신소재공학과 박종욱 교수팀, 초기 동작시간 2시간에서 15분으로 대폭 단축
98% 상대습도에서도 작동되는 탁월한 안정성, 세라믹 복합 센서 채용

기술 개발 배경
이산화탄소는 물과 햇빛과 함께 식물의 발육을 좌우하는 3대 요소 중 하나로서 선진국에서는 농·식물의 종류에 따라 이산화탄소의 양을 적절히 조절함으로서 생산성을 높이거나 보관 상태를 늘리는 기술들이 다양하게 개발되고 있다. 따라서 이러한 기술들의 실현을 위하여 야전의 악조건에서도 신뢰성 있게 작동되는 저렴한 이산화탄소 측정기의 필요성이 점점 증대되고 있는 실정이다. 특히 버섯재배 농가의 경우 이산화탄소 제어는 버섯의 성장에 가장 중요한 요소로 많은 농가에서 저가의 이산화탄소 계측기를 필요로 하고 있다. 뿐만 아니라 올해부터 우리나라도 “씩 빌딩 증후군”(sick building syndrome)을 방지하기 위하여 빌딩 관리법에 의해 빌딩 내 이산화탄소의 양을 1000ppm 이하로 낮추도록 규제하고 있다. 그러나 과도한 환기는 에너지의 낭비를 가져오기 때문에 정확한 이산화탄소의 양을 측정하는 것이 에너지 효율을 높이는데 절대적으로 필요하게 되었다.

개발 측정기의 기술력
전기화학식 이산화탄소 계측기는 대기 중에 있는 이산화탄소와 선택적으로 반응하는 신소재(전극 보조물질)를 이용, 전기 화학 반응으로 발생하는 전압 상태를 이산화탄소 농도(PPM)로 환산하는 원리를 적용한 독창적인 것이다.
현재 이산화탄소 측정에는 적외선(파장:4.26um)에 의해 선택적으로 흡수되는 성질을 이용하여 광학적인 방법이 사용되고 있다. 이 방법은 정교한 광학계를 사용하여야 하기 때문에 가격이 비싸고 고습이나 먼지가 많은 열악한 환경에 사용하기는 어렵다는 단점이 있다.
반면, 전기화학적 방법은 비교적 싸고 열악한 환경에도 사용이 가능하다. 그러나 장기 안정성이나 성능, 특히 초기에 안정화되는 시간이 길어서 현장에서 사용이 기피되어 왔다.
이번에 개발한 전기화학식 이산화탄소 가스 측정센서는 세라믹 고체 전해질 및 전극에 우리팀에서 개발한 신소재를 채용하여 초기 동작시간을 기존의 2시간에서 15분으로 대폭 단축했다. 또한 현재까지 아무도 시현하지 못한 98%의 상대습도에서도 작동되는 탁월한 안정성도 확보했다. 
이 제품은 전기회로와 결합되어 이산화탄소 양이 PWM(Pulse Width Modulation) 전기 신호 출력으로 나오도록 고안되어 실내 공조시스템, 시스템 에어컨, 공기청정기, 자동차 실내 AQS 시스템, 농산물 저장 및 양식 등 여러 시스템에 적용이 가능하도록 설계되었으며, 간단한 부품의 교환만으로도 측정 센서의 교정이 가능해 기존 측정기의 정기적이고 복잡한 측정 센서 교정과정을 대폭 개선시킨 획기적인 측정기라 할 수 있다.
산업에 미칠 영향력 (시너지 효과)
전기화학방식의 이산화탄소 센서를 필두로 최근의 화학 센서 산업은 자동차산업, 에너지/가스산업, 환경산업, 공장자동화산업, 가전 산업 등에 람다센서, AQS 센서, 가스누출경보기, 공기정화센서(공기정화기, 에어컨, 전자렌지, 세탁기) 등 각종 산업의 핵심부품으로 고부가가치를 창출하는 미래의 성장 산업으로 가장 각광받고 있는 산업 중 하나이다.
특히 자동차, 조선, 항공기, 정보기기, 의료기기 등 국가 신성장동력산업 부문에서 고부가가치화 및 고성능화를 이루고 있으며 기상, 대기, 수질 등 에너지/환경측면에서 빠질 수 없는 역할을 맡고 있다. 이와 같은 센서는 특성상 복합기술이 요구되고 그 사용범위가 무한하기 때문에 전후방 산업 및 첨단제품의 품질 가격 경쟁력에 파급효과가 큰 유망산업이다.

적용 분야와 적용 시기
6년여에 걸친 수많은 실험을 통해 축적된 센서 특성에 대한 자료와 양산 시 신뢰성의 영향 및 열화현상에 대한 KNOW-HOW는 다른 기업에 쫓아오지 못하는 무형의 자산이기 때문에 본 이산화탄소 계측기는 세계에서 가장 앞선 기술로 당분간 경쟁제품이 없기 때문에 관련 시장의 수요가 상당할 것으로 예상된다.
특히, 농작물의 생육 및 보관에 이산화탄소가 절대적인 악영향을 끼치는 것에 착안, 버섯 재배 시설에 기존 제품의 1/5수준의 가격으로 농가에 경제적 부담을 줄이는 방향으로, 그리고 지난해부터 다중이용시설의 실내 공기질 관리법이 발효됨에 따라 대형 건물의 경우 순환 공기중 포함된 이산화탄소 양을 1000ppm미만으로 낮추도록 권고하고 있어, 일반인들로 하여금 웰빙 시대에 걸맞는 삶의 질 향상 차원에서 공기의 질을 관리할 필요성에 대한 인식 확산을 위한 적극적인 마케팅을 통해 사무실, 관공서, 학교, 가정 등에서의 수요를 기대하고 있다.
 
향후 연구 개발 계획
본인의 연구방향은 기존 기술을 따라잡는 것이 아니라 기존기술을 능가하는 새로운 기술을 연구하여 창조하는 것이다. 이를 통해 이 분야의 세계 기술을 리드하고 우리기술로 관련 산업을 표준화시키는 것이다.
현재 우리의 연구방향이 수소 센서나 이산화탄소 센서에서 세계적으로 유망한 것으로 여겨지고 있다.
 특히 강화되는 CO2, NOx등의 새로운 환경규제로 인하여 새롭게 다양한 화학센서의 수요가 요구되는 지금 향후 수년간 집중적인 투자와 연구가 이루어진다면 새로운 센서재료의 개발로 인하여 세계적인 센서기술을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.

이산화탄소 센서 감지원리
박종욱 교수
이산화탄소 측정 모듈
이산화탄소 측정기

< 본 사이트에는 사진자료가 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간세라믹스를 참조바랍니다.>