[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 태양광으로 달궈진 건물의 표면 온도를 필름만으로 9℃나 낮출 수 있는 기술이 개발됐다. 에너지를 쓰지 않고도 냉각이 가능할 뿐더러 탄소 저감에도 상당한 효과를 가져다 줄 것으로 기대된다.

한국화학연구원은 김용석·박찬일 박사·박초연 학생연구원, 중앙대학교 유영재 교수, 캘리포니아대학교 어바인(UCI) 이재호 교수 공동 연구팀이 다양한 분야의 냉각에 활용할 수 있는 친환경 수동 복사냉각 소재를 개발했다고 14일 밝혔다.

수동 복사냉각은 햇빛의 95% 이상을 반사해 직사광 아래에서도 열복사에 의해 물체의 표면을 냉각시키는 기술이다. 

ACS Sustainable Chemistry & Engineering 5월호 표지 [자료=한국화학연구원] 2022.07.14 biggerthanseoul@newspim.com

기존까지 연구된 수동 복사냉각 소재는 태양광을 반사하기 위해 알루미늄(Al) 혹은 은(Ag) 기판 위에 열 방출을 위한 구조체들을 도입하는 방식으로 개발됐다. 이런 경우에는 가격이 비싸고 충격에 약하며 공정이 복잡하고 대면적화가 어려운 것으로 알려진다. 실제 건물에 응용하기도 어렵고 분해와 재활용이 불가능해 사용 후에 환경 문제를 일으킬 수 있다.

이에 화학연과 중앙대 공동 연구팀은 별도의 반사층 기판 없이 생분해성 고분자인 폴리락타이드(PLA) 내에 열유도 상분리 공정을 통해 계층적 기공 구조를 갖도록 설계했다. 계층적 기공 구조는 다공성 물질에서 마이크로 크기의 기공 안에 나노 크기의 기공이 계층적 형태로 형성된 구조를 말한다.

이번에 개발한 신소재를 옥외에서 테스트한 결과, 개발된 복사냉각용 필름은 여름철 직사광 아래에서 주변 온도보다 9℃ 가량 냉각됐다. 5℃ 가량 냉각 효과가 있는 상용 화이트 페인트보다 냉각 효과가 우수한 것으로 확인된 것이다.

미국 캘리포니아 어바인 대학에서 실시한 시뮬레이션 결과에 따르면, 서울 기준 약 100㎡의 면적을 가진 건물에 이 기술을 적용 시 연간 최대 8.6%의 전력소비를 줄일 수 있는 것으로 분석됐다.

이번 연구에서 개발된 PLA 필름의 생분해성 평가 결과, PLA 소재 특유의 생분해성으로 시료의 크기가 점차 줄어든 것으로 나타났다. 12일 차에는 최종적으로 분해됐다.

옥외 직사광 아래에서 복사냉각 효과를 확인하기 위한 실험 장치 및 상업용 페인트(화이트, 블랙)가 코팅된 시료와 표면 온도 비교 [자료=한국화학연구원] 2022.07.14 biggerthanseoul@newspim.com

김용석 화학소재연구본부 고기능고분자연구센터장은 "현재 가로세로 10센티미터 정도 크기의 흰색 필름 방식으로 개발됐다"며 "지난해 관련 특허를 출원해놓은 상태이며 지난 5월부터는 같은 효과를 낼 수 있는 도료 개발에 착수해 2024년 12월 과제가 완료돼 2025년에는 페인트로 상용화가 가능할 것"이라고 말했다.

김 센터장은 "해외 실험을 진행한 결과, 태양광이 강한 아랍에미리트의 두바이, 미국 애리조나주 피닉스 등에서 에너지 절감 효과와 생분해 효과가 큰 것으로 나타났다"며 "향후 기존 페인트를 대체할 경우에는 세계적으로 에너지 절감 효과가 상당할 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제학술지 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 5월호에 '생분해성 고분자 기반의 적외선 방사체를 이용한 친환경 제로 에너지 냉각 응용'이라는 제목으로 게재됐다.

biggerthanseoul@newspim.com