기고자 : 이강표 (주)FMS코리아 본부장

콜드체인의 궁금한 역사 이야기
우리나라의 경우 신라 지증왕 시대에서부터 석빙고에 얼음을 보관하고, 이를 활용하여 온도 유지하는 저장기술을 사용하여 왔고 조선시대에는 석빙고를 전국에 지어 활용한 전례가 아마도 콜드체인의 시초라고 할 수 있지 않을까 생각한다.

하지만 서구에서 본격적인 콜드체인이 시작된 것은 1902년 UNITED FOOD COMPANY에서 최초로 바나나무역에 냉동운송을 도입하면서 시작되었다고 한다.

초기의 식품과 관련된 분야에서 시작된 콜드체인은 1950년대의 3자 물류기업의 등장과 의약품과 관련한 온도유지 운송의 수요 증가로 더욱 발전하게 된다. 제조업자들에 의해 수행되던 업무들이 FDA 규제 등에 적합한 업무 수행이 가능한 전문화된 산업으로 등장하게 되었다. 특히 글로벌 서플라이체인 상의 틈새시장으로 전문화, 특화된 분야로 성장을 거듭하게 되었으며, 의약품 시장의 경우에는 더욱 더 고도화된 수준의 융합된 기술들이 등장하게 되었다.

산업에 있어서의 콜드체인의 발전
콜드체인시장은 우선 농수축산물의 1차 산업에서부터 시작되어 이를 가공 유통하는 2차 산업으로, 판매를 담당하는 3차 산업 등으로 확대, 발달하여 왔다. 특히 유통시장의 변화에 따라 최근에는 유통물류 중심의 콜드체인 시장이 성장하여 왔다. 인터넷과 모바일의 등장은 이런 전통적인 기법의 공급자 중심의 물류에서 한 걸음 더 나아가 소비자 중심의 택배물류를 급격하게 성장시키는 계기가 되었다.

그동안에는 전통적인 오프라인 중심의 유통기업들의 물류가 대부분이었다. 하지만 온라인 쇼핑몰, 홈쇼핑 등의 오프라인 매장을 보유하지 않는 기업들의 등장은 택배산업 성장의 견인차 역할을 하였다.

최근의 물류시장은 신 유통 물류가 대세를 이루고 있다. 옴니채널 중심의 다양한 비즈니스 모델들이 등장하면서 물류의 방식도 변화하고 있으며, 또한 공산품이나 비식품 중심의 시장이 콜드체인이 필요한 상품군으로 확대되고 있다. 이와 더불어 콜드체인 수요에 대응하고자 하는 다양한 솔루션들이 등장하고 있다.

또 하나의 시장으로 볼 수 있는 분야가 특화시장이라 볼 수 있는 의약품 관련 콜드체인 분야라고 할 수 있다. 특히 온도 민감성 제품과 극저온에서부터 상온까지의 다양한 온도대를 유지하는 기술들이 적용되고 있는 시장이 바로 이 시장이라고 볼 수 있다. 이런 시장의 특징으로 인하여 최첨단의 기술을 적용한 장비들, IoT를 이용한 다양한 솔루션들이 적용되어 현실화되고 있는 시장이기도 하다.

콜드체인의 개념과 관련 기술 현황
콜드체인의 정의에 대해 미국의 한 대학의 교재에서는 “The cold chain involves the transportation of temperature sensitive products along a supply chain through thermal and refrigerated packaging methods and the logistical planning to protect the integrity of these shipments. There are several means in which cold chain products can be transported, including refrigerated trucks and railcars, refrigerated cargo ships as well as by air cargo”라고 정의하고 있다.

위의 내용을 요약하면 <그림 1>로 정리할 수 있다. 제품의 특성, 물리적 거리, 유통의 형태 등에 따른 적용 기술과 해당 조건에 부합하는 품질을 유지한 관계 프로세스 기술 전체가 콜드체인의 요소라고 할 수 있다. 키워드는 기술과 프로세스이다.

콜드체인과 관련한 기술은 물류센터, 차량, 컨테이너 등에 적정온도를 유지하는 냉동설비와 냉동공조, 건물의 구조를 다루는 구조설계, 도어와 도크의 설비와 구조 등으로 구분할 수가 있다. 특히 고도화된 분야로 운송용기와 관련된 분야가 주목할 만하다.

