개발된 고분자 복합재로 만든 필름 표면과 알루미늄 표면(대조군)의 외부 온도에 따른 표면 열화상 이미지.[전북대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 똑똑한 고분자 복합재를 활용해 냉난방 에너지 소비를 절약할 수 있는 방안을 제시했다.

한국연구재단은 전북대학교 김건우 교수 연구팀이 주변 온도에 따라 열방사율을 스스로 조절하는 고분자 복합재를 개발했다고 17일 밝혔다.

열방사율이란 물체의 표면에서 방출이 가능한 열복사 에너지의 정도를 나타내는 지수다.

우리나라 냉난방 에너지 소비는 전체 에너지 소비의 40%에 달할 정도로 많은 비중을 차지하고 있지만, 이를 근본적으로 해결할 수 있는 대안 마련은 미흡한 상황이다.

에너지 사용없이 표면 냉각이 가능한 복사냉각 기술이 해결책으로 떠오르고 있지만, 이 현상 역시 냉각이 필요하지 않은 상황에서도 불필요한 냉각이 이루어진다는 단점이 있어 한계가 있었다.

기술의 보완을 위해 다양한 온도의 환경에 감응하는 새로운 복사냉각 기술의 개발이 필요하지만, 아직까지 진전은 없는 상황이다.

연구팀은 고온에서 열방사율을 높이고 저온에서는 낮추는 특성을 구현하기 위해 상전이 소재를 활용, 스스로 열방사율을 조절하는 똑똑한 고분자 복합재를 개발하는 데 성공했다.

상전이 소재는 고온에서는 금속 성질을 가지고 있어 열방사율이 낮고, 저온에서는 세라믹 성질을 가지고 있어 열방사율이 높다. 목표의 성질과는 반대의 특성을 가지고 있어 이를 역으로 활용할 방안이 필요했다.

연구팀은 이러한 상전이 소재를 나노 입자화하여 특정 열방사율을 가지는 고분자 내에 분산시켰다. 상전이 입자가 금속의 성질을 가질 때 산란되는 원적외선을 고분자가 대신 흡수하게 하여 열방사율을 높이는 방법을 고안했다.

김건우 전북대학교 교수.[전북대학교 제공]

이렇게 만들어진 고분자 복합재의 열방사율은 섭씨 70도에서 15%의 변화율을 보였다. 개발된 고분자 복합재로 덮여있는 방열체는 외부 온도에 상관없이 내부 온도를 섭씨 70도로 유지시켜 주는 것을 관찰할 수 있었다.

김건우 교수는 “이러한 특성을 가지는 고분자 복합재로 표면을 이루게 되면 외부 온도와 상관없이 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있어, 냉난방 에너지 소비를 감소시킬 수 있다”며 “배터리처럼 온도에 민감한 제품에 활용하면 일정한 온도 유지가 가능해 성능을 극대화시킬 수도 있다”고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 재료공학 분야 국제학술지 ‘컴포지트 파트 비 엔지니어링(Composite Part B Engineering)’에 1월 31일 온라인 게재됐다.