(When exposed to the sky, the porous polymer PDRC coating reflects sunlight and emits heat to attain significantly cooler temperatures than typical building materials or even the ambient air. Credit: Jyotirmoy Mandal/Columbia Engineering)
(Passive daytime radiative cooling (PDRC) involves simultaneously reflecting sunlight and radiating heat into the cold sky to achieve a net heat loss. The process, which is spontaneous, can cool down structures to sub-ambient temperatures. Credit: Jyotirmoy Mandal)
전세계 전력 생산의 상당 부분은 에어컨을 돌리는 데 사용됩니다. 점차 도시화될수록 열섬 현상이 심해지는데다, 지구 평균 기온 상승으로 여름이 길고 더 더워지면서 에어컨 사용도 늘어나고 있습니다. 여기에 들어가는 에너지와 비용 역시 만만치 않은 수준입니다. 이 문제를 해결하기 위해 여러 가지 아이디어들이 등장하고 있는데, 그 가운데 하나가 바로 passive daytime radiative cooling (PDRC)입니다.
기본적으로는 태양 에너지를 반사해서 열을 식히는 것으로 생각할 수 있지만, 사실 그 세부 내용은 더 복잡합니다. 유리나 금속처럼 반사율이 높은 물질이라고 해서 뜨거운 여름날 온도가 낮은 게 아니듯이 단순히 반사율이 높을 뿐 아니라 열 방출률이 같이 높아야 하기 때문입니다. 전자는 solar reflectance (R)이라고 하고 하고 후자는 thermal emittance (ε)라고 하는데, 이 두 가지가 같이 높으면 다른 에너지원 없이도 태양 에너지를 반사하고 열을 방출해 온도를 낮출 수 있습니다.
콜롬비아 대학의 연구팀 (Yuan Yang, assistant professor of materials science and engineering; Nanfang Yu, associate professor of applied physics; and Jyotirmoy Mandal, lead author of the study) 내부에 마이크로미터에서 나노미터 크기의 공간을 지닌 폴리머 소재를 개발했습니다. 이 폴리머 소재는 매우 높은 태양 에너지 반사율 (R > 96%)과 열 방출률(ε ~ 97%)을 지녀 단순히 외벽에 바르는 것만으로 온도를 낮출 수 있다는 것이 연구팀의 설명입니다.
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이전에도 몇 차례 소개한 적이 있지만, 과거에도 반사율이 높은 소재는 개발된 적이 있습니다. 문제는 적외선, 가시광선, 자외선 모든 영역에서 반사율이 높지 않아 생각보다 온도를 낮추는 효과가 낮거나 가시광을 강하게 반사해 마치 거울처럼 작용해 건물 외벽이나 지붕에 사용하기에 무리가 있다는 점입니다. 하지만 이 폴리머 소재는 여러 방향으로 빛을 반사해 하얗게 보이는데다 페인트처럼 바를 수 있어 훨씬 가능성이 높은 소재입니다. 그런 이유 때문인지 이 연구는 저널 사이언스에 실렸습니다.
물론 건물 외벽에 사용하기 위해서는 인체 및 환경에 안전성이 확립되어야 하고 내구성 및 다른 요소 역시 만족시켜야 하지만, 상당히 흥미로운 소식임에는 분명합니다. 과연 냉방비를 획기적으로 줄여줄 수 있을지 결과가 주목됩니다.
참고
J. Mandal el al., "Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling," Science (2018). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aat9513
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