mecㆍviewer v1.4 :: [ETRI 보도자료] ETRI 창업기업 (주)공감센서, 초미세먼지 측정기 개발_251013

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배포일자 : 2025.10.15.(수)				배포번호 : 2025-73호
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ETRI 창업기업 ㈜공감센서, 초미세먼지 측정기 개발

- 세계 최초 초소형 AI 제습장치, 광산란법 측정 오류 해결

- 美 AQ-SPEC 최고정확도 평가...고내구성·고해상도 측정

국내 정부출연연구원 창업기업이 처음으로 대기 중 초미세먼지와 극초미세먼지를 실시간 정확하게 측정할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 이로써 앞으로 스마트한 대기질 모니터링 시대를 여는 계기가 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI) 창업기업인 ㈜공감센서는 AI로 정밀 제어가 가능한 초소형 직접 가열식 제습장치를 탑재한 광산란법 초미세먼지 측정기를 개발했다. 이번 성과는 기존 대기질 측정 기술의 한계를 극복하고, 시민 건강 보호와 기후변화 대응에 기여할 것으로 보인다.

연구진이 개발한 검증 결과는 미국 남부 해안 대기질 관리청(AQMD) 공식 홈페이지에 공개되었다. 이후 미국 사업화를 위해 현재 ‘ETRI 미주연구협력센터’와 협력 중이며, 미국 대기질 측정망(ASCENT) 프로젝트의 Pico Rivera, South DeKalb, Queens College 사이트에 구축되어 칼텍, 조지아텍, 예일대, 뉴욕주 환경보호청에 실시간 초미세먼지 데이터 제공을 준비하고 있다.

그동안 전 세계에서 대기질 관리에 40여 년간 사용된 기존 베타선 감쇠법은 공기를 포집해 분석하는 방식으로 1시간 평균값만 제공한다. 이러한 이유로 초 단위의 변화는 잡아내지 못해 실시간 측정이 불가능하고, 저농도 환경에서는 검출 한계(LOD) 때문에 데이터 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었다. 또한, 1미터에 달하는 대형 제습 장치는 전력 소모를 크게하고, 설치와 유지 보수가 까다로워 시·공간 해상도에 큰 제약을 가지고 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 초단위 측정이 가능한 광산란법 측정기술에 주목했다. 이와 함께 구름을 만드는 응결핵인 초미세먼지의 강한 흡습성은 대기 중 상대습도가 높은 환경 속에서 입자의 지름(입경)이 급격하게 커지면서 산란광 특성이 미세먼지 조성과 모양의 영향을 받는다는 사실에 착안했다.

또한, 연구진은 제습장치가 과열되지 않도록 AI로 정밀 제어하는 방식을 도입해 직접 가열식 히터로 건조 효율을 안정화했다. 그 결과 기존 1미터에 달하는 대형 제습 장치를 1인치 수준으로 소형화하는 데 성공했다. 연구진의 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 확인하여 관련 특허도 출원했다.

이와 같은 성과를 바탕으로, 공신력 있는 검증도 이어졌다. ㈜공감센서는 본 기술을 국제 학술지 센서스(Sensors, 2022년)에 발표했으며, 미국 대기질센서성능평가센터(AQ-SPEC)의 요청으로 성능 검증을 받았다.

2023년 필드 시험에서는 지름이 1.0μm 이하인 극초미세먼지(PM1.0)의 상관계수가 0.97로 나타나 기준 장비와 높은 일치도를 보였고, 2024년 실험실 시험에서도 PM1.0과 지름이 2.5μm 이하인 초미세먼지(PM2.5) 모두 상관계수 1.0을 확보해 실험실 조건(온도·습도·입자농도 엄격히 제어된 환경)에서는 기준 장비와 측정값이 완벽히 일치함을 보여줬다. 즉, 정확도 100%를 입증한 것이다.

또한, 해당 장치는 2023년 극지연구소의 쇄빙선 아라온호에도 탑재되어 남극과 북극항로에서 결실률 0%로 데이터 누락 없이 극한 환경에서도 안정적으로 작동하여 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. 사용자는 건강 상태에 맞춰 초미세먼지 농도 기준을 설정하고, 알람을 통해 초미세먼지 노출을 최소화할 수 있다.

