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사물인터넷·인공지능 기반 공기질 관리 ‘대세’
사물인터넷·인공지능 기반 공기질 관리 ‘대세’
  • 최아름 기자
  • 승인 2019.11.05 08:17
  • 댓글 0
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■미세먼지·공기산업 동향

건강에 악영향 소식에
대기 산업 급성장 중
산업계, 기술 개발 매진

실내외 공기질 측정해
환기·가전 구동 결정
저감률 제고 ‘필수’

지난달 29일 중국 북동부와 내몽골에서 발원한 황사가 전국을 뒤덮었다. 서울의 미세먼지 농도는 평소보다 5배 높은 150마이크로그램(㎍)을 넘어서며 매우 나쁨 단계를 보였고, 인천과 충남은 미세먼지 주의보가 내려졌다. 밤새 내린 비가 무색할 정도로 전국은 안개처럼 덮인 미세먼지로 자욱했다.

한동안 잠잠했던 미세먼지 농도가 다시 높아지면서 내년 3월까지 기승을 부릴 것으로 보인다. 따뜻해지면 미세먼지가 기승을 부리는 ‘삼한 사미’는 우리 나라 기후 특성으로 자리잡을 전망이다.

미세먼지가 건강에 악영향을 미치는 것으로 알려지면서, 공기산업은 이머징 마켓으로 떠오르고 있다. 사물인터넷(IoT)과 인공지능(AI) 도입으로, 실내외 공기 및 관련 가전을 연동해 ‘똑똑하게’ 공기질을 관리할 수 있는 제품도 속속 등장하고 있다.

이에 따라 정보통신공사업계가 미세먼지 측정·관리시스템 구축을 정보통신공사 영역으로 정립해 새로운 수익창출의 지렛대로 삼아야 한다는 의견이 힘을 얻고 있다.

 

미세먼지란

미세먼지는 입자가 머리카락 굵기의 5분의 1에 달하는 먼지입자를 말한다.

입자 지름에 따라 10마이크로미터(㎛, 0.01㎜) 이하는 미세먼지(PM)로 구분하고 PM10으로 표기한다. 주로 황사, 분진, 비산 먼지, 꽃가루 등 주로 자연적인 요인으로 발생한다.

2.5㎛ 이하는 초미세먼지로 분류되며 PM2.5로 표기한다. 주로 스모그, 담배 연기, 집먼지 진드기, 박테리아 등 인위적 요인으로 발생한다.

미세먼지보다 더 심각한 것은 연소 배기 및 가스상 물질인 100나노미터(㎚, 0.00001㎜) 이하의 초미세입자(UFPs, PM0.1)다. UFPs가 인체에 흡수될 경우 유해성은 미세먼지보다 더 심각하다. 미세먼지 직경이 작을수록 인체 유해성이 증가하기 때문이다.

미세먼지는 입자가 미세해 코점막을 통해 걸러지지 않고 흡입 시 폐포까지 직접 침투해 천식 및 폐질환, 조기사망을 유발한다.

세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 2013년 미세먼지를 1군 발암물질로 분류한 바 있고, 질병관리본부에서는 PM10 농도가 1입방미터(m³)당 10㎍ 증가 시 폐암 발생률이 9% 증가하는 것으로 분석하고 있다.

초미세먼지의 경우 코에서 바로 뇌로 들어가거나 혈관을 타고 뇌로 들어가 뇌졸중, 치매, 우울증 등을 유발한다.

세계 미세먼지 오염도는 아시아가 가장 심하고 유럽, 북미 순으로 높다. 중국, 인도, 서아시아 지역의 오염도가 높은 데 따른 것이다.

 

한국 대기오염 심각한 수준

중국의 영향으로 한국 또한 미세먼지 농도가 매우 높은 편이다.

OECD는 ‘대기오염의 경제적 결과’라는 보고서에서 한국과 중국, 인도 등에서 대기오염으로 인한 조기 사망자가 대폭 증가할 것으로 나타났다.

현재도 심각한 수준이다. 서울대 의대 연구 결과에 따르면 2015년 한 해 동안 1만1900여명이 초미세먼지로 조기 사망한 것으로 나타났다.

한국은 대기오염으로 인한 2060년 국내 총생산(GDP) 감소 비율이 OECD 회원국 중 가장 높은 0.63%을 기록할 만큼, 대기오염 위험성이 큰 국가인 것이다.

2015년 국내에서 미세먼지는 23만3177톤, PM2.5는 9만8806톤이 발생한 것으로 추산됐다. 지난해 서울시의 초미세먼지 농도 일평균 기준치(35㎍/m³)를 초과한 일수는 61일이었다. 미세먼지 주의보 및 경보는 지역별로 총 416회나 발령됐다. 서울 도로 주변의 UFPs는 고농도로 나타났다.

미세먼지로 뒤덮인 서울의 풍경.
미세먼지로 뒤덮인 서울의 풍경.

 

정부 전략·대책 수립…특별법 시행도

정부는 미세먼지를 관리하기 위한 여러 대책을 수립했다.

