디지털 트윈 기술이 온실가스를 감축한다

- 獨 Bitkom, 디지털 전환을 통한 기후 영향에 대한 연구 수행

- 최상의 시나리오에서 디지털 기술을 통해 2030년까지 최대 120메가톤 CO₂ 감축 가능

- 산업 제조, 모빌리티, 에너지 영역의 디지털 전환이 배출량 감소에 가장 효과적

 

디지털 기술이 독일의 2030년 온실가스 감축 목표의 약 50%에 해당하는 수치만큼 배출량을 감축하는 데에 기여할 수 있다는 연구가 발표되었다. 독일의 디지털협회 Bitkom의 ‘디지털 전환의 기후 영향(Climate Impacts of Digitalization)’에 관한 연구에 따르면, 디지털 솔루션 활용의 가속화는 CO₂ 배출량을 10년 내 151 Mt(메가톤)까지 줄일 수 있다. 이는 현재 독일에서 배출하는 CO₂ 양의 20%에 해당하는 수치이다. 디지털 기기와 인프라로 인해 생산되는 온실가스 배출량을 고려하면, 실질적인 감축량은 129 Mt이다. 지금까지 디지털 전략이 기후 변화 대응에 효과적인지 반론이 제기되기도 하였으나 해당 연구가 최초로 이 질문에 대한 대답을 제공한 것이다.

 

2015년 파리 기후협약에 따라 독일은 온실가스 감축을 추진 중이다. 독일의 CO₂ 배출량은 2019년 ​​805 Mt을 기록했고, 2030년에는 543 Mt으로 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 이 목표를 달성하기 위해서 독일은 향후 10년간 262 Mt의 배출량을 줄여야 한다. 이는 10년 내 1인당 CO₂ 배출량을 매년 9.7 t에서 6.6 t으로 줄여야 한다는 의미이다. 협회의 CEO인 롤레더 박사(Bernhard Rohleder)는 “디지털 경제를 향한 디지털 전환의 가속화는 기후 변화로 인해 시급한 당면 과제”라며, 디지털 전환이 미치는 기후 변화의 영향을 강조하였다. 이에 “포괄적이고 기후 변화 대응 중심의 디지털 전략이 필요하다. 디지털 기술을 통해 온실가스 대규모 절감 및 국제 경쟁력과 회복 탄력성의 제고를 실현할 수 있다.”라고 덧붙였다.

 

협회에서 발표한 해당 연구는 세계 최대 경영 컨설팅 회사인 Accenture의 환경 및 디지털화 전문가에 의해 수행되었고, CO₂ 배출을 절감할 수 있는 디지털 기술 활용 분야를 7개로 나누어 조사하였다. 이들 분야로는 산업제조, 이동수단, 건물, 업무 및 비즈니스, 에너지, 농업, 건강이 포함되었다.

 

협회에 따르면, 요인들은 2030년까지의 디지털 전환 진행 속도에 달려있다고 한다. 그래서 최대한 가시적인 연구 결과를 얻기 위해 연구는 두 가지 시나리오로 나누어 조사되었다. 첫 번째 시나리오는 디지털 전환 속도가 현재와 같은 속도로 진행될 경우이고, 두 번째 시나리오는 전환 속도를 높이기 위한 장려책이 새롭게 도입된 경우이다. 또한, 해당 연구는 데이터 센터, 네트워크 인프라의 운영뿐만 아니라 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿의 사용이나 생산 등 디지털 기술로 인한 CO₂ 배출량도 조사하였다.

 

연구 결과를 살펴보면, 현재와 같은 속도로 디지털 전환이 진행될 시 이로부터 매년 16 Mt의 CO₂가 배출될 수 있으며, 디지털 전환 가속화 시 CO₂ 배출이 22 Mt까지 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 전체적으로는 온실가스 배출 절감 효과가 탄소 발자국의 6배에 해당한다고 결론 지었다. 탄소 발자국은 개인 또는 단체가 직·간접적으로 발생시키는 온실 기체, 특히 이산화탄소의 총량을 그램(g)으로 환산한 환경 지표이다. 탄소 발자국 수치가 높을수록 온실 기체를 많이 배출함을 의미한다.

 

또한, 현재 독일 디지털 전환이 현재 속도로 계속된다면 CO₂ 절감 효과는 102 Mt으로, 이는 2030년 목표 달성을 위해 절감해야 하는 배출량의 39%에 해당한다. 디지털 기술의 생산 및 이용으로부터 배출되는 온실가스를 고려할 경우, 순 절감 효과는 감축량 목표치의 33%인 86 Mt이다. 전환 속도가 빨라지게 되면, 디지털 전환은 CO₂ 절감 효과를 151 Mt으로 증대시키며, 이는 국가 기후 목표에서 요구하는 배출량 절감의 58%를 구성한다. 순 절감 효과는 감축량 목표치의 49%인 129 Mt이다. 디지털 기술 활용 부문별 연구 결과는 아래와 같다.

