에너지 없이 건물 표면 냉각시키는 친환경 복사 냉각 소재 개발

화학연구원, 중앙대-캘리포니아대 공동연구…실제 활용가능 기술구현

지속가능 복사냉각 소재로 건물 실외 온도 9℃ 감소

폐기물 발생하지 않는 친환경 기술, 국제 학술지 표지논문 게재

[대전=뉴시스] 수동 복사냉각 코팅이 적용된 건물 모델과 코팅이 되지 않은 건물의 온도변화 비교.  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 에너지 사용 없이 에어컨처럼 자동차나 건물 표면을 냉각시킬 수 있는 친환경 제로-에너지 소재를 개발했다.

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 반사시켜 직사광 아래에서도 열복사에 의해 물체의 표면을 냉각시키는 기술이다.

이 복사냉각은 물체에서 자발적으로 발생하는 전자기복사를 이용해 열을 방출시키고 태양 빛은 반사시켜 물체의 표면 온도를 낮추는 기술로 태양 빛을 대부분 반사하면서 열방출을 용이하게 하는 소재 기술이 핵심이다.

기존의 수동 복사냉각 소재는 태양광을 반사를 위해 알루미늄(Al) 혹은 은(Ag) 기판 위에 열 방출을 위한 구조체들을 도입했기 때문에 비싸고 충격에 약하며 공정이 복잡하고 대면적화가 어렵다는 단점들이 있다.

이로 실제 건물에 응용하기 어려웠고 분해와 재활용이 불가능해 사용 후에 환경문제를 일으킬 수 있다.

이번에 화학연과 중앙대 공동 연구팀은 별도의 반사층 기판 없이 생분해성 고분자인 폴리락타이드(PLA) 내에 열유도 상분리 공정으로 계층적 기공구조를 갖는 복사냉각용 신소재를 설계했다.

[대전=뉴시스] 화학연구원과 중앙대학교, 캘리포니아대학교 어바인 공동 연구팀이 개발한 친환경 수동 복사냉각 소재 기술이 게재된 국제학술지 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’의 2022년 5월호 표지. *재판매 및 DB 금지

연구팀의 이 신소재는 기공구조 제어를 통해 PLA 필름의 태양광 반사율 특성을 조절하고 열복사가 우수해 낮에도 복사냉각 효과가 뛰어나다.

신소재를 옥외에서 테스트한 결과, 개발된 복사냉각용 필름은 여름철 직사광 아래에서 주변 온도 보다 9℃ 가량 냉각됐으며 상용 화이트 페인트보다도 냉각 효과가 우수했다.

특히 미국 켈리포니아 어바인 대학에서 실시한 시뮬레이션 결과에 따르면 서울 기준 약 100㎡의 면적을 가진 건물에 이 기술을 적용할 경우 연간 최대 8.6%의 전력소비를 줄일 수 있는 것으로 나타나 에너지 절감효과도 입증됐다.

또한 이번 연구에서 개발된 PLA 필름의 생분해성 평가서는 PLA 소재 특유의 생분해성으로 시료의 크기가 점차 줄었으며 12일 차에는 최종적으로 분해되는 것이 확인됐다.

이 기술은 여름철 냉각이 중요한 건물, 자동차, 태양전지 등 다양한 분야에 응용돼 효율적인 열관리에 기여하고 폐기물도 생성되지 않아 친환경 냉각소재로 널리 활용될 것으로 기대된다.

연구결과는 과학기술 분야 국제 학술지 'ACS Sustainable Chemistry & Engineering' 5월호 표지 논문으로 게재됐다.(논문명:Fully Organic and Flexible Biodegradable Emitter for Global Energy-free Cooling Applications)

화학연 이미혜 원장은 "이번 기술 개발로 소재 및 에너지소자 분야 관련 기업과의 적극적인 협업을 통해 에너지 절감 및 효율적인 열관리를 위한 핵심기술을 선점할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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