인공지능의 활용 - 지속가능성에 대한 기여

탄소중립을 지향하는 AI 기술을 알아봅니다

2023. 2. 24.

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안녕하세요, 구독자님.

편안한 한 주 보내고 계신가요?

요 며칠 날씨가 추워졌다 풀렸다를 반복하고 있습니다. 물론 몇주 전의 한파 수준은 아닙니다만 조금 따뜻해 졌다고 방심하고 얇은 옷만 입고 나갔다가 된통 혼날 수도 있는 그런 날씨인 것 같습니다.

제 경우, 트위터나 유튜브를 통해 해외 소식을 간혹 접하고 있는데, 이번 달 초 한 기사에서 미국의 워싱톤산이라는 곳의 기온이 체감으로 영하 77도, 실제 기온 영하 43도까지 떨어져 역대 최저치를 기록했다는 글을 읽었습니다. 실제 온도 영하 70도(관련영상)까지 내려간다는 사하공화국 (예전 소련 연방에 속했던)의 야쿠츠크라는 곳도 있으니 한참 못 미치는 것 같지만 원래 항상 그런 수준이었던 곳이 아니어서 더 기삿거리가 되었던 것 같습니다. 우리나라에서는 휴전선 최전방이나 한겨울 소백산 비로봉 꼭대기의 칼바람을 맞아봐야 체감으로 영하40도 수준일테니 흠... 상상이 잘 안 되긴 합니다.

이번 소식에서는 기후변화로 인한 사회 문제를 해결하기 위해 활용되고 있는 인공지능 기술에 대해 역시나 간단히 알아 보도록 하겠습니다.

지구온난화 (Global Warming)

지구온난화란?

말 그대로 지구가 따뜻해진다는 것을 의미합니다. 용어 그대로만 보면 크게 문제가 될 것 같지 않은 아주 '온화한' 느낌을 주는데요... 위키백과에 나온 좁은 의미의 정의로는 '인간 활동으로 인해 19세기 말부터 지구의 평균기온이 상승하는 현상'입니다. 이제 조금은 느낌이 달라졌죠? 위키의 다른 글에 나온 지구 기온 변화 추이를 보면 정말 산업화 이후에 급격한 변화가 있었다는 것을 느낄 수 있습니다.

사람도 섭씨 36.5도 인 평균 체온이 1~2도만 올라가도 열나고 어지럽고 면역력이 떨어지고 더 심할 경우 고열로 인한 사망에 이를 수도 있듯이 지구도 그런 상태가 될 수 있는 겁니다. 사실 지구의 나이를 기준으로 보면 이런 수준의 기온 변화는 과거에도 빈번하게 일어났던 것이고 앞으로도 언제든 생길 수 있는 일이지만, 그 위에 살아가고 있는 작은 존재인 인간과 생물들에게는 아주 큰 문제가 되는거죠.

지구온난화의 원인은 뭔가요?

지구온난화의 원인에 대해서는 다양한 의견들이 있습니다. 하지만 대다수의 과학자들은 가장 큰 영향을 미친 것으로 20세기 중반 이후, 인간의 활동에 의해서 발생한 '온실가스(greenhouse gas)'를 얘기합니다. 온실가스란 지구상에 들어온 태양복사에너지가 지구 표면 반사로 우주로 빠져 나가는 것을 막는 물질을 말합니다.

교토의정서 상에는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황의 6가지 가스로 규정하고 있습니다. 이 가운데 이산화탄소는 전체 온실효과의 65% 가량을 차지하고 있는 대표적인 온실가스입니다. 이산화탄소는 지구온난화지수(이산화탄소를 기준으로 동일한 양이 방출되었을 때 지구온난화에 미치는 영향도를 나타낸 지표)는 다른 온실가스들보다 낮은데, 대기 중의 양이 다른 온실가스에 비해 워낙 많기 때문에 영향이 큰 것 같습니다. (관련자료)

지구온난화가 문제가 되나요?