 

산업제조 부문

연구에 포함된 디지털 기술 활용 분야 중 산업제조 분야의 디지털 기술은 CO₂를 절감할 수 있는 가장 큰 잠재력을 가지고 있는 것으로 나타났다. 2030년까지 가속 시나리오에서는 최대 61 Mt의 CO₂를 절약할 수 있고, 정속 시나리오에서는 35 Mt을 절약할 수 있다. 여기에는 2가지 핵심 기술이 주요 역할을 한다. 하나는 설비, 기계, 구성 요소 등이 서로 네트워크로 연결되어 통신할 수 있는 생산 자동화이다. 즉, 생산 프로세스가 최소한의 자원과 에너지 투입으로 자동 실행될 수 있다. 다른 하나는 디지털 트윈이다. 디지털 트윈은 현실세계에 존재하는 대상이나 시스템의 디지털 버전을 말한다. 디지털 트윈으로 전체 공정에 대한 가상의 완전한 사본을 생성하면 특정 프로세스를 실제 개체에 적용하기 전에 디지털 버전에서 테스트할 수 있기 때문에 재료, 에너지 등의 자원을 줄일 수 있다.

 

이동수단 부문

2030년까지 CO₂ 배출량을 정속 시나리오에서는 17 Mt, 가속 시나리오에서는 28 Mt까지 줄일 수 있다. 자동차의 거리 센서 또는 GPS의 데이터를 사용함으로써 지능형 교통 시스템은 신호등 및 교통 경로를 전환하거나 대중교통을 강화할 수 있다. 스마트 물류는 비효율적인 가동을 방지하고 화물 경로를 최적화하여 배출량을 줄일 수 있다. 마찬가지로, 카셰어링, 라이드 셰어링 등을 포함하는 공유 모빌리티는 운송 부문의 효율성과 자원 집약도를 향상할 수 있다.

 

건물 부문

스마트홈은 이미 에너지를 절약하는 데 도움이 되고 있다. 이러한 기술에는 창문을 열면 난방을 끄거나 사람들이 나갈 때 조명을 끄는 기능이 포함된다. 기상 조건과 직원 수에 따라 난방, 환기 및 에어컨을 자동으로 조정하는 디지털 솔루션은 더 큰 규모의 업무 공간에도 사용될 수 있다. 스마트홈과 지능형 커넥티드 건물은 현재 속도 시나리오에서 최대 16 Mt의 CO₂를 절감할 수 있고, 디지털 전환이 가속화되면 최대 19 Mt까지 절감 가능하다.

 

업무 및 비즈니스 부문

통근 대신 재택근무를 함으로써 매일 기후 보호에 크게 기여할 수 있다. 2019년 독일 전체 근로자중 12%만이 일주일에 평균 2일 자택에서 근무하였다. 디지털 전환이 현재 속도로 확산되는 경우, 이 수치는 2030년까지 48%에, 디지털 전환의 가속화 경우 55%에 이를 것으로 내다보고 있다. 이처럼 재택근무를 시행하거나 출장을 화상회의로 대체하고 사무실 공간을 축소함으로써 배출량을 절감할 수 있으며, 업무 및 비즈니스 분야에서 2030년까지 총 10~12 Mt의 CO₂를 줄일 수 있다. 협회의 Achim Berg 회장은 유연한 근무시간과 재택근무, 화상회의에 대한 인센티브를 제공해야 한다고 촉구하였다.

 

에너지 부문

에너지 부문에서는 현재 속도 시나리오에서 19 Mt, 가속 시나리오에서 23 Mt의 CO₂ 배출 절감이 가능하다. 이 분야의 핵심 기술은 에너지 생산과 소비를 정확하게 관리할 수 있는 스마트 그리드이다. 스마트 그리드를 통해 데이터와 에너지가 생산자에서 소비자로 흐를 수 있을 뿐만 아니라 반대 방향으로도 흐를 수 있기 때문에 전력 네트워크를 보다 최적화하고 효율적으로 운영할 수 있다. 게다가 디지털 기술은 재생 에너지의 효율적인 생산을 가능하게 한다. 인공지능과 빅데이터는 실시간으로 재생 에너지 생산을 모니터링하고 분석할 수 있어 생산 중단을 방지하고 활용도를 높일 수 있다.

 

농축산 부문

비료 생산에는 많은 양의 에너지를 필요로 한다. 뿌려진 비료는 모두 작물에 도달하지 않는다. 그래서 많은 양의 비료가 작물을 심지 않은 토양으로 가거나 지하수를 오염시키게 된다. 지능형 토양 관리 시스템은 토양 분석을 통해 모든 식물에 대한 정확한 양의 비료를 산출하고 분배함으로써 농업에서 발생하는 온실가스 배출량을 최대 16%까지 줄일 수 있다. 가축 사육에서도 비슷한 방식으로 온실가스 감축이 가능하다. 디지털 가축 관리 시스템은 조기 의료 진단, 행동 패턴 모니터링을 통해 메탄 배출 감소를 가능케 한다. 여기에 탄소 발자국을 낮추는 최적의 양만큼 사료를 공급할 수 있는 기술이 더해진다면, 축산에서 발생하는 온실가스 배출량을 최대 9%까지 줄일 수 있다. 종합적으로 온실가스 배출량을 현재 속도 시나리오에서 4 Mt, 가속 시나리오에서 7 Mt 줄일 수 있다.

