글구보은
1961년 세계 최초의 산업용 로봇 ‘유니메이트’가 도입된 이래, 로봇은 산업현장에서 인간을 대신하여 반복적이고 정형화된 작업, 고강도·고위험 업무를 수행해왔다. 최근 노동인구 부족, 3D 노동 회피, 임금 상승 등 산업 패러다임의 변화로 로봇 산업은 더욱 주목받고 있다.
현재의 로봇 기술은 센서, 정밀기계, AI, 정보통신기술 등의 첨단기술과 결합하면서 과거의 속도와는 비교도 할 수 없이 매우 빠르게 발전하고 있다. 대표적인 예라고 할 수 있는 ‘모바일 매니퓰레이터(Mobile Manipulator)’는 자율주행을 기반으로 하여 인간의 팔과 유사한 동작을 수행하는 다관절 로봇이다. 일반적인 매니퓰레이터가 하나의 업무를 반복 수행해왔던 것과 달리, 모바일 매니퓰레이터는 생산라인 등을 스스로 이동하며 부품 운반, 제품 조립, 검사 등 공정별로 다양한 작업을 수행할 수 있다.
한편 최근 로봇 산업계에서 떠오르는 키워드는 인간과 로봇 간 협업이다. 로봇은 감지 능력을 지닌 비전 센서, 스마트 그리퍼* 등의 발전으로 주변 환경 변화에 실시간으로 대응하는 것이 가능해졌다. 이러한 협동로봇(Cobot·Collaboration Robot)의 등장은 격리된 공간에서 별도로 운용되는 기존 로봇의 작업 방식을 변화시켰다. 인간 작업자와 함께 안전하게 작업할 수 있으며, 작업의 부담을 덜어주고 지원하는 역할을 한다. 즉 협동로봇은 로봇이 인간의 일자리를 빼앗는 것이 아니라, 인간과 상호작용하며 노동환경의 질을 높인다는 개념이다.
인간의 형상을 본떠 만든 ‘휴머노이드 로봇(Humanoid robot)’은 로봇 기술의 결정체라고 할 수 있다. 산업용 휴머노이드 로봇은 인간과 유사한 형태와 움직임을 가진 로봇으로, 인간의 능력을 능가하는 정밀성, 반복적인 작업 수행력, 위험 환경에서의 작업 능력 등을 갖추고 있다. 처음 개발되었을 때만 해도 사람처럼 보이는 자동화된 기계에 불과했던 휴머노이드 로봇은 최근 AI와 머신러닝 도구를 탑재하면서 정해진 업무 수행뿐만 아니라 생산 과정의 다양한 변수에도 대응이 가능해졌다. 앞으로 휴머노이드 로봇은 더 다양한 분야에서 보다 복잡하고 섬세한 작업을 수행하게 될 전망이다.
정부에서도 로봇 시장의 확대와 국가 간 로봇 산업 육성 경쟁 등 급변하는 세계 환경에 발맞춰, 국내 로봇 산업이 기술경쟁력을 확보할 수 있도록 신규과제를 지원하고 역대 최대 규모의 예산을 투자하는 등 인간과 로봇이 공존하는 산업단지를 만들기 위해 노력하고 있다.
*스마트 그리퍼(Smart Gripper)
로봇의 말단 부분에 장착돼 평행 그립 동작으로 물체를 잡거나 조작하는 역할을 하는 장치. 전통적인 그리퍼와 달리 스마트 그리퍼는 물체감지, 자동잠금 등의 스마트 기능을 내장하여 물체를 더욱 정교하게 다룰 수 있다.
최근 제조산업의 패러다임이 변화하면서 AI 자율제조, 제조 디지털화의 중요성이 대두되고 있다. 먼저 AI 자율제조란 AI 기반의 로봇·기계·시스템을 활용해 인간 개입을 최소화하는 생산 환경을 의미한다. AI 자율제조 시스템을 구축하면 생산성 정체는 물론 인구구조 변화에 따른 생산인구 감소, 세계 공급망의 위기, 탈탄소화 등 현재 제조업이 직면하고 있는 다양한 문제에 효과적으로 대응할 수 있다.
