에어컨 안 틀어도 시원...‘마법의 흰색 페인트’가 온다

                                                            /그래픽=양진경

 

한여름엔 검은 옷보다 흰옷을 입는 사람이 많다. 검은색은 햇빛을 흡수하지만, 흰색은 반대로 빛을 튕겨내기 때문이다. 색에 따라 달라지는 빛 반사 원리를 이용해 에너지를 사용하지 않고도 주변을 시원하게 할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 상용화되면 건물에 냉방용 흰색 페인트를 발라 에어컨을 대신할 날이 올지 모른다. 이를 위해 국내외 과학자들이 궁극의 흰색을 찾아 나섰다.

◇흰색 바르면 햇빛 반사해 한낮 최고 8도 떨어져

고려대 신소재공학부 이헌 교수 연구진은 “태양빛을 튕겨내고 열에너지를 포함한 적외선도 방출하는 흰색 페인트를 개발했다”고 3일 밝혔다. 이 기술은 지난 4월 특허 출원해 현재 심사 중이다.

연구진은 세라믹과 고분자 화합물을 첨가한 흰색 페인트를 만들었다. 햇빛에는 가시광선과 적외선, 자외선이 포함돼 있다. 가시광선은 우리 눈에 들어와 색을 구현한다. 흰색은 모든 빛을 반사하기 때문에 우리 눈에 하얗게 보이는 것이다.

실험 결과 연구진이 만든 페인트는 태양빛의 96%를 반사하는 것으로 나타났다. 연구진이 개발한 페인트는 열 방출 기능도 높았다. 주변을 냉각하기 위해선 단순히 햇빛만 반사해서는 안 된다. 소재가 가진 열을 적외선 형태로 외부에 방출해야 한다.

특히 대기에 흡수되지 않고 우주로 빠져나갈 수 있는 8~13마이크로미터(㎛·100만분의 1미터)의 긴 파장이어야 냉각 효과가 크다. 연구진이 개발한 페인트는 8~13마이크로미터 적외선의 93.5%를 방출했다.

연구진은 흔히 쓰는 흰색 페인트와 새로 개발한 페인트를 비교했다. 우산과 개집에 각각 페인트를 바르고 오전 10시부터 오후 1시까지 햇빛 아래 두었다. 연구진이 개발한 페인트는 사용 이전보다 온도가 최고 섭씨 8.8도, 평균 5.5도 떨어졌다. 반면 일반 페인트는 최고 6.3도, 평균 3.6도 떨어졌다. 이헌 교수는 “옷이나 텐트, 타일 등 다양한 곳에 적용할 수 있도록 연구를 계속할 것”이라고 말했다.

미국 퍼듀대의 쉬린 루안 교수 연구진도 지난달 21일 ‘셀 리포트 물리 과학’에 비슷한 연구 내용을 발표했다. 연구진은 분필 등에 많이 쓰는 탄산칼슘을 페인트에 첨가했다.

흰색 페인트는 햇빛의 95.5%를 반사하고, 적외선 열도 효율적으로 방출했다. 페인트를 칠한 물체는 한밤에 주변보다 최고 10도, 한낮엔 1.7 도 낮았다. 연구진은 “현재 시장에 있는 햇빛의 80~90%를 반사하는 페인트만으로는 주변보다 낮은 온도를 달성할 수 없다”고 말했다. 연구진은 도로나 옥상, 자동차 등에 냉방용 흰색 페인트를 바르면 지구온난화 효과도 줄일 수 있다고 기대했다.

 

◇열 반사하면서 원하는 색도 내는 페인트도 개발

미국 컬럼비아대 위안 양 교수 연구진은 지난 2018년 플라스틱 고분자 물질을 이용한 페인트를 만들었다. 햇빛의 거의 모든 파장을 반사해 표면 온도를 6도까지 낮췄다. 고분자 물질을 물에 녹여 페인트에 첨가하면, 페인트 내부에 스펀지처럼 아주 작은 공기 방울이 생겨 햇빛의 99.6%를 반사한다. 가시광선을 포함해 자외선과 적외선까지 모두 반사한다고 연구진은 밝혔다.

흰색이 아니지만 냉각 기능을 갖춘 페인트도 개발됐다. 컬럼비아대 위안 양 교수 연구진은 지난 4월 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 “색은 유지하면서도 건물이나 자동차 내부를 시원하게 해주는 기능성 페인트를 개발했다”고 밝혔다.

연구진이 개발한 페인트는 두 층으로 구성된다. 맨 위층은 특정 파장의 가시광선을 반사해 색을 표현한다. 아래층은 고분자 물질을 깔아 적외선을 반사하도록 했다. 적외선은 태양 에너지의 상당량을 차지하기 때문에 적외선을 반사하면 물체 온도가 올라가지 않도록 돕는다.

실험에서 파란색, 노란색, 빨간색 등 시중에서 파는 페인트보다 연구진 페인트가 열을 더 많이 반사했다. 실제로 검은색은 연구진이 개발한 페인트를 바르면 온도가 16도 더 낮았다.

페인트를 칠한 물체는 60도의 오븐에 30일 동안 둬도 색이나 반사율에 변화가 없었다. 햇빛이 아무리 강해도 벽이나 지붕 색은 유지하면서도 집 안을 시원하게 할 수 있다는 것이다.

양 교수는 “건물 벽이나 지붕에 사용하면 냉방용 전력 사용을 줄일 수 있고 결국 전력 생산에서 나오는 이산화탄소 배출까지 줄일 것”이라고 말했다. 연구진은 건물뿐 아니라 자동차·버스·기차 등에도 활용할 수 있고, 섬유에 코팅하면 여름철 시원함을 유지할 수 있는 옷을 만들 수 있다고 설명했다.