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□ 식품 폐기물이 환경 뿐 아니라 심각한 경제 문제가 되고 있다. 

ㅇ 유엔환경계획(UNEP)이 2021년 발간한 보고서에 따르면, 전 세계 식품 생산량의 17%가 유통 과정에서 폐기되고 있는 실정이다. 

ㅇ 이에 따른 자원 낭비 및 온실가스 배출량이 증가하면서 식품의 신선도를 유지하는 기술 수요가 증가하고 있으며, 특히 단백질을 함유한 식품의 유통기한 관리 및 신선도 모니터링이 중요해지고 있다. 

□ 한국생산기술연구원(이하 생기원)이 저온에서도 높은 감도로 식품의 황화수소(H2S) 가스를 감지할 수 있는 ‘식품 신선도 모니터링 가스 센서’ 기술을 개발했다.

ㅇ 황화수소는 부패한 단백질 식품에서 발생하는 유독성 기체로, 식품 신선도 평가의 핵심 지표로 활용된다. 

□ 생기원 지역산업혁신부문 최현석 수석연구원 연구팀이 개발한 H2S 가스 센서는 200℃의 상대적으로 낮은 온도에서도 높은 감도를 유지하며 황화수소 가스를 감지할 수 있다. 

ㅇ 이에 따라 기존 300℃의 고온에서 작동하는 기존 센서보다 에너지 소모량이 적고, 각종 부품의 크기를 최소화할 수 있어 식품 신선도를 모니터링 할 수 있는 휴대용 기기로 상용화 가능하다. 

□ 연구팀은 낮은 온도에서도 효과적으로 작동하는 가스 센서 개발을 위해  전기방사법 및 열처리기술을 활용했다. 

ㅇ 금속 전구체와 폴리머 등을 섞은 용액을 고전압 환경에서 분사하면 다공성 섬유구조를 갖는 소재가 만들어지는데, 이 다공성 섬유 소재를 600℃에서 1시간가량 열처리해 '이산화주석-금 나노구조체(SnO2–Au)'를  합성해 냈다. 

ㅇ 빨대모양의 중공 나노섬유 구조를 갖는 SnO2–Au는 가스와의 접촉 면적이 극대화되어 저온에서도 H2S 가스를 정확하게 감지할 수 있다. 

□ 연구팀은 3D 프린터를 활용해 개발된 센서와 부품을 제작하고, 한 손에 쥘 수 있는 크기의 소형 휴대용 기기에 통합해 실시간으로 H2S 농도를 체크하며 식품 신선도를 측정할 수 있는 시스템 구현에 성공했다.

□ 연구를 이끈 최현석 수석연구원은 “개발된 센서를 스마트폰과 연동해 식품 안전성을 높이는 모니터링 장치로 활용할 수 있다”고 설명하며 “식품뿐 아니라 다양한 산업현장의 독성가스를 측정하는 모니터링 장치로 확대해 안전성과 에너지 효율화를 높이는 후속 연구에 힘 쓸 계획”이라고 밝혔다.

□이번 연구 성과는 생기원 내부사업인 ‘빅이슈 프로젝트’의 일환으로 추진되어 재료분야의 세계적 학술지‘재료화학저널C(Journal of Materials Chemistry C)’ 10월 21일자 표지논문에 선정됐다. 

ㅇ 생기원 지역산업혁신 부분의 최현석 수석연구원, 권진형 선임연구원이 공동 교신저자로, 국가희소금속센터 박기륭 박사후연구원이 제1 저자로 참여했다.