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무더운 태양열, 우주 밖으로 튕겨낸다?…지구 식힐 신소재 나올까

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  • 김인한 기자
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  • 2022.01.09 21:28
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태양빛을 우주로 반사하는 소재를 광주과학기술원(GIST) 연구진이 개발한 개념도. / 사진제공=광주과학기술원(GIST)
태양빛을 우주로 반사하는 소재를 광주과학기술원(GIST) 연구진이 개발한 개념도. / 사진제공=광주과학기술원(GIST)
사하라 사막에 사는 은개미는 최고 온도 57℃에서도 죽지 않는다. 생존의 비밀은 털이다. 은개미의 삼각기둥 모양 털은 태양빛(光)을 반사하고 적외선을 방출한다. 은개미는 태양 에너지를 방출하며 최적의 생존법을 자연 속에서 이미 터득했다. 개미처럼 자연적 진화는 아니지만, 뜨거워진 지구를 식히는 과학적 진화는 진행중이다.

9일 과학계에 따르면, 송영민 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수는 '태양빛을 우주로 반사하는 소재'를 개발했다. 현재 소재를 대면적화해 실제 차량에 적용하는 성능 테스트를 진행 중이다.


지구로 들어오는 태양빛을 우주로 반사시킨다?


무더운 태양열, 우주 밖으로 튕겨낸다?…지구 식힐 신소재 나올까
태양빛은 지구와 우주 사이에서 복사 에너지를 보낸다. 태양을 쬐는 지구는 따뜻한 낮이 되고, 등진 지구는 차가운 밤이 되는 이유가 복사 에너지 때문이다. 복사 에너지는 온도에 따라 서로 다른 파장의 전자기파를 방출한다. 태양 표면은 절대온도 약 6000K(5726℃)이다. 이때 0.3~4μm에 해당하는 자외선·가시광선·근적외선을 지구로 보낸다. 반면 지구 표면은 약 300K(26.85℃)이기 때문에 파장이 다르다. 4~30μm에 해당하는 중적외선·장적외선을 우주로 방출한다.

GIST 연구팀은 '대기의 창'을 통해 지구의 열을 우주로 보내는 연구를 고안했다. 대기의 창이란 지구에 들어온 빛(光) 에너지가 열 에너지로 재방출돼 우주로 빠져나갈 수 있는 파장대를 일컫는다. 보통 8~13μm 영역에 있는 파장대의 빛(적외선)은 대기가 흡수하지 못해 우주로 빠져나간다.

연구팀은 태양빛이 우주로 나갈 수 있도록 8~13μm 영역(대기의 창)에 반응하는 소재를 개발했다. 마이크로 패턴이 있는 석영 기판 위에 은과 폴리머를 순차적으로 코팅해 소재를 만들었다. 이 소재를 차량에 적용한 결과, 내부 온도를 약 4℃ 정도 낮추는 결과가 나타났다. 소비전력 절감 효과로 환산하면 10%를 절감하는 수치다.


상용화 위한 막바지 연구와 창업까지


연구팀은 2018년부터 관련 연구를 시작하고 연구 3년 만에 소재 개발을 완료했다. 현재는 개발된 소재를 대면적화해 실제 차량에 적용하는 성능 테스트를 진행 중이다. 이와 함께 특정 온도를 기준으로 복사 에너지를 조절해 항온을 유지하는 하이브리드형 소재도 개발하고 있다.

연구팀을 이끌고 있는 송영민 교수는 연구한 결과물을 직접 상용화하기 위해 포엘(FOEL, Flexible Optics and Energy Laboratory)이라는 스타트업을 창업하기도 했다. 창업 이후 기술 혁신성을 인정받아 10억원에 가까운 초기 자본을 확보했다.

송 교수는 "개발한 소재는 건물, 발전소, 자동차 등 뜨거운 햇빛에 달궈진 모든 물체에 활용할 수 있다"며 "야외에 설치된 태양광 패널의 온도를 낮춰 전력변환 효율을 높일 수도 있다"고 강조했다. 그러면서 "친환경 에너지 절감이라는 측면에서 인류의 난제인 지구 온난화 문제를 해소할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.



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