눈에 보이지 않는 이산화탄소의 배출 여부까지 확인할 수 있게 도와주는 FLIR OGI 기술

최근, 독일 공영 방송사 ZDF는 글로벌 매거진 프로그램 마크로(Makro)를 위해 온실 가스인 이산화탄소(CO2)의 배출과 가격 책정을 주제로 다큐멘터리를 제작하였습니다. 그러나 제작에 앞서, ZDF 기자 Manfred Kessler와 사진 작가 Armin Vater는 사람의 눈으로는 확인이 불가능한 이산화탄소의 존재 여부를 입증해줄 수 있고 언제나 신뢰할 수 있는 성능을 발휘하는 솔루션을 찾아야 했습니다. 수소문 끝에 Kessler와 Vater는 이산화탄소 감지용으로 활용되는 열화상 카메라 공급 시장을 이끌고 있는 FLIR Systems에서 원하던 솔루션을 찾을 수 있었습니다.

3SAT과 마크로(makro)

3sat는 독일의 ZDF, 오스트리아의 ORF, 스위스의 SRG SSR, ARD 지역 방송사가 공동으로 운영하는 공용 TV 방송국(독일어 전용, 광고 금지)입니다. 마인츠 소재 ZDF 방송국 센터 전파를 송출하는 3sat는 각종 유익한 프로그램을 자체적으로 제작하고 있습니다. 마크로(makro)는 글로벌 경제가 사회에 미치는 영향, 세부적인 경제 정보, 전 세계적인 경제의 흐름 등을 기반으로 새로운 소식을 보도하는 매거진 쇼입니다.

카메라맨 Armin Vater와 그의 동료 Lasse Brünjes가 프랑크푸르트 공항에서 FLIR GF343을 이용해 측정하고 있는 모습입니다.

카메라맨 Armin Vater와 그의 동료 Lasse Brünjes가 프랑크푸르트 공항에서 FLIR GF343을 이용해 측정하고 있는 모습입니다.

독일 방송국에서 사용 중인 FLIR GF343

Manfred Kessler 기자는 이산화탄소를 이미지로 시각화 하여 보여주는 열화상 카메라의 기능을 영상으로 확인한 후, FLIR Systems에 도움을 요청했다고 밝혔습니다. “영상을 통해서 사람이나 동물이 내쉰 이산화탄소를 특수 필터가 적용된 열화상 카메라로 시각화 해주는 모습은 일전에 본 기억이 있었어요. 하지만, FLIR 카메라는 자동차나, 비행기, 화학 공장에서 나오는 이산화탄소도 보여주어서 상당히 놀랐습니다.”

화학 공장의 굴뚝을 육안으로 확인할 경우, 별다른 가스를 배출하고 있지 않는 것처럼 보입니다. 그러나 FLIR GF343은 이산화탄소가 배출되는 모습을 선명하게 보여줍니다.

물론, 열화상 카메라 중에 가스를 시각화 해주는 기능이 없는 제품도 상당히 많습니다. 일반적으로 열화상 카메라는 열을 시각화하기 위해 측정한 장면의 온도를 각기 다른 색을 이용해서 표시해주는 방식으로 작동합니다. 가스를 확인하려면 냉각식 디텍터를 갖추고 특정 파장 대역을 표시해줄 수 있는 특수 필터를 탑재하고 있는 카메라가 필요합니다. 최근에는 FLIR ONE® 스마트폰 장착용 제품과 같은 경제적인 솔루션 덕분에 일반적인 열화상 카메라도 보편화가 많이 이루어졌습니다. 그러나, 이산화탄소를 감지해서 표시해주는 열화상 카메라는 독일 전역으로 범위를 확대해도 찾아보기가 어려운 실정이었습니다.

카메라 내부 사양

FLIR GF343은 광전자 공학 분야 적외선 센서에 적합한 자재인 인듐(In)과 안티몬(Sb) 원소의 화합물인 안티몬화 인듐(InSb)으로 만든 고감도 디텍터를 갖추고 있습니다. 이 디텍터에는 4200nm에서 4400nm 사이(이산화탄소를 시각화 해서 보여줄 수 있는 파장대역)의 매우 좁은 스펙트럼 범위에서 이미지를 기록할 수 있도록 보정된 특수 필터가 장착되어 있습니다. 그러나 디텍터에 필터만 더해져 있다고 해서 이산화탄소를 정확히 감지해낼 수 있는 것은 아닙니다. 디텍터 자체의 온도 또한 매우 중요합니다. 이산화탄소를 표시하고자 하는 경우에는 디텍터가 -198°C의 극저온 상태여야 합니다. 이를 위해, FLIR GF343에는 극저온 상태를 만들어 주는 스털링 쿨러(Sterling Cooler)가 설치되어 있습니다. 단점은 구동에 시간이 걸린다는 것입니다. 전원을 켠 후, 쿨러가 디텍터를 극저온 상태로 만들고 카메라를 사용할 수 있는 상태로 준비시킬 때까지는 약 5분이 소요됩니다.

