얼마 전 안토니우 구테흐스 유엔 사무총장은 “지구 온난화(global warming)의 시대가 끝나고 지구가 끓는(global boiling) 시대가 왔다”고 경고했다. 세계기상기구(WMO)에 따르면 올해 8월 지구의 온도는 근대 장비로 관측된 이래 가장 높았으며, 우리나라 전력거래소 집계 결과 전기 사용량 역시 역대 최고 수준을 기록했다.
복사 냉각 소재는 전력 소비를 최소화하면서 지구의 온도를 낮출 대안으로 주목받고 있다. 이 기술은 외부 에너지를 사용하지 않고도 주위의 열에너지를 외부로 방출하는 친환경 기술이다. 복사 냉각 원리를 적용한 소재들이 실제 상용화되기 위해서는 냉각 시스템을 정확하게 모델링하여 최적의 설계 조건을 찾아야 한다.
최근 POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 · 화학공학과 노준석 교수 · 기계공학과 통합과정 윤주영 씨, 고려대 신소재공학과 이헌 교수 · 통합과정 채동우 씨 공동 연구팀은 시뮬레이션을 통해 복사 냉각 페인트의 성능에 영향을 미치는 여러 변수를 분석하고, 최적의 설계 조건을 도출했다. 이번 연구는 광학 분야 국제 학술지인 ‘ACS 포토닉스(ACS Photonics)’ 학술지에 게재됐다.
이번 연구에서 연구팀은 2차원 시뮬레이션을 이용하여 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3) 입자로 구성된 복사 냉각 페인트를 모델링했다. 이를 통해 연구팀은 페인트의 입자 크기와 분포, 코팅 두께 등 여러 변수가 페인트의 냉각 성능과 광학적 특성에 어떤 영향을 미치는지 분석했다.
시뮬레이션 결과를 바탕으로 연구팀은 최적의 냉각 성능을 내는 복사 냉각 페인트를 제작했다. 페인트의 두께를 약 250 마이크로미터(μm)로 제작했을 때, 높은 태양광 반사율을 보였으며, 주위의 온도보다 최대 9.1도 낮추는 데 성공했다.
이번 연구를 이끈 노준석 교수는 “복사 냉각 페인트는 제작 비용이 저렴하고 공정이 간단해 건물 외벽이나 비행기, 자동차 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다”며, “이번 연구가 청정에너지로 주목받고 있는 복사 냉각 연구와 기술 사업화에 도움이 되길 바란다”는 기대를 전했다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 미래기술연구실과 미래소재디스커버리사업 등의 지원으로 수행됐다.
