[편집자주] 실내 공기질은 거주자의 건강에 영향을 미친다. 실내 공기질은 이산화탄소, 미세먼지, 곰팡이, 세균 등에 의해 오염될 수 있으며 이는 여러 질환의 원인이 될 수 있다. 팬데믹 시대, 실내 생활 시간이 늘어남에 따라 내부 공기를 관리하는 것이 중요해지며 정확한 측정이 가능한 CO₂ 센서 수요 또한 증가하고 있다. 이런 가운데 글로벌 반도체 솔루션 기업인 인피니언 코리아의 김성태 부장과 만나 새로운 CO₂ 센서의 동작 원리와 인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서 특징에 대해 들어보는 자리를 마련했다.

■ CO₂ 센서가 이슈가 되는 배경은 무엇인가
 
현대인들은 자동차, 기차, 비행기, 빌딩과 같은 실내에서 거의 대부분의 시간을 보낸다.
 
실내 환경에서 이산화탄소 농도는 사람의 건강과 업무 능력에 직접적으로 영향을 미친다.
 
CO₂ 센서는 실내 공기질의 중요한 지표가 될 수 있는 이산화탄소의 농도를 측정하여, 쾌적하고 건강한 실내 공간을 유지할 수 있게 한다.
 
CO₂ 센서는 △높은 이산화탄소 농도로 인한 두통, 졸음 및 집중력 저하 방지 △CO₂ 농도를 감지해 냉난방 시 적절한 환기를 통해 에너지를 절감하는 스마트 빌딩 △온실이나 하우스 등에서 식물의 생장을 최적화하기 위한 스마트팜 △코로나 19 바이러스처럼 공기를 매개로 전파되는 바이러스 농도 확인 등 활용처가 매우 다양하다.
 
■ CO₂ 센서의 종류는 어떤 것이 있는가
 
선택 가능한 널리 사용되는 방식은 비분산 적외선 (Non-Dispersive IR, NDIR) 방식과 전기화학 방식(EC), 그리고 이산화탄소 농도를 알고리즘으로 추정하는 eCO₂ 방식이 있다.
 
■ 위의 CO₂ 센서 방식에 따른 장단점을 설명 부탁드린다.
 
NDIR 센서는 CO₂가 특정대역의 IR을 흡수하는 특성을 이용하는 방식이다.
 
동작 원리와 구조상 상대적으로 사이즈가 크고 가격이 비싸다.
 
현재 상용화된 기술 중에서는 PAS와 함께 가장 정확하게 CO₂를 측정할 수 있지만, 큰 사이즈와 높은 가격 때문에 소형 IoT 디바이스나 스마트홈 디바이스에는 적당하지 않다.
 
전기 화학 방식 센서는 NDIR보다는 상대적으로 크기가 작고 저렴하다.
 
다만 정확도가 떨어지고 소모 전류가 커서 정확한 이산화탄소 농도가 필요한 애플리케이션이나 배터리를 사용하는 애플리케이션에 적용하기 어렵다.
 
eCO₂ 센서는 셋 중 가작 작은 크기와 저렴한 가격으로 구현 가능하다.
 
다만 CO₂를 직접 측정하는 것이 아니라 알고리즘을 바탕으로 상응하는 CO₂ 값을 추정하는 방식으로, 여러 가정을 이용하여 계산하기 때문에 정확도가 낮고, 기존 트렌드를 이용하여 계산하기 때문에 실시간 측정이 어렵다.
 
■ 인피니언 CO₂ 센서를 이용한 애플리케이션을 소개 부탁드린다.
 
CO₂는 실내 공기질의 주요 지표가 되는 물질 중 하나이다.
 
쾌적한 실내 공기 유지를 위한 에어컨, 냉난방기 같은 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning) 시스템이나 공기 청정기 등에 적용된다.
 
실내 공기질을 모니터링하고, CO₂ 농도가 높을 때 적절하게 환기해 냉난방 및 공기 청정 효율을 최적화하고 실내 공기질을 건강하고 쾌적하게 유지할 수 있다.
 
■ 인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서의 특장점은 무엇인가
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서는 기존 센서들의 단점을 극복하기 위해 인피니언이 축적한 MEMS 기술 전문성을 바탕으로 광음향 분광법 (Photoacoustic Spectroscopy) 방식을 사용하여 개발됐다.
 
광음향 분광법(PAS)이란 물질이 일정한 주파수의 빛을 흡수할 때, 흡수된 에너지를 음향 검출에 이용하는 원리이다.
 
공기 중에 기체 분자들은 특정 파장의 적외선을 흡수하며, 이산화탄소는 4.2μm 파장의 적외선을 흡수한다.
 
이 흡수된 적외선은 공기 중 분자의 진동으로 변환된다.
 
PAS 센서는 전환된 분자의 진동을 음향 검측기로 검측을 하여 공기 중 이산화탄소 농도를 계산한다.
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서는 기존 NDIR 센서와 비교했을 때, 동등 이상 성능을 보이면서 보다 작은 크기와 저렴한 가격으로 출시됐다.
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서 주요 특징은 △14mm x 13.8mm x 7.5mm의 작은 사이즈 △IR 트랜스미터와 IR 필터 △마이크로폰 타입의 음향 검출기 내장 △온보드 신호 프로세싱을 위한 마이크로컨트롤러 △정교한 알고리즘 △적외선 광원을 구동하기 위한 MOSFET 내장 등이다.
 
이외에도 챔버를 음향학적으로 외부 잡음으로부터 차단해 잡음의 영향을 최소화할 수 있다.
 
내장된 마이크로 컨트롤러는 이산화탄소의 농도를 ppm 단위로 계산해 업데이트하고, 첨단 보정 및 구성 알고리즘을 사용해 다양한 환경에서 정확한 성능의 CO₂ 센싱을 제공한다.
 
■ 인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서 활용 사례를 설명 부탁드린다.
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서는 국내외 다양한 홈 디바이스에 적용 및 검토되고 있다.
 
실내 공기질의 측정이 필요한 공기청정기, 에어컨 등 다양한 스마트 IoT 디바이스에 적용된다.
 
이산화탄소의 농도에 따라 환기할 수 있도록 스마트 빌딩에 적용된다.
 
농작물 생산을 최적화하기 위한 스마트 팜에도 적용 검토 중이다.
 
■ 마지막으로 독자들에게 한 말씀 부탁드린다.
 
실내 생활이 많은 현대인들에게 이산화탄소 측정은 최상의 컨디션을 제공해 많은 장점을 가진다.
 
특히 온디맨드 방식 환기 시스템을 구현하기 위해 이산화탄소를 정확하게 측정하는 것이 중요해지고 있다.
 
온디맨드 방식 환기 시스템은 현재 유럽에서 일부 적용되고 있는 솔루션으로, 실내 이산화탄소 농도 데이터를 활용해 집, 학교 등에 적용하면 가동 비용을 절감할 수 있다. 
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서는 다른 센서 대비 정확하고 높은 성능과 작은 크기, 상대적으로 저렴한 가격, 그리고 적은 소모 전력을 장점으로 다양한 애플리케이션에 적용되고 있다.
 
인피니언 XENSIV™ PAS CO₂ 센서를 활용해 효율적으로 실내 공기질을 관리하기 바란다.
 
감사합니다.