국내 정부출연연구기관(출연연) 창업기업이 처음으로 대기 중 초미세먼지·극초미세먼지를 정확하게 실시간 측정할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 스마트한 대기질 모니터링 시대를 여는 계기가 될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI) 창업기업인 공감센서는 인공지능(AI) 정밀 제어가 가능한 초소형 직접 가열식 제습장치를 탑재해 광산란법 초미세먼지 측정기를 개발했다고 15일 밝혔다.
그동안 사용된 기존 베타선 감쇠법은 공기 포집·분석 방식으로 1시간 평균값만 제공한다. 실시간 측정이 불가능하고, 저농도 환경에서는 검출 한계(LOD) 때문에 데이터 신뢰성이 떨어진다. 또 1m에 달하는 대형 제습 장치로 전력 소모가 크고, 시·공간 해상도에도 제약이 크다.
연구진은 문제를 해결하고자 초단위 측정이 가능한 광산란법 측정기술에 주목했다. 또 연구진은 제습장치가 과열되지 않도록 AI로 정밀 제어하는 방식을 도입해 직접 가열식 히터로 건조 효율을 안정화했다. 그 결과 기존 1m에 달하는 대형 제습 장치를 1인치 수준으로 소형화했다. 실시간 제습장치를 탑재한 새로운 공기학 구조 기술은 세계 최초 사례로, 글로벌 특허를 확보했다.
아울러, 연구진은 이 기술이 대기 중 가스상 물질에 대해서도 화학적 조성 변화를 일으키지 않고 건조 성능을 확보할 수 있는 것을 확인해 관련 특허도 출원했다.
공신력 있는 검증도 이어졌다. 공감센서는 이 기술을 국제 학술지 센서스에 2022년 발표했으며, 미국 대기질센서성능평가센터(AQ-SPEC) 요청으로 성능 검증을 받았다.
2023년 필드 시험에서는 극초미세먼지(PM1.0) 상관계수가 0.97로 나타나 기준 장비와 높은 일치도를 보였고, 2024년 실험실 시험에서도 PM1.0과 지름이 초미세먼지(PM2.5) 모두 상관계수 1.0을 확보해 정확도 100%를 입증했다.
또 해당 장치는 2023년 극지연구소 쇄빙선 아라온호에도 탑재돼 남극과 북극항로에서 데이터 누락 없이 극한 환경에서도 안정적으로 작동해 내구성을 입증했다. 미항공우주국(NASA) 주관 아시아 대기질 공동 조사(Asia-AQ) 캠페인에도 참여해 글로벌 신뢰성도 확보했다.
공감센서는 이번 기술을 활용해 실시간 개인 맞춤형 대기질 알람 서비스 '에어알람G'앱도 개발했다.
손명희 공감센서 대표는 “20여 년간 ETRI 연구원으로서 쌓은 경험을 바탕으로 제2의 엘라(Ella)와 같은 대기오염 피해 사례가 더는 발생하지 않도록 기여하고 싶다”며 “실시간 초미세먼지 측정기에서 개인 건강 구독형 대기질 알람 서비스까지 토털 솔루션을 제공하는 한국형 대기질 모니터링(K-AQM)은 한국이 최초로 시도하는 모델”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
