[쿠키과학] '세계 최초 초미세먼지·극초미세먼지 실시간 측정'… ETRI 창업기업 ㈜공감센서

AI 기반 초소형 직접 가열식 제습장치 탑재, 글로벌 특허 확보
극지 실증, NASA 캠페인 참여로 내구성·신뢰성 입증
개인 맞춤형 대기질 알람 서비스 ‘에어알람G’ 출시

기사승인 2025-10-15 09:02:49

한국전자통신연구원(ETRI) 창업기업 ㈜공감센서가 초미세먼지와 극초미세먼지를 실시간 정확히 측정하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

㈜공감센서는 인공지능(AI)으로 정밀제어가 가능한 초소형 직접 가열식 제습장치를 탑재한 광산란법 초미세먼지 측정기를 개발했다.

이번 성과는 기존 대기질 측정 기술의 한계를 극복하고 스마트한 대기질 모니터링으로 시민건강 보호와 기후변화 대응에 기여할 전망이다.

지난 40년 간 세계 대기질 관리에 사용된 베타선 감쇠법은 공기를 포집 분석해 1시간 평균값만 제공한다. 때문에 실시간 측정이 불가능하고, 저농도 환경에서는 검출한계(LOD) 때문에 데이터 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

또 1m에 달하는 대형 제습장치는 많은 전력을 소모하고, 설치와 유지 보수가 까다로워 시·공간 및 해상도에 큰 제약을 갖는다.

이를 해결하기 위해 연구진은 초단위 측정이 가능한 광산란법 측정기술에 주목했다.

광산란법은 입자 크기에 따른 빛 산란 신호로 미세먼지 농도를 측정하는 방법으로, 습도에 따른 측정오차가 발생한다.

이와 함께 구름을 만드는 응결핵인 초미세먼지의 강한 흡습성은 대기 중 상대습도가 높은 환경 속에서 입자 지름이 급격하게 커지면서 산란광 특성이 미세먼지 조성과 모양의 영향을 받는다는 사실에 착안했다.

또 연구진은 제습장치가 과열되지 않도록 AI로 정밀 제어하는 방식을 도입해 직접 가열식 히터로 건조 효율을 안정화했다.

그 결과 기존 1m에 달하는 대형 제습장치를 1인치 수준으로 소형화하는 데 성공했다.

이 기술은 실시간 제습장치를 탑재한 새로운 공기학 구조로, 세계 최초 사례로 글로벌 특허를 확보했다.

아울러 연구진은 이 기술이 대기 중 가스 상 물질에 대해 화학적 조성 변화를 일으키지 않고 건조 성능을 확보할 수 있는 것을 확인, 관련 특허도 출원했다.

이를 바탕으로 ㈜공감센서는 이 기술을 국제학술지 ‘센서스(Sensors)’에 발표하고, 미국 대기질센서성능평가센터(AQ-SPEC)의 요청으로 성능검증을 받았다.

검증결과 2023년 필드시험에서 지름이 1.0㎛ 이하인 극초미세먼지(PM1.0)의 상관계수가 0.97로 나타나 기준 장비와 높은 일치도를 보였다.

이어 지난해에는 PM1.0과 지름이 2.5㎛ 이하 초미세먼지(PM2.5) 모두 상관계수 1.0을 확보해 온도·습도·입자농도가 엄격히 제어된 실험실 조건에서 기준 장비와 측정값이 완벽히 일치했다.

이 장비는 2023년 극지연구소 쇄빙선 아라온호에도 탑재돼 남극과 북극항로에서 결측률 0%로 데이터 누락 없이 극한 환경에서 안정적으로 작동하는 내구성을 입증했다.

특히 미항공우주국(NASA) 주관 아시아 대기질 공동조사(Asia-AQ) 캠페인에도 참여해 글로벌 신뢰성도 확보했다.

㈜공감센서는 이 기술을 활용해 실시간 개인 맞춤형 대기질 알람 서비스 ‘에어알람G’ 앱을 개발했다.

사용자는 건강 상태에 맞춰 초미세먼지 농도 기준을 설정하고, 알람을 통해 초미세먼지 노출을 최소화할 수 있다.

ETRI는 현재 대덕특구 내 버스정류장과 서울 도로변 국가측정소에서 비배기배출 중 초미세먼지(PM1.0, PM2.5) 실시간 측정실증을 진행 중이다.

이를 통해 대기확산의 중요성을 검증하여 지속가능한 스마트시티 구축을 위한 고품질 도로 대기 데이터를 확보하고 있다.

또 이 장치는 과기정통부 ‘우수 R&D 혁신제품’으로 지정받아 조달 시범 임차에 선정, 이달부터 미세먼지 신호등과 에어알람G 앱을 통해 대전 유성구 주민들에게 실시간 극초미세먼지 정보를 제공한다.

손명희 ㈜공감센서 대표는 “20여 년 ETRI 연구원으로서 쌓은 경험을 바탕으로 제2의 엘라 같은 대기오염 피해 사례가 더는 발생하지 않도록 기여할 것”이라며 “실시간 초미세먼지 측정기에서 개인 건강 구독형 대기질 알람 서비스까지 토털 솔루션을 제공하는 한국형 대기질 모니터링 K-AQM을 완성하겠다”고 말했다.

한편, 이 기술 검증 결과는 미국 남부해안 대기질관리청(AQMD) 공식 홈페이지에 공개됐고, 미국 사업화를 위해 ETRI 미주연구협력센터와 협력하는 한편, 미국 대기질 측정망(ASCENT) 프로젝트의 Pico Rivera, South DeKalb, Queens College 사이트에서 칼텍, 조지아텍, 예일대, 뉴욕주 환경보호청에 실시간 초미세먼지 데이터 제공을 준비 중이다.