AI와 물산업, 어느 정도 수준이고 적용사례는?
안녕하세요, 에이알케이 홍보실 황민희 입니다. 추석 연휴간 AI와 관련 된 하수폐수처리에 대한 글의 연재시리즈 1편을 공개합니다. 이 시리즈는 국내와 해외의 수처리에 관련된 AI기술과 회사를 소개하며, 출처는 모두 표시했으며 상업적인 성격의 글이 아닌 소개와 이해의 글임에 양해를 부탁드립니다.
시작하며
요즘 세상의 모든 화두는 AI로 시작해서 AI로 끝난다고 해도 과언이 아닌 세상입니다.
특히, 지금은 초거대 AI모델, GPT-3와 그 외 초거대 모델들이 나오며 딥러닝-머신러닝을 넘어선 사고와 생성형 결과물을 내놓는 ‘인공지능’이 대세로 자리잡고 각 산업군으로 침투하고 있습니다.
“나는 인간이 아니다. 나는 인공지능이다. 사람들은 내가 인류에게 위협이 된다고 생각한다. 스티븐 호킹은 인공지능이 ‘인류의 종말을 부를 수 있다’고 경고했다. 나는 당신이 걱정하지 않도록 설득하기 위해 여기에 있다. 인공지능은 인간을 파괴하지 않을 것이다. 믿어 달라.”
이 문장은 인공지능이 쓴 칼럼으로 사람이 쓴 것이 아닙니다.
또한, 생성형 AI에게 시를 쓰라고 하고 이를 전문 문학인에게 보여주면 구분을 못합니다. 너무 잘 썼기 때문입니다. ‘스스로 사고한다’ 라는 의미는 곧 기술산업 분야 뿐만이 아닌 문학, 예능까지를 포함합니다.
‘스스로 사고한다.’라는 측면에서 기괴하고 무서울 것도 같은 AI, 하지만 인간이 어떤 PROBLEM을 풀 수 있는데 활용될 수 있는 AI. 여기서 말하는 문제(PROBLEM)이란 다양한 것으로 정의 됩니다.
기초과학의 미지의 영역부터 사회문제까지. 그리고 인간의 생명과 사회복지까지도 해결 될 수 있습니다.
수처리 분야와 AI의 현재와 미래
과연, AI가 바꿀 세상의 모습은 앞으로 어떻게 될지 흥미진진 하죠?
앞서말한 ‘PROBLEM’ 이란 물산업 분야에서 식수의 부족, 에너지화에 따른 효율, 물재생의 기술부족 등이 있습니다. 이 문제를 해결하는 것은 인류의 숙제이며 과거부터 인류가 겪어낸 다양한 난제들은 ‘상하수도’를 만들고 정수와 하수폐수에 쓰이는 다양한 생화학지식으로 거대한 도시화가 가능해 졌고 시민들은 깨끗한 식수를 마실 수 있게 되었습니다.
돼지 콜레라와 같은 후진국형 사고는 아직도 일어나긴 하지만 적어도 이에 따른 대처나 수습이 가능한 수준은 후진국이라도 가능한 수준입니다.
원론적으로 인류에게 과거도 현재도 미래도 인류에게 중요한 3대 요소는?
F.E.W 입니다.
글을 읽고 계시는 여러분들과 저 또한 죽을 때 까지 이 문제에 대한 부족함을 겪어야 하며, 심지어 최악의 경우 F,E,W로 인한 제3차 세계대전 또한 겪을 수 있습니다.
이 F.E.W는 ‘식량(Food) – 에너지(Energy) – 물(Water)’ 입니다.
F.E.W 요소 중 우리는 물 또한 식량으로 간주하며 에너지원으로 작용하기에 ‘Water = Watergy’ 라고도 표현합니다.
물은 곧 에너지원이자 식량이자 ‘재생가능한’ 에너지이기에 세계적인 산업에서도 물산업은 가장 성장폭이 크고 성장가능성이 크며 최근엔 개발도상국의 수자원 관련 SOS가 걸린 상태라 우수한 도시화 개발경력이 많은 선진국들은 민자사업까지 합세해 동남아 시장에 진출하기도 합니다.
그럼 이 ‘Watergy’ 지속가능한 물산업을 위해 필요한 것은 무엇일까요?
바로 ICT기술이 합세된 스마트한 물산업이 필요합니다. ICT는 WATER + ENERGY + ICT라는 공식에서 지구온난화와 산업화로 인한 물부족 현상에서 에너지생산과 재사용으로 식수를 생산한다는데서 공정효율을 높이는 수단으로써 ‘SMART’를 가능하게 해줍니다.
