한국전자통신연구원(ETRI)은 연구원 창업기업 공감센서가 대기 중 초미세먼지를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀이 개발한 검증 결과는 미국 남부 해안 대기질 관리청(AQMD) 공식 홈페이지에 공개됐다.

미국에서의 사업화를 위해 현재 'ETRI 미주연구협력센터'와 협력 중이며, 센서에 기반한 미국 대기질 측정망(ASCENT) 프로젝트의 애틀랜타·LA·뉴욕 측정 프로젝트에 포함돼 대기 분야 연구자들에게 고품질 데이터를 제공할 방침이다.

방사선이 물질을 통과할 때 세기가 줄어드는 현상인 베타선 감쇠법을 이용한 기존 대기질 측정 방법은 1시간 평균값만 제공해 초 단위 변화는 알기 어렵고, 저농도 환경에서는 검출 한계 때문에 데이터 신뢰성이 떨어진다.

연구팀은 초 단위 측정이 가능한 광산란법 측정 기술에 주목했다.

미세먼지는 구름을 만드는 응결핵이기도 하다. 무거워지면 비나 눈이 돼 떨어지는데, 미세먼지 내의 각종 화학성분이 질병의 원인이 된다.

대기 중 수분을 머금는 미세먼지의 강한 흡습성으로 인해 상대습도가 높은 환경에서는 입자의 지름이 최대 10배까지 커진다.

광산란법 측정은 미세먼지의 골고루 퍼지는 산란 특성을 이용해 성분을 측정하는 기술인데, 입자가 커지면 산란 특성이 왜곡되기 때문에 습도를 제거하는 기술이 핵심이다.

연구팀은 인공지능(AI)으로 제어 가능한 초소형 가열식 제습장치를 탑재한 광산란법 초미세먼지 측정기를 개발했다.

기존 1ｍ에 달하는 대형 제습 장치를 1인치 수준으로 소형화해 건조 효율을 높였다.

연구팀은 이 기술이 대기 중 가스상 물질에 대해서도 화학적 조성 변화를 일으키지 않고 건조 성능을 확보할 수 있음을 확인, 관련 특허도 출원했다.

미국 대기질센서성능평가센터(AQ-SPEC)의 성능 검증 결과 2023년 필드 시험에서 지름 1.0㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 이하인 극초미세먼지(PM1.0)의 상관계수(기준 장비의 측정값과 일치하는 정도로, 1.0에 가까울수록 높은 일치도를 나타냄)가 0.97로 높은 정확도를 보였다.

지난해 실험실 시험에서도 PM1.0과 초미세먼지(PM2.5) 모두 상관계수 1.0을 확보해 온도·습도 등이 엄격히 제어된 실험실 조건에서는 100%의 정확도를 입증했다.

해당 장치는 2023년 극지연구소의 쇄빙선 아라온호에도 탑재돼 남극과 북극항로에서 사용 중이다.

공감센서는 이번 기술을 활용해 사용자가 건강 상태에 맞춰 초미세먼지 농도 기준을 설정할 수 있는 대기질 알람 서비스 '에어알람G' 앱을 개발했다.

이 장치는 과학기술정보통신부 우수 연구개발 혁신제품으로 지정받아 이달부터 미세먼지 신호등과 에어알람G 앱을 통해 대전 유성구 주민들에게 실시간 극초미세먼지 정보를 제공하고 있다.

ETRI 책임연구원이자 공감센서 대표인 손명희 박사는 "실시간 초미세먼지 측정기에서 개인 건강 구독형 대기질 알람 서비스까지 토털 솔루션을 제공하는 한국형 대기질 모니터링(K-AQM)을 구현하겠다"고 말했다.