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99.6% 반사율 '초백색 세라믹' 개발⋯건물 냉각 혁신
- 99.6%라는 최고의 반사율로 건물을 시원하게 하는 혁신적인 '초(超)백색 세라믹'이 개발됐다. 홍콩의 과학자들이 햇빛과 열을 99.6% 반사해 건물을 획기적으로 냉각시킬 수 있는 새로운 초백색 세라믹 소재를 시연했다고 과학전문 매체 뉴아틀라스가 지난 12일(현지시간) 보도했다. 딱정벌레의 특성에서 영감을 받은 이 소재는 나노 구조 기술을 활용해 그 효과를 발휘하며, 외부 환경 조건에 견딜 수 있는 강한 내구력을 지녔다. 또한, 이 소재의 생산 과정은 상대적으로 간단하여 대량 생산으로 확장이 용이하다는 장점이 있다. 사람들은 집이 너무 더워지면 종종 에어컨을 먼저 켜곤 한다. 이는 즉각적인 냉방 효과를 가져올 수 있지만, 건물의 냉난방 비용이 전체 에너지 비용의 큰 부분을 차지하기 때문에 에너지 효율성은 낮은 편이다. 과학자들은 에너지 소모가 적으면서도 실내 온도를 수동적으로 조절하는 대체 방법을 찾고 있다. 그이러한 방법 중 하나는 건물과 옥상을 밝은 색으로 칠하는 것이다. 기본 물리학 원리에 따르면, 밝은 색상은 어두운 색상보다 빛을 덜 흡수하기 때문에 실내를 더 시원하게 유지할 수 있다. 이러한 원리를 바탕으로 최근에는 태양광을 95% 이상 반사하는 '초백색 페인트'가 개발됐다. 앞서 미국 퍼듀대학교의 연구팀은 2020년 10월, 햇빛의 95.5%를 반사하고 열을 거의 흡수하지 않는 초백색 페인트를 개발했다. 연구에 따르면, 이 페인트를 적용한 표면은 밤에는 주변보다 약 10도(°C) 낮은 온도를 기록했고, 낮 시간에는 태양이 가장 높은 위치에 있을 때도 온도가 최소 1.7°C 낮았다. 이 페인트는 자외선 흡수를 최소화하기 위해 시중 페인트에 주로 사용되는 이산화티타늄 대신 탄산칼슘을 충전제로 사용했다. 그 결과, 이 초백색 페인트는 햇빛을 80~90% 반사하는 기존의 열 차단 페인트들보다 훨씬 높은 빛 반사율을 달성했다 그러나 이러한 페인트는 건물의 냉각 효과를 상당히 개선할 수 있지만, 코팅 솔루션은 건물의 내구성과 관련된 문제들이 발생할 가능성이 있다. 최근 홍콩 시티대학교(CityU)의 과학자들은 다른 페인트보다 성능이 뛰어난 새로운 냉각 세라믹 소재를 개발했다. 이 소재는 단순한 흰색 페인트가 아니라 나노 구조에서 높은 반사율을 달성하는 것이 특징이다. 사이포칠러스 딱정벌레에서 영감을 얻은 이 소재는 거의 모든 스펙트럼의 햇빛을 효율적으로 산란시킨다. 이 연구의 결과로, 개발된 소재의 태양 반사율은 99.6%로 사상 최고치를 기록했으며, 적외선 열 방출량도 96.5%에 달하는 것으로 나타났다. 이 연구는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 홍콩 시티 대학교 연구팀은 알루미나 소재가 태양열 흡수를 줄일 뿐만 아니라 날씨에 따라 냉각 세라믹의 내구성을 높여준다고 말했다. 다른 패시브 쿨링 소재와 코팅의 약점인 자외선 노출로 인한 성능 저하를 방지하고 표면에서 수분 증발 속도를 높여 증발 냉각의 보너스 효과를 더한다. 게다가 1000°C(1832°F) 이상의 온도에서도 견딜 수 있는 내화성까지 자랑한다. 