월간전기



[에너지현장] 친환경 첨단센서 최신 기술 및 산업전망 세미나

2019-02-01

친환경 센서, 연평균 25.3% 성장 예상돼 국민 건강과 직결되는 고성능 센서 개발 절실 친환경 첨단센서 최신기술 및 산업전망 세미나 세계 바이오센서 시장 규모는 2024년 2천149억 달러로 연평균 25.3%씩 성장할 것으로 예측된다. 현재 이 센서 시장을 미국, 일본, 독일 등 선진국이 전 세계의 70% 이상 차지하고 있으며, 국내 시장규모는 약 57억 달러 수준인데 이마저도 한국기업은 단 1.7% 밖에 점유하지 못하는 실정이다. 이런 가운데 지난 1월 17일 서울 여의도 전경련타워에서는 <2019 친환경 첨단 센서 최신 기술 및 산업 전망 세미나>가 열려, 폭발적 성장이 기대되는 바이오센서의 최신 기술을 습득하고 정보를 공유하는 자리가 마련됐다. 글과 사진 김경한 기자 \| 자료제공 순커뮤니케이션 최근 인구증가와 산업고도화에 따라 환경오염 요인이 크게 늘어나면서 친환경에 대한 욕구가 상승하고 그 중요성이 커지고 있다. 특히 미세먼지에 대한 사회적 불안감이 극에 달하고 있어 이와 관련된 실내·외 공기질 상황을 모니터링하고 적절한 환기를 스스로 수행하는 환경 센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 폐암의 주요 발생요인 중 하나로 밝혀진 라돈이 아파트와 침대, 생필품 등에서 검출되면서 라돈 및 방사능 측정 센서에 대한 국민들의 니즈(needs)도 증가하고 있다. 이와 더불어 평균수명 증가 및 인구고령화에 따라 각광받고 있는 헬스케어 제품에 대한 구매욕구도 많아지고 있다. 이번 세미나에서는 이처럼 환경(미세먼지, 공기질), 방사능(라돈), 헬스케어 등에 적용되는 친환경 센서의 최근 동향과 신기술을 소개해 참석자들에게 큰 호응을 얻었다. 초미세먼지, 무게 아닌 크기를 측정해야 김용준 연세대학교 교수는 ‘MEMS 기반 미세먼지 감지센서 개발 현황 및 활용’을 주제로 초미세먼지 관련 센서의 개발현황을 소개했다. 전 세계적인 산업화와 도시화는 대기 중에 부유하는 미세먼지 농도를 증가시키고 있다. WHO(세계보건기구)에 의해 1급 발암물질로 지정(2013.10)된 미세먼지는 공기 중에 그 양이 점점 늘어나고 있어 인류의 건강이 위협받고 있다. 미세먼지 중에서도 초미세먼지에 의한 인체의 유해성은 매우 심각하다. 초미세먼지는 입경 2.5㎛ 이하의 매우 작은 먼지로, 입자 크기가 작아 기관지에서 걸러지지 않고 폐 속 깊이 침투해 염증을 유발한다. 현재 미세먼지 발표는 (초)미세먼지를 측정하고 예보할 땐 광역 단위 지역에서 일정 시간(50분) 동안 먼지를 채집한 후 그 무게를 잰 결과값으로 하고 있다. 김용준 연세대 교수는“광범위한 지역의 미세먼지 무게를 측정하는 현 예보 시스템은 정확성이 떨어질 수밖에 없다” 라고 지적했다. 김용준 교수는 “초미세먼지를 무게로 측정하는 건 잘못된 방법”이라고 지적한다. 그러면서 “무게가 아닌 크기를 측정하는 센서를 개발해야 한다”고 주장했다. 그 이유는 앞서 밝힌 바와 같이, 입자가 큰 먼지는 피부나 폐 속으로 흡수되지 못하지만, 2.5㎛ 이하의 초미세먼지는 피부나 폐 속에 흡수돼 우리의 건강을 해치기 때문이다. 또 하나의 문제는 광역 단위로 대기오염 측정소를 운영하며 예보한다는 데 있다. 현재 국내에서는 대기오염 측정소를 시나 구 단위의 넓은 범위에 걸쳐 1개소씩 설치해 대형 고가 장비로 측정해 미세먼지를 예보한다. 김 교수는 “서울과 같은 대도심 내에는 고층건물과 자동차가 많기 때문에 같은 구 단위 내에서도 초미세먼지 농도가 다를 수밖에 없다”며, “이런 일반적인 정보가 아닌 개인노출과 관련된 초미세먼지 정보를 제공해야 한다”고 강조했다. 