지난 달 초에 개최되었던 세계경제포럼(WEF: World Economic Forum)에서 소개된 'Global Risks Report 2023' (링크)를 보면, 지구온난화로 야기될 것으로 예상되는 '자연재해와 이상기후', 그리고 '기후변화 완화 실패', '대규모 환경피해', '기후변화 적응 실패', '생물다양성 손실 및 생태계 붕괴'가 향후 10년내 인류를 위협하게 될 10대 리스크에 올라 있습니다. 순위 또한 1위~4위, 10위로 거의 최고 단계죠.

지구온난화로 인한 문제점으로 예상되는 것을 보면 다음과 같은 것이 있습니다.

북극 빙하가 녹고 해수면이 급격하게 상승
해저에 쌓여있는 메탄이 녹으면서 대기로 대량 유입
지구 대기의 수증기 농도 증가로 인한 온실효과 상승 효과
해양생태계 교란으로 다양한 생물종 멸종 (예:북극곰,산호 등등)
폭염, 대형산불, 가뭄, 집중 폭우, 홍수 등등 극단적인 기상이변의 빈번할 출몰
기후변화로 인한 다양한 사회문제 발생 (물부족문제, 식량문제, 보건문제 등등)
빙하 속에 얼어 있던 고대 바이러스의 등장 가능성

사진: MidJourney를 이용해서 생성

도대체 온도가 얼마나 올라가면 문제가 되는 것인지?

2015년 파리협정에서는 1.5℃ 상승을 임계점으로 설정했습니다. 그리고 이를 지키기 위해서는 앞으로 십여년 내에 반드시 온실가스 배출량을 극단적으로 줄이는 실질적인 조치가 필요한다는 것입니다. 그런데 그 이후의 회의 들에서 나오는 얘기들을 보면, 임계점에 도달하게 될 시점이 계속해서 앞당겨지고 있습니다. IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체, Intergovernmental Panel on Climate Change) 6차보고서(2021년)에는 2021 ~ 2040년 사이에 이 임계점에 도달할 수도 있다고 했습니다. 이는 2018년도에 나온 5차 보고서 상의 예상보다 임계점 도달이 10년 이상 앞당겨진 것이어서 충격적으로 받아들여 졌습니다. 그런데... 지금 예상으로는 당겨지는 속도는 앞으로 더 빨라질 것 같습니다. 참고로 북극의 지표면 온도만 놓고보면 1981년부터 2010년까지 평균온도가 1.6도 상승했다고 합니다. (링크)

탄소중립(carbon neutrality)

탄소중립이란 뭔가요?

탄소중립은 인간 활동에 의한 탄소배출을 최소화하고, 배출된 탄소는 흡수, 제거해서 배출량을 0으로 만든다는 개념을 말합니다. 비슷하게 사용되는 용어로 넷제로와 탈탄소가 있을 것 같습니다.

넷제로(Net-Zero)는 인간활동으로 배출되는 온실가스의 양이 대기 중에서 제거되는 온실가스의 양과 균형을 이루는 상태를 말하는데 탄소제로(carbon zero)라는 용어로도 사용되고 있습니다. 반면 탈탄소(Decarbonization)는 기후변화의 영향을 완화하기 위해 온실가스 중에 특히 이산화탄소(CO2) 배출량을 줄이는 과정(Process)을 말합니다. 둘은 관련이 있지만 전자는 상태라서 도달해야 하는 목표이고 후자는 그 과정을 위해 추진될 수 있는 방편이라 약간의 차이가 있습니다. 또한 넷제로의 경우에는 단순히 배출을 줄이는 것에 머무르지 않고 능동적으로 '제거'하는 숙제가 덧붙여져 있습니다.

탄소중립과 관련된 규제는 어떤 것이 있나요?

국가 별로 개별 규제(링크)가 있어 대표적인 몇 가지만 언급해 보겠습니다.