이 연구의 공동 교신저자인 에드윈 초치얀 교수는 "이 냉각 세라믹의 장점은 고성능 PRC와 실제 환경에서의 애플리케이션에 대한 요구 사항을 모두 충족한다는 점"이라고 말했다. 초치얀 교수는 "우리의 실험에 따르면 냉각 세라믹을 주택 지붕에 적용하면 공간 냉각을 위해 20% 이상의 전기 절감을 달성할 수 있으며, 이는 기존의 능동 냉각 전략에 대한 사람들의 의존도를 줄이는 데 있어 냉각 세라믹의 큰 잠재력을 확인하고 전력망 과부하, 온실가스 배출과 도시 열섬을 피할 수 있는 지속 가능한 솔루션을 제공한다"고 설명했다. 연구팀은 또 알루미나와 같은 일반적인 재료와 상 반전 및 소결의 2단계 공정을 사용해 이 소재를 대량으로 쉽게 생산할 수 있다고 설명했다. 그리고 흰색 세라믹 기반의 소재에 다른 재료를 추가하면 다양한 색상과 패턴의 제품을 만들수 있다고 덧붙였다.
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99.6% 반사율 '초백색 세라믹' 개발⋯건물 냉각 혁신
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에너지 비용·탄소 배출 확 줄여주는 페인트 나왔다
- 미국 SLAC 국립가속기 연구소에서 최근 에너지 소비량과 탄소배출량을 줄여주는 신개념 페인트를 개발했다. 미국 매체 인터레스팅엔지니어링에 따르면 이 페인트는 건물의 에너지 소비량을 획기적으로 절감해 탄소 배출량 감소에 크게 기여할 것으로 전망된다. 특히 여름철 냉방과 겨울철 난방 에너지 비용을 절감하면서도 환경에 미치는 부담을 최소화하는 것이 이 페인트의 주요 장점이다. SLAC 연구소(스탠퍼드 대학교 운영, 미국 에너지부 소속)에서 진행한 이번 연구에서는 건물의 난방 에너지 소비량을 무려 36% 절감했다. 냉방 에너지 소비량 역시 21% 감소시킴으로써, 건물 전체의 에너지 사용량을 짧은 기간 동안 7.4% 줄일 수 있다는 결과를 도출했다. 이 연구를 주도한 추이이(Yi Cui, 崔屹) 교수는 “기존 에너지 절감 기술들이 제한된 색상에만 적용되었던 반면, 이번 페인트 기술은 8가지 다양한 색상을 포함하여 개발되었다”며, 그 혁신성을 강조했다. 또한, 이 페인트는 중적외선을 효과적으로 반사해 에너지 절약 효과를 극대화하며, 기존 페인트보다 10배 이상 높은 반사율을 보여 다양한 분야에 적용될 수 있을 전망이다. 기존의 에너지 절약 기술들은 '창문용 저방사막 필름' 등이 존재했으나, 이들은 주로 금속색과 회색으로 제한됐다. 그러나 이번 혁신을 통해 흰색, 파란색, 빨간색, 노란색, 초록색, 주황색, 보라색, 어두운 회색 등 8가지 다양한 색상의 페인트가 개발되었다. 청결을 유지하는 특성과 함께 고온 및 저온에도 견디는 내구성도 이 페인트의 또 다른 장점이다. 공동 연구자 펑 위찬(Yucan Peng, 彭雨粲） 박사는 환경 친화적인 페인트 기술의 지속적 발전을 강조하며, 이를 통한 환경 보호와 에너지 절감에 대한 연구소의 노력을 약속했다. 이러한 혁신적 페인트 기술의 도입으로, 건물에서의 에너지 소비 절감 및 환경 보호 측면에서의 큰 발전이 기대되며, 앞으로 건물의 에너지 관리에 있어 큰 패러다임 변화가 예상된다.
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