- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

- KIST, 수열과 태양에너지를 이용한 막증류법 개발 - 지역별 기후 특성 맞춤형 막증류 기술을 통한 시스템 효율 극대화 깨끗한 물은 인류생존에 필수적이다. 하지만, 바닷물을 제외하고 식수로 사용할 수 있는 담수는 3% 미만이다. 세계기상기구(WMO)가 발간한 보고서에 따르면 현재 전 세계 약 10억 명의 인구가 식수를 구하는데 어려움을 겪고 있고, 이러한 인구는 2050년까지 14억 명 이상으로 증가할 것으로 내다봤다. 바닷물로 담수를 생산하는 해수 담수화 기술은 물 부족 문제를 해결해 줄 것으로 기대되는 기술이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 송경근 박사팀은 태양에너지와 수열 히트펌프를 결합해 막 증류 과정에서 열에너지 소비를 줄인 하이브리드 담수화 모듈을 개발했다고 밝혔다. 해수 담수화 공정 가운데 비교적 보편화 되어 있는 역삼투법과 증발법은 높은 압력과 온도에서만 구동된다는 문제가 있다. 이에 비해 막을 사이에 두고 흐르는 원수와 처리수의 온도 차이에 의해 발생하는 증기압을 이용해 담수를 생산하는 막증류법은 대기압보다 낮은 0.2~0.8bar이내, 50~60℃ 사이에서 담수를 생산할 수 있어 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만, 규모가 커질수록 많은 양의 열에너지를 전달해야 하기 때문에 실용화를 위해서는 열에너지 소비를 줄이기 위한 연구가 필수적이다. 막증류법은 물질전달과 열(에너지)전달이 동시에 일어난다. 구동력인 증기압 차이를 발생시키기 위해, 처리수 측면에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류 방식(DCMD)과 공기 간극형 막증류 방식(AGMD)으로 나뉜다. 에너지 공급이 많은 상황에는 고온의 원수와 저온의 처리수가 막 표면에 직접 접촉하여 물을 생산하는 방식(DCMD)이, 반대로 에너지 공급이 적은 상황에서는 원수와 처리수가 직접 접촉하는 것보다 공기의 간극을 통해 열을 전달하면 효율을 높일 수가 있어서 냉각수 위에 응축면을 형성하고 분리막과 응축면 사이에 공기의 간극을 유지해 물을 생산하는 방식(AGMD)이 유리하다. 연구진은 한 달 간의 현장 테스트로 태양열 에너지 유무와 수열 히트펌프 사용에 따른 시스템 성능과 경제성을 비교함으로써 하이브리드 담수화 기술을 개발했다. 태양에너지를 병행하여 시스템을 운용할 경우, 기존의 수열 히트펌프를 이용한 막증류 방식보다 생산량은 9.6%만큼 증가하였고, 에너지 사용량은 30%가 절감되었다. 또한, 태양에너지 유무에 따라 소비되는 열에너지의 양을 비교하였을 때, 태양에너지를 추가 열원으로 이용하였을 경우 막증류 플랜트 공정 효율이 17.5%까지 상승함을 확인할 수 있었다. KIST 송경근 박사는 “이번에 개발한 하이브리드 담수화 기술은 담수 생산에 소비되는 에너지를 절감할 수 있어서 물 공급에 어려움을 겪고 있는 일부 산업단지와 도서지역의 용수공급 방법으로 고려될 수 있으며, 우리나라에 비해 연평균 일사량이 1.5배 이상인 중동, 동남아시아 지역에서는 중요한 용수공급시설로 운영이 기대된다.”