보이지 않는 축적기: 육상 연어 양식에서 용존 CO2 모니터링이 누락된 관리 고리인 이유

순환식 양식 시스템에서는 산소가 모든 관심을 받습니다. 선진국의 모든 순환식 양식 시설에는 이중 용존 산소 센서, 자동 산소 공급 시스템, 그리고 용존 산소 농도가 떨어지면 새벽 3시에 운영자에게 알림을 보내는 경보 시스템이 갖춰져 있습니다. 하지만 이산화탄소는 이러한 관심에서 완전히 벗어나 있습니다.

연어의 생물학적 특성은 냉혹합니다. 치어가 사료 1kg을 섭취하면 호흡을 통해 약 1.2kg의 이산화탄소를 배출하는데, 이는 성장에 사용되는 사료량보다 훨씬 많은 양입니다. 유수식 양식 시스템에서는 이산화탄소가 물과 함께 배출되지만, 물의 95~99%가 처리되어 다시 순환되는 시스템에서는 이산화탄소가 축적됩니다. 이산화탄소를 적극적으로 제거하지 않으면, 양식장 내 이산화탄소 농도는 최대 사육 밀도에 도달한 후 며칠 만에 30~50mg/L까지 상승합니다.

측정 문제: 이산화탄소 센서 개발이 어려운 이유

용존 CO₂ 측정은 세버링하우스 전극 원리를 이용합니다. CO₂는 기체 투과성 막을 통해 내부 전해질의 얇은 층으로 확산되어 pH를 변화시킵니다. 기준 전극을 기준으로 측정된 pH 변화는 CO₂ 분압에 비례합니다. 센서가 제대로 유지 관리될 경우 측정값은 신뢰할 수 있습니다.

RAS(순환식 양식 시스템)에서 실질적인 문제는 드리프트입니다. 멤브레인에 바이오필름이 쌓이고, 내부 전해질이 고갈되며, 기준 접합부가 부유물질로 막힙니다. 한 달 동안 유지 보수를 하지 않은 CO₂ 센서는 교정점에서 30~50%까지 드리프트될 수 있습니다. 예를 들어, 실제 수조 내 CO₂ 농도가 25mg/L인데도 8mg/L로 측정되는 경우가 있습니다. 이는 SCADA 화면에 정상 값으로 표시되는 "안전" 수준과 "만성 산증" 수준의 차이를 의미합니다.

Honde 용존 CO₂ 센서는 멤브레인 카트리지를 현장에서 사용자가 교체할 수 있고, RS485 Modbus-RTU 출력을 통해 시설 PLC에 직접 연결할 수 있으며, 자동 온도 보상 기능으로 일반적인 RAS 작동 온도 범위인 8°C~20°C에서 정확도를 유지하기 때문에 RAS 시스템에 적합합니다.

빠져 있던 제어 루프

현대적인 육상 연어 양식 시설은 다음과 같은 제어 아키텍처로 운영됩니다.

산소는 자동으로 조절됩니다. 용존산소(DO) 센서가 폐쇄 루프 방식의 산소 공급 시스템을 작동시킵니다. 온도는 자동으로 조절됩니다. 히터와 칠러는 탱크 센서에 반응하여 작동합니다. pH는 자동으로 조절됩니다. 탄산수소나트륨 투입은 pH 프로브에 반응하여 이루어집니다. 이산화탄소는 측정될 경우, 일주일에 한 번 수동으로 샘플을 채취하여 실험실에서 탁상용 측정기로 분석합니다.

그 결과, 4차원적으로 제어되는 공정이 만들어지지만, 5차원적인 요소는 제대로 파악되지 않은 채 관리됩니다. 이산화탄소를 제거하는 탈기탑(충전탑 또는 진공 스트리퍼)은 실제 수요와 관계없이 최대 부하에 맞춰 설계된 고정 속도로 가동됩니다. 따라서 운영자는 가장 기본적인 질문, 즉 "오늘 탈기탑이 충분한 양의 이산화탄소를 제거하고 있는가?"에 대한 답을 얻을 데이터가 없습니다.

수조 리턴 라인에 Honde CO₂ 센서를 설치하면 이 과정이 완료됩니다. 센서는 수조로 유입되는 물의 실제 CO₂ 농도를 측정합니다. RS485 출력은 탈기 장치 제어에 사용됩니다. CO₂ 농도가 15mg/L에 가까워지면 탈기 공기 흐름이 증가하고, 8mg/L 미만으로 떨어지면 공기 흐름이 감소합니다. 탈기 장치는 물에 실제로 필요한 효율로 작동하므로 물고기는 산증 임계점에 도달하지 않습니다.

육상 연어 양식 시설을 위한 솔루션 아키텍처

현장 결과: 육상 연어 치어 양식 시설, 노르웨이 서부, 2026년

노르웨이 서부에 위치한 상업용 대서양 연어 치어 양식 시설(완전 순환 시스템을 통해 연간 250만 마리의 치어를 생산)은 2026년 1월부터 3월 사이에 24개의 양식 수조 전체에 혼데(Honde) CO₂ 센서를 설치했습니다.

5개월간의 운영 결과(봄철 치어 생산 최고조 기간 포함):

• •연속 센서 분석 결과, 수조 내 CO₂ 농도는 사료 공급 주기와 탈기 장치 작동 상태에 따라 매일 6~24mg/L 사이를 오르내리는 것으로 나타났습니다. 반면, 이전 주간 샘플링 조사에서는 평균 10~12mg/L의 양호한 농도가 일관되게 보고되었습니다. 고밀도 수조의 물고기들은 생산 주기의 약 30~40% 동안 만성 산증 상태에 있었던 것으로 추정됩니다.
• •탈기 장치 제어 루프가 닫힌 후(센서 판독값에 따라 탈기 공기 흐름을 조절하는 릴레이가 작동) 24개 탱크 전체의 평균 CO₂ 농도가 8~14mg/L 사이로 안정화되었습니다.
• •5월~6월 양식 기간 동안 사료 전환율이 2025년 같은 기간에 비해 11% 향상되었는데, 생산 관리자는 이를 이산화탄소로 인한 산증 제거 덕분이라고 분석했습니다.
• •경보 중계 시스템은 탈기 장치 제어 루프가 완전히 조정되기 전 첫 달 동안 20mg/L 임계값에서 37건의 상승 이벤트를 기록했으며, 시험 마지막 달에는 상승 이벤트가 한 건도 발생하지 않았습니다.
• •해당 시설의 2026년 봄 감사에 사용된 어류 복지 관련 문서에는 처음으로 연속적인 CO₂ 배출량 기록이 포함되었으며, 기존의 부분 표본 기록은 시간 정보가 포함된 완전한 데이터 세트로 대체되었습니다.