바야흐로 가을이 깊어지고 있다. 아침저녁으로 일교차가 크게 나타나는데 이것은 지표면의 복사 냉각에 의한 기온역전 현상 때문이다. 낮 동안 태양으로부터 열을 받아 기온은 올라가며, 해가 진 밤 동안에는 지표면의 온도가 내려가게 된다. 최근 POSTECH‧고려대 공동연구팀이 낮 동안에도 주변 대기보다 낮은 온도를 나타내는 복사 냉각 현상을 간단한 방법으로 구현해냈다.

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·박사과정 이다솔 씨 연구팀과 화학공학과 김진곤 교수·통합과정 고명철씨 연구팀은 고려대 신소재공학과 이헌 교수 연구팀과 공동연구를 통해 실리카가 코팅된 다공성 양극 산화 알루미늄을 이용해 에너지 소비가 필요 없는 주간 복사 냉각 기술을 선보였다. 이 연구는 에너지 분야 국제 과학 저널인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 최신 온라인판에 발표됐다.

환경 오염, 화석 연료 사용 제한 등 에너지 소비에 대한 관심이 높아지면서 에너지 소비 없이 온도를 낮추려는 시도가 계속되고 있다. 빌딩 온도를 낮추기 위해 창문이나 벽면에 태양 빛을 반사하거나 원적외선 빛을 흡수·방사함으로써 에너지를 방출하는 구조물을 설치하는 예도 가 바로 복사 냉각 기술이다. 이처럼 복사 냉각 기술이란 ‘물체가 태양으로부터 에너지를 적게 받고, 복사열을 방출함으로써 온도를 낮출 수 있는 기술’이다.

기존의 냉방 시스템과는 다르게 전기 등의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있는 장점이 있음에도, 복사 냉각 기술은 아직까지는 넓은 면적에 적용하는 데 어려움이 있다. 이를 극복하기 위한 연구들이 세계적으로 활발하게 진행되고 있으나 상용화에 어려움을 겪고 있다.

공동연구팀은 아주 간단한 방법을 찾았다. 다공성 양극 산화 알루미늄에 얇은 실리카*1 박막을 코팅하는 것만으로 태양광이 직접적으로 내리쬐는 환경에서도 주변 대기보다 낮은 온도를 나타내는 냉각 효과가 있음을 확인했다.

실험을 통해 최적화된 구조체가 태양 스펙트럼 영역에서는 86%의 반사율*2을, 대기창 영역(8-13μm)에서 96%의 높은 방사율*3을 가질 수 있음을 검증했다. 또한, 센티미터 크기로 제작된 복사 냉각 소재는 태양이 내리쬐는 낮 동안 최대 6.1℃의 냉각 효율을 보였다.

POSTECH 노준석 교수는 “이번에 개발된 복사 냉각 소재는 아주 간단한 방법으로 제작할 수있다”며 “이제까지 문제가 됐던 면적에 대한 한계를 극복할 수 있어 냉난방 시스템에 적용한다면 환경문제를 해결에 도움이 될 것”이라고 기술에 대한 전망을 밝혔다.

한편, 이 연구는 포스코 그린사이언스 프로그램, 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리, 중견연구, 글로벌프론티어, 지역혁신선도연구센터, 리더연구, 교육부 글로벌박사펠로우십 사업의 지원으로 수행됐다.

심지현 기자  bodo@emoneynews.co.kr

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