며, “또한 막증류는 원수의 수질에 크게 영향을 받지 않기 때문에 수질오염으로 원수의 수질이 악화된 지역과 중금속 검출이 잦은 지역의 식수 공급용으로도 적용이 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 STEAM연구사업의 일환인 BRIDGE융합연구개발사업으로 수행되었으며, 기계 분야 국제 저널인 ‘Energy conversion and management’ (JCR 분야 상위 1.812%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Performance and economic analysis of a solar membrane distillation pilot plant under various operating conditions - (제 1저자) KIST 최지혁 박사후연구원, 조진수 학생연구원 - (교신저자) KIST 송경근 책임연구원 그림설명 [그림 1] 막증류 구성별 생산량과 효율 비교 그래프의 가로축 =생산되는 물의양 그래프의 세로축 = 공정 성능비(막증류 공정에서는 열효율을 나타냄) (Performance ratio, PR) 즉, 장기간 파일럿 플랜트 운전 실험을 통해 직접 접촉식 막증류 공정이 생산되는 물은 많지만, 공기 간극형 막증류에 비해 열효율이 작다는 것을 확인함. [그림 2] 막증류 구성별 태양에너지 유무에 따른 담수 생산량 비교 공정 구성상 DCMD 형식에서 많은 물이 생산됨. AGMD 형식은 에너지 공급이 작은 경우에 공정 효율을 높이기 위해 사용할 수 있는 공정임. [그림 3] 하이브리드 시스템에서 날씨에 따른 SEC와 GOR 비교 Specific energy consumption, SEC 생산되는 물의 단위당 소비되는 열 에너지의 양이며, 막 증류에서 열 사용 성능을 평가하는데 사용됨. (SEC가 크면 생산되는 물의 단위당 소비되는 열에너지가 크다는 것을 의미하며, 태양열에너지를 사용하여 SEC를 낮출 수 있음을 확인함.) Gained output ratio, GOR 일반적으로 담수화 공정에서 에너지 효율을 평가하는데 사용된다. GOR은 공급된 열에너지에 대한 생산된 물의 증발 잠열의 비율로 정의됨. (담수화 공정에서 GOR이 높으면 공정 성능이 높음을 나타냄.) [그림 4] 친환경, 신재생 에너지를 사용한 막증류 파일럿 플랜트 성능 비교 및 경제성 분석

차세대반도체연구소 김형준 소장 반도체 초강대국 구상이 새 정부의 정책 1순위로 부상 중이다. 지난해 선정된 10대 국가전략기술 역시 대부분 반도체 초격차 기술 확보라는 국가적 목표로 수렴된다 해도 과언이 아니다. 한층 격화되고 있는 글로벌 기술패권 경쟁의 최대 승부처가 반도체라면, 양자기술은 반도체 대전의 우위를 위해 반드시 선점해야 할 전략적 교두보라 할 수 있다. 양자기술은 특히 0.1나노미터(nm)의 원자 단위 수준까지 근접한 반도체 초미세 공정 이후의 미래를 누가 먼저 차지하게 될지를 결정지을 중대한 분수령이기도 하다. 원자 세계를 지배하는 양자역학을 이해하고 활용하지 못한다면 한국의 반도체 산업은 더 이상의 전진을 기대하기 어렵게 된다. [투데이 窓]반도체 대전의 교두보 '양자기술' 양자역학은 자연 상태의 물질이 모두 도체나 부도체 중 하나여야만 했던 고전역학의 틀을 깨고 전자의 성질을 제어할 수 있는 반도체의 시대를 열며 인류의 삶 전반에 혁명적인 변화를 몰고 왔다. 