EU의 탄소배출권거래제(ETS) 개편 : 탄소배출권이란 온실가스를 배출할 수 있는 권리를 의미하는데 쓰레기를 버리기 위해 구입해야 하는 쓰레기 봉투와 비슷한 개념이라고 보면 됩니다. 기업마다 일정한 할당량을 받게 되는데 그것보다 줄이면 팔 수 있는 권리를, 더 많이 배출하면 사야하는 의무를 지게 되는 것이죠.
EU의 탄소국경세 (탄소국경조정제도, CBAM:Carbon Border Adjustment Mechanism) 시범 운영 (소개) : 탄소국경세는 EU에서 시작되기는 했지만 현재는 미국, 일본, 캐나다 등에서도 비슷한 제도를 운영하고 있습니다. 한마디로 수출 시 기업들이 제품 생산 전주기에 걸쳐 온실가스 배출량을 측정,집계해서 신고를 하고 이에 대한 인증서를 구매해야 하는 방식으로 일종의 무역장벽인 셈입니다.
RE100 (Renewable Energy 100) : 2050년까지 사용하는 전력 전부를 재생에너지로 대체하자는 국제적 기업간 자율 협약 프로젝트. 느낌은 버킷챌린지 같은 건데... 실제로는 달성 못하면 탄소배출권 같은 개념의 REC(신재생에너지공급인증서)를 구매해야 하고, 납품받는 기업이 납품사에 RE100의 준수를 요구하는 경우가 늘고 있어 기업들의 자발적 참여라는 취지와 달리 일종의 무역장벽으로 인식되고 있는 실정이다. (관련글)
미국 : 2030년까지 미국 내 판매 신차의 50%는 탄소배출제로 차량(BEV, PHEV, FCEV) 으로 전환한다는 행정명령 서명
EU : 2035년까지 하이브리드 차량 포함한 내연기관 신차 판매 완전 금지

탄소중립을 위한 우리 정부 정책은 어떤 것이 있나요?

우리나라는 중국, 일본의 넷제로 선언 이후인 2020년

방향성은 비슷하나 세부적으로는 차이가 발생할 수 있으므로 최근 정부에서 발표한 내용들을 위주로 몇개만 옮겨봅니다.

산업통상자원부
4대업종 탄소중립 기술개발(~30년, 9352억) 본격착수 : 화학, 철강, 시멘트 및 반도체/디스플레이 등 탄소다배출 업종
제3차 지능형 전략망 기본계획 (2023~2027) : 태양광, 연료전지 등 분산 에너지를 통합하는 ICT 기반 가상발전소
해양수산부
국제해운 탈탄소 주도 '2050 국제해운 탄소중립' 추진 : 친환경 선박으로 전환 추진, 해운선사의 친환경 전환 투자 여건 개선, 친환경 기술, 미래 연료 인프라 확충, 한국형 탈탄소 항로 구축, 국제협력 진행
환경부
2023년 환경부 기후탄소정책실의 3대 핵심과제 : 온실가스 감축목표 세부 이행계획(로드맵) 수립, 에너지믹스(원전+재생에너지 등), 산업 저탄소화, 순환경제 실현, 무공해차 중심의 수송체계, 녹색분류체계 시행에 따른 녹색금융 활성화 및 다양한 지원사업 추진

이외에도 다수의 정책이 있겠습니다. 정책은 실행으로 제대로 이어져 실질적인 효과를 만들어 내야 의미가 있는 것이니 산업 전 분야에서 함께 노력해야 할 것입니다.

탄소중립을 위한 AI

탄소중립과 관련된 기업들이 있나요?

앞서 말씀드린 것처럼 온난화로 인한 기후변화에 대한 문제는 오래 전부터 대두된 것이어서 해결책에 대한 연구나 솔루션 개발 또한 많은 기업이나 연구기관이 뛰어들었습니다. 최근 등장한 AI 기술은 기존 것들에 혁신의 바람을 불어 넣는 중이라고 할 수 있죠.

국내 사례

국내 다수의 대기업들이 이 부문에 뛰어 들었습니다. 몇 가지 예로는 KT(AI 빌딩 오퍼레이터 운영, 탄소제로 IDC 솔루션 개발 계획), 현대엔지니어링(지자체 전기차 충전 인프라 구축), SK에코플랜트(음식폐기물에서 바이오연료 정제, 폐배터리 재활용 사업), 한화(수소 혼소 가스터빈 개발, 탄소배출관리 시스템 '맹그로브'), SK㈜ 머티리얼즈 (탄소포집 기술 적용 블루암모닝 양산 추진) 등이 있습니다. 스타트업으로는 아코플레닝(폐가죽 이용한 재생실 제작), 지구인컴퍼니(식물성 대체육 개발), 씨위드(해조류 기반 배양육 개발) 등등 다양한 분야에서 새로운 기업들이 나오고 있습니다.

