IT를 비롯한 첨단 기술을 활용하여 해양 생물에 이산화탄소(CO2)를 흡수시키는 블루카본을 창출하고자 하는 움직임이 일본에서 확대되고 있다. 해안선 길이와 해양 면적 모두 세계 6위로 블루카본을 다룰 여지가 큰 일본은 관련 기술 개발의 저변을 넓혀 기업의 해외 사업 확대를 꾀하고 있다.

하수처리를 활용해 블루카본 창출

히타치, 쓰키시마 JFE 아쿠아 솔루션, 오사카 공립대학 등 18개 기업 및 단체, 지자체의 산학관 연합은 오사카만에서 블루카본 창출 실증 실험을 추진하고 있다. 실험에서는 하수처리장을 활용한다. 하수를 처리한 후 바다로 방류되는 깨끗한 물에 포함된 영양분을 높여 주변 지역의 해조류가 무성히 자랄 수 있도록 하는 것이다.

보통 하수처리 후 방류수에는 영양염이라 불리는 질소와 인의 농도를 낮은 수준으로 엄격하게 관리한다. 다만 플랑크톤의 증식을 돕는 영양염이 부족하면 해조류가 성게 등에게 다 먹혀버리는 갯녹음 현상과 어획량 감소의 원인이 되기도 한다. 이에 히타치는 하수 처리 수질 제어 기술을 활용, 처리 공정의 미생물 농도와 투입하는 산소량 등을 조절해 영양염류 농도를 적절히 제어하는 기술을 개발하고 있다.

<영양염류 공급량 전환을 효율화하는 운전 제어 기술>

[자료원: 히타치]

히타치는 처리장의 유입 수질을 바탕으로 최적의 송풍량이나 활성오니의 양을 예측하여 운전을 제어하는 시스템을 보유하고 있으나, 이 제어만으로는 시간 지연이 발생할 우려가 있기 때문에 사전에 계획한 목표치에 따르도록 하는 제어를 병행하고 있다. 이를 개량하여 방류구에서 떨어진 대상 수역의 영양염류 농도를 센서로 측정하여 시스템상에서 능동적 운전 관리에 적합한 목표치 등을 산출할 수 있도록 한다.

하수처리수에 포함된 영양염류를 늘리는 능동적 운전관리에서는 하수처리수에 포함된 질소 제거율 등을 변경하는 작업이 필요하다. 반응조에 공기를 공급하는 송풍기의 송풍량이나 반응조 내의 유기물을 제거하는 ‘활성오니’의 양을 변경해야 하는 번거로움이 발생해, 활성오니가 영양염류를 필요 이상으로 제거하지 않도록 하는 데에는 한 달가량이 소요되기도 한다. 실증 실험에서는 이러한 유지관리 부담을 줄이기 위해 영양염류 공급량 전환을 효율화할 수 있는 운전제어 기술도 개발하고 있다.

스타트업 기술을 활용

일본 최대 석유 산업 기업인 ENEOS는 ’23년 12월, 산관학 협력을 통한 대규모 블루카본 창출을 위한 검토에 들어갔다. 항만공항기술연구원, 해양연구개발기구, 산업기술종합연구소, 도쿄대학교와 협력해 100만 톤 이상의 대규모 블루카본 창출을 목표로 하고 있다. 블루카본의 대규모 격리 및 저장을 중심으로 한 ‘블루카본 생태계의 CO2 흡수원으로서의 활용’에 대한 검토를 통해 CO2의 자연 흡수를 증가시키겠다는 생각이다.

2040년 탄소중립을 목표로 하는 ENEOS는 블루카본 창출을 위해 스타트업에 대한 투자도 아끼지 않고 있다. 양식을 기점으로 해양 계측 기술을 다루는 우미트론도 그중 하나이다. ‘22년 2월 자본업무제휴를 체결한 양사는 블루카본 사업의 공동연구를 시작했다. 우미트론은 그동안 해산물 양식에 활용했던 AI, IoT, 위성 원격센싱 등의 기술과 데이터를 적용해 블루카본 생태계용 기술 연구개발에 나선다.

<UMITRON PULSE의 서비스 화면>

[자료원: 우미트론]

예를 들어, 우미트론의 수산양식용 해양 데이터 서비스 ‘UMITRON PULSE’는 해수 온도, 엽록소, 용존산소, 염분 농도, 파고 등 양식에 중요한 해양 환경 데이터를 고해상도로 제공한다. 최대 2년분의 과거 데이터 모니터링이 가능한 이 서비스를 활용하면 블루카본 생태계의 하나인 해조류의 생육 적정 구역 산출에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

해조장 측정에 센서와 AI 활용

블루카본 창출에 과제로 여겨지는 부분이 바로 이 흡수원이 되는 해조장의 측정 방법이다. 산림이나 맹그로브는 위성사진 등으로 산림 면적의 증감을 비교적 쉽게 측정할 수 있지만, 블루카본은 수중이기 때문에 조류장이 얼마나 넓어졌는지 등을 측정하기 어렵다. 지금까지는 다이버가 실제로 잠수해 맨눈으로 확인하는 등의 방법을 사용해 왔으나, 효율성과 비용 면에서 과제가 남는다. KDDI는 머신러닝을 활용한 블루카본 자동 측정 시스템 구축 사업을 ‘22년 11월부터 추진하고 있다.

