스마트 항만의 미래(1)

Digital Technology에 근거한 4차 산업혁명의 도래는 산업현장, 경제전반에 있어 큰 파급효과를 가져왔다. 이러한 4차 산업혁명은 AI, Big Data, IoT, Robotics, Digital Network, AR/VR 등의 혁신에 의해 주도되고 있다. 이에 따라 해운·항만·물류 환경 역시 크게 변화할 것으로 예상된다. 또한 ESG(Environmental, Social and Governance) 성과가 기업의 비즈니스 전략수립과 위기 대응에 중요한 성과지표로 대두되면서 항만운영에 있어서도 특히 인공지능과 빅데이터 분석기술을 통해 항만의 고전적인 생산성 지표뿐만 아니라 ESG 성과지표를 극대화하려는 노력이 가시화되고 있다. 즉, 항만생태계를 구성하고 있는 공공 및 민간이 보유한 해운·항만·물류 데이터의 분석 가공을 통해 크게 Safety, Security, Efficiency, Environmental Protection의 4개로 대표될 수 있는 항만의 생산성과 ESG 성과지표를 극대화하려는 디지털, 데이터 기반의 자동화/지능형 항만으로의 혁신을 스마트 항만이라고 정의해 볼 수 있다.

■ 스마트 항만운영 및 관리 기술

4차 산업혁명 신기술의 항만 도입 가속화로 항만운영 및 관리에 있어 생산성을 비약적으로 증대하려는 기술혁신이 이루어지고 있다.

우선 항만 내 물류 장비 및 설비에 부착된 사물인터넷(IoT) 단말기의 센싱 기술을 통하여 장비와 작업자의 실시간 작업 현황 및 상태 등의 정보를 수집할 수 있다. 이를 통해 항만터미널 내 자원 정보를 가시화하여 통합 관리할 수 있는 스마트(AI/Cloud) 기반의 터미널 운영시스템(TOS)이 구축되고 있다. 이러한 시스템을 통해서 장비의 유지보수와 성능이 개선되며 생산성 극대화를 모색할 수 있다.

여기에 글로벌 공급사슬 상의 전 계약을 디지털화 함으로써 전 세계에 흩어진 컨테이너들의 이동 상황을 추적할 수 있는 블록체인 기반의 솔루션을 활용함으로써 선박, 컨테이너 기기 및 화물 등의 자산 이동과 SCM 전체의 운송거래 기록 및 추적을 보다 신속하고 안전하게 개선할 것으로 기대된다. 이미 MAERSK 등 글로벌 선사와 항만에서 이러한 블록체인 기술은 보편화되고 있으며 물리적인 화물의 운반뿐만 아니라 물류정보의 유통도 개선한다.

또한 사물인터넷(IoT) 단말기를 통해 수집된 빅데이터는 인공지능 및 시뮬레이션 분석을 통하여 유효 정보로 추출되고 적절한 항만운영 솔루션이 제공될 수 있다. 운영 계획과 현장 관리 사이의 격차(gap)를 줄이기 위하여 플랫폼을 구축하여 증강현실(AR) 기술과 연동하고, 사용자 인터페이스를 통해 항만물류 안전평가 및 진단, 실시간 활동 분석 및 예측 결과를 제공할 것으로 기대된다.

특히 지능형 영상처리 기술과 융합되면서 항만자원 정보의 수집과 가공을 효율적으로 처리할 수 있다. 이를 테면 3D 단위패턴 인식 장치를 장착한 드론을 이용하여 항만터미널 내 벌크화물의 체적을 측정하고, 온·습도 등의 환경변수 분석을 통해 보다 정확한 재고관리가 가능할 것으로 기대된다. 그리고 항만터미널에서 발생하는 위기 상황을 감지하고 즉각적으로 대응하기 위하여 운영 프로세스를 실시간으로 파악함으로써 사후 점검 시에도 용이하게 활용될 것으로 예상된다. 이로써 항만터미널 내 발생 가능한 위기 상황을 미리 예방하거나 신속하게 대응할 수 있고, 생산성 손실을 최소화할 것이다.