따라서 김 교수는 “초미세먼지의 정확한 측정을 위해서는 되도록 많은 지역에 초미세먼지 크기를 측정하는 센서를 설치하고 실시간으로 현장 모니터링하는 시스템을 갖춰야 한다”고 주장했다. 초미세먼지의 실시간/현장 감지 필요성 하지만 그러려면 측정센서를 소형화하고 저렴하게 만들 수 있는 기술을 확보해야 한다. 시중에 팔리고 있는 저가의 미세먼지 센서는 공기 중의 탁한 정도를 판별해 무게가 얼마인지를 구하는 탁도계에 불과하다는 게 김용준 교수의 설명이다. 환경부의 미세먼지(광산란) 측정기 신뢰성 검증 실험에 따르면, 각 센서의 오차율은 40~89%로 신뢰성이 상당히 떨어진다. 만약 5㎛가 경계선이라고 하면, 그 미세먼지는 0.5㎛일 수도 있고 9.5㎛일 수도 있는 것이다. 초소형 측정센서로는 최근 MEMS 기반 미세먼지 감지센서가 각광받고 있다. 이 MEMS 감지 센서를 통해 기존의 크고 값비싼 장비를 통합형 소형모듈의 측정장비로 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 김용준 교수는 최근 일반인들의 미세먼지에 대한 높은 지식이 높은 수준에 이르렀다고 전했다. 더불어 “그동안 전문가 영역이었던 (초)미세먼지 시장이 일반인에게도 개방될 것”이라며, 일반인의 개인노출 및 실시간 네트워크 모니터링 기술 개발에 적극적으로 나서야 한다고 역설했다. 라돈 관리기술의 성장잠재력 커 고재준 FT Lab 대표는 ‘라돈 센서 최신 개발 현황 및 사업화 전망’을 주제로 라돈의 사회적 이슈를 설명하고, 라돈 센서 기술의 사업화 전망을 분석했다. 고재준 FT Lab 대표는 라돈의 측정 센서 시장뿐만 아니라, 라돈을 저감하고 모니터링하는 시장도 크게 성장할 것으로 내다봤다. 고 대표는 “라돈 문제는 갑자기 튀어나온 것이 아니다”라며, “이미 10여 년 전부터 환경부, 교육부, 국토부 등의 정부부처에서 아파트와 학교의 라돈을 측정해 왔으며, 전국의 라돈지도도 만들어 발표해 왔다”고 밝혔다. 라돈은 담배에 이어 폐암의 주요 2대 원인이지만, 지금까지 이런 정부발표에도 불구하고 아무런 반향이 없었다. 그런데 이번 라돈침대 사태가 터지면서 전 국민이 라돈에 관심을 갖게 된 것이다. 문제는 라돈 측정이 쉽지 않다는 데 있다. 라돈은 무색·무취의 비활성 기체로 화학적 반응성이 없어 일반적인 가스 센서로는 측정이 불가능하다. 방사성 붕괴를 이용한 간접측정을 해야 하는데, 인체에 영향을 미치는 농도가 10-9ppm 이하로 매우 희박해 측정이 쉽지 않다. 라돈의 알파 붕괴를 이용한 측정법으로는 반도체, Scintillation(신틸레이션), Pulsed Ionization Chamber(이온화 챔버) 등 세 가지 방식이 있다. 반도체 방식은 P-n 접합반도체로 공핍층을 통과하는 알파 입자 계수로 측정한다. 장점은 저가격과 소형화가 가능한 점이다. 단점은 외부 빛 유입이 불가능하고, 통기성이 나쁘며, 감도가 낮고, 긴 측정시간(24~48시간)을 요한다는 점이다. Scintillation(신틸레이션) 방식은 하전입자 형광체 충돌 시의 발광현상을 이용한다. 장점은 초 고감도이며 분해능이 좋다는 것이고, 단점은 고가의 광증배관이 필요하고 수명이 짧다는 것이다. Pulsed Ionization Chamber(이온화 챔버) 방식은 이온화 챔버 내부 탐침을 이용해 하전입자를 검출한다. 장점은 고감도이며, 내구성과 통기성이 좋고 외부 빛에 무관하다는 점이다. 단점은 고 임피던스로 노이즈 비가 높아서 신호 처리가 어렵다는 점이다. 