온도감응형 복사냉각 소재
한국화학연구원 화학소재연구본부 고기능고분자연구센터 김용석 박사
최근에는 다양한 에너지 절감 기술들이 개발되어 건물의 창문이나 지붕에 단열 성능 개선을 통해 에너지 효율을 강화할 수 있게되었는데요.
하지만 태양으로 부터의 열 에너지를 외벽이나 지붕에서 직접 조절할 수 있는 기술은 아직 미미한 실정이었습니다.
이와 관련된 기술로써 전력의 공급없이 실내 냉방이 가능한 복사냉각 기술이 최근 많은 주목을 받고 있습니다.
기존에 보고된 복사 냉각기술은 항상 외부 기온보다 실내가 낮은 온도가 되도록 설계되어 외부 기온이 높은 여름철 환절기 주간 시간 등에는 유용하지만
외부 기온이 낮은 겨울철 등에는 역효과를 내는 문제가 있었습니다.
또한 기존 수동 복사 냉각 소재의 경우 태양광을 반사하기 위해 알루미늄 혹은, 은 기판 위에 열 방출을 위한 구조체들을 도입했기 때문에
비싸고 충격에 약하며 공정이 복잡하고 대면적화가 어렵다는 등의 단점으로 실제 건물에 응용하기 어려웠고 분해와 재활용이 불가능해 사용후에 환경 문제를 일으킬 수 있었습니다.
한국학연구원에서는 기존 소재 단점을 보완하여 별도의 반사층 기판 없이 생분해성 고분자인 폴리락타이드의 열 유도 상분리 공정을 통해 계층적 기본 구조를 갖는 복사 냉각용 신소재를 개발하였습니다.
이 소재는 기공구조 제어를 통해 폴리락타이드 필름의 태양광 반사율 특성을 조절할 수 있으며 열 복사 성능이 우수하여 복사 냉각 효과가 뛰어납니다.
이러한 특성에 따라 외부기온이 높을 때는 복사냉각 효과를 높여 내부 온도를 낮추고 외부 기온이 낮을 때는 복사 냉각효과를 줄여 내부 온도를 유지함으로써 실제 건물과 같은 구조물의 외벽 등에
적용 시 냉각 및 보온에 요구되는 에너지를 효율적으로 절감할 수 있습니다.
옥외 테스트 실시 결과 신소재에서 상용 화이트 페인트보다 우수한 냉각 효과를 확인할 수 있었는데요.
개발된 신소재는 직사광 아래에서 주변보다 9℃ 가량 온도를 낮추는 냉각효과를 보였습니다.
또한 생분해성 평가에서는 폴리락타이드 소재 특유의 생분해성으로 시간이 지남에 따라 시료의 급과 점차 줄었으며 12일차에는 최종적으로 분해됨을 확인하였습니다.
향후 사용 페인트를 대체할 경우 건축 폐기물 발생을 줄여 친환경 소재로 활용될 수 있을 것입니다.
이러한 특장점을 지니고 있기 때문에 이번 소재 기술은 다양한 분야의 응용하여 효율적인 열관리에 기여할 수 있을것으로 보이는데요.
우선 여름철 냉각이 중요한 건물이나 자동차에 적용하여 내부 온도를 낮춰 에너지를 절감하는 효과를 가질 것이며,
더 나아가서는 태양전지 및 웨어러블 전자소자 등 열관리가 중요한 응용 분야의 폭넓게 활용되어효율 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.
한국화학연구원에서는 이와 같은 온도감응형 복사 냉각 소재 기술로 보다 높은 에너지 절감 및 효율적인 열 관리를 위한 핵심 기술을 선점하여
더 나은 내일을 만드는데 기여하도록 하겠습니다.