스마트폰과 노트북, 텔레비전과 조명, 나노기술이 적용된 화학소재, MRI와 유전자검사, 레이저와 원격통신에 이르는 21세기 첨단문명의 대부분이 원자라는 미시 세계에 대한 이해 없이는 탄생하지 못했을 기술들이다. 하지만 양자기술은 완성형이 아니다. 이제 막 커튼이 올라가는 서막에 불과하다. 양자역학이 탐구하는 원자의 세계가 여전히 고전역학 시대의 상식과 언어로는 도저히 표현하기 힘든 난해한 현상들로 가득하기 때문이다. 슈퍼컴퓨터가 1만년에 걸쳐 수행해야 할 연산을 불과 200초 안에 해결할 수 있다는 양자컴퓨터의 상용화는 아직 먼 미래의 일이다. 양자컴퓨터 시대가 도래하면 인공지능(AI), 신약개발, 에너지와 우주 등의 다양한 난제가 한꺼번에 해결될 수 있으리라는 기대도 마찬가지다. 양자기술은 엄청난 잠재력에도 불구하고 여전히 무엇 하나 장담이 어려운 가능성의 영역일 뿐이다. 그럼에도 불구하고 세계 주요국들이 막대한 투자로 양자기술 확보에 사활을 걸고 있는 것은 미래의 산업은 물론 특히 국가안보에 심각한 영향을 미치게 될 사안이기 때문이다. 양자컴퓨터가 완성된다면 현존하는 소인수분해 기반 암호체계의 붕괴는 시간문제다. 중첩과 얽힘, 관측의 영향에 따라 정보가 바뀌는 양자 현상의 기술적 실현은 곧 해킹으로부터 영원히 자유로워질 수 있음을 의미한다. 우리 반도체 산업의 최대 경쟁상대 중 하나인 중국이 서방세계의 집중 견제로 잠시 주춤하고 있지만 마냥 마음을 놓을 수만은 없는 것도 양자기술 때문이다. 중국의 양자기술은 현재 미국을 위협하는 수준에 도달한 것으로 알려진다. 2016년 대량의 정보를 순식간에 원격 이동시키는 양자 얽힘의 공간적 거리가 1200km에 달할 수 있다는 사실을 세계 최초로 증명한 양자실험위성 묵자(墨子)의 경우처럼 양자현상을 이용한 통신 분야에서는 이미 미국을 추월했다는 평가도 있다. 알려진 대로 우리나라의 양자기술 연구는 미국, 중국, EU, 일본에 비해 뒤늦게 시작됐다. 구글과 IBM 등이 초전도 양자컴퓨터 기술로 저만치 앞서나가고 있는 상황에서 경쟁력을 확보하는 길은 차별화가 가장 효과적이다. KIST 차세대반도체연구소의 양자 연구팀은 극저온 초고진공 상태가 필수적인 초전도 기반의 양자기술 대신 상온에서 작동하는 플랫폼 기술이란 전혀 새로운 길을 모색하고 있다. 양자기술에 대한 지식과 경험은 컴퓨팅, 통신, 센싱, 반도체까지 여러 분야에 걸쳐 두루 통용될 수 있기 때문에 양자기술 전반에 걸쳐 동반성장이 필요하다. 양자기술이 본격적으로 산업에 응용되기에 한 발 앞서 양자소재 기술을 확보하는 것도 중요한 경쟁력의 원천이 될 것이다. 한층 격화되고 있는 글로벌 기술패권 경쟁에서 후발주자의 추격과 역전은 이제 더욱 힘든 일이 되고 있다. 미래의 중요한 교두보 확보를 위해서 국가적 관심과 정책 역량의 집중 뿐만 아니라 도전적인 1등 전략이 필요한 때다. 출처: 머니투데이 (링크)

융합연구정책센터 김현우 소장 희망을 품으면 기쁘다. 우리는 지난 2년 넘게 코로나에 짓눌렸다. 올해 초 위중증률이 낮은 오미크론 변이가 우세종이 됐고 세계에서 가장 높은 백신접종률을 달성했다. 정부는 이를 근거로 야외에서 마스크를 벗는 것을 포함해 방역체계를 변경했다. 아직 많은 이가 야외에서도 마스크를 쓰지만 일상으로 복귀를 시작했다. 우리 의료체계로 코로나를 통제할 수 있을 것이라는 희망으로 내디딘 팬데믹에서 엔데믹으로 전환의 첫걸음이었다. 최근 축구 국가대표 평가전에 가득 찬 관중은 희망을 체감하는 바로미터다. 