바르면 열 식히는 복사냉각 도료 상용화 허들 넘었다

• - 습한 환경 성능저하 원인 규명하고 강화제 첨가해 성능 개선 -

□ 페인트처럼 바르기만 해도 열을 식히는 ‘복사냉각 도료’ 상용화가 앞당겨질 전망이다. 특히 국내 연구진은 습한 환경에서 도료가 마를 때 냉각성능이 뚝 떨어지는 원인을 잡아내고 간단한 해결 방식을 제시해 주목된다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 경기대 박상윤 교수와 홍동표 박사, 유영준 박사 공동연구팀이 다공성 고분자 복사냉각* 도료가 건조 습도의 증가에 따라 냉각성능이 급격하게 저하됨을 최초로 밝히고, 소량의 강화제를 첨가하는 방식으로 성능을 크게 개선했다고 밝혔다.

*다공성 고분자 복사냉각: 복사냉각은 에너지를 사용하지 않고 빛의 흡수‧반사를 제어, 복사열을 내보내 온도를 낮추는 기술이다. 페인트 같은 도료에는 다공성 고분자 막을 형성하는 방식으로 연구가 진행 중이다.

□ 전 세계 소비전력의 20%가 냉방에 사용되는 가운데 에어컨 같은 냉각 기기는 전력 소모가 커서 지구온난화 악순환을 초래한다.

○ 복사냉각 기술은 태양광의 선택적 반사·흡수를 통해 열을 방출, 에너지가 필요 없는 친환경 냉각기술로 주목받고 있다.

○ 특히 페인트 형태의 복사냉각 도료에 다공성 고분자 막을 형성하면 큰 면적에 적용하기 좋고 값싸면서도 우수한 성능을 보인다.

○ 하지만 기존에 개발된 다공성 고분자 복사냉각 도료는 도포하는 과정의 온·습도 등 환경조건에 따라 냉각성능 편차가 커 실외 적용이 어려운 등 한계가 뚜렷했다.

□ 공동연구팀은 기존 다공성 고분자 복사냉각 도료의 성능이 습도의 증가에 따라 급격히 떨어지는 현상을 밝히고, 이에 대한 효과적인 해결책을 세계 최초로 개발했다.

○ 기존 복사냉각 도료의 성능을 건조 습도에 따라 관측한 결과, 상대습도가 30% 넘어가면 성능이 크게 떨어지기 시작해 45% 이상에서는 오히려 복사발열 현상이 나타나는 것을 확인했다.

○ 이 과정을 전자현미경으로 관측·분석한 결과 높은 습도에서 도료가 마를 때 기공이 편평해지고 크기가 작아지는 등 다공성 구조가 붕괴하면서 근적외선 영역에서 태양광 반사율이 크게 떨어짐을 규명했다.

□ 연구팀은 기공구조 붕괴를 방지하기 위해 비표면적이 높고 소량의 첨가로도 구조 강도를 높이는 강화제인 흄드실리카를 이용, 고분자 매트릭스의 기계적 강도를 높여 구조 안정성을 개선했다.

○ 흄드실리카를 첨가한 도료의 경우 상대습도 60% 이상에서도 기공구조 및 냉각성능이 유지됨을 확인했다.

○ 이는 미국의 연평균 오후 습도를 기준으로 계상했을 때 적용 가능한 면적범위가 950% 증가한 것이다.

□ 박상윤 교수는 “이번 연구는 기존 복사냉각 도료에 고분자 강화제를 첨가해 상용화 허들을 제거하는 핵심기술을 확보한 것”이라며 “미국, 중국을 중심으로 상용화에 집중하고 있는 상황에서 우리나라가 초격차를 이룰 수 있도록 산학연 협력이 필요한 시점”이라고 밝혔다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 5월 25일 온라인 게재되었다.