Xiulin Ruan 교수와 그의 팀의 새로운 초 백색 페인트. 이미지 출처: Purdue University / Jared Pike

미래의 건물은 인디애나 주 퍼듀 대학(Purdue University)에서 개발한 새로운 패시브 냉각 기술 덕분에 지구 온난화와 도시 열섬 효과의 영향을 줄이는 데 도움이 되는 초 백색 페인트로 지붕과 기타 표면을 코팅할 수 있다. 이 혁신은 이번 달 ACS Applied Materials & Interfaces 저널에 실렸다.

Xiulin Ruan은 "이 페인트를 사용하여 약 1,000평방 피트의 지붕 영역을 덮는 경우 10kW의 냉각 전력을 얻을 수 있을 것으로 추정한다. 이는 대부분의 주택에서 사용하는 중앙 에어컨보다 강력하다."라고 Purdue의 기계 공학 교수인 Xiulin Ruan은 말했다.

연구진은 이 흰색 음영이 가시광선의 최대 99.9%를 흡수하는 "Vantablack"으로 알려진 가장 검은 색의 극 반대편에 해당한다고 생각한다. 작년 10월 퍼듀 팀이 개발한 이전 버전은 햇빛의 95.5%를 반영했다. 그러나 이 최신 버전은 반사율이 최대 98.1%로 훨씬 더 효율적이며 표면을 더 시원하게 유지한다.

일반적인 상업용 흰색 페인트는 차가워지기 보다는 따뜻해 진다. 열을 차단하도록 설계된 시중의 페인트는 햇빛의 80~90%만 반사하며 표면을 주변보다 더 시원하게 만들 수 없다.

적외선 카메라는 가장 하얀 페인트 샘플 (가운데의 진한 보라색 사각형)이 실제로 보드를 냉각시키는 방법을 보여준다. 주변 온도보다 낮으면 상업용 "열 차단"페인트조차 할 수 없다. 출처: Purdue University / Joseph Peoples

퍼듀 팀의 페인트에는 두 가지 기능이 있다. 하나는 인화지와 화장품을 하얗게 만드는데도 사용되는 황산 바륨이라는 매우 높은 농도의 화합물이다.

이 프로젝트에 협력 한 Massachusetts Institute of Technology의 박사후 연구원인 Xiangyu Li는 "우리는 기본적으로 흰색인 모든 제품을 비롯한 다양한 상용 제품을 조사했다."고 말했다. "우리는 황산 바륨을 사용하면 이론적으로 사물을 정말, 정말 반사적으로 만들 수 있다는 것을 발견했다. 이것은 정말 정말 흰색이라는 뜻이다."

두 번째 특징은 황산 바륨 입자의 크기가 모두 다르다는 것이다. 각 입자가 빛을 산란시키는 정도는 크기에 따라 달라진다. 따라서 입자 크기가 넓을수록 페인트가 태양으로부터 더 많은 빛 스펙트럼을 산란시킬 수 있다.

퍼듀대학의 기계 공학 박사 과정 학생인 Joseph Peoples는 "크기가 다른 입자의 농도가 높으면 페인트에 가장 넓은 스펙트럼 산란이 발생하여 반사율이 가장 높다."고 설명했다.

페인트의 백색도는 기록상 가장 시원하다. 열전대라고하는 고정밀 온도 판독 장비를 사용하여 팀은 페인트가 밤에 주변 환경보다 표면을 10.6 °C (19°F) 더 차갑게 유지할 수 있음을 실외에서 시연했다. 또한 정오 시간 동안 강한 햇빛 아래 주변 4.5°C(8.1°F) 아래의 표면을 냉각시킬 수 있다.

한겨울에도 작동한다. 주변 온도가 6°C (43°F) 인 실외 테스트에서 페인트는 여전히 샘플 온도를 10°C (18°F)까지 낮추는 데 성공했다.

과학자들은 1970년대부터 전통적인 에어컨의 대안으로 복사 냉각 페인트를 개발하려고 시도해 왔다. 퍼듀 팀의 최근 획기적인 발전은 지난 수십 년간의 발전을 기반으로 6년간의 연구가 필요했다. 100가지가 넘는 재료를 고려한 결과, 각 재료에 대해 약 50개의 서로 다른 공식을 테스트하기 전에 10개로 좁혔다. 그들은 마침내 황산 바륨에 대한 것을 확인했다. 새로운 페인트를 만드는 데 사용되는 기술은 상업용 페인트 제조 공정과 호환된다.

냉방과 선풍기를 사용하여 시원함을 유지하는 것은 이미 전 세계 건물에서 사용되는 총 전기의 약 5분의 1 또는 오늘날 전체 전기 소비의 10 %를 차지한다. 국제 에너지기구(International Energy Agency)에 따르면 이 에너지 수요는 개발 도상국의 소득과 생활 수준이 향상되고 세계 평균 기온도 상승함에 따라 2050년까지 3배가 될 것으로 예상된다. 인도와 같이 특히 더운 지역에서는 에어컨 소유가 거의 5배가 될 수 있다. 퍼듀대학에서 개발한 흰색 페인트와 같은 수동 냉각 솔루션은 이러한 수요를 줄여 주변 온도를 낮추고 미래에 보다 지속 가능한 새로운 세대의 건물을 만드는 데 도움이 될 수 있다.