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국내 연구진이 추가 에너지 소모 없이 에어컨처럼 냉각이 가능한 친환경 제로-에너지 냉각 소재를 개발했다는 소식입니다.

한국화학연구원은 김용석·박찬일 박사와 박초연 학생연구원 연구팀이 중앙대학교와 미국 캘리포니아대학교 어바인 연구팀과 다양한 분야의 냉각에 활용할 수 있는 친환경 수동 복사냉각 소재를 개발했다고 밝혔는데요 수동 주간 복사냉각은 플랑크 법칙에 따라 물체에서 자발적으로 발생하는 전자기복사를 이용해 열을 방출시키고 태양 빛은 반사해 물체의 표면 온도를 낮추는 기술입니다.

지구의 대기를 구성하는 분자들은 적외선 영역(0.8－25 μm 파장) 대부분의 열을 흡수하지만 그중 대기창 영역(8－13 μm 파장)의 열은 오히려 투과시키는 특성을 보이고 이 대기창 영역에서 물질의 방사율을 제어하면 열 방출을 극대화해 표면을 시원하게 할 수 있습니다.

기존까지 연구된 수동 복사냉각 소재는 태양광을 반사하기 위해 알루미늄(Al) 혹은 은(Ag) 기판 위에 열 방출을 위한 구조체들을 도입했기 때문에, 비싸고 충격에 약하며 공정이 복잡하고 대면적화가 어렵고 재활용이 불가능해 환경문제가 있는 등 단점이 있었고 이에 공동 연구팀은 별도의 반사층 기판 없이 생분해성 고분자인 폴리락타이드(PLA) 내에 열유도 상분리 공정을 통해 계층적 기공 구조를 가지도록 설계했습니다.

연구팀은 기공 구조 제어를 통해 PLA 필름의 태양광 반사율 특성을 조절하는 것은 물론이고, 열복사가 우수해 낮에도 복사냉각 효과가 뛰어난 신소재를 개발했습니다.

이번에 개발한 신소재를 옥외에서 테스트한 결과, 개발된 복사냉각용 필름은 여름철 직사광 아래에서 주변 온도보다 9℃ 가량 냉각됐으며 상용 화이트 페인트보다 냉각 효과가 우수한 것으로 확인됐습니다.

특히 미국 켈리포니아 어바인 대학에서 실시한 시뮬레이션 결과에 따르면 서울 기준 약 100m2의 면적을 가진 건물에 이 기술을 적용 시 연간 최대 8.6%의 전력소비를 줄일 수 있어, 우수한 에너지 절감효과가 있는 것으로 나타났습니다.

또 이번 연구에서 개발된 PLA 필름의 생분해성 평가 결과, PLA 소재 특유의 생분해성으로 시료의 크기가 점차 줄었으며, 12일 차에는 최종적으로 분해됨을 확인했고 향후 상용 페인트를 대체할 경우 건축 폐기물 발생을 줄일 수 있어 경제적 친환경 소재로 활용될 것으로 기대된다고 밝혔습니다.

이미혜 원장은 “이번 기술 개발로, 소재 및 에너지 소자 분야 관련 기업과의 적극적인 협업을 통해 에너지 절감 및 효율적인 열관리를 위한 핵심기술을 선점할 수 있을 것”이라고 말했습니다.