저비용 고정밀 온실가스 센서 개발

국문 초록 (Abstract)

국제사회의 탄소중립 기조 확산으로 기후변화에 대한 적응성 강화가 그 어느 해보다 크게 요구되고 있다. 이를 과학적으로 지원하기 위해 조밀한 관측망이 요구되고 있으며, 세계기상기구(WMO)를 중심으로 저렴한 비용으로 설치와 유지가 용이한 Low-Cost(LC) 관측기기 개발 및 네트워크 구축이 중요시되고 있다. 하지만 현재까지 관측기기의 낮은 정확도와 그 값의 검증이 한계점으로 제시되어왔다. 본 연구는 기후변화 적응기술로 기상·기후 및 바이오 분야의 신기술 상호 융합을 통한 저비용 고정밀 온실가스 전량농도 관측 기술개발이다. 이 기술은 현재 LC 관측기기의 한계점을 보완하고, 통합 전 지구 온실가스 정보시스템(IG3IS) 고도화에 요구되는 조밀한 도심, 비도심의 관측망 구성에 대한 선제적 대비를 할 수 있다.
저비용 고정밀 온실가스 센서 소재는 그래핀(탄소 동소체) 기반의 3차원 구조로 다양한 대기환경의 광특성을 기존의 개발된 기술보다 상대적으로 저렴하고, 크기와 무게가 작고, 사용전력과 설치장소의 제약을 극복하여 측정할 수 있다. 또한 어레이(적층)를 통한 광 특성을 효과적으로 인지가능 하며, 입사각이나 빛의 세기, 광신호의 지속 시간과 간격 등 여러 대기 환경 변수에 따라 광신호의 전하 축척-손실 특성을 얻을 수 있다.
이렇게 얻은 정보는 흡수 스펙트럼형태의 패턴매칭 분석을 할 수 있으며, 관련 온실가스 반응 영역은 CO₂ 1.58 1.65 μm, 2.04 2.08 μm, CH₄ 1.63 1.69 μm, SF6 2.78 3.03 μm이다. 그리고 소재의 양자 효율 특성은 0.7(Si) 이상 0.9(InGaAs)이하의 감도로 미량 기체(할로카본)에 대한 관측이 가능하다. 이는 LC 관측기기의 혁신적인 성능개선 이며 차세대 미래원천기술의 선제적 확보이다. 또한 기후변화 및 IG³IS의 검증 분야에 과학적 근거를 제공할 것이다.