연구성과

기계·화공 노준석 교수-화공 김진곤 교수 공동연구팀, 햇살이 뜨거워도 온도 떨어지는 단열재 나왔다

2020-10-13 353

[POSTECH-고려대 공동연구팀, 에너지 소비 없는 주간 복사 냉각 소재 개발]

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.

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.

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.
 


1. 실리카(silica, silicon dioxide)
지각 중에 가장 많이 존재하는 성분으로, 거의 모든 토사 암석 속에 다른 성분과 결합한 규산염 광물로 존재한다.

2. 반사율(reflectivity)
반사광의 에너지와 입사광의 에너지의 비율. 빛을 포함한 여러 종류의 복사파가 물체의 표면에서 어느 정도 반사되는지를 나타내며, 이는 물질의 종류와 표면의 상태에 따라 달라진다.

3. 방사율(emissivity)
열복사 시 한 물체의 표면에서 에너지 방출의 효율성을 의미. 물체의 종류와 두께, 표면 상태, 온도 및 열방사의 파장에 의존한다.