사례 연구:
청정 환경 조성을 위한
Danfoss IXA와 Edmund Optics의 협업

대기 오염의 감시와 규제에 따라 미래가 좌우되며, 이는 더욱 깨끗한 환경으로 나아가기 위해 반드시 거쳐야 하는 조치 중 하나입니다

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광학을 이용한
해양 오염 모니터링

대기 오염의 감시와 규제는 더욱 청정한 환경으로 향하기 위한 필수 관문입니다. 덴마크에 본거지를 둔 Danfoss IXA는 환경 협약 준수를 보장하기 위해 화물선에서 배출되는 NO, NO₂, SO₂, NH₃를 모니터링하는 해양 배기가스 센서 기반의 ultraviolet absorption spectroscopy이자 MES 1001이라고 불리는 기기를 개발하는 하이테크 기업입니다. 화물선의 배기 시스템 내부에 장착되는 광학 센서에는 극한의 조건에 노출되어야 하는 옵틱이 포함되기 때문에 이러한 옵틱은 반드시 최고 500°C의 온도 및 고압을 동시에 견뎌낼 수 있어야합니다.

DDanfoss IXA는 까다로운 요건을 충족할 수 있는 옵틱 개발에 참여할 협력 업체를 물색 중 자사의 역량을 뛰어넘는 도전을 이끌어갈 파트너로 에드몬드 옵틱스를 선정하였습니다. EO에서 자체 제작한 custom test bed로 센서에 필요한 고유의 요건들을 검토할 수 있게 됨에 따라 에드몬드 옵틱스는 Danfoss IXA사의 스펙 요건 충족하면서 더욱 견고한 시스템을 개발할 수 있게 되었습니다.

Danfoss IXA에서는 에너지 최적화와 배기가스의 측량을 중심으로 해양 산업에 필요한 센서 및 시스템 개발에 참여 중입니다. Danfoss Group의 자회사이자 글로벌 기업으로서 광범위한 기술력을 선보이며 식량 공급과 같은 다양한 마켓, 에너지 효율성, 그리고 기후 친화적 솔루션을 다룹니다.

국제 선박의 굴뚝에서 방출되는 배기가스는 인체 건강에 심각한 피해를 불러일으켜 전 세계 곳곳에서 폐낭의 손상과 심혈관 질환으로 인한 미숙아의 사망률을 높입니다.

클리너의 제작
해양에서 시작하는 환경 보호

최근 국제 해양 기구(IMO)에서는 2020년까지 유황 연료 저감 정책을 전 세계 모든 해양 상선이 준수해야 함을 발표하였습니다. 이뿐만 아니라, 북미 해안 지역을 따라 질소산화물 배출 억제 지역을 확장해가면서 2021년에는 발트해 및 북해 연안까지 포함될 예정입니다. 현재로서는 선박의 배기가스 배출을 감시하고 관련 정책들을 강력히 추진할 수 있는 적절하면서도 신뢰할 만한 방침을 확보하지 못한 상태입니다. 선박의 배기가스 배출 규제를 모색하기 위한 다양한 지역적 조치는 엄격한 배출 요건이 예상되는 세계 어느 곳에서도 선박 산업이 이에 적응할 필요가 있다는 사실을 강조합니다. Danfoss IXA가 개발 중인 MES1001은 포괄적인 해양 배기가스 센서(comprehensive marine emissions sensor)로서 선박의 대기 가스 배출을 실시간으로 정밀 측정하는 데 사용하기 적합한 장치입니다.

NO2 and SO2 emissions from international shipping around Europe are expected to surpass the total from all land-based sources in the 28 EU member states combined by 2020 or 2025

그림 1: "유럽 전역의 국제 선박으로부터 배출되는 NO₂와 SO₂의 배기 가스량이 2020년이나 2025년까지 유럽 연합 28개국 전역에서 배출되는 총 배기 가스량을 넘어설 것으로 예상됩니다."