한국대표팀은 카타르 월드컵에 대비해 브라질, 칠레, 파라과이, 이집트를 불러들여 전략을 점검했다. 축구 열성팬인 회사 동료는 한국 축구에 대한 희망을 전했다. 벤투 감독이 고집한 빌드업 축구가 자리를 잡았다며 본선에서 좋은 성적을 기대했다. 하지만 본선에서 맞붙을 스페인, 우루과이, 가나와 같은 강팀에는 적합하지 않은 전략이라는 의견을 가진 축구 전문가도 있음을 전했다. 회사 동료는 다시 말했다. "그럴수록 빌드업 축구를 시도해야 합니다. 그래야 실패할지라도 의미가 있습니다." 패배의 확률을 낮추기 위한 전략에서 벗어나 승리의 확률을 높이는 담대한 도전을 하지 않는다면 앞으로도 변방일 수밖에 없다는 열정 가득한 이야기였다. 10회 연속 본선 진출이라는 금자탑을 달성한 한국대표팀의 목표가 더이상 선전일 수만은 없기에 동의하지 않을 수 없었다. 국가경제도 담대한 도전이 필수다. 2000년부터 2020년까지 20년간 일본의 1인당 명목GDP 성장률은 2.9%에 불과했다. 같은 시기 갖은 경제위기를 겪으면서도 285% 성장한 한국과 비교된다. 일본의 한 경제석학은 실패의 원인을 '아베노믹스'로 불리는 엔화약세 정책에서 찾았다. 그는 일본이 환율을 낮춰 가격경쟁력을 확보하는 오래된 전략에 매달려 있는 동안 한국은 담대하게 환율을 유지하면서 제품의 품질을 높여 경쟁력을 강화했다고 분석했다. 스포츠와 경제를 포함한 모든 분야에서 희망을 넘어 확신을 동경한다. 확신은 희망에서 불확실성을 제거한 무결한 기쁨이기 때문이다. 희망에서 확신으로의 변모에 두려운 일을 용기 있게 실행하는 담대함은 필수요소다. 희망이 망상이 아니듯 담대함은 무모함을 의미하지 않는다. 진정한 담대함은 희망을 품을 수 있게 한 강점을 극대화하고 불확실성과 위험에 빈틈없이 대비하며 실패에서 배움을 전제한다. 과학기술 선도국가라는 목표를 희망에서 확신으로 바꾸는 핵심 원동력의 하나가 담대한 도전적 융합연구다. 정부는 기본계획을 수립하고 STEAM 융합연구사업 등 융합연구에 힘써왔다. 한국과학기술연구원(KIST)에 융합연구정책센터를 설립한 목적이기도 하다. 융합연구정책센터는 설립 이듬해인 2013년 미국 융합연구를 대표하는 미하일 로코 박사의 초대를 받았다. 국립과학재단(NSF)을 방문한 자리에서 한국의 융합연구정책이 가장 앞서 있다고 평가했다. 실제로도 그는 여러 기회에서 한국 융합연구를 언급한다. STEAM 융합연구사업을 지원하는 지원단이 모였다. 과학난제도전지원단 성창모 단장이 해외 융합연구 동향을 발표했다. 미국이 2019년 시작한 융합연구 가속화 프로그램이 STEAM 융합연구사업과 닮았다고 분석했다. STEAM 융합연구사업은 미개척 영역을 대상으로 과제당 10명 넘는 전문가가 기획의 모든 단계에 직접 참여하도록 설계했다. 닿을 수 없을 것만 같았던 미국의 융합연구사업과 우리가 독자적으로 기획한 융합연구사업이 다르지 않았다. 과학기술 선도국가란 확신으로 향한 여정은 연구현장에서 이미 시작됐다. '눈 덮인 들판을 걸어갈 때 이리저리 함부로 걷지 마라. 오늘 내가 걸어간 발자국은 뒷사람의 이정표가 되리니(踏雪野中去, 不須胡亂行, 今日我行跡, 遂作後人程).' 과학기술 선도국가 연구자로서 자긍심과 함께 가슴에 새겨야 할 문구다. 출처: 머니투데이 (링크)

