바이오로깅(Bio-logging)

해양생물과 사람의 지속 가능한 공생 사회

바이오로깅이라는 것은 동물에게 소형의 기록계를 장착해 직접 관찰하기 어려운 대형 해양 동물의 행동, 생리, 생태를 조사하는 기술이다. 이번 특집에서는 그 시작부터 발전, 더 나아가 예상 밖의 전개인 해양 물리 환경 측정에 응용하게 된 경위에 대해서도 소개한다.

가까운 미래에는 기상예보의 정밀도 향상과 해양자원 관리, 희귀동물의 보존, 학생이나 일반 시민의 해양 리터러시 향상 등, 다양한 사회문제 해결에 바이오로깅 데이터가 이용될 가능성이 있다. 이를 위해 우리는 데이터 베이스 Biologging intelligent Platform을 구축해 해양생물과 사람의 지속가능한 사회 실현을 목표로 하고 있다.

1. 바이오로깅의 시작

고래, 물범, 펭귄, 바다거북이 등, 어린 아이도 그 형태를 알 수 있을 정도로 친숙하다고 인식되고 있는 동물들을 바다에서 지속적으로 관찰하는 것은 사실 거의 불가능하다. 이러한 폐 호흡 해양 동물이 해면에서 호흡하는 순간을 선박 위에서 목격하는 경우는 있다. 하지만 바다 안에 들어가 버리면 아무 것도 알 수 없다. 그저 다시 바다 밖으로 나오기만을 기다리는 수 밖에 없다.

그렇지만 다시 나올 가능성은 결코 없다. 그래서 육상 동물에 비해 해양 동물의 생활은 우리가 생각하는 것만큼 밝혀지지 않고 있다. 하지만 최근 이러한 딜레마를 부분적으로 해소할 수 있는 방법이 고안되어, 

시장은 10년 만에 약 100배 성장, 출력 향상으로 수은 등의 대체도 시야에

심자외선, 좀 더 구체적으로는 UV-C로 불리는 파장이 100n~280nm의 전자파를 출력하는 LED(UV-C LED) 시장이 빠르게 확대되고 있다. 조사회사인 영국의 Allied Market Research의 예측에 따르면, UV-C LED의 세계 시장 규모는 2020년 약 2억달러(약 280억엔)에서 2030년에는 약 100배인 189.4억달러(약 2.65조엔)라는 맹렬한 기세로 급성장할 전망이다. 2021~2030년 연평균 성장률(CAGR)은 59.7%로, 많은 성장 사업 중에서도 월등히 높다.

그 계기는 여전히 만연해 있는 코로나19 때문이다. UV-C LED의 이용 목적은 곰팡이나 세균의 살균, 바이러스의 비활성화 등 위생적인 환경 유지가 대부분이다. 예전에는 물 살균이 주된 상정 용도였지만 최근에는 방이나 건물 내 공기, 에스컬레이터 난간, 그리고 각종 소지품을 살균하는 UV-C 장치가 급증하고 있다.

-- 소형기기를 ‘즉석’에서 이용 --
하지만, 빌딩의 에어컨 덕트 등에 설치되는 다소 대형의 거치형 UV-C 장치는 수은 램프를 이용한 제품, 혹은 수은 램프와 UV-C LED를 조합한 것이 많다. 수은 램프는 1개의 총 광출력이 수 외트에서 수 십 와트로, 고출력에 가격도 비교적 저렴하다. 따라서 총 광출력에서 뒤떨어지고 가격도 비교적 비싼 UV-C LED의 제조사들은 코로나 사태 전까지 수은 램프와의 경쟁 속에서 독자적 용도 개척에 어려움을 겪으면서 자체 생산에서 철수하는 기업들도 적지 않았다.

AI를 비롯해 센서와 로보틱스로 진화

택배를 받거나, 부재 중 집안 순찰, 잔디 깎기, 수영장 청소까지, 기존과는 확연히 다른 가정용 로봇들이 속속 등장하고 있다. 지금까지 가정용 로봇이라고 하면 청소 로봇이나 애완용 로봇이 대부분이었다. 하지만 최근 들어 상황은 바뀌고 있다. 심층학습(딥러닝)이나 강화학습과 같은 AI(인공지능)를 비롯해 센서와 로보틱스 등 각종 기술의 진화로 보다 실용적인 가정용 로봇이 잇따라 제안되고 있다.

이러한 가정용 로봇 분야를 선도하고 있는 것은 해외기업이다. 특히 주목 받고 있는 것은 지금까지 많은 업계를 디스럽트(파괴적 혁신) 해온 미국 아마존닷컴의 ‘아스트로(Astro)’이다. 2023년 1월에 개최된 테크놀로지 박람회 'CES 2023'에서는 많은 사람들이 아스트로를 직접 보기 위해 아마존닷컴의 전시 공간을 찾았다.

이번 CES에서 아스트로가 사람들에게 큰 관심은 받은 데는 이유가 있었다. 아마존은 2021년 가을에 아스트로를 발표했지만, 시범적인 제품으로서 미국 내 한정된 사용자에게만 판매하고 있기 때문이다. 2023년 1월 시점에서도 일반 판매를 시작한다는 발표는 없지만, 아마존은 판매 후에도 소프트웨어 업데이트를 통해 기능을 추가하는 등 의욕적으로 개발을 추진하고 있다.

1. 건설 3D프린터는 보급될까?

