인간과 자연, 미래를 생각하는 사람들
인간과 자연, 미래를 생각하는 사람들
  • 박소연 기자
  • 승인 2021.06.01 09:35
  • 댓글 0
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서울시립대학교 도시과학대학 환경공학부 김현욱 교수
서울시립대학교 도시과학대학 환경공학부 김현욱 교수 ⓒ박소연 기자
서울시립대학교 도시과학대학 환경공학부 김현욱 교수 ⓒ박소연 기자

우리나라에서 발생하는 음식물쓰레기, 가축분뇨, 하수슬러지 등 유기물 폐기물은 연간 6,183만 톤이 넘는다. 오염으로부터 지구를 안전하게 지키는 것이 생존을 위한 필수 불가결한 일이 되었고, 그 중심에는 환경공학이 있다. 환경공학은 인류의 번영을 지속하기 위해 환경오염방지기술과 청정기술을 개발하는 지구를 지키는 파수꾼이라고 할 수 있다. 환경공학의 중요성은 더욱 커지고 있으며, 그 영역 또한 확대되고 다양해지고 있다. 대한민국의 환경을 이끌어 갈 인재들을 이끄는 서울시립대학교 환경공학부의 김현욱 교수와 함께 환경의 미래에 관한 이야기를 나눴다.

 

생태계의 원리를 존중하며 환경을 개선하는 연구 진행

김현욱 교수는 2002년부터 서울시립대학교 환경공학부 교수로 재직 중이다. 환경공학부는 급속한 경제성장으로 악화된 환경에 따라 환경공학의 필요성이 대두되기 시작한 1974년부터 신설되었으며, 1980년에 환경공학과라는 명칭을 처음으로 사용했다. 환경공학은 환경오염을 방지하거나 최소한으로 경감하기 위해 필요한 처리기술을 연구, 개발하는 학문으로 생활환경의 오염방지 및 오염 경감을 주된 목표로 한다. , 사람의 일상생활과 관계되는 물, 대기, 폐기물, 소음, 진동, 악취 등에 관하여 환경을 생물이 살아가기에 적절한 상태로 유지하고, 폐 물질의 발생량을 경감시킴과 동시에 환경유해요소의 발생을 억제함으로써 사람들의 생활환경을 쾌적하게 유지하고자 하는 것이다. 사람이 배출한 문명사회의 폐 물질이 생태계에 해롭지 않도록, 양을 최소화하여 그 성분으로부터 유해물질을 제거하고 안전하게 처분하는 한편, 생태계의 물질순환이 손상되지 않도록 한다.

김 교수는 현재 교수직과 더불어 도시과학연구원 에코 물-에너지융합 연구센터장과 연구실을 맡아 환경공학 분야의 이슈와 사회문제 해결을 위한 연구도 수행하고 있다. Water-Energy Nexus(-에너지융합) 연구실은 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 폐바이오매스 바이오가스화 공정 기반 산업부문 배출가스 활용 수송 연료 생산 기술 개발을 진행하고 있다. 이 기술은 혐기소화에서 발생하는 바이오가스를 수소 기반 메탄생성 생물반응조를 거쳐 순도 98% 이상의 메탄가스를 생산하는 것을 목표로 한다.

폐기물이 내포하고 있는 에너지를 추출해 가스화하는 과정을 연구하고 있습니다. 공정 자체에 자동화가 되어 있지 않아 에너지 추출의 자동화에 역점을 두고 있고요.”

최근에는 서울시 산하 중랑물재생센터 내 국내 최초 산··관이 참여한 물재생기술 R&D 센터를 개소해 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능과 같은 4차 산업혁명 핵심기술을 이용한 물 재생 기술을 고도화하는 실증 연구를 수행 중이다.

다양한 신종 미량오염물질의 출현, 물관리시설 에너지소모량 절감에 대한 요구 증대, 강화된 물환경 기준 등 기존의 기술로는 해결 불가능한 이슈들이 대두되고 있고, 지능형 사회에 부합하는 신개념의 물환경 관리, 수처리 공학 개발도 필요한 상황이었습니다. 본 연구실에서는 IT, NT, ET 등 기술 간의 융합과 연계를 통해 지속가능한 물환경과 조화를 이루는 미래사회구현에 기여할 인력 양성 및 관련 분야 연구 개발을 목표로 하고 있습니다.”

그 외 하수처리장 공정 최적화 및 에너지 사용 절감, 에너지 생산 및 에너지의 효율적 이용에 관한 연구 등 국가 환경 에너지 이슈 해결을 위한 연구에도 매진하고 있다.