탄소중립과 관련된 산업계의 변화는 어떤 것이 있나요?

또 다른 움직임으로는 ESG (Environment, Social, Governance)가 중요해지면서, 직접적인 솔루션을 제공하지는 않지만 대신 탄소배출을 많이 하는 기업에 대한 투자 등 금융지원을 축소하는 금융기관이 등장하거나 탄소중립을 선언하는 대기업들이 속속 나타나고 있다는 것입니다. 작년 9월 삼성전자가 RE100 선언을 했고 이번 달 초에는 LG그룹이 동참해서 LG전자·LG디스플레이·LG이노텍·LG화학·LG에너지솔루션·LG생활건강·LG유플러스 등 그룹사 가운데 온실가스 배출이 가장 높은 7개사의 감축 목표와 추진계획을 제시했습니다. (기사)

해외의 경우로 보면 빅테크 기업들이 탄소중립을 선언하고 기술투자, 에너지 전환 등을 주도적으로 진행하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 아마존은 2025년까지 사업활동에 필요한 전력 100%를 재생에너지로 조달하겠다고 밝혔고 구글도 2030년까지 클라우드 사업은 탄소제로로 구현하겠다고 선언했습니다. 특히 최근에는 LLM(대규모 언어모델)의 학습에 많은 에너지가 소모되는데 AI 연산과정에서의 탄소배출을 최소화하기 위한 연구와 조치들이 계속 나오고 있답니다. (기사)

탄소중립을 위해 AI가 적용될 수 있는 분야는 어떤 것이 있나요?

탄소중립, 특히 탈탄소를 위해 다양한 영역에서 해결책이 모색되고 있습니다. AI로 인한 혁신기술은 생산성 향상과 낭비되는 부분을 줄이는 효율화, 최적화에 도움을 줄 수 있을 것입니다.

다음과 같은 분야가 그 예죠.

탄소배출 모니터링/예측/분석
제품의 제조 뿐만 아니라 운영, 운송, 판매 등의 모든 가치 사슬에 걸쳐 발생하는 탄소량을 모니터링, 추적하고 이에 대한 결측치 예측과 분석 등에 활용
에너지 최적화 (Energy optimization)
에너지의 생산/전송/소비 단계에서 발생할 수 있는 낭비를 줄이기 위해 에너지의 생산, 저장관리, 분배 최적화 등에 활용
에너지 효율 (Energy efficiency) 향상
건물, 산업공정, 운송 등에서 에너지 효율 개선에 활용
예) 공조(HVAC:Heating, Ventilation, Air Conditioning) 시스템 최적화, 제조 프로세스 최적화 등
재생 에너지 통합풍력, 태양광 등의 재생가능 에너지원을 이용한 전력생산을 전체 전력망에 통합하는 것을 최적화
탄소 포집 및 저장
발전소나 기타 산업공정에서 배출되는 이산화탄소 포집 및 저장 기술의 효율성 향상
운송 최적화
운송 경로 효율성 개선 및 차량의 에너지 소비 절감 등 운송시스템 최적화 활용
스마트 도시계획
건물과 교통시스템의 에너지 소비 절감 및 폐기물 관리 효율성 향상에 활용

탄소중립을 위해 AI가 적용된 솔루션이나 사례는 어떤 것이 있나요?

국내사례

국내 사례로는 SK에코플랜트(소각로 운전최적화), 씨드앤(AIoT 기반 건물 에너지 운영 솔루션), 스탠다드에너지(ESS 특화 딥테크), 식스티헤르츠(풍력 발전량 예측 솔루션), 그렉터(에너지 관리시스템(EMS) 개발), 메디치소프트(이지AI 에너지절감 솔루션), 카본데이터랩 (AI 기반 탄소중립 컨설팅 솔루션 '카본노트' 개발, 기사), 씽크포비엘(축산분야 적정사료량 분석) 등등 많은 기업들이 있습니다.