특수 모르타르를 노즐에서 토출하여 적층해 구조물을 조형하는 건설 3D프린터. 그 화제성은 건축 업계 뿐 아니라 일반 사람들도 매료시키고 있다. 다카시마야 백화점은 2023년 1월의 첫 판매 특가품으로, 스타트업 기업 세렌딕스(Serendix, 효고현)가 3D프린터로 조형한 연면적 약 10m2의 오두막 ‘Sphere’를 설치했다. 가격은 세금 포함 330만엔이다. 세렌딕스는 23년 봄에 건설 3D프린터로 ‘인쇄’한 주택을 판매할 예정이다.

건설 3D프린터를 전개하는 업체는 세렌딕스와 같은 스타트업 기업부터 콘크리트 제조사, 대형 건설사까지 다양하다. 프린터를 실전에 이용할 수 있도록 시행착오를 겪으면서 기술력을 높이고 있다.

그 중에서도 활발한 움직임을 보이는 것이 대형 건설사이다. 지금까지는 실내 조형이 중심이었지만 프린터를 건설 현장으로 들여와 ‘현장 프린팅(Onsite Printing)’에 대응하기 시작했다.

오바야시구미는 연면적 27.09m2, 최고 높이 4.04m의 ‘3D프린터 실증동’을 자사 기술연구소 부지에서 인쇄하고 있다. 산업용 로봇팔을 기반으로 자체 개발한 프린터를 현장에 설치해 벽 부분을 인쇄 중이다. 23년 2월경 완성을 목표로 하고 있다.

새로운 기획 및 개발 체제 구축

도레이가 전기자동차(EV)의 본격적인 보급을 내다보고 자동차 소재의 새로운 기획 및 개발 체제를 구축하고 있다. 올 6월, 자동차 소재 제안 및 기술 마케팅을 담당하는 ‘오토모티브센터’(나고야 시)와 배터리 재료 등을 개발하는 ‘환경·에너지개발센터’(오쓰  시)를 통합해 ‘환경·모빌리티개발센터(EMC)’(오쓰 시)를 신설했다.

도레이의 이사이자 이번 새로운 조직의 소장을 맡게 된 마카베(真壁) 씨는 “당사가 보유하고 있는 각종 첨단 재료들을 조합한 새로운 제안을 추진해나가고 싶다”라고 포부를 밝힌다. 새로운 조직에서는 사업 횡단적 제안도 가능해진다. 그는 “전동화나 경량화, 쾌적성, 안전성, 자율주행 등의 관점에서 솔루션을 제안해나갈 방침이다”라고 말한다.

도레이는 지금까지 섬유와 필름, 수지 등 각 사업부문들이 각각 제안 활동을 추진해왔다. 그러나 EV 전환을 배경으로 자동차회사 및 1차 부품업체(티아 1)로부터의 요구가 다양해지고 있어, 기존의 체제에서는 임기응변의 제안이 어려워지고 있다. 이러한 과제를 새로운 조직에서 해결하려는 것이다.

이번 새로운 조직은 세계의 개발 거점과도 제휴한다. 특히 중시하는 것은 “EV를 시작으로 최첨단 기술개발이 진행되고 있는 유럽과 세계 최대 자동차 시장인 중국이다”(마카베 이사).

덤프트럭과 암반절삭기의 현장 실증

나노 버블(초미세기포)을 경유에 혼입해 중장비 연비를 향상시키는 기법에 관심이 쏠리고 있다. 건설 발생토 등의 운반 업무를 다루는 다이코공업(사이타마현)이 덤프트럭으로, 오쿠무라구미 토목흥업(오사카시)이 암반 절삭기로 각각 ‘나노버블 경유’의 현장 실증을 진행한다. 나노버블 촉매 기능으로 디젤엔진의 연소반응을 촉진시키려는 의도다.

양사에 나노 버블 경유의 활용을 제안한 것은, 두 곳의 현장 실증에서도 어드바이저를 맡고 있는 스페이스K(도쿄)다. 스페이스K의 가나이(金井) 공동대표는 “나노 버블의 활용이 아직은 미미한 토목 분야에서도 그 특성을 살릴 수 있을 것으로 생각했다”라고 나노 버블에 주목한 이유를 설명한다.

나노 버블이 가진 특성은 중장비의 연비 향상으로 이어지는 촉매 기능뿐만이 아니다. 계면활성 기능을 통해 오염 성분을 활성화되면서 물에 쉽게 녹는다. 중장비에 사용하는 경유에 섞으면 배출가스의 정화도 기대할 수 있다.

다이코공업은 18년 12월, 나노 버블 경유를 덤프 연료로 사용하는 현장 실증에 착수했다. 주유소에서 사용하는 급유 설비를 개조해 경유에 나노 버블을 혼입하는 장치를 22년 10월에 개발했다. 

‘2050년 탄소중립’을 실현하는 기술과 동향

2050년에 탄소중립(Carbon Neutral)을 실현하기 위해 필요한 기술은 다방면으로 있다. 본서에서는 50개의 관련기술을 소개한다.

1. CO2의 순환
2. 인공광합성
3. 수전해
4. PEM (고체고분자막) 수전해
5. SOEC (고체산화물 전해셀)
6. Metanation
7. Power to Chemicals
8. 아민 흡수 CO2 회수
9. CO2 분리막
10. 수소전소
11. 수소 가스터빈