[더테크 이지영 기자]  국내 정부출연연구원 창업기업이 대기 중 초미세먼지(PM2.5)와 극초미세먼지(PM1.0)를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 이는 기존 대기질 측정 기술의 한계를 넘어, 인공지능(AI) 기반의 스마트 대기질 모니터링 시대를 여는 전환점이 될 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI) 창업기업 ㈜공감센서는 AI로 정밀 제어가 가능한 초소형 직접가열식 제습장치를 탑재한 광산란법 초미세먼지 측정기를 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다. 연구팀은 대기 중 수분이 미세먼지 입자 크기에 영향을 미쳐 측정 정확도를 떨어뜨리는 기존 문제를 해결하기 위해, 직접 가열식 히터를 도입하고 AI 제어 알고리즘으로 과열을 방지하는 기술을 적용했다. 이를 통해 1미터 크기의 기존 제습 장치를 1인치 수준으로 소형화하는 데 성공했다.

이 기술은 미국 남부 해안 대기질 관리청(AQMD) 공식 홈페이지에 검증 결과가 공개됐으며, 현재 ETRI 미주연구협력센터와 함께 미국 ASCENT 대기질 측정망 프로젝트(Pico Rivera, South DeKalb, Queens College)에 구축 중이다. 향후 칼텍(Caltech), 조지아텍, 예일대, 뉴욕주 환경보호청 등과 협력해 실시간 초미세먼지 데이터를 제공할 예정이다.

기존에 40여 년간 사용된 베타선 감쇠법은 1시간 평균값만 제공해 실시간 모니터링이 불가능하고, 저농도 환경에서는 정확도가 떨어지는 한계를 지녔다. 또한, 대형 제습장치의 설치·유지보수 어려움으로 측정망 확장에도 제약이 있었다. 공감센서의 기술은 이러한 구조적 한계를 근본적으로 해결했다.

2023년 필드 시험에서 극초미세먼지(PM1.0)의 상관계수 0.97을 기록했고, 2024년 실험실 시험에서는 PM1.0·PM2.5 모두에서 상관계수 1.0(정확도 100%)을 확보해 기준 장비와 완벽히 일치하는 측정 결과를 보였다. 이 장치는 극지연구소 쇄빙선 아라온호에 탑재돼 남극·북극항로에서 결실률 0%로 안정적으로 작동하며 내구성을 입증했다. 또한 NASA 주관 아시아 대기질 공동조사(Asia-AQ) 캠페인에도 참여해 글로벌 신뢰성을 확보했다.

공감센서는 이번 기술을 기반으로 개인 맞춤형 대기질 알림 서비스 ‘에어알람G’ 앱도 개발했다. 사용자는 건강 상태에 따라 초미세먼지 기준치를 설정하고, 실시간 알람으로 노출을 최소화할 수 있다. 해당 기술은 현재 대덕연구개발특구 버스정류장 및 서울 도로변 국가측정소에서 도로 비배기배출 초미세먼지 실시간 측정 실증이 진행 중이며, 확보된 데이터를 통해 스마트시티 맞춤형 대기질 관리체계 구축이 기대된다.

이 장치는 과학기술정보통신부의 우수 R&D 혁신제품으로 지정되어 조달 시범 임차 사업에도 선정됐다. 이달부터 대전 유성구에서는 미세먼지 신호등 및 에어알람G 앱을 통해 주민들에게 실시간 극초미세먼지 정보를 제공 중이다.

공감센서 손명희 대표는 “20여 년간 ETRI 연구원으로서 쌓은 경험을 토대로, 실시간 초미세먼지 측정기에서 개인 건강 구독형 대기질 알람 서비스까지 연결하는 K-AQM(한국형 대기질 모니터링) 모델을 구축했다”며 “한국이 세계 최초로 시도하는 이 모델이 제2의 ‘엘라(Ella)’와 같은 대기오염 피해를 막는 데 기여하길 바란다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 연구개발특구진흥재단의 기획형 창업 연구개발지원사업 일환으로 수행된 ‘국민체감형 정확한 흡습미세먼지 측정을 위한 스마트센서 개발’ 과제를 통해 이뤄졌다.