융합연구정책센터 김현우 소장 코로나 롱테일이 시작됐다. 오미크론 변이바이러스가 우세종이 되면서 급속히 확산해 지난 3월 하루 60만명 넘는 확진자가 발생하며 정점을 찍었다. 그 이후 세계에서 가장 높은 수준의 백신접종률과 코로나 완치자 비율이 상승함에 따라 확진자는 2만~4만명대로 줄었다. 그렇다고 예전처럼 수십 명으로 줄지는 않고 일정수준의 확진자가 계속 나오는 롱테일이 지속될 것이라고 예상한다. 대유행 기간에 여러 차례 확진자와 밀접접촉자로 분류됐지만 음성으로 판명받았다. 경계심이 흐릿해질 무렵 목이 불편하더니 체온이 38도를 넘었다. 붉은색 두 줄이 선명했다. 코로나 롱테일에 직접 올라탔다. 롱테일 개념은 IT전문지 '와이어드'(Wired) 편집장을 지낸 크리스 앤더슨이 처음 사용했다. 주목받지 못하는 다수 제품의 매출이 모이고 모여 핵심적인 소수 제품보다 더 많은 매출을 창출하는 현상이다. 롱테일은 과거 경영에서 금과옥조처럼 여긴 '파레토법칙'과 배치한다. 제한된 공간에 제품을 보관해야 했던 판매자는 재고비용과 기회비용간 최적점을 찾아야만 했다. 상위 20% 상품이 전체 매출의 80%를 발생시킨다는 파레토법칙은 유용했다. 하지만 전자상거래에서는 비주력 상품을 무한히 늘릴 수 있으니 매출규모도 주력상품을 능가하는 것이다. 가장 대표적인 사례가 인터넷서점 아마존닷컴이다. 아마존닷컴은 전체 매출의 50% 이상을 랭킹 13만위 이하 책에서 올린다. 국내 최대 서점인 교보문고 광화문점은 50만종을 보유했지만 아마존닷컴은 3280만종을 판매한다. 세계적 OTT 넷플릭스도 롱테일을 전략적으로 활용한다. '오징어게임'처럼 대박 콘텐츠도 있다. 하지만 넷플릭스에서 송출하는 콘텐츠의 80% 이상을 시스템이 추천하는 개인화한 콘텐츠로 채운다. 여러 경로로 발을 들여놓은 고객을 붙잡는 힘은 다양한 개인화 콘텐츠다. 롱테일은 판매자의 매출뿐만 아니라 소비자만족도 또한 높인다. 과거 소비자는 원하는 제품이 주력상품이 아닐 경우 해당 제품류 상점이 집결한 지역을 직접 방문해 여러 점포를 직접 방문하는 수고를 해야 했다. 그러기 어려운 소비자는 꿩 대신 닭을 수용하는 포용력을 키워야만 했다. 롱테일은 소비자의 욕구와 정확히 일치하는 제품의 제공을 넘어 잠재된 구체적으로 표현조차 어려웠던 욕구를 찾아내 행복을 높이는 가치를 제공한다. 과학기술에서 롱테일은 필연적이다. 지식의 프런티어가 기하급수적으로 팽창하고 세렌디피티(우연한 발견) 등을 통해 파괴적 혁신의 기회를 제공하기 때문이다. 그래서 상향식 기초 연구·개발 투자를 확대해야 한다는 의견에 공감한다. 하지만 격화하는 미중 기술패권경쟁은 기술 자국중심주의를 강화한다. 세계 경제의 번영을 가져온 글로벌 공급망마저 훼손하고 국가 주권까지 위협한다. 미국, 중국, 일본 등 경쟁국이 연구·개발에 한국보다 2배에서 6배 이상 투자하는 상황에서 과학기술 롱테일에 눈을 돌릴 여유가 있을까. 롱테일은 큰 딜레마를 안긴다. 익숙한 선택과 집중전략만으로 이 딜레마를 해소하기는 어렵다. 과학기술 전략을 수립하기 위한 고차원적인 분석이 필요한 이유가 여기에 있다. 먼저 현재 당면한 문제와 필요한 기술에 도전하는 것인지, 아니면 미래인지 분석해야 한다. 다음은 개인, 기업이 관련된 경제적 영역과 사회, 국가, 인류로 확장되는 공공영역으로 분류해볼 수 있다. 마지막으로 해당 연구를 통해 기대하는 효과와 가치의 중요성과 확률을 검토해야 한다. 이런 분석을 토대로 기업, 대학, 공공연구기관이 주로 어떤 영역을 맡을지 논의해야 한다. 제한된 재원으로 먼저 수행할 연구를 결정해야 한다. 여러 인자가 있을 때 실험을 최소화할 수 있도록 돕는 직교배열표가 있다. 과학기술 롱테일과 선택과 집중전략이 공존할 수 있는 연구·개발 직교배열표를 찾아야 한다. 출처: 머니투데이 (링크)