FLIR GF343은 디텍터에 직접 기화되는 특수 필터로 이산화탄소를 시각화해서 보여줍니다e CO2.

교육/훈련, 고감도 모드, 컬러 팔레트 선택

사진 작가 Armin Vater와 그의 동료 Lasse Brünjes는 촬영에 앞서 프랑크푸르트에서 FLIR Systems로부터 FLIR GF343 작동법을 소개 받았습니다. Vater와 Brünjes은 카메라의 일반적인 기능(영상 또는 스틸 이미지 촬영, 설정 변경, 배터리 교체 등)뿐만 아니라, 열화상 측정에 중요한 몇 가지 특수 기능(올바른 컬러 팔레트 선택) 작동법까지 배웠습니다. FLIR 카메라의 경우, 적외선 복사 강도에 따라 다른 색을 할당하는 팔레트를 제공하여 보이지 않는 스펙트럼의 가스나 파장도 사람의 눈으로 볼 수 있게 도와줍니다. 예를 들어, 모노크롬 팔레트는 차가운 구역과 따뜻한 구역을 각각 어두운 회색/검정색과 밝은 색 회색/흰색으로 표시해줌으로써 온도 차이를 명확히 표시해줍니다. 이러한 모노크롬 팔레트는 단순한 색조를 가지고 있어, 보안용 열화상 카메라 시스템에 자주 활용됩니다. 특히, 배경색은 어두운 색으로, 사람은 밝은 점으로 보이기 때문에 사람의 위치를 파악하고 추적하는데 모노크롬 팔레트가 특히 유용합니다. 모노크롬 이외에도 FLIR 열화상 카메라에는 흰색/노란색에서 진한 빨간색/보라색에 이르는 레인보우 팔레트, 아이언 팔레트와 같은 다른 팔레트도 있습니다. 특수 고감도 모드(HSM)를 사용하면, 가스가 배출되는 모습을 명확하게 표시할 수 있어, 동영상 촬영 시에 큰 도움이 됩니다.

그러나 이러한 가스 감지용 열화상 카메라를 사용하려면, 일정한 수준 이상의 전문 지식이 필요합니다. 예를 들어, 열화상 카메라를 활용할 경우, 유리 이면에 있는 사물을 측정할 수가 없습니다. 열화상 카메라의 렌즈를 유리가 아닌 게르마늄을 이용해 생산하는 것도 바로 그런 이유입니다. 아울러, 벽 뒤의 사람이나 열 신호를 감지하는 것도 할리우드 영화에서나 가능한 일입니다.

FLIR GF343은 화학공장의 이산화탄소 배출을 시각화해서 보여줍니다.

그러나 마크로 촬영 팀은 FLIR GF343을 이용해 더욱더 다양한 대상을 측정하고 싶었습니다. 이에, 카메라맨 Armin Vater와 그의 동료 Lasse Brünjes는 통행량이 많은 교차로에서 자동차가 배출하는 이산화탄소, 프랑크푸르트 공항에서 비행기가 배출하는 이산화탄소, 화학 공장의 굴뚝이나 주거용 건물의 굴뚝을 통해 배출되는 이산화탄소, 사람이 숨을 내쉬면서 배출하는 이산화탄소 등을 촬영하였습니다. 그 결과, 마크로는 놀라운 사실을 발견했습니다. 그 중 하나는 화학 공장의 이산화탄소 배출이었습니다. 육안으로는 작동을 하지 않고 있는 것으로 보이던 화학 공장의 굴뚝을 FLIR GF343로 측정해 보니, 이산화탄소가 배출되고 있는 모습이 명확하게 확인된 것입니다.

다큐멘터리 제작 팀은 이 보고서에 수록된 내용을 추가적으로 공개하지는 않았으나, 최종 방송 프로그램을 통해 제조, 여행 및 기타 산업에서 배출되는 이산화탄소에 대한 정보를 시청자들과 공유하였습니다. 마크로 이산화탄소 방송분은 2019년 12월, 3sat를 통해 방송되었으며, 2023년 12월 12일까지 마크로 미디어 센터에서 온라인으로 시청할 수 있습니다. FLIR GF343에 대한 자세한 정보는 www.flirkorea.com/gf343을 방문해 주시기 바랍니다.