손톱보다 작은 '초소형 K-센서', 수소차 폭발 걱정 잡는다

구황섭 위드멤스 대표 /사진제공=위드멤스

수소는 차세대 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 태양광, 풍력, 지열 등 다른 친환경 에너지원과 비교해 에너지효율이 월등히 뛰어난데다 원자력처럼 유해한 부산물을 배출하지도 않는다. 그러나 수소경제 조성은 쉽지 않다. 안전성 문제 때문이다. 2019년 5월 강릉 산업단지에서 일어난 수소용기 폭발사고, 노르웨이 오슬로의 수소충전소 폭발 사고는 수소의 위험성을 부각시켰다. 위드멤스는 손톱보다 작은 센서로 수소 리스크 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다.

특수 목적형 기계 제조업체 기가레인 (778원 ▼6 -0.77%) 관계사였던 위드멤스는 2017년 분할 독립했다. 위드멤스의 사업분야는 초소형 정밀기계 시스템(MEMS)을 기반으로 한 △디스플레이 프로브 유닛 △반도체 테스트 소켓 △MEMS 센서 △MEMS 솔루션 △공장 자동화 등이다. MEMS는 정밀가공용 첨단장비와 가공기술을 이용해 광학부품, 통신부품, 마이크로 금형 등 초소형 기기나 부품을 개발할 수 있도록 지원하는 기술 및 시스템을 뜻한다.


위드멤스의 핵심사업은 디스플레이 프로브 유닛이다. 디스플레이 패널의 불량 여부를 판독하는 핵심부품으로 전체 매출의 70% 이상을 차지한다. 위드멤스의 디스플레이 프로브 유닛은 MEMS 공정으로 정밀하다는 게 장점이다. 삼성디스플레이, LG디스플레이 등 국내 주요 디스플레이 대기업에 납품하고 있다. 2021년 기준 매출액만 65억원이 넘는다.

위드멤스가 다음 먹거리로 주목하고 있는 사업 분야는 MEMS 센서다. 특히 수소감지센서 개발에 집중하고 있다. 위드멤스의 수소감지센서 개발은 자동차 제조사 A사의 개발 의뢰로 시작됐다. 당시 A사는 수소차를 개발하면서 다양한 수소감지센서를 시험했다. 성능이 확실한 해외 수소감지센서는 있었지만, 부피가 크고 가격이 비싸 센서 선정에 어려움을 겪고 있었다. 구황섭 위드멤스 대표는 "누출된 수소를 잘 감지하면서도 적정한 가격의 센서가 필요했다"며 "수소를 잘 감지하면서도 크기는 작고, 가격은 절반 수준인 센서 개발에 착수했다"고 말했다.

수소감지센서를 개발하는 방식은 크게 세 가지로 나뉜다. 촉매연소형, 반도체형, 기체열전도형 등이다. 위드멤스는 이중 기체열전도형을 선택했다. 기체열전도형은 수소의 열전도율을 활용한 방식이다. 온도를 350도까지 높인 센서에 수소 가스가 닿아 식으면 이를 토대로 수소 누출 여부를 확인하는 방식이다. 각 기체마다 특정 열전도율이 있기 때문에 수소만 따로 검출할 수 있다.

/그래픽=이지혜 디자인기자

부종욱 위드멤스 최고기술책임자(CTO)는 "촉매연소형과 반도체형은 각각 팔라듐과 산화철이 수소와 만났을 경우 나타나는 화화적 반응을 기반으로 하기 때문에 소재가 훼손될 경우 신뢰성이 떨어진다"며 "기체열전도형의 신뢰성이 상대적으로 높다"고 말했다.

단 기체열전도형은 부피가 크다. 열전도율이 비슷한 습도와 수소를 구분하기 위해 습도에 민감하게 반응하는 센서와 수소에 민감하게 반응하는 센서를 서로 다른 칩에 쌓아올려야 하기 때문이다. 위드멤스는 이를 한 개 칩으로 통합했다. 수소에 민감한 센서에 구멍을 뚫어 두 개 센서를 한 개 센서처럼 쌓는 방식이다. 크기는 손톱보다 작은 7㎜, 감도는 타사 제품보다 2배 이상 높다.

위드멤스가 개발한 센서를 시험 검증하는데 서울창조경제혁신센터가 주관하는 '소재·부품·장비(이하 소부장) 스타트업 100' 사업의 도움이 컸다. 구 대표는 "독자적인 특허를 바탕으로 설계된 수소 센서의 완성도를 높이는 중요한 계기가 됐다"며 "이를 통해 고객 평가를 받을 수 있는 데이터와 샘플을 확보해 사업의 기반이 마련할 수 있었다"고 말했다. '소부장 스타트업 100' 기업으로 선정되면 2억원 내외 사업화 자금과 기술 역량에 따른 교육, 멘토링 등을 지원 받는다.

구 대표는 "한국은 수소 산업분야의 선두주자로서 세계에서 처음으로 수소법을 만들고 안전 매뉴얼을 만들고 있다. 수소에 대한 표준을 우리가 스스로 개척해 나가고 있다"며 "여기에 필요한 부품이나 소재에 대한 기술력을 갖춰나가는데 일조하겠다"고 말했다.

위드멤스가 개발한 수소 센서 /사진제공=위드멤스

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