마지막으로 인공지능과 IoT 기술은 항만의 Safety와 Security도 크게 개선할 수 있다. AI 기반의 위험물/금지물품 X-ray 자동탐지 기술은 이미 상용화 단계이며, 지능형 영상처리 기술은 외곽경비, 출입관리 등에 널리 사용되고 있다.

■ 지속가능한 친환경 스마트 항만

스마트 항만은 특히 에너지 효율성이 중요하다. 현대 항만운영 시스템에서 에너지 소비량 및 에너지 비용에 대한 데이터는 취합되고 있으며, 탄소 배출량 역시 모니터링되고 있다. 최근 환경에 대한 사회적 관심 증가 그리고, ESG로의 기업의 목표 변화와 더불어 미국/EU 등 각국 정부는 탈탄소/저탄소 사회 구현을 위해서 특히 해운·항만에서의 탄소배출과 관련해서 더 많은 규제를 제시하고 있다. 이에 대응하는 환경부하가 작은 해운물류, 그린 항만운영이 필요하다.

실제로 로테르담 항만을 비롯한 많은 경쟁 항만에서 Energy Management System을 구축해서 에너지 소비를 최적화하고 항만 내 탄소배출량을 추적 관리하면서 그린 항만운영 활동을 본격화하고 있다.

항만 이송장비 부분에서는 하이브리드 Y/T(Yard Tractor), Energy Storage Solution을 탑재한 전기식 혹은 하이브리드 RTG 크레인이 에너지 소비 또는 탄소 배출량을 50% 이상 절감하는 성과를 도출하고 있다. 이러한 전기식 이송장치는 차량 대기 및 작업 시에 차량엔진을 이용하여 충전하고 주행가속 시 엔진과 전기를 이용하여 연료효율을 높인다. 현재 기술개발 추세에 따르면 가까운 미래에는 100% 전기 또는 수소로 가동되는 이송장비와 크레인으로 항만이 운영될 것으로 기대된다.

전기에너지 기반의 항만 구현은 에너지 비용을 절감할 뿐만 아니라 탄소배출량을 줄이며 또한 소음문제도 상당부분 해결하므로 작업자의 근로환경을 개선하는데 이바지한다. 항만운영에 필요한 전기에너지를 공급하는데 있어서 항만 자체적으로 Renewable Energy Generation 방법을 모색하기도 한다.

마지막으로 수소 공급사슬에서 항만의 역할을 생각할 수 있다. 수소기반 에너지는 탈탄소/저탄소 경제구현을 위해 중요한 요소이다. 항만은 수소에너지 기반으로 운영하므로 에너지 절감 및 탄소배출량 감소를 모색할 뿐만 아니라 글로벌 수소공급사슬의 허브로써 수소에너지의 수출입 기지로써 항만은 중요하다. 실제로 로테르담 항만의 스마트 항만자료를 보면 국제 수소공급사슬의 허브로써 로테르담 항만의 발전이 로테르담 항만의 스마트 항만 프로젝트의 중요한 구성요소이다. 특히, 에너지 비용의 절감을 위해서 항만들은 전력 그리드에 의존하기 보다 태양광 등 대체/재생에너지를 수소 연료전지 등의 에너지 저장장치를 통해 저장해 놓았다가 첨두부하 기간에 사용하는 형태를 취하고 있다. 이를 위한 기술혁신 노력은 특히 유럽을 대표하는 로테르담과 함부르크 항만에서 가속화되고 있다.

■ 시사점

스마트 항만은 크게 2가지 Driver에 의해서 발전되고 있다. 한 가지 혁신동력은 인공지능/빅데이터/IoT 등 4차 산업혁명 기술의 발전과 보편화이며, 다른 혁신동력은 ESG로 대변되는 사회적 요구이다. 즉, 스마트 항만의 추진은 한편으로 자동화/무인화를 통해 생산성을 극대화하지만 다른 한편으로는 친환경 에너지 사회로 발전하는데 항만의 핵심적인 역할, 작업자 친화적인 안전한 항만의 구현과 연계되어 있다. 다음 차 시의 원고에서는 특히 인공지능/빅데이터/IoT 등의 기술요소별로 어떻게 스마트 항만에 기여하고 있는지 설명하고자 한다.