문재인 대통령은 지난 5월 실시간 대기오염 정보공개시스템을 개편하고 인공지능·빅데이터 활용 경보를 구축하도록 지시했다.

지난해 9월에는 미세먼지 특별법이 제정돼 올해 2월부터 시행에 들어갔다.

유관법률들도 강화됐다. 학교보건법에서는 교실 내 공기질 점검을 매년 1회 이상에서 반기별 1회 이상 실시하도록 강화했으며, 매년 1회 이상 공기질 측정장비를 점검하도록 했다.

실내공기질관리법은 법 적용시설에 가정 및 협동어린이집, 실내 어린이 놀이시설을 추가했으며, 2021년 4월부터 지하역사 공기질 측정기 부착이 의무화된다. 대중교통차량 공기질 측정도 권고에서 의무화된다.

또한 2016년에는 492억5300만원 연구비를 투입해 한국과학기술연구원, 한국기계연구원, 서울대, 광주과학기술원 등 47개 기관이 참여하는 ‘미세먼지사업단’을 꾸렸다.

미세먼지사업단은 2020년 5월까지 △미세먼지 예보모델 예측 정확도 75% 이상으로 제고 △제철소 미세먼지 배출 30% 저감 기술 실증을 핵심 목표로 기술 개발에 매진하고 있다.

 

공기산업 ‘떠오르는 시장’

이러한 상황으로 인해, 국내에서 공기산업은 급성장하고 있는 ‘떠오르는 시장’이다.

공기청정기 판매량은 최근 3배 이상 급증했다. 국내 대기관리 시장은 2296개 업체에서 5조3656억원(2016년) 규모의 매출을 발생시키고 있다.

국외도 상황은 마찬가지다.

지난해 TMR의 조사에 따르면, 세계 대기질 모니터링 장비 시장은 연평균 8.4% 성장해 2026년에는 76억6800만달러 규모로 성장하며 공기정화 시스템은 연평균 8.2%씩 성장해 2026년에는 383억4060만달러 규모에 달할 것으로 전망되고 있다.

 

전세계 앞다퉈 기술 개발

전세계는 더 정확히 대기질을 모니터링하고, 미세먼지를 저감시켜 더 청정한 공기를 제공하기 위한 첨단 기술 개발에 열을 올리고 있다.

미세먼지 저감기술과 향후 환기설비 시장, 스마트홈 가전시장, 전기·수소차 시장 등 관련 산업의 활력 제고에 기여할 것으로 전망되기 때문이다.

이스라엘의 브리조미터(BreezoMeter)는 직접 개발한 센서를 사용해 도시 곳곳의 대기오염도를 모니터링해 데이터를 제공한다. 위성 및 날씨, 교통, 모니터링 스테이션, 지질학적 분석 등 머신러닝 알고리즘을 이용해 사용자 500m 내 공기질을 정밀하게 측정한다.

독일 그린시티솔루션(Green City Solutions)은 식물을 활용해 실내외 공기를 정화하는 제품을 출시했다. 도심에 설치해 공기 정화는 물론, IoT 기술을 접목해 환경 데이터도 제공한다.

우리 나라도 관련 기술 및 제품 개발에 만전을 기하고 있다.

국내 업체인 에어릭스(AERIX)는 IoT 미세먼지 모니터링제어 시스템을 선보였다.

기존 미세먼지 모니터링 시스템이 포집된 공기 중 미세먼지 중량을 저울로 재는 중량법의 측정 시간이 오래 걸려 시간 단위로 업데이트되는 데 반해, 에어릭스의 시스템은 광학산란법을 통해 1분 단위로 미세먼지를 측정해 1분 단위로 업데이트가 가능하다. 광학산란법은 미세먼지 입자에 빛을 비춰 산란되는 빛의 양을 통해 미세먼지 농도를 측정하는 방식이다.

에어릭스는 이를 통해 예측 신뢰도를 90% 이상 달성, 1시간 먼저 미세먼지 사전 예측 및 조기 제어가 가능하다고 밝혔다.

인공지능을 통해 환기 여부를 판단해 자동으로 환기하는 창호 시스템도 개발 중이다.

현재 IoT 창호 개발 단계는 실내 오염도만 고려한 자동 환기 시스템이다. 자가 학습이 가능한 인공지능 창호 환기시스템이 적용되면 실내외 모두를 고려해 자동으로 환기할 뿐만 아니라 IoT 센서를 이용해 체온 및 행동을 감지, 행동 예측을 통해 쾌적 범위를 유지시킬 수 있다. 다른 스마트홈 기기들과 자율적으로 소통해 실내 상황에 따라 창호를 자동으로 제어하고, 장애인이나 환자, 노약자를 위한 맞춤 자동 환기 시스템도 가능해 진다.

 

저감기술 신뢰성 비교적 높아

현재 개발돼 출시된 공기청정기는 50% 이상 미세먼지를 저감시켜 비교적 높은 편이나, 저감율을 획기적으로 높이기 위한 정부와 산업계의 노력이 요구되고 있는 상황이다.