이 사업에서는 어선에 장착된 수중 카메라 센서 장치로 촬영한 이미지와 위치 정보 등을 블루카본 자동 측정 시스템에 집약한다. 기계학습을 통해 해조류의 종류를 식별, 번식 위치와 부피를 계산하여 그 지역의 블루카본 저장량을 자동 측정한다. 블루카본을 정량화하여 거래 가능한 형태로 만든 ‘J블루크레딧’ 등을 해조장 보전 활동 활성화와 지속가능성 확보에 활용하고, 도시 기업과의 연계를 통한 어촌의 부흥을 지향하고 있다.

<블루카본 자동 측정 시스템 이미지>

[자료원: KDDI]

구체적으로는 선박 측면에 탈부착이 가능한 수중 카메라 센서 장치를 개발하여 조업 어선들에 설치, 해조장의 수중 이미지 데이터와 해역의 위치 정보를 관측 해역별로 데이터베이스에 자동으로 축적한다. 취득 데이터에서 해조류의 종류를 판별하고, 해조장의 3D모델 제작을 통해 각종 해조류의 번식량 파악 및 탄소 저장량을 산출해 내며, 3D모델로 만들어 각종 조류의 번식량을 부피로 계산한다. 또한 해조장 관련 정보와 수중 환경 정보를 관리할 수 있는 지도 앱과 이와 연동된 해조장 관측 시스템을 개발하여 현장에 도입한다. KDDI는 해조류의 생장과 쇠퇴, 조성 활동에 따른 탄소 저장량 변화를 모니터링하는 자동 측정 시스템을 구축해 해조장 창출 및 보전 체제를 마련하겠다는 생각이다.

후지쯔는 AI를 활용해 해저 생물과 구조물의 3차원 형상 데이터를 고해상도로 취득하는 기술을 개발했다. 기술은 두 종류로 구분되는데, 하나는 수중 피사체의 색상과 윤곽을 복원하는 이미지 선명화 AI 기술이다. 탁한 바닷속에서도 AI를 사용하여 피사체 본연의 색을 복원하고, 흐릿한 윤곽을 개선한 이미지를 생성하여 3차원화한다.

다른 하나는 이동 중인 자율무인잠수정(AUV)에서 실시간으로 측정할 수 있는 해저 3차원 측정 기술로, 단주기 레이저 발광과 고속 샘플링 기술을 채용했다. 또한 3가지 레이저 파장 중 해황에 적합한 파장을 선택할 수 있는 기술을 도입하여, 이동 중인 잠수정에서 3차원 계측이 가능할 뿐만 아니라, 물체의 움직임을 추적하는 계측도 가능할 것으로 기대한다.

후지쯔는 실증실험에서 산호초와 해저에 설치된 배관 등을 측정하여 수 센티미터 단위의 고해상도 3차원 형상 데이터를 실시간으로 취득하는 데 성공했다. 이번에 확립한 기술의 측정 대상을 해조류 등으로 확대하여 2026년도에 해조류에 관한 해양 디지털 트윈 구축을 목표로 하고 있다.

시사점

일본 국토교통성 소관의 항만공항기술연구소에 따르면, 전 세계 육지의 탄소 흡수량은 연간 77억 톤인데 반해, 해역의 흡수량은 102억 톤으로 육지보다 더 많다. 얕은 해역만 해도 40억 톤에 달한다. 일본은 해안선 길이와 해양 면적 모두 세계 6위로 블루카본을 다룰 수 있는 여지가 커, 환경성은 UN에 보고하는 온실가스 인벤토리에 해초/해조류 유래의 블루카본을 세계 최초로 반영했다.

블루카본으로 감축한 탄소를 크레딧으로 판매하려는 움직임도 확대되고 있다. 실제로 블루카본 크레딧을 인증하는 외무성의 인가 법인 일본 블루 이코노미 기술 연구조합의 발행 실적은 ‘23년도에 2,000톤 이상으로, 해외 타 기관에 비해 월등히 많은 편이다. 다른 크레딧에 비해 규모는 아직 작으나, 생물다양성 확보 등 환경적 가치를 인정받아 산림 크레딧 등에 비해 5배 이상 높은 가격에 거래되고 있다. 일본은 크레딧 창출 노하우 등을 쌓아, 관련 기술 및 장비의 수출을 확대해 나가겠다는 생각이다.

아직은 일부 대기업과 정부, 연구기관 주도의 움직임을 보이고 있으나, 블루카본 크레딧으로 수익성이 확대된다면 일반 기업의 참여도 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다. 블루카본 창출에 적극적인 K사의 Y 연구원은 KOTRA 도쿄무역관과의 인터뷰에서 “해조장 재생의 장점은 크레딧 창출뿐만이 아니다. 다양한 생물이 자생하면 지역 어업의 활성화로 이어진다”고 밝혔다. 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라 또한 블루카본 창출의 기회가 많은 나라로, 해당 분야에서 세계적으로 앞서나가고 있는 일본의 동향을 주시할 필요가 있다.

자료: 후지쯔, ENEOS, 히타치 등 각사 홈페이지, 닛케이신문, 닛케이XTech, 환경성, 국토교통성, KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합