운송용기는 ACTIVE TYPE과 PASSIVE TYPE으로 나누어 볼 수가 있다. ACTIVE TYPE은 전기장치나 배터리를 활용하여 자체적으로 온도를 유지할 수 있는 방식이며, PASSIVE TYPE은 냉매를 활용하여 적정한 온도를 유지하고자 하는 방식이다. 운송용기는 운송방식에 따라 항공용 컨테이너와 해상용 컨테이너로 구분할 수가 있다. 이런 방식으로 온도 유지에 초점을 맞춘 방식이 전통적인 방식의 콜드체인 기술이었다.

콜드체인 기술과 관련한 최근의 동향을 보면 제품의 적정온도 유지뿐 아니라 제품 상태를 모니터링 하는 다양한 방법들이 현실화되고 있다. 모니터링 기술들을 보면, 온도센서, GPS 트랙킹, 자동경보시스템, 모바일 연동 등이 있다. 스마트 냉동장비들은 위치, 온도, 습도, 동작 등을 실시간으로 추적하고 있다.

규제와 규정들을 강화하려는 추세
고객들의 Traceability에 대한 요구와 온도민감성 목적물들의 증가에 따라 국제 규범들이 강화되거나 혹은 새롭게 등장하고 있다. 국제적인 규범들로는 SQF(Safety Quality Food) initiative, HACCP Principles, ISO 22000, IFS(International Food Standards) ISO22000, WHO 의약품 규정, EU의 GDP(Good Distribution Practice), IATA의 TCR(Temperature Control Regulations), 생동물운송규정, 위험품취급규정, CEIV(Center of Excellence for Independent Validators), Pharma(의약품운송인증) 등이 있다. 국제기구 중 하나인 ICH(국제조화회의) 등에서도 다양한 방식으로 규정이나 인증을 제정, 권장하고 있으며 강제성 있는 규범화되고 있다.

미국은 F DA를 중심으 로 FMSA(Food Safety Modernization Act)가 2013년 제정되어 시행되고 있으며, 영국의 경우에는 BRC(British Retail Consortium) 규정 등을 그 예로 볼 수가 있다.

국내에서도 식약처를 중심으로 KGSP(Korean Good Supplying Practices) 등의 규정이 시행되고 있으나 아직도 미비한 부분이 현실적으로 존재하고 있다.

이런 변화의 추세에 따라 인증을 위한 검증(VALIDATION)이 점점 중요해지고 있으며, 검증을 실시간으로 할 수 있는 기술을 접목하거나 검증된 리포트를 가진 용기와 포장방법을 사용하도록 강제하는 분야도 나타나고 있다. 이처럼 법적, 제도적으로 제품에 적합한 온도와 운송, 보관의 방법을 규정하고, 이를 실시간 관리하거나 데이터를 보여줌으로써 관리자의 의사결정이나 고객들의 이상상황 대응 시 즉각적인 대응을 가능케 하는 다양한 기술들이 발달하고 있다.

IoT의 발달이 물류산업에 미치는 영향
IoT 기술이 접목되는 기술들의 등장도 주목된다. 전방기술로는 온도, 습도, 동작 등을 모니터링 하는 센싱기술, 습득된 자료들을 저장하는 기술, 전력을 공급하는 배터리기술, 데이터를 전송하는 통신기술, 위성과의 송수신을 통한 위치인식기술 등이 있으며, 이 장치들로부터 수집된 정보를 중계하는 송수신기술, 무선통신기술 등이 있다. 후방기술로는 지리정보시스템과 데이터 저장기술, 모바일과 인터넷 관련 구현기술, 보안관련 기술, 기초소재기술 등의 다양한 융합기술이 적용되고 있다.

최근의 DHL과 시스코의 리서치 보고에 따르면 향후 10년 간 전 세계 사물인터넷 시장에서 8조 달러의 파급효과가 발생할 것으로 예측하였는데, 이 중 물류공급망 분야에서 1.9조 달러를 예상하였다. 이 리서치 보고는 사물인터넷이 전체 비즈니스 가치사슬의 혁신을 가져올 것으로 보이며 가치사슬 과정상의 빅데이터의 수집, 통합, 의사결정, 정보 공유가 실시간 가능해지는 혁신적 발전을 가져올 것으로 예측하고 있다.

