나무로 만든 에어로겔

(A close-up of the aerogel for insulation, developed from wood cellulose. Credit: Jonas Garemark/Wallenberg Wood Science Center, KTH Royal Institute of Technology)

대부분이 공기로 채워진 에어로겔 (aerogel)은 매우 가벼울 뿐 아니라 단열성이 뛰어난 소재로 주목받고 있습니다. 그런데 스웨덴 발렌베르그 나무 과학 연구소 (Wallenberg Wood Science Center, KTH Royal Institute of Technology in Stockholm)의 과학자들은 독특한 소재로 만든 에어로겔의 상용화에 도전하고 있습니다. 바로 나무 에어로겔입니다.

위안위안 리 (Yuanyuan Li, an assistant professor at Wallenberg Wood Science Center)교수가 만든 나무 에어로겔은 기존의 바이오 물질 기반의 에어로겔과 한 가지 큰 차이점이 있습니다. 바로 나노미터 크기의 구멍을 조절해 다양한 단열성과 기계적인 성질을 지닐 수 있다는 것입니다.

이 나무 에어로겔 제조 공정은 크게 두 단계로 나눌 수 있습니다. 우선 목재에서 단단함을 담당하는 물질을 리그닌을 분해합니다. 그러면 목재 내부에는 큰 구멍이 생깁니다. 그 다음 세포벽을 용해시켜 미세한 나노 구멍을 만드는데 여기에 이온 용액 (ionic liquid (IL)) 혼합물을 섞고 물을 첨가하면 미세한 나노 섬유인 나노피브릴 (nanofibril)이 형성됩니다. 이 과정을 조종하면 단열성을 조절할 수 있습니다.

연구팀은 나무 에이로겔이 화석 연료로 만든 스티로폼 같은 기존의 단열 소재보다 훨씬 가볍고 단열성이 뛰어나 여러가지 용도로 사용될 수 있다고 보고 있습니다. 가장 좋은 점은 100% 나무 기반으로 영원히 썩지 않는 플라스틱 쓰레기가 아니라는 것입니다. 아이스박스 용도로 쓰이고 버려지는 스티로폼을 생각하면 상당히 좋은 대안 중 하나일지 모릅니다.

연구팀은 나무 에어로겔이 단열재로만 가능성이 있는 것이 아니라 더 많은 응용이 있을 수 있다고 보고 있습니다. 원료 물질도 매우 저렴하기 때문에 공급 문제도 크게 없을 것으로 기대됩니다. 과연 실제 상용화가 가능할지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2022-06-aerogel-wood-insulation-plastic-based-materials.html

Jonas Garemark et al, Nanostructurally Controllable Strong Wood Aerogel toward Efficient Thermal Insulation, ACS Applied Materials & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.2c04584

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