도전 과제

Danfoss IXA는 신규 MES 1001 기기에 사용될 광학 시스템을 공동 제작하기 위해 몇몇 광학 부품 공급 업체와 접촉해왔습니다. 이 프로젝트는 요건상 극한의 고온과 고압을 견뎌내야 하는 만큼 매우 도전적인 과제가 되어버렸습니다. 고온의 환경에서는 옵틱이 용해되거나 열응력이 가해져 기기에 고장이 발생할 수 있기 때문에 사용 가능한 광학 소재의 유형 선택에 심각한 제한이 가해집니다. 또한, 광학 어셈블리에 사용되는 접착제는 고온에서 가스를 방출해 시스템을 오염시킬 수도 있습니다. 압력이 높은 요건에서는 광학 시스템의 완전 봉인(sealing) 작업을 매우 중요하게 다루어야 합니다. 대다수의 광학 협력 업체들은 이처럼 가혹한 환경에서 제품을 디자인 및 계측하는 데 한계가 있거나 나라의 위치나 시간대가 다르면서 제약이 따르기도 합니다.

해결 방안

에드몬드 옵틱스는 세계 각국의 현지 지사를 비롯해 늘 새로운 도전 과제를 갈망하는 대규모의 광학 엔니니어와 디자이너를 보유합니다. Danfoss IXA가 EO를 협력 업체로 선정한 이유 중 하나는 프로토타입부터 대량 제작까지 제품의 역량을 확장할 수 있는 능력 때문입니다. Danfoss사로부터 협력의 제안을 받았을 당시, EO에서는 비록 이전까지 최고 500°C의 고온의 여건에서 작동되는 시스템을 한 번도 설계한 경험이 없었을지라도, R&D 및 프로젝트 자원 운용에서부터 MES 1001에 필요한 광학 어셈블리 개발에 있어 최선을 다해왔습니다. 이러한 프로젝트를 제대로 파악하기 위해 경험과 기회로부터 역량 확충 능력을 습득해가며, 여러 종류의 소재와 마운팅 옵션을 연구하였습니다. 광학 시스템에 필요한 고유의 요건들을 확인시켜주는 custom testbed를 제작하였고, 적절한 밀폐자(sealant)와 광학 기기를 식별해가며 압력이 높은 환경에서도 고장 없이 어셈블리가 작동할 수 있게 되었습니다. 개발 과정의 시작 단계에서는 옵틱의 균열, 접착제의 가스 방출과 같은 여러 이슈를 직면하였지만, 설계 과정을 수차례 반복하고 각기 다른 소재를 연구하면서 이러한 문제점을 해결할 수 있었고 결과적으로 에드몬드 옵틱스에서는 해양 선박의 배출 시스템 내부에 존재하는 극한의 환경에서도 적용이 가능한 광학 어셈블리를 제작하게 되었습니다. 에드몬드 옵틱스는 지구 환경에 긍정적인 영향을 미치고 유해한 배기가스의 방출을 줄여줄 수 있는 제품 개발에 일원으로 동참할 수 있음을 자랑스럽게 여깁니다.

Danfoss IXA 입장에서는 "어떠한 여건에서 센서를 사용해야 하는 지를 좀 더 정확하게 파악해오면서 변화 요인에 적응할 수 있는 능력을 비롯해 개발 프로세스에 관여해온 EO의 전문적인 면을 대단히 감사히 여깁니다." 그 당시 Danfoss IXA는 "당사의 개발 프로세스가 성공으로 이어질 수 있도록 EO의 프로젝트 매니저들로부터 효과적이면서도 유용한 지원을 받아왔습니다."

견고한 광학 시스템은 2017년도에 런칭한 신규 MES 1001 기기에 꼭 필요한 구성 요소입니다. EO 입장에서는 Danfoss IXA의 숙련된 R&D 팀과 긴밀한 협력하에 최첨단 기술 작업을 하게 되어 흥미로웠습니다. MES 1001 기기를 통해 IMO 기구 및 기타 조직은 해양 배기가스 규제를 강력히 시행하면서 전 세계의 청정 자연환경을 이끄는 데 도움을 줄 것으로 예상합니다.

그 당시 Danfoss IXA에서는

"당사의 개발 프로세스가 성공으로 이어질 수 있도록 EO의 프로젝트 매니저들로부터 효과적이면서도 유용한 지원을 받아왔습니다."

- Finn Haugaard, Danfoss IXA

사례 연구: 청정 환경 조성을 위한 Danfoss IXA와 Edmund Optics의 협업

광학을 이용한 해양 오염 모니터링

클리너의 제작 해양에서 시작하는 환경 보호