연구성과

기계·화공 노준석 교수팀, “창문 하나 바꿨을 뿐인데···” 투명성, 에너지 효율 동시에 잡는다

2021-07-05 458

[POSTECH-고려대 공동연구팀, 태양 빛에 투명한 복사 냉각 소재 개발]

2016년 발효된 파리협정 이후 121개 국가가 ‘2050 탄소중립 목표 기후동맹’에 가입하는 등 전 세계가 화석연료 소비 줄이기에 나섰다. 우리 정부 역시 작년 12월 7일 ‘2050 탄소중립 추진전략’을 발표하면서 ‘탄소중립(Carbon Zero)’을 선언하면서 신·재생에너지로 전환이 화두가 되고 있다. 최근 POSTECH‧고려대 공동연구팀이 태양 빛을 반사하거나 투과시켜 에너지 소비를 줄일 수 있는 복사 냉각 소재를 개발했다.

기계공학과·화학공학과 노준석 교수·통합과정 김민경씨·이다솔 박사 연구팀과 고려대 신소재공학과 이헌 교수·손수민씨 연구팀과 공동연구를 통해 가시광 빛을 투과하고, 근적외선 빛을 반사하는 동시에 대기가 투명한 구간인 파장 8~13마이크로미터(μm) 구간에서는 열을 방사하는 투명 복사 냉각 소재를 개발했다. 이 연구는 광학 분야 국제 과학 저널인 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈(Advanced Optical Materials)’ 최신호 표지논문(front cover)으로 선정됐다.

물체가 태양으로부터 에너지를 적게 받고, 복사열을 방출함으로써 온도를 낮출 수 있는 기술을 복사 냉각 기술이라고 한다. 지금까지 개발된 복사 냉각 소재는 태양광의 모든 빛을 투과하는 투명 방사 소재이거나 태양광의 모든 빛을 반사하는 불투명 소재로 제한돼 있었다. 이처럼 소재의 투명성은 복사 냉각을 실생활에 응용을 위한 중요한 특성이지만, 투명한 시스템에서 투과한 빛은 내부에 갇혀 오히려 온도를 올리는 주요 요인이 된다.

공동연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 투명 복사 냉각 소재 개발에 주목했다. 연구팀은 빛의 특성을 이용해 가시광은 투과하면서, 근적외선은 반사하고, 중적외선은 방사할 수 있는 소재를 제시했다.

이번에 개발된 투명 복사 냉각 소재는 근적외선의 빛을 선택적으로 반사시켜 투명성과 복사냉각 특성을 모두 가진다. 야외 옥상에서 실험한 결과, 흡수율이 높은 챔버의 내부 온도를 14.4°C 낮추고, 페인트를 발랐을 때도 소재 자체의 온도를 10.1°C 낮추는 것으로 나타났다.

노준석 교수는 “이번에 개발된 복사 냉각 소재는 투명성을 유지해야 하는 건물이나 전망대의 창문 또는 놀이기구나 탈 것의 창문으로 활용할 수 있다”고 말했다. 또한, “이 소재에 페인트를 발랐을 때도 냉각 효과를 유지하기 때문에 다양한 색을 연출할 수도 있다”고 덧붙였다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 미래소재디스커버리사업, 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, RLRC 선도연구센터사업, 교육부와 한국연구재단의 글로벌박사장학생사업, 포스코 그린사이언스사업, POSTECH PIURI 펠로우십 사업의 지원으로 수행됐다.