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미국 컬럼비아 대학(Columbia University)과 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 연구진은 건물 온도를 낮출 수 있는 새로운 폴리머 코팅을 개발했다. 기온이 상승하면서 냉각 솔루션은 필수적인 요소가 되었다. 특히, 개발도상국에서 심각한 문제이고 여름이 될수록 더 큰 문제로 대두되고 있다. 그러나 에어컨과 같은 일반적인 냉각 방법은 상당한 에너지를 소비하며 종종 오존을 고갈시켜서 온실 효과를 발생시킬 수 있다. 에너지 집약적인 냉각 방법의 대안으로 PDRC(passive daytime radiative cooling)가 있는데, 이것은 햇빛을 반사하고 더 차가운 대기 중으로 열을 방출시켜서 표면을 자발적으로 냉각시키는 것이다. 실용적인 PDRC 디자인을 개발하는 것은 어려운 일이다. 최근의 많은 PDRC 디자인은 복잡하거나 비용이 많이 들며 모양과 질감이 건물에 적용할 수 없었다. 지금까지는 저렴하면서 적용이 쉬운 백색 도료가 가장 좋은 것으로 알려졌지만, 백색 도료는 자외선을 흡수하는 색소를 가지고 있어서 더 긴 태양 파장을 잘 반사하지 못하므로 성능이 매우 낮았다. 이번 연구진은 자발적인 공기 냉각기 역할을 하면서 옥상, 건물 외부, 수조, 자동차, 우주선까지 적용할 수 있는 고성능 PDRC 폴리머 코팅을 개발했다. 다공성 폴리머의 공기 공극은 공극과 주변 폴리머 사이의 굴절률 차이로 인해서 햇빛을 반사하고 산란시켰다. 이번 연구에서는 간단한 용액 기반의 방법인 상반전(phase-inversion)을 사용했다. 폴리머와 용매는 페인트에서 이미 사용되는 것이고 이것은 모든 파장의 태양빛을 반사시키는 공기 공극을 가지고 있다. 폴리머 코팅은 높은 태양광 반사율(R > 96%)과 높은 열 방출량(ε ~ 97 %)을 가지고 있으며 넓은 공간의 온도를 낮출 수 있는 능력을 가지고 있다. 미국 애리조나 주의 따뜻하고 건조한 사막에서는 6℃, 방글라데시의 안개가 자욱한 열대 환경에서는 3℃ 정도 더 차가운 조건을 만들 수 있다. 올해 북미, 유럽, 아시아, 호주 등에서 기록적인 온도 상승을 경험했다. 이런 기후 변화에 대한 해결책을 찾는 것이 필수인데, 이번 연구는 이것을 해결하는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Science에 “Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/science.aat9513). |