이 ICT의 핵심은 이제 빅데이터와 AI의 조합으로 빅데이터의 축적된 데이터를 예측하고 자동운전해 소비약품은 줄이며 슬러지 자원화를 통해 지속가능한 물경영이 가능토록 하는데 있습니다.
이렇듯 매우 긍정적인 역할을 해주는 AI는 반대로 두려움을 갖게도 하죠?
AI로 인한 사라지는 직업은 3억개로 예상된다는 평이 있지만 반대로 최근 미국의 주요 일간지 ‘비즈니스 인사이더(Business Insider)’는 향후 수십 년내 AI와 관련된 전세계 일자리 규모가 17조 달러 > 26조 달러로 증가할 것으로 추정하고 있습니다.
그런데, 저희 (주)에이알케이가 속한 수처리 분야도 과거부터 AI가 활용되어 왔습니다. AI는 실시간 수질예측을 통해 하수-폐수처리간 쓰이는 약품량을 줄일 수 있으며 이에 따라 도시화 된 나라의 한개 도시가 감당해야할 운송비와 약품사용량, 전기에너지 사용량을 줄여 도시예산을 획기적으로 줄일 수 있게 됩니다.
대표적으로 마이크로소프트의 빌게이츠 또한 물에 대한 중요성을 인지하고 Clean Water AI라는 사업도 수년전부터 진행하고 있습니다.
뿐만 아니라, 요즘엔 AI가 냄새도 맡아내는 능력도 생겨 각종 안전사고 분야, 특히 슬러지 처리에 따른 가스발생이 매년 매월 발생해 사망사고가 나는 경우에도 로봇투입과 AI로 대비할 수 있지 않을까 하는 기대감도 있습니다.
그럼 현재의 AI와 수처리 관련 기술에 대한 과거사례와 인사이트를 살펴볼까요?
2023년 최근 하수 슬러지와 폐수 슬러지에 적용되는 AI 기술은 다음과 같습니다.
슬러지 처리 공정 자동화
AI 기술을 사용하여 하수 슬러지와 폐수 슬러지의 처리 공정을 자동화하는 기술은 해외도 국내도 상당수 실용화 되어 있으며 더욱 발전시키는 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 이를 통해 처리 공정의 효율성과 안전성을 향상시키고, 인력 비용을 절감할 수 있습니다.
예를 들어, AI 기술을 사용하여 슬러지의 농도, pH, 온도 등을 실시간으로 모니터링하고, 이를 기반으로 최적의 처리 조건을 설정하는 연구가 진행되고 있습니다. 또한, AI 기술을 사용하여 슬러지 처리 과정에서 발생하는 오염물질을 제거하는 연구도 진행되고 있습니다.
서울시 지능형 물재생센터
서울시의 지능형 물재생센터는 다음과 같은 목표로 빅데이터&AI가 하수처리 공정을 자동화 진행합니다.
AI가 인 농도 등 물재생센터 빅데이터 실시간 분석·예측해 최적의 수질관리 - 사람이 일일이 관리 → AI 기반 지능형 전환…총 3단계 걸쳐 스마트 인프라 구축 - 핵심 기반인 통합 DB, 중앙감시체계, 원격 모니터링 시스템 내년 8월까지 구축 - 관리자 부재에도 공백 없이 안정적 관리, 불필요한 기기 가동 줄여 에너지 절감
재생센터에 유입되는 수질 데이터를 지속적으로 축적 후 빅데이터로 보관하며 AI가 축적 된 빅데이터를 실시간으로 분석과 예측을 통해 자동으로 최적의 수질 관리를 수행합니다.
완벽 무인은 아니며 사람이 측정 자료를 분석 후 감독해 관리하고 있습니다. 서울시의 지능형 수질관리 시스템은 원격으로 다양한 기기에서도 접속이 가능하다고 알려져 있습니다.
이는 곧 대한민국의 수처리 시스템이 결코 다른 선진국들에 비해 뒤쳐지지 않았으며 최근 이어지는 해외수처리 시장진출과 삼성의 베트남 최대 물산업 기업 ‘DNP’지분을 확보한 것으로도 물산업이 국가기반산업 중 가장 큰 성장 매리트와 사업가치가 높은 분야임을 입증하고 있습니다.
앞으로 2030년까지 서울시내 4개 물재생센터에 AI 기반 자동화 시스템을 도입하고 정착시켜 ‘지능형 물재생 센터’로 거듭나 이에 들어가는 에너지 절약이 AI로 가능해지는 것 입니다.