현재 대덕연구개발특구 버스정류장과 서울 도로변 국가측정소에서 도로에서 발생하는 비배기배출 중 초미세먼지(PM1.0, PM2.5) 실시간 측정 실증을 진행 중이다. 이를 통해 대기확산의 중요성을 검증하여 지속가능한 스마트시티 구축을 위한 고품질 도로 대기 데이터를 확보 중이다.

또한, 이 장치는 과기부 우수 R&D 혁신제품으로 지정받아 조달 시범 임차에 선정되어 10월부터 미세먼지 신호등과 에어알람G 앱을 통해 대전 유성구 주민들에게 실시간 극초미세먼지 정보를 제공하고 있다.

㈜공감센서 손명희 대표는 “20여 년간 ETRI 연구원으로서 쌓은 경험을 바탕으로 제2의 엘라(Ella)와 같은 대기오염 피해 사례가 더는 발생하지 않도록 기여하고 싶다. 실시간 초미세먼지 측정기에서 개인 건강 구독형 대기질 알람 서비스까지 토털 솔루션을 제공하는 K-AQM(한국형 대기질 모니터링)은 한국이 최초로 시도하는 모델이다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 연구개발특구진흥재단이 지원하는 기획형 창업 연구개발지원사업의 일환으로 ‘국민체감형 정확한 흡습미세먼지 측정을 위한 스마트센서 개발’ 과제를 통해 수행되었다. <보도자료 본문 끝>

용어설명

1. 초소형 직접 가열식 제습장치: 습도 영향으로 왜곡된 측정을 방지하기 위해 공기를 가열·제습하여 정밀도를 높이는 공감센서 독자 기술

2. 광산란법: 입자 크기에 따른 빛 산란 신호로 미세먼지 농도를 측정하는 방법. 습도에 따라 측정오차 발생

3. 미국 남부 해안 대기질 관리청(US South Coast Air Quality Management District, AQMD): 캘리포니아주 로스앤젤레스 지역을 포함한 남부 해안 지역의 대기질을 관리하고 개선하는 것을 목적으로 설립된 공공기관(aqmd.gov)

4. ASCENT (Atmospheric Science and Chemistry mEasurement NeTwork): 미국 NSF 펀딩 사용, 대기 과학과 화학 측정을 위한 측정 네트워크를 구축하고 운영하는 프로젝트로, 주로 대기질, 화학 반응, 기후 변화, 오염물질 배출 및 이들의 상호작용을 연구하는 것을 목표로 함

5. LOD (Limit of Detection, 검출한계): 장치가 신뢰할 수 있는 최소 측정 가능 농도. 베타선법은 PM2.5에 대해 3µg/m³ 미만를 무시

6. AQ-SPEC(Air Quality Sensor Performance Evaluation Center): AQMD 산하 센서 성능 검증 센터로 다양한 대기질 측정 장비와 시스템의 성능을 평가하고 검증하는 기관 (aqmd.gov/aq-spec)

7. PM1.0: 지름 1㎛ 이하 초미세먼지. 뇌까지 직접 침투 가능, 뇌 건강에 악영향, 기후변화 응결핵 역할.

8. PM2.5: 지름 2.5㎛ 이하 초미세먼지. 폐포·혈관까지 도달, 전신 건강에 악영향.

9. 상관계수: 대기질 측정기에 대한 성능 평가시 미국 환경청(EPA) 성능 인증 장비(FEM Class II(베타선법), FEM Class III(광산란법))에 대하여 선형회귀분석을 통하여 상관성을 평가하는 계수로 1에 가까울수록 정확하다고 평가됨

10. 비배기배출: 자동차에서 연료 연소에 의해 발생하는 배기가스(exhaust emissions)가 아닌 차량의 기계적 작용이나 도로와의 상호작용으로 발생하는 입자상 물질로 주요 발생 원인은 타이어 마모, 브레이크 마모, 도로 마모, 도로 페인트, 도로 위에 쌓여 있던 먼지가 차량 이동시 공기 중으로 떠오른 먼지 등임

11. K-AQM (Korea Air Quality Monitoring): 한국의 혁신기술로 기존의 저해상도 시/공간 대기질 모니터링한계를 극복한 고해상도 시/공간 대기질 모니터링 기술과 확장 응용 서비스를 포함

참고1

미국 South Coast AQMD 산하 AQ-SPEC 시험 평가 결과