 

-에너지에 관한 활발한 정보 교류 진행

김현욱 교수가 이끄는 Water-Energy Nexus 연구실은 국내 최초의 물-에너지 중점 연구실로서 국외 전문학술지 논문 150여 편 게시, 70여 건의 특허 등록 등의 성과를 내고 있다. 특히, 출원기술 중 다수를 기술이전하여 사업화에도 성공하였다. 개발된 기술 중 2건은 환경부 신기술을 인증받기도 했다.

학술 분야에서도 왕성한 활동을 이어오고 있다. 국제 저명 데이터베이스인 ScienceDirect에 게재되는 ‘Water-Energy Nexus’ 저널의 편집장으로 활동하고 있으며, 또 다른 국제 저명 저널 ‘Chemosphere’, ‘Critical Review in Environmental Science and Technology’, ‘Energy, Ecology and Environment’ 등의 편집위원으로, 국내에서는 환경분석학회 수석부회장으로 재직하고 있다. 이뿐만 아니라 중국, 대만, 일본, 말레이시아, 덴마크, 벨라루스, 미국 등의 유수 대학 혹은 국가연구원들과 활발한 학술 교류 및 공동 연구도 수행하고 있다.

 

복합적인 환경 이슈에 맞는 새로운 개념의 환경기술 개발이 필요

저렴하고 가볍고, 가공도 쉽지만 썩지 않는 기존의 플라스틱은 소각과정에서 다이옥신 등 대기 유해물질이 발생하고, 매립 시에는 유해 침출수로 토양과 지하수를 오염시키며, 미스 분해된 플라스틱은 미세플라스틱 상태로 인체와 생태계를 오염시킨다. 이렇게 분해되지 않는 플라스틱의 심각성을 인지하며 기존의 플라스틱을 대체하는 새로운 플라스틱의 필요성이 증대됨에 따라 등장한 것이 포스트 플라스틱이다. 포스트 플라스틱은 대체소재 개발, 플라스틱 저감·재활용, 플라스틱 처리·분해, 환경오염 및 인체·생태 위해성 평가 등 플라스틱을 대체하기 위한 전 분야의 다양한 노력을 아우른다.

환경부는 국내 포스트 플라스틱 산업 발전을 위해 녹색기술 관련 대학원을 지원하며 녹색 융합 기술 인재를 양성하고 있는데, 김현욱 교수의 역할 중 하나는 서울시립대학교 녹색융합기술 인재양성 포스트 플라스틱 특성화대학원을 이끄는 일이다. 포스트 플라스틱 특성화대학원은 다양한 분야의 융·복합 인재를 양성하기 위한 협동과정 교과 분야로 폐플라스틱 관리, 플라스틱 대체물질 및 소재 개발/분석 및 위해성 평가 연구를 목표로 하며, 산학연계 실습과 연구 프로젝트를 포함한 6개 참여기업과의 인턴십 부여, 취업 지원도 하고 있다.

“COVID-19로 인해 플라스틱 폐기물이 환경과 보건에 미치는 영향평가가 더욱 시급해진 상황에서 충분한 역량을 갖춘 전문가들을 양성할 수 있도록 저를 비롯한 교수진들이 최선을 다하고 있습니다. 지식습득 및 연구 활동에 매진하여 코로나로 인한 뉴노멀 시대에 적합한 융합적 인재를 양성하고, 사회문제를 해결하는 데 이바지하고자 합니다. , 향후 포스트 플라스틱 프로그램 대학원 졸업생들과 재학생, 신입생들과의 교류가 활발히 이루어지는 네트워크 구축과 더불어 타 대학 및 기업체 연구기관들과도 교류를 확대할 계획입니다.”

국내외 환경여건이 변화함에 따라 미세플라스틱, 잔류 의약물질 등 환경을 위협하는 화학물질에 관해 많은 이들이 주시하고 있다. 더불어 전통적인 지식과 기술로는 신규 환경 이슈 대응에 한계가 있어 제4차 산업혁명 등 새로운 과학기술의 접목을 통한 문제 해결도 필요하다. 특히, 전 세계적으로 플라스틱 폐기물로 인한 생태계 파괴가 공중보건에 심각한 영향을 미치는 상황에서 폐플라스틱 물질의 관리, 친환경적 플라스틱 소재 개발, 독성평가 분야에서의 전문가 양성이 요구되는 시점에서 특성화대학원이 제 역할을 할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