화두로 등장한 스마트 콜드체인
위에서 언급한 제도들과 기술의 발전은 2013년 가트너가 주장한 E2ESCV(End-To-End Supply Chain Visibility)가 2016년에는 도입되어야 한다는 주장을 현실화 하고 있으며, 여기의 키워드를 꼽는다면 바로 실시간과 가시성 확보라고 할 수 있다. 이를 구현하는 물류기술과 콜드체인이 조합된 ‘스마트 콜드체인’이 화두로 등장하여 물류기업의 미래사업의 목표가 되고 있다.

이러한 관점에서 스마트 콜드체인 패키징(Smart Cold Chain Packaging)이 관심 있는 분야로 부각되고 있다. 스마트 콜드체인 패키징을 한 마디로 정의하면 온도 민감성 제품들인 바이오, 의약품, 식품 등을 ICT 기술이 탑재된 패키징 및 운송수단을 통하여 유통하는 과정에서 적정온도를 유지시키는 시스템이라고 정의할 수 있다.

여기에 적용된 기술들은 포장기술, 디바이스기술, 미들웨어기술, 모니터링기술 등이 융합된 것이라고 볼 수 있으며, 현재는 융복합을 통한 기술 간의 통섭이 매우 중요해지고 있다.

이를 크게 3가지 분야로 나누어 보면, 소재분야, ICT 융합분야, 환경제어분야로 나누어 설명할 수 있다. 각 분야별로 간략히 소개해 본다.

첫 번째가 소재분야로 크게 포장재질과 냉매로 구분할 수가 있다. 건축물의 단열재로 많이 사용되고 있으며, 특히 물류센터에서는 폴리우레탄을 활용한 재료가 많이 사용되고 있으며, 포장용기 분야에서는 폴리스틸렌 계열의 제품들을 활용한 제품이 사용되고 있다. 비교적 고단가의 제품인 진공 단열재가 의약품 등의 특수분야에 일부 사용되고 있다. 여기에 최근에는 골드폼과 진공단열재를 융합한 제품이 시장에 출시되고 있으며, 이를 활용한 제품을 개발하고 있는 업체가 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 최신 기술로 약 1,000도에도 견디는 에어로젤 단열재가 개발되었으며 상용화를 준비하고 있다(<표 1> 참조).

두 번째 분야는 ICT 융합분야로, 해외의 융합사례를 하나 소개하면서 시작하기로 한다. 위 그림에서 보면 온도센서, GPS 안테나, 3G 안테나 등을 융합하여 온도, 위치, 제품의 배터리 상태를 실시간으로 파악하고 있으며, 그 데이터를 웹상에서 보여 주고 있다. 또한 ERP와 연동되어 회사의 관리자나 경영층과의 실시간 공유가 되고 있으며, 클라우드 플랫폼과의 연동도 가능하도록 구현되고 있다. 이처럼 다양한 솔루션들의 융합을 통해서 새로운 비즈니스가 창출되고 있다.

이런 서비스의 제공을 위해서 가장 필요한 부분이 온도에 대한 센싱기술로 볼 수 있다. 이와 관련된 기술들을 소개하고자 한다.

우선 온도센서와 저장기술이 융합된 제품을 형태별로 구분하면 USB 형태, NFC 방식, RFID 방식 등이 있다. USB 방식의 경우에는 데이터를 저장하거나 보여주는 기능 중심으로, 실시간 기능보다는 사후 검증하는 형태로 활용되고 있다. NFC 형태의 제품은 일정 온도대를 유지하였는지를 색으로 표시하거나 혹은 휴대폰 인식을 통하여 검증하는 방식으로, 유럽기업의 제품으로 국내업체가 생산 공급하고 있다.

RFID 기능으로 구현된 제품은 RFID에 온도 센싱 기능을 적용하고 중계기를 통하여 데이터를 주고 받는 방식으로 실시간 데이터를 확인할 수 있는 제품이다. 해외의 제품들 중에 국내에 소개된 제품도 있으며, 비교적 고가에 공급되고 있다. 실제 국제 운송에 적용하여 실시간 위치 추적 및 온도 모니터링을 하고 있으며 관련 소프트웨어가 개발되어 공급되고 있다.

국내에서도 몇 개 기업이 관련 제품을 개발하였으나, 실용화는 부진한 수준에 머무르고 있다. 고가인데다 중계기를 활용하여야 하는 점 등이 문제점이다. 하지만 최근 국내 기업에 의해 반도체 기술이 접목된 RFID 형의 온도센서가 개발되었다. 해당제품의 실용화를 위한 준비가 되고 있는 단계이며, 저렴한 단가의 제품으로 공급될 예정이다.

