에너지 위기와 기후 변화에 대응할 혁신적인 기술이 국내에서 개발됐다. 서울대학교 공과대학 기계공학부 고승환 교수 연구팀이 단 하나의 소재와 공정만으로 전기 사용 없이 냉각과 가열 기능을 선택적으로 구현하는 신개념 열관리 기술을 개발했다. 이 기술은 복잡한 공정 대신 레이저 출력의 강약 조절만으로 냉난방 기능을 자유자재로 선택할 수 있어 차세대 제로에너지 기술의 새로운 돌파구가 될 것으로 기대를 모은다.
왼쪽부터 국민대학교 자동차공학과 정영주 조교수, 한국과학기술연구원 정성민 박사후연구원, 경희대학교 기계공학과 송재만 조교수, 서울대학교 기계공학부 고승환 교수 모습
지금까지는 여름철 냉각과 겨울철 난방을 위해 각기 다른 소재와 복잡한 공정이 필요해 실생활 적용에 어려움이 있었다. 하지만 이번에 개발된 기술은 투명한 실리콘 고분자 소재인 ‘PDMS’에 레이저를 쏘는 간단한 방식으로 이 문제를 해결했다. 고출력 레이저를 쏘면 흰색 다공성 구조가 형성돼 햇빛을 반사하고 열을 방출하며 냉각 기능을 수행한다. 반대로 저출력 레이저를 사용하면 검정색 다공성 구조가 만들어져 태양광을 흡수, 가열 기능을 한다. 하나의 소재로 냉각과 가열을 모두 구현하는 기술은 세계 최초다.
연구팀은 실제 야외에서 신소재의 성능을 입증했다. 낮 동안 햇빛 아래서 흰색 표면은 외부보다 평균 5.89℃ 낮게 유지됐고, 검정색 표면은 58.1℃까지 가열되는 뛰어난 열 제어 성능을 보였다. 또한 건물 지붕에 이 소재를 적용하면 연간 냉난방 에너지 비용을 최대 26.5%까지 절감할 수 있다는 시뮬레이션 결과도 얻었다.
이 기술은 냉난방뿐 아니라 두 표면의 온도 차이를 이용해 전력을 생산하는 ‘플러스 에너지’ 기술로도 확장될 수 있다. 태양열 기반 열전 발전기나 태양광을 이용한 해수 담수화 시스템 등 다양한 분야에 적용 가능성이 확인됐다. 연구를 이끈 고승환 교수는 “복잡한 제조 공정 없이 단일 소재로 냉각과 가열을 자유롭게 구현할 수 있는 길을 열었다”며 “건물 외장재, 야외 전자기기, 에너지 하베스팅 등 다양한 산업 분야에 적용될 원천기술이 될 것”이라고 밝혔다. 이 연구 성과는 에너지 분야의 세계적인 학술지 ‘Joule’에 게재되며 우수성을 인정받았다.
친환경투데이 정하준 기자 press@greenverse.net |