() 플라스틱 사회로 전환하기 위한 플라스틱 관리 시스템 개발 또한 미비합니다. 이에 따라 플라스틱 대체소재인 바이오 플라스틱, 생분해성 플라스틱 등의 원료특성을 연구하고, 재활용·자원화·처리 용이성에 따른 통합관리 체계 마련이 필요합니다. 폐 바이오매스에서 기인하여 자연분해가 가능한 친환경 바이오 플라스틱의 개발, 탄소 중립형 자원화와 재활용 기술개발 및 저감을 위한 관리 기술개발도 필요합니다. 이를 위해 환경에서의 분해성을 고려한 친환경 플라스틱 생산 및 환경 배출시 제로 플라스틱 관리를 위한 기술로써 정리하자면 첫째. 폐 바이오매스 활용으로 자연분해가 가능한 바이오 플라스틱의 개발, 둘째. 순환기술기반 폐플라스틱의 탄소 저감형 재활용 및 자원화 기술개발, 그리고 마지막으로 환경 중 배출된 플라스틱의 관리를 위한 오염환경복원 기술개발의 구체적이고 중장기적인 국가 R&D 정책 수립이 요구됩니다.”

 

서울시립대학교 도시과학대학 환경공학부 김현욱 교수 ⓒ박소연 기자
서울시립대학교 도시과학대학 환경공학부 김현욱 교수 ⓒ박소연 기자

일원화된 시스템을 통해 최적의 물관리가 이뤄져야

지구 온난화는 물과 에너지의 지속 사용 가능성을 위협하고 있다. 그러나 물환경에 가해지는 외부 변수에 대해 즉각적인 대응이 이루어지지 못하고, 수 시간 혹은 수일이 지난 후 사후 대응하는 방식으로 운영되기 때문에 잦은 범람, 오염수 배출, 물 부족, 음용 수질 저하 등의 문제가 발생해 국민의 삶에 위협이 되고 있다. 우리나라는 OECD 국가 중 물관리 여건이 열악한 나라로 분류된다. 좁은 국토 면적에 산지가 많고, 인구밀도는 높은 탓에 물 사용량이 많고 정수량은 부족하기 때문이다. 게다가 부처마다 관리가 분산되어 정책에 혼선을 빚는 등 효율적인 물관리가 어려웠다. 물관리 일원화에 대한 목소리가 높아지며 20186물관리기본법이 공포됐으며, 이후 국토부와 환경부로 나눠 시행되던 물관리가 환경부 중심으로 일원화되었다.

대한민국은 기후위기 시대에 깨끗하고 안전한 수자원을 제공하기 위한 물관리 일원화 정책을 물분야 최상위 계획으로 진행하고 있습니다. 기상과 물관리 정보를 연계해 자연재해로부터 안전한 물환경을 조성할 수 있으며, 도시의 물순환을 촉진해 수질을 개선하는 효과도 있습니다. 이 밖에도 생태 네트워크를 복원, 공평한 물복지 제공과 일자리를 창출하는 미래의 성장동력으로서 물산업을 육성하는 등의 효과를 기대합니다.”

4차 산업혁명 시대는 실시간으로 물환경 전반(정수, ·폐수 시스템) 정보들이 IoT 기술을 통해 수집됨에 따라 물환경 및 물공급, ·폐수 처리의 자동화 및 안정적인 제어가 가능해진다. 빅데이터 기반 인공지능을 활용하여 도출된 운영조건을 통한 최적화, 그리고 에너지소모를 절감하여 사회-산업적인 파급력을 지닌 기술로, 4차 산업기반의 기술이 적용된 스마트 물관리 기술이 핵심유망기술로 부각되고 있다.

한편, 환경 인프라와 종사자가 줄어듦에 따라 개별 엔지니어에게 부여되는 책임이 커지는 문제점은 해결해야 할 사항이다. 이는 인프라의 붕괴라는 잠재적 위험요소로 작용할 수 있기 때문이다. 여기에 산업활동 및 기후변화 등으로 새로운 물환경 위협요인까지 유입되는 상황. 이에 인구구조 및 생활의 변화에 따른 지역과 시간적 오염 발생 패턴의 변화를 명확히 파악하여 다양한 환경서비스를 제공하는 것이 필요하다고 김현욱 교수는 강조한다.

환경산업은 현재보다 앞으로의 미래를 내다보는 중장기적인 관점이 필요하다. 오랜 시간 동안 김 교수가 이끌어온 다양한 환경공학 연구들은 새로운 산업의 기틀을 마련하는 바탕이 되어 대한민국 물환경 산업이 나아가야 할 방향성을 제시하고 있었으며, 물관리 일원화 정책의 성공적인 첫 시작을 함께 주도하고 있었다.

 


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