이 제품이 실용화 단계에 들어간다면, 실시간 온도 모니터링이 현재의 차량 단위가 아닌 포장용기 단위까지 적용되어 좀 더 명확한 가시성의 확보가 가능할 전망이다. 또한 이 제품은 LTE 통신 중계기를 사용함으로써 휴대폰을 통해 데이터를 확인할 수 있는 장점이 있다.

에너지 저장기술의 경우 국내에서도 물류센터에 태양열 발전설비를 적용하고 있으며, 미국의 모기업에서는 풍력 발전설비를 도입하여 적용하는 사례가 있다. 전기에너지를 활용한 배송차량의 투입 등이 대표적인 저장기술을 활용한 것이다. 이는 친환경 에너지로 각광을 받는 분야이기도 하다. 에너지 절감과 관련되어 물류센터들에 도입할 만한 사례를 소개하고자 한다.

우선, 냉동기 운영시스템의 효율을 증대하고자 하는 방안으로 제상시스템으로 핫가스에 의한 방식, 살수에 의한 방식, 전기히터(EHD) 방식 등 일정 시간대에 제상하는 방식이 개발되고 있으며, 센서를 활용한 방식으로 풍압센서에 의한 방식, LED 센서를 활용한 방식과 응축 폐열을 활용한 축열(TSD) 방식 등의 다양한 기술들이 개발되어 적용되고 있다.

최근 국가기관의 지원을 받은 축열방식(TSD)은 상변화 물질을 활용한 것으로, 효과는 입증되었으나 상용화 단계에는 이르지 못하고 있다.

기존의 방식들은 일정시간을 정하고 거기에 맞게 제상시스템을 가동시키는 방식으로 불필요한 가동이 발생할 수 있으며, 제상이 필요한 시점인데도 가동시키지 않아 고내 온도를 과도하게 상승시키는 등의 부정적인 면이 있었다. 하지만 LED 센싱기능을 접목하여 센서에 의해 실시간 관리하는 신 기술은 최적의 제상시간을 자가 모니터링하여 제상기능을 작동시킴으로써 비용을 절감하는 솔루션으로 각광을 받고 있으며 국내 특허를 취득한 상태이다(<사진 1> 참조).

제품의 온도 변화와 창고 내의 온도 변화가 다르게 나타난다는 점에 착안한 제품으로, 유럽 특허를 얻은 제품이다. 본 제품의 경우는 식품공장과 물류센터에서 실제 검증을 통해 그 효과가 입증되었으며, 미국에서 NSF 인증, 호주에서의 HACCP, 영국의 브리스톨대학에서의 검증 등을 통해 식품에 무해하다고 판정된 제품으로 세계적으로도 인정받은 제품이다(<사진 2> 참조).

스마트 콜드체인의 과제와 미래
스마트 콜드체인은 인류의 복지와 많은 연관성을 가지고 있는 분야라고 할 수가 있다. 인류의 과제 중 하나인 빈곤의 문제를 해결하기 위해서 필요한 것이 바로 식량자원의 효율적인 분배와 그 과정상의 손실을 절감하는 기술이다. 이것이 바로 스마트 콜드체인의 핵심 요소라고 할 수가 있다. 또한 질병을 극복하기 위한 맞춤형 의약품의 개발, 안전한 의약품의 관리 기술 등의 발전은 바로 스마트 콜드체인 기술의 발달과 긴밀하게 연계되어 있다고 할 수 있다.

경제적인 측면에서 온도민감성 제품의 배송이 필요한 사업모델들의 핵심요소는 가시성이 확보된 물류프로세스의 구축이라고 할 수 있다. 이를 구현하고자 전통적인 기술, 신기술 개발, 타 기술과의 융합을 통한 제품의 개발, ICT와 결합된 IoT의 현실화는 더욱 가속화 될 것이며, 이와 관련한 법적, 제도적 보완책들이 필요한 실정이다.

특히 국제적인 기업들이 이를 선도하면서 진입장벽을 높여가는 현실을 직시한다면 이런 추세에 적극적으로 대응하는 국내에서의 노력과 국제적인 협력에 동참할 필요성이 있다고 할 수 있다.