AI 자율제조를 공장 자동화와 유사하다고 보는 시각도 있지만, 로봇·기계·시스템 등 생산 주체가 스스로 학습하고 분석·판단한다는 점에서 큰 차이가 있다. AI 자율제조는 제조설비가 일정 규칙을 반복 수행하는 수동적 자동화를 넘어, AI가 실시간 모니터링, 예측 및 시뮬레이션, 의사결정, 설비제어, 공정 최적화 등을 능동적으로 수행하여 설계-생산-유통-판매에 이르는 제조의 전 과정을 담당하게 되는 기술이다. 국내에서는 대기업을 중심으로 AI 자율제조를 통해 생산성 향상, 공급망 관리, 재고 관리 등 경영 효율화를 이끌어 내는 데 중점을 두고 있다. 이러한 움직임에 발맞춰 데이터 운영, 머신러닝 모델 운영, 거대 언어 모델 운영 등을 위한 솔루션 및 플랫폼 기업들이 속속 등장하고 있다.
한편 제조 디지털화는 제조산업 전반에 첨단기술을 도입하여 데이터나 정보를 디지털 형식으로 변환하는 프로세스를 말한다. 사무 현장에서는 일반화된 개념이지만, 제조 현장에서 디지털화는 좀처럼 구현되지 못했던 것이 사실이다. 이제 차세대 디지털 기술을 활용하여 제품 및 서비스, 제조업의 프로세스·조직·방식, 비즈니스 모델 등을 변화시키고 새로운 가치를 창조하는 기술로 제조 디지털화가 주목받고 있다.
국내 약 76%의 제조업체는 기업 성장을 위한 핵심 전략으로 제조 디지털화를 추진하고 있다. 기업들은 제조 디지털화를 추구하는 주요 목적을 시간 및 비용 절감, 생산성 향상 등 효율 증대와 조직경영 및 관리 효율화, 서비스 혁신 순으로 꼽고 있다.
대표적인 예로 스마트 팩토리를 들 수 있다. ‘스마트 팩토리(Smart Factory)’란 상품을 생산하기 위한 모든 과정에 디지털 기술을 적용한 지능형 생산 공장을 말한다. 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷이 설치되어 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석하여 스스로 제어할 수 있게 만든 것이다. 생산 현장에서 발생하는 문제들을 쉽게 파악할 수 있어 이상 감지 및 사고 방지, 품질과 생산성 향상 등의 이점이 있다. DX를 통한 제조업의 변화는 단순한 자동화를 넘어, 산업 전반에 걸쳐 새로운 혁신과 경쟁력을 가져다줄 것으로 기대된다.
저탄소 경제로의 이행을 넘어, 무탄소에너지(CFE·Carbon Free Energy)가 주목받고 있다. 그중에서도 태양광 발전은 태양전지 모듈을 통해 태양광을 흡수하여 전기를 생성하는 방식으로, 무한한 자연 에너지를 사용하므로 연료 비용이 들지 않는다는 특징을 가진다. 또한 설치와 유지보수가 비교적 용이하며, 태양광 패널은 건물의 지붕이나 유휴 부지 등에 설치할 수 있어 공간 활용도가 높다.
이러한 태양광 기술은 지난 몇 년 동안 급격히 발전했다. 대표적인 것이 고효율 태양전지, 양면형 모듈, 고정밀 추적 시스템 등이다. 양면형 모듈은 패널의 양면에서 빛을 흡수하여 전력 생산량을 최대화하며, 고정밀 추적 시스템은 태양의 위치를 실시간으로 추적하여 패널의 각도를 최적화함으로써 에너지 생산을 극대화한다. 한편, 최근 태양광 기술은 에너지저장시스템(ESS·Energy Storage System)과의 결합을 통해 전력 공급의 안정성을 높이고 있다. ESS란 태양광 등으로 생산된 전기를 배터리에 저장했다가 일시적으로 전력이 부족할 때 쓸 수 있도록 에너지를 저장하는 시스템을 뜻한다. 특히 ESS는 주말이나 공휴일에 버려지는 잉여 전력을 공장 전력 피크 시간 때에 활용해 전력 비용을 줄이고, 탄소 중립에 기여할 수 있을 것으로 기대를 모은다.
태양광 패널의 효율화와 폐 모듈 처리를 위한 연구도 계속해서 이어지고 있다. 실제로 패널 표면에 유발되는 모래 먼지·산업분진·석회질 침착·유증기 스케일 등의 오염물질은 적절한 햇빛 투과 효과를 방해해 발전 효율을 30% 이상 저하하는 것으로 알려졌다. 이에 국내에서는 패널 표면 나노 코팅처리를 통해 오염방지와 자가 세정 기능을 부여, 발전량을 증대시키는 등 관련 기술 개발이 이뤄지기도 했다.