 

건강 부문

코로나-19 팬데믹으로 인해 화상 통화를 통한 의료 상담이 크게 증가했다. 이러한 도구는 대기실에서 감염에 걸릴 위험을 줄일 뿐만 아니라 의사나 치료사의 통근도 줄일 수 있다. 또한, 최근 전자 처방과 같은 디지털 헬스케어 애플리케이션의 사용이 의료용으로 승인되었는데, 이를 통해 의료 시설 방문을 대체할 수 있다. 이러한 디지털 헬스케어는 2030년까지 중간 디지털화 시나리오에서 0.3 Mt, 가속 시나리오에서 0.4 Mt의 CO₂를 절감할 수 있다.

 

또한, 이 연구는 디지털 전환의 온실가스 감축 기대효과뿐만 아니라 디지털 기술 자체가 미치는 온실가스 배출의 영향도 조사했다는 것에 의의가 있다. 네트워크 인프라와 데이터 센터 운영은 물론이거니와, 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿 등 디지털 기기의 제조와 이용으로부터 온실가스가 배출되기 때문이다. 그러나 연구에 따르면, 디지털 기술에 따른 온실가스 감축 효과 기대치가 배출량의 약 6배에 이르렀다. Berg 협회장은 “한 가지 분명한 것은, 디지털 자체가 에너지와 자원을 소비한다는 것이다. 그러나 이는 기후 친화적으로 설계될 수 있다. 석탄과 가스는 태양열이나 풍력 에너지보다 훨씬 더 많은 CO₂를 배출하기 때문에 친환경 전기를 통해 더욱 지속 가능하고, 환경친화적인 디지털 전환으로 설계할 수 있다. 에너지 전환이 과감하게 진행되면 디지털 기술의 CO₂ 배출량이 자동으로 감소하게 될 것이다. 목표는 순 감축량을 총 감축량에 최대한 가깝게 만드는 것이다.”라고 설명을 덧붙였다.

 

실제 현장에서도 디지털 기술이 온실가스 배출에 영향을 미친다는 연구 결과가 확인되었다. 협회 연구팀은 2020년 9월 중순에서 10월 말 사이에 자국 내 20인 이상의 규모 753개 사업장의 상무 이사, 이사회 구성원, 환경·지속 가능성 책임자 대상 전화 인터뷰를 진행하였다. 설문조사 결과, 기업의 약 77%는 이미 디지털 기술을 사용함으로써 CO₂ 배출량이 감소했다고 밝혔고, 약 44%는 지능형 조명을, 23%는 지능형 냉난방 시스템을 사용하고 있으며, 70%는 비디오 회의로 출장을 대체하였다. 디지털 기술로 에너지의 효율적인 이용이 가능하다는 기업은 63%인 반면, 위험 요인이라고 답한 기업은 20%로 집계되었다.

 

특히, 이번 연구결과에서 제조업의 디지털 트윈은 이산화탄소 절감 기대 효과가 가장 큰 것으로 나타나 앞으로 탄소 중립에 적극적이고도 선제적으로 대응하기 위해 반드시 필요한 핵심 기술로 전망된다.

 

국내 디지털 트윈 기술 활용 동향

이러한 추세에 따라 과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 과기정통부)와 정보통신산업진흥원(원장 김창용, 이하 NIPA)은 현재 '5G 기반 디지털트윈 공공선도 사업'을 추진하고 있다. 이 사업은 정부와 지방자치단체가 보유한 공공시설물과 기업·산업시설물에 5G·디지털트윈 등 신기술 적용으로 시설물 안전관리 체계를 실증하는 프로젝트로 지난해 5개 지역 50개 시설물 내 5G·디지털트윈 기반 안전 관리시스템을 실증했다. 올해는 기존 ‘5G기반 디지털트윈 시설물 안전 실증사업’뿐만 아니라 기업의 생산성 향상, 안전관리, 기술개발 촉진 등 제조 현장 혁신을 지원하고 공공부문이 선도적으로 수요를 창출하기 위해 ‘5G 기반 디지털트윈 제조산업 적용 실증사업’이 신규로 추진될 예정이라고 한다.

 

또, 국내 디지털 전환의 일환으로 정부 주도 "한국판뉴딜 종합계획"을 발표하면서 디지털 트윈이 10대 대표 과제 중 하나로 선정되었다. 디지털 전환의 중심에 디지털 트윈 기술이 있음을 알 수 있는 대목이다.

 

코로나-19 팬데믹으로 인해 어려움을 겪고 있는 국내 기업들도 국내 ICT 기술의 장점을 살려 제조 부문 디지털 전환을 통해 포스트 코로나 시대의 시장을 주도하는 기회로 삼아야 할 것이다.

 

[출처]

- “Digitization can save one in five tons of CO₂”, <Bitkom>, 2021.03.18.

- “NIPA, 2021년도 5G기반 디지털트윈 공공선도 사업 통합설명회 개최”, <정보통신산업진흥원 보도자료>, 2021.02.10.

- 이미지 : 기자단 자체 제작