 2012년 1조 원 이상의 플랜트 수출과 7% 이상 세계시장 점유 달성뿐만 아니라 기존에 버려지는 수자원을 재이용함으로써 자원의 활용도 향상은 물론 직·간접적인 편익을 발생시켜 국민의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대된다.