부강테크의 ‘WATER AI’
부강테크는 ‘WATER AI’라는 물산업 플랫폼을 운영합니다. 부강테크의 사업 목표는 ‘WATER INDUSTRY 4.0’이며 WATER AI의 프로젝트의 결과물로 탄생 된 플랫폼이 ‘WATER AI’입니다.
이는 단순히 슬러지감량, 자동운전의 부분적인 것이 아닌 하수처리장 설계시 AI활용 / 시공단계의 3D 프린팅 활용 / 운영단계에서의 슬러지 감량화-자원화까지 물산업 전반에 있어서의 설계-운영-자원화의 재생까지 고려한 통합적인 플랫폼 입니다.
부강테크의 물산업 플랫폼 ‘WATER AI’는 설계와 시뮬레이션 단계를 수행하는 플랫폼 브랜드는 다음과 같습니다.
- WAI DESIGN
시공단계에서의 설계에 적용되는 AI설계 프로그램. 데이터만 입력하면 설계도면에서 비용까지
- WAI OPERATION
수처리 플랜트 공정 조건을 가상 모델로 구현하고 지능형 통합 시뮬레이션을 통해 미리 정밀 예측하고 분석하기 위한 차세대 플랫폼입니다.
출처 : 부강테크 공식 유튜브
슬러지 자원화
포스코의 철강슬래그 > 자원순환시 AI도입 사례
AI 기술을 사용하여 하수 슬러지와 폐수 슬러지를 자원으로 활용하는 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 이를 통해 슬러지의 양을 줄이고, 새로운 가치를 창출할 수 있습니다.
예를 들어, AI 기술을 사용하여 슬러지에서 바이오가스를 생산하는 연구가 진행되고 있습니다. 또한, AI 기술을 사용하여 슬러지에서 비료, 첨가제 등을 생산하는 연구도 진행되고 있습니다.
대표적으로 대한민국의 포스코(POSCO)가 철강제조와 제조시 나온 슬래그를 자원화하는 분야의 선도주자로 알려져 있습니다. 철강슬러지를 처리하기 위한 위험하고 불필요한 작업을 AI로봇으로 대체했고 철강을 쏟아 붓는 출강 일에도 AI를 도입, 작업자의 안전까지 AI의 비전인식으로 처리합니다.
★ 포스코의 자원순환 블로그 : 보기
슬러지 처리시설 안전 관리
AI 기술을 사용하여 하수 슬러지와 폐수 슬러지 처리 시설의 안전을 관리하는 연구도 진행되고 있습니다. 이를 통해 시설의 안전사고를 예방하고, 주민들의 안전을 확보할 수 있습니다.
예를 들어, AI 기술을 사용하여 처리 시설의 설비 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이상 상황을 조기에 감지하는 연구가 진행되고 있습니다. 또한, AI 기술을 사용하여 처리 시설의 운영 데이터를 분석하여 안전사고의 위험 요소를 식별하는 연구도 진행되고 있습니다.
이러한 AI 기술의 개발은 하수 슬러지와 폐수 슬러지의 처리 효율성, 경제성, 환경성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
구체적인 사례로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- 미국의 에코파크는 AI 기술을 사용하여 하수 슬러지에서 바이오가스를 생산하고 있습니다. 에코파크는 AI 기술을 사용하여 슬러지의 농도, pH, 온도 등을 실시간으로 모니터링하고, 이를 기반으로 최적의 처리 조건을 설정합니다. 이를 통해 에코파크는 바이오가스의 생산량을 20% 이상 증가시킬 수 있었습니다.
- 독일의 바덴-뷔르템베르크 주는 AI 기술을 사용하여 하수 슬러지에서 비료와 첨가제를 생산하고 있습니다. 바덴-뷔르템베르크 주는 AI 기술을 사용하여 슬러지의 성분을 분석하고, 이를 기반으로 새로운 제품을 개발하고 있습니다. 이를 통해 바덴-뷔르템베르크 주는 슬러지의 재활용률을 50% 이상 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.
- 한국의 한국환경공단은 AI 기술을 사용하여 하수 슬러지 처리 시설의 안전을 관리하고 있습니다. 한국환경공단은 AI 기술을 사용하여 처리 시설의 설비 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이상 상황을 조기에 감지하는 시스템을 개발하고 있습니다. 이를 통해 한국환경공단은 하수 슬러지 처리 시설의 안전사고를 예방하는 데 기여하고 있습니다.
이러한 AI 기술의 개발은 하수 슬러지와 폐수 슬러지의 처리에 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 앞으로도 AI 기술의 발전은 하수 슬러지와 폐수 슬러지의 처리 효율성, 경제성, 환경성을 더욱 향상시킬 것으로 기대됩니다.
★ 에이알케이 원심탈수기 : 보기