최근에는 ‘라돈아이’와 같은 보급형 측정기가 등장했다. 이 측정기를 활용하면, 기존에 24~48시간 걸리던 측정시간이 1시간 내외로 단축할 수 있어 일반인도 쉽게 라돈을 측정할 수 있다. 고재준 대표는 “앞으로 저렴한 라돈 센서가 더 많이 등장할 것으로 예상된다”며, “라돈 센서를 바탕으로 하는 라돈 관리기술, 즉 진단, 모니터링, 저감을 아우르는 통합솔루션 비즈니스가 활발해질 것으로 기대된다”고 밝혔다. 헬스케어 센서, 건강이상 신호 측정 필요 노근창 현대차투자증권 이사는 ‘2019 바이오, 친환경센서 산업 전망’을 주제로 헬스케어 및 바이오 센서 기술 동향을 소개했다. 노근창 현대차투자증권 이사는 “심박수나 수면습관을 넘어, 심전도나 혈당과 같은 건강 이상신호를 바로 알려 주는 헬스케어 센서의 개발이 필요하다”고 주장했다. 그는 “5G 서비스 실시는 Edge Computing 수요를 자극할 것”이라며, “이를 바탕으로 다양한 반도체와 센서를 탑재한 새로운 개념의 디바이스들이 등장할 것”이라고 말했다. 지난해 12월 1일에 국내 통신 3사에서 세계 최초로 상용화한 5G 서비스를 계기로 향후 센서 시장의 확대가 예상되는 것이다. 여기서, Edge Computing(에지 컴퓨팅)이란 중앙 서버가 모든 데이터를 처리하는 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)과는 달리, 분산된 소형 서버가 근거리에서 실시간으로 데이터를 처리하는 기술을 의미한다. 그는 현재 헬스케어 센서를 탑재한 스마트 기기들이 심박수 및 수면습관 체크, 만보기 기능 등 단순한 건강상태만 알려주고 있다고 주장했다. 그러면서, 심전도나 혈압, 혈당 등 건강이상신호를 즉시 알려주는 고사양의 센서를 탑재하는 것만이 현재 정체된 헬스케어 시장을 폭발적으로 성장시킬 수 있을 것이라고 강조했다. 한편, 바이오센서 중 생체인식 시장이 폭발적으로 커지고 있으며, 이 시장은 24시간 무인점포, 무인택시, 공유경제 등 다양한 분야에서 무궁무진한 성장이 기대되는 분야다. 하지만 이 분야에서 중국 회사가 무서운 속도로 세계시장을 잠식하고 있어, 국내 관련 업체들을 바싹 긴장시키고 있다. 이는 중국이 풍부한 테스트베드와 탑다운(Top-down)의 국가주도 경제를 갖추고 있기에 가능한 것이라고 노근창 이사는 역설했다. 우선 중국은 13억 명이라는 인구가 있어 테스트베드가 풍부하다. 생체인식은 인공지능(AI) 기술이 필수적인데, 인공지능은 빅데이터를 돌려야 하기 때문에 샘플이 많으면 많을수록 정확해진다. 결국 13억 명의 인구는 생체인식 기술 향상에 지렛대 역할을 할 것이다. 또한 중국은 탑다운의 국가주도 경제정책을 펼치고 있다. 만약 어떤 기술의 발전가능성이 큰데 규제로 막혀 있다면, 정부에서 그 규제를 풀어주면 그만이다. 시민단체가 환경문제 등을 거론하며 쉽게 나설 수 없는 체제이므로, 성공가능성을 인정받는다면 얼마든지 정부의 전폭적인 지지 아래 성장이 가능한 것이다. 중국에서 시행 중인 안면인식 범죄자 식별 시스템이 그 대표적 사례다. 이어 노근창 이사는 향후 헬스케어 센서 시장의 발전방향을 설명했다. 그는 “헬스케어 제품은 소비자에게 불편을 주면 안 된다”며, “소비자의 입장에서 접근하고 차별화할 수 있는 포인트를 갖춰야 한다”고 주장했다. 그러면서 “헬스케어, 바이오, 친환경 센서가 모두 공통적으로 관통하는 건 결국 건강이다”라며, “건강상태를 체크하거나, 미리 나빠질 건강을 조심하도록 하고, 환경적으로 발생할 수 있는 건강에 대한 위험상황을 미리 체크하는 방향으로 가게 될 것”이라고 밝혔다. < Energy News >