임야와 농지 중심으로 확산되어왔던 우리나라 태양광 발전은 수용성의 악화와 입지고갈 등으로 어려움을 겪으며, 새로운 사업모델을 필요로 해왔다. 그런 점에서 산업단지 태양광은 이러한 어려움을 해결하면서도 태양광 확산을 주도할 핵심사업으로 주목받고 있다. 최근 정부는 현재 전국 산단에 설치된 태양광 약 2.1GW를 2030년까지 6GW 규모로 확대·보급키로 했다. 올해는 천안·대불·울산·포항 산단을 비롯해 총 240MW 규모의 시범사업을 추진할 예정이다.
차세대 원자로는 기존 대형 원전보다 안전하고 효율적인 방식으로 원자력을 활용하는 원자로와 그 기술을 의미한다. 차세대 원자로 분야는 최근 SMR을 중심으로 세계 시장에서 치열한 기술 경쟁이 벌어지는 추세다. SMR, 즉 소형모듈원자로(Small Modular Reactor)는 말 그대로 규모가 작은 원자로를 뜻한다. 원자로·증기발생기·냉각재 펌프·가압기 등 주요 기기를 일체화한 형태로, 전기출력 300MWe 이하의 비교적 작은 전력을 생산할 수 있다는 특징을 가진다. 세계 각국은 오늘날 에너지 비용을 절감하고 탄소중립을 실현할 수 있는 에너지원으로서, 원자력 중에서도 특히 이 SMR에 주목하고 있는 상황이다. SMR 시장은 2040년 400조 원 시장으로 성장할 것으로 추정되며, 2022년 기준 전 세계에서는 80여 개의 노형이 개발되고 있다.
SMR은 기존 대형 원전 대비 규모가 100분의 1 수준으로 작기 때문에 저비용·고효율의 장점을 가질 뿐만 아니라 재생에너지의 간헐성과 비견해 에너지 공급 안정성이 높다. 무엇보다 작은 부지에도 건설이 가능해 전력 수요지에 인접하게 위치할 수 있고, 기존 송배전망을 활용할 수 있으며, 원전보다 안전성이 높다는 점에서 특히 높은 평가를 받고 있다. 실제로 배관이 없거나 길이를 크게 줄인 SMR은 중대사고 위험성이 상대적으로 낮다.
우리나라는 1997년부터 SMR 개발에 돌입했다. 2012년엔 세계 최초로 표준설계 인가를 취득한 100MWe급 출력의 원자로 SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor)를 개발했다. 후쿠시마 원전사고 이후 원전 안전의 세계적 트렌드가 된 ‘피동안전계통**’으로 업그레이드한 SMR 설계의 필요성이 대두되었고, 이에 국내에서는 2022년부터 i-SMR 개발 프로젝트가 시작됐다. i-SMR은 SMART의 일체형 원자로 개념, 기기의 모듈화 등 이미 완성된 기술과 더불어 철제 격납 용기, 무붕산운전, 완전피동안전계통, 모듈식 원자로, 원자로 용기 내 제어봉 구동장치 등 최신 기술을 접목한 형태다. 2028년까지 원자력안전위원회로부터 표준설계 인가를 취득하여, 2030년대 중반에는 첫 호기의 건설까지 계획 중이다.
산업단지 내 차세대 원자로, 소형모듈원전의 활용은 전력 공급의 안정성을 높이고 전력 비용을 절감하며, 산업계의 탈탄소화를 가속화하는 데 기여할 수 있다. 인공지능(AI) 반도체와 데이터센터 등 전력 다소비 산업이 주를 이루는 첨단산단에도 적합한 에너지원이다.
우리 정부는 차세대 원자로를 12대 국가전략기술 중 하나로 확정한 바 있다. 소형모듈원자로의 기술 개발과 조기 상용화를 목표로 지원을 집중할 예정인 만큼, 앞으로 우리 기술이 차세대 원자로 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖고 지속 가능한 에너지 전환을 선도하는 데 기여할 수 있으리라 기대된다.
**피동안전계통
외부 전력이나 인적 개입 없이도 자동 작동하여 원자로의 안전을 보장하는 시스템으로, 원자력 안전성을 크게 향상시켜준다. 별도의 전원 없이 중력과 같은 자연의 힘만으로 원전 내부를 냉각할 수 있으며, 운전원의 조치가 없는 경우에도 장시간 원자로를 안전하게 유지할 수 있도록 설계하는 형태다.