해외 사례

리브엔센스(LivNSense, 인도)는 탈탄소를 위한 에너지 효율 개선 솔루션 'GreenOps' (링크)을, 카본 리(Carbon Re, 영국)는 델타제로(Delta Zero)라는 에너지 집약 산업에서의 운영 비용 및 탄소배출량 저감 솔루션 (기사)을, 댄포스(Danfoss, 덴마크)는 Leanheat이라는 기업과 함께 AI 기반 빌딩 에너지 관리 솔루션을, 정유업체인 셸 (Shell, 영국)은 충전 인프라 운영 효율화 프로그램 'RechargePlus'를 개발, 운영하고 있습니다. 그 외에도 아주 많지만 이 정도만 하겠습니다.

사진: LivNSense의 GreenOps 사례 예시

AI가 문제를 다 해결 해 줄까요?

물론 AI 기술 기반의 혁신은 많은 사회문제를 푸는데 도움을 줄 수 있습니다. 탄소배출을 줄이는 부분에도 예외는 없을거라 생각합니다. 그리고 많은 기업과 연구기관들이 AI로 이 문제를 풀려고 하고 있고 분석기관들은 풀릴 것으로 전망을 하고 있습니다.

하지만, 이를 도입하려는 사람들의 기대 수준이 처음부터 너무 높다면 어떻게 될까요? 최근 chatGPT에 열광하는 사람들과 테스트했더니 사실이 아닌 내용을 말하더라 하는 기사 하나에 AI 기술을 폄훼하는 사람들을 거의 동시에 보게 되는데 그건 같은 것을 바라보더라도 사람들마다 기대 수준이 제각각이라는 것을 말해줍니다.

저는 사회에서 뭔가를 변화시키려면 기술의 수용 단계에서는 기대치를 좀 낮춰 시작해서 서서히 높여가는 것이 바람직하지 않을까 하는 생각입니다. 사실 조금 낮다는 그 기대치조차 이제까지의 수많은 노력으로도 결코 쉽게 달성할 수 있없던 수준일테고 산업체에서 탄소배출을 단 2~3%만 더 줄일 수 있다면 숫자 상으로는 고작? 할 수도 있겠지만 절감되는 비용 측면에서는 어마어마한 금액이 될 수도 있을테니 무시할 수준이 아니겠죠.

그 외에 탄소중립 관련해서 볼만한 자료가 있을까요?

찾아본 몇 가지를 나열해 봅니다.

인공지능 서비스의 배포와 운영 시 도움이 필요하신가요?

(주)소이넷은 인공지능 서비스를 제공하는 기업들 가운데 서비스 배포와 운영에서 어려움을 겪고 계신 곳에 도움을 드릴 수 있습니다.

혹시 구독자님의 회사는 다음과 같은 어려움을 겪고 계시지 않나요?

AI 모델을 개발하고 학습 후 서비스를 위한 성능 (Accuracy)는 달성했는데, 정작 최적화 엔지니어가 없어서 어플리케이션, 서비스로의 배포를 위한 실행최적화를 못하고 있어요!
AI 서비스를 이미 제공하고 있지만, 비싼 클라우드 GPU 서버 인스턴스 사용료가 부담이 되네요. 흠... 경비를 절감할 수 있는 방안이 없을까?
서비스에 적합한 공개 SOTA 모델이 있지만 그대로 가져다 쓰기에는 우리 쪽 어플리케이션에 접목하기도 어렵고 운영 비용도 많이 들 것 같은데 어쩌지?
서비스에 사용되는 AI 모델을 통합적으로 관리, 배포, 모니터링을 하고 싶은데 그렇다고 비싸고 너무 복잡한 솔루션을 쓸 수는 없고 어쩌지?

그렇다면 언제든 아래 연락처로 문의 주세요. 함께 해결책을 고민해 드리겠습니다.