에어랩에 따르면, 에어랩이 자사 제품으로 서울 아파트에서 공기청정기를 30분 구동한 후 미세먼지 농도를 측정한 결과, 미세먼지 농도는 기준치 이하로 낮아졌지만, 모든 미세먼지를 제거하지는 못했다.

반면 환기장치를 1시간 가동해도 감소율은 40%에도 미치지 못했다. 그러나 공기청정기와 환기장치를 함께 가동했을 때 미세먼지가 약 75% 이상 감소해 공기청정기 단독보다는 환기장치와 함께 사용할 때 효과가 극대화되는 것으로 나타났다.

공기청정기는 큰 먼지보다 PM2.5 제거 효과가 높았으며, 외부 농도가 상대적으로 낮을 때 미세먼지 제거 효과가 높은 것으로 나타났다.

 

■공기산업 제품 ‘한눈에’

지난달 25~27일 서울 코엑스에서는 ‘미세먼지 및 공기산업 박람회(에어페어 2019)’가 열려, 미세먼지 및 공기 관련 제품이 대거 전시돼, 기술 및 산업 동향을 한눈에 들여다 볼 수 있는 자리가 마련됐다.

지난달 열린 에어페어 2019 행사장 전경. [사진=한국공기청정협회]
지난달 열린 에어페어 2019 행사장 전경. [사진=한국공기청정협회]

 

케이웨더의 실외공기질 측정기.
케이웨더의 실외공기질 측정기.

실외공기질 모니터링 솔루션 선봬

케이웨더

케이웨더는 실외 공기를 측정하는 에어가드 K 실외공기질(OAQ) 모니터링 스테이션을 선보였다.

해당 시스템은 야외 공기질을 24시간 모니터링, 관리하는 시스템이다.

IoT 기반으로 미세먼지 및 초미세먼지, 휘발성 유기화합물 및 온도, 습도, 이산화탄소 농도를 실시간 측정해 언제 어디서나 스마트폰 및 PC로 확인이 가능하다.

일간, 주간, 월간 데이터도 확인할 수 있다. 실내공기측정기인 에어가드 IAQ 모니터링 스테이션과 연동해 통합공기관리시스템(TAQMS)를 구축하면 종합적인 공기질 관리가 가능해 진다.

실외 및 실내 공기오염도를 비교해 환기 여부 및 실외 활동 가능 여부를 판단하고, 법적 기준치 초과 시 알람을 통보하고 미세먼지 예보 및 기상정보를 제공하는 등 다양한 부가 정보가 있다. 통신방식은 와이파이 및 LTE를 지원한다.

 

 

 

에어랩의 에어워치. [사진=에어랩]
에어랩의 에어워치. [사진=에어랩]

탁상형 공기질 측정기 ‘에어워치’ 출시

에어랩

에어랩은 탁상형 공기질 측정기인 에어워치를 선보였다.

측정항목은 미세먼지와 이산화탄소, 온도, 습도다. 실시간으로 실내 공기질을 측정해 가시화하며, 에어랩 서버를 통해 데이터를 누적하고 측정, 분석한다. 센서 오류도 원격으로 수정이 가능하다.

이렇게 수집된 공기질 데이터는 공기정화기, 환기장치 등 공기질 관련 가전과 연동돼 작동할 수 있도록 솔루션이 제공된다. 에어워치 및 웹서버 기반으로 스마트 가동된다.

타겟별로 차별화된 에어플랫폼 및 리빙랩 구축이 가능하며 빅데이터 기반으로 실내공기질을 예측 및 모니터링한다.

또한 공기질 관련 가전 유지보수를 위한 리빙랩 기술도 지원된다. 에어랩 홈페이지에서 일련번호를 등록해 아이디를 등록하면 홈페이지에서 모든 데이터 및 예측사항을 확인할 수 있다.

 

중량법으로 초미세먼지 측정

에이피엠엔지니어링

에이피엠엔지니어링은 초미세먼지 채취기(PMS-204)를 출시했다.

공기 중의 초미세먼지는 물론, 초미세먼지 흡입구를 분리하면 총먼지와 미세먼지도 채취가 가능하다. 시중에 일반적으로 볼 수 있는 광학 산란법이 아닌 중량법으로 채취하며, 온도, 습도 및 압력까지 측정한다. 한글, 영어, 중문 중 운영프로그램 언어를 선택할 수 있으며, 설정된 주기 및 시간과 유량에 따라 운정이 가능하다.

USB 메모리로 간편하게 데이터 다운로드가 가능하고, 온도 및 압력을 자동 보정해 오차 –2~+2% 이내로 유량을 유지할 수 있다. 일자 및 시간, 작동 상태, 순간 및 누적 유량, 온습도 및 기압이 저장될 뿐 아니라 풍향, 풍속 센서와 연동할 수 있고 배터리 사용도 가능하다. 미국 EPA FRM 초미세먼지 측정 방법에 적합하게 설계했고, 환경부 미세먼지 시료채취기 형식승인을 획득했다.

에이피엠엔지니어링의 초미세먼지 채취기.
에이피엠엔지니어링의 초미세먼지 채취기.

 


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