바르면 열 식히는 복사냉각 도료 상용화

전 세계 소비전력의 20%가 냉방에 사용되고 있고, 지구온난화의 심화에 따라 2050년에는 현재보다 6배의 냉방전력이 소요될 것으로 전망된다.

전통적인 압축냉각방식은 전기에너지를 사용해 열을 실외로 배기하는 구조로 인해 지구온난화와 냉방전력 폭증의 악순환을 야기한다.

복사냉각은 태양광의 선택적 반사 및 흡수를 통해 열을 대기밖으로 방출하는 자발적 냉각방식이므로 전력소모 및 탄소발자국이 없는 차세대 친환경 냉각기술로 주목받고 있다.

특히 다공성 고분자 복사냉각 도료의 경우 필러가 요구되지 않아 값이 싸면서도 우수한 냉각성능과 기계적 특성을 보여 주목을 받고 있다.

이미 개발된 복사냉각 도료의 복사냉각 특성은 도포하는 과정의 환경조건에 따라 냉각성능이 크게 변하므로 같은 방법으로 제조된 도료임에도 보고되는 성능의 편차가 컸다.

온도, 습도 등 건조 환경조건은 지역에 따라, 계절에 따라 변화의 범위가 넓음에도 불구하고 실적용에 있어 환경조건에 따른 성능 편차에 대한 이해가 부족했으며, 이에 대한 해결책도 제시되지 않았다.

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.

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.