[정보통신신문=최아름기자]

미세먼지가 건강에 악영향을 미치는 것으로 알려지면서, 공기산업은 이머징 마켓으로 떠오르고 있다. 그 중에서도 빅데이터와 인공지능을 접목해 미세먼지를 보다 정확히 측정하기 위한 기술이 진화를 거듭하고 있어 눈길을 끈다.

이에 따라 정보통신공사업계가 최첨단 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.

■전세계 앞다퉈 측정 기술 개발

미세먼지 기술은 크게 측정기술과 저감기술로 구분된다. 코로나19로 인한 경제 위기에도 불구하고 미세먼지 대응 수단인 저감 장치와 측정 장치 시장은 꾸준한 성장세를 기록 중이다. BCC리서치에 따르면 그 중에서도 미세먼지 측정 장치 관련 시장은 매년 10% 가까운 성장을 보이고 있다.

측정기술은 미세먼지 저감을 위한 기초기술로 고도의 전문성 요구와 엄격한 품질기준으로 인해 주요 선진국을 중심으로 기술개발이 이뤄지는 고부가가치 기술이다.

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.

■측정기술 특허 10년간 20배 증가

국내 연구개발도 매우 활발하다. 미세먼지 저감기술 및 향후 환기설비 시장, 스마트홈 가전시장, 전기·수소차 시장 등 관련 산업의 활력 제고에 기여할 것으로 전망되기 때문이다.

특허청에 따르면 미세먼지 측정 관련 출원건수가 2010년 8건에서 2019년 212건으로 10년간 약 20배 넘게 증가했다. 2020년도 증가세가 유지되는 추세다.

최근 가장 큰 변화는 지난 5년간 미세먼지 측정기술에도 인공지능, 사물인터넷, 생명공학 기술 등 4차산업혁명 기술을 접목하는 경향이 뚜렷해졌다는 것이다.

실제로 4차산업혁명 기술 접목 특허 출원은 2015년 14건에서 2019년 43건으로 최근 5년간 연평균 32% 증가세를 보이는 것으로 조사됐다.

특허청이 주요 출원인을 대상으로 미세먼지 측정기술 핵심 분야에 대한 설문을 실시한 결과에서도 향후 핵심 분야로 △인공지능·빅데이터 활용 미세먼지 측정기술 △사물인터넷 적용 실내외 공기질 측정기술 △미세먼지와 생물 입자 동시 측정기술과의 접목을 전망하는 것으로 나타났다.

■4차산업혁명 기술 접목 ‘뚜렷’

이 중 인공지능·빅데이터 활용 측정기술은 다양한 인공지능 알고리즘과 기상 및 미세먼지 측정정보의 빅데이터를 이용해 측정 오차를 줄이고, 예측정보를 제공하는 기술이다.

드론을 활용한 빅데이터 미세먼지 정보 구축장치의 경우 미세먼지를 포함한 고도별 기상관측을 실시하고 이를 빅데이터 서버에 저장 관리해 정확한 대기 연구에 활용하며, 무인기(드론), 차량 등을 이용해 데이터를 수집한다.

사물인터넷 적용 실내외 측정기술은 측정 장치가 모바일 기기 및 서버와 통신을 통해 결과를 분석하고 사용자의 요구에 맞도록 공기청정기, 환기(공조)시스템 등을 자동 제어하는 기술이다. 최근 인공지능·빅데이터 기술과의 융합을 통해 고도화되고 있는 분야다.

사물인터넷을 적용한 지하철 역내 미세먼지 농도 측정장치는 지하철 진출입 등에 따른 미세먼지 변화를 측정해 공조기 등을 정밀 제어. 복수의 지하철역의 측정정보를 서버에서 데이터베이스화해 머신 러닝 등을 통해 예측 모델을 생성한다.

과학기술정보통신부에 따르면 지하역사 공조 시스템 지능화 프로젝트는 서울 지하철 강남역에 빅데이터와 사물인터넷(IoT) 기반 공기질 측정장치를 설치하고, 이를 바탕으로 고성능 미세먼지 저감장치를 운용한 결과 최대 40%의 공기질 개선효과가 나타난 것으로 확인됐다.

미세먼지와 생물 입자 동시 측정기술은 미세먼지 측정과 함께 유해세균 및 바이러스를 검출하는 기술이다. 미세먼지 저감장치 및 살균기와의 조합을 통해 상승효과를 내고 있으며, 코로나19 이후 공기 중 바이러스 및 유해균 전염의 위험성이 대중에 각인되었기에 향후 주목받는 기술이다.

이종 반사경이 결합된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치의 경우 주변광에 의한 광 노이즈를 최소화, 미세먼지 및 미생물 검출 성능을 획기적으로 향상시킨다.

샘플에 조사되는 입사광을 사출하기 위한 제1·제2광출사구, 정원경 일부와 타원경 일부가 결합된 반사경 및 난반사 감소부를 구비해 입자 산란광과 형광을 통해 미세먼지와 미생물을 동시 검출한다.

■저감기술 획기적 개선 필요

저감기술 역시 많은 발전을 이뤘으나, 획기적으로 저감율을 높이기 위한 정부와 국내 산업계의 노력이 요구되고 있다.

국내에서 현재 개발돼 출시된 공기청정기는 50% 이상 미세먼지를 저감시키는 것으로 알려져 있다.

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.

인치현 특허청 심사관은 “미세먼지 관련 시장의 확대와 정부의 관련 정책 추진으로 미세먼지 측정 및 저감기술에 관한 특허출원은 향후 증가될 것으로 예상되며, 특히 포스트 코로나19 시대를 대비해 다양한 형태의 정보통신‧생명공학 기술을 융합한 특허출원이 급증할 것으로 예상된다”고 밝혔다. 

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