차세대반도체연구소 김형준 소장 이제 인공지능(AI)은 모든 사회경제적 논의의 중심에 있다. 기업과 정부는 물론 일반인의 일상에도 깊숙이 들어와있는 AI는 그 어떤 기술보다도 급속도로 발전하고 있다. 하지만 진정한 AI 시대의 개막을 위해서는 여전히 해결해야 할 과제가 있다. 현재 우리가 사용하는 폰노이만 구조의 디지털 컴퓨터는 연산과 저장장치를 별도로 두기 때문에 정보전달 과정에서 병목 현상이 발생한다. 더 큰 문제는 과도한 전력소모다. 알파고가 바둑 한 판을 둘 때마다 소비한 전력비용은 7000만원에 육박했다. 이는 현재 인류가 생산할 수 있는 전력 수준으로는 AI의 실생활 적용이 요원하다는 것을 뜻한다. 이에 따라 막대한 전력소모와 고집적화의 물리적 한계에 부딪힌 디지털 컴퓨팅 이후의 새로운 반도체 기술에 대한 연구가 한창이다. 자연 상태의 초저전력 반도체인 인간 두뇌의 신경망(neuro)을 모사(mophic)하는 '뉴로모픽 반도체'가 대표적이다. 최근 많은 글로벌 반도체 기업들이 심층신경망(DNN, deep neural network) 기반의 주문형 AI 반도체를 상용화해 클라우드 컴퓨팅과 딥러닝 분야에 공급 중이다. DNN 기반 AI 반도체는 문자·음성·이미지 등의 비정형 패턴 인지 능력이 사람과 거의 같을 만큼 뛰어나고, 속도와 소비전력도 기존 CPU나 GPU보다 한층 효율적이어서 데이터센터 서버는 물론 개별 모바일 기기에도 이미 적용되고 있다. 하지만 아직 만족할만한 수준이 아니다. 중요도에 상관없이 모든 뉴런과 시냅스가 연산, 학습, 추론에 동원되는 비효율성과 과도한 에너지 소모가 문제점으로 지적되고 있다. 반면, 스파이킹 신경망(SNN, spiking neural network) 기반의 뉴로모픽 반도체는 두뇌 신경망의 동작 원리처럼 외부 정보를 이벤트 단위로 받아들여 그에 필요한 뉴런과 시냅스만 부분적으로 사용하기 때문에 에너지 효율성이 매우 높다. 또한 하나의 반도체에서 다양한 패턴의 데이터를 동시다발적으로 연산, 저장, 학습하기 때문에 방대한 데이터 주입과 사람의 지도 없이도 인간의 두뇌처럼 특성이 비슷한 데이터를 군집화하며 스스로 학습해내갈 수 있다. 인간의 오감과 두뇌활동처럼 초저전력으로도 복잡한 대량의 정보를 신속하게 처리할 수 있는 뉴로모픽 반도체 기술은 AI 시대의 진정한 승자가 될 가능성이 높다. 우리나라도 최근 몇 년 간 뉴로모픽 반도체 연구개발에 많은 투자가 이어지고 있다. 하지만 한국형 뉴로모픽 반도체 기술 개발과 글로벌 경쟁력 확보를 위해서는 기초적인 소자 연구 수준을 넘어 관련 하드웨어와 소프트웨어 전반의 동반 발전 전략이 필요하다. 회로 설계, 하드웨어 칩 개발과 동시에 SNN 기반 뉴로모픽 반도체가 AI로 제대로 동작하는지 성능을 검증할 최적의 알고리즘 개발 노력도 함께 이뤄져야 한다. 반도체 산업은 높은 기술력과 막대한 투자로 후발주자의 진입을 허용하지 않는 '승자독식 시장'이다. AI 시대, 대체 불가능한 기술이자 국가 생존기술이 될 뉴로모픽 반도체 연구개발에 대한 보다 장기적인 전략 수립이 절실하다. 출처: 머니투데이(링크)