(사진출처=스탠포드 대학 Fan Lab)
전기를 전혀 사용하지 않고 집을 시원하게 만들 수 있는 새로운 냉방기술이 개발됐다.
이 기술은 태양으로부터 오는 거의 모든 에너지를 반사하면서, 집 내부에서 나오는 열은 흡수한 뒤 주변 공기를 데우지 않는 상태로 모두 방출하는 방법을 이용한다.
전기를 전혀 사용하지 않기 때문에 건물의 전기사용을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 미국 전체 전력 사용량의 15%는 에어콘이 소모하고 있다.
새로운 냉방기술에 적용된 첫 번째 방법은 빛의 반사다. 거울처럼 거의 모든 빛을 반사함으로써 빛에 포함된 열이 건물 내부로 침투하는 것을 막았다. 이는 냉방을 위해 흰 지붕을 사용한 그리스 시대부터 이용돼 온 것으로 익숙한 방법이다.
두번 째 방법은 열을 외부로 방출하는 것으로 조금 복잡하다.
건물과 나무, 사람은 모두 눈에 보이지 않는 적외선 형태로 열을 방출한다. 밤에 야시경을 이용해 볼 수 있는 으스스한 푸른 빛이 바로 이 적외선이다.
이 적외선은 전형적으로 6~30 마이크로미터의 넓은 파장에서 발생된다. 이 파장의 가장 높은 지점과 낮은 지점에서 공기 중 분자들이 복사열을 흡수해 주변의 온도를 높이게 된다.
반면 8~13 마이크로미터의 파장은 공기를 그대로 통과해 차가운 우주 속으로 빠져나가 버린다.
미국 스탠포드 대학 전기공학자 샨후이 판이 이끄는 연구진은 바로 이 두 원리를 결합해 ‘긴 파장의 에너지를 방출하는 거울 코팅 기술’을 개발했다.
판은 “햇빛파를 반사하면서 동시에 6~30 마이크로미터의 열 파장(thermal wavelengths)을 방출하는 물질은 자연 상태에서는 존재하지 않는다”고 말한다.
연구진은 이 물질을 인공적으로 만들기 위해 이산화규소(SiO2)와 하프늄 산화막 (HfO2)을 7겹으로 번갈아 쌓았다. 이어 이것을 파이용 접시 크기의 실리콘 웨이퍼 위에 쌓은 뒤 그 위에 얇은 은막을 입혔다. 이 은막은 거울과 같이 빛을 반사하는 역할을 한다.
첫 번째 4겹의 이산화규소와 하프늄 산화막은 매우 얇으면서 거의 모든 빛을 반사하도록 디자인 됐다. 은막에 의해 반사되지 않은 것도 이 단계에서는 모두 반사된다.
은막을 포함한 이들 다섯 개의 막은 97%의 에너지를 반사할 수 있다.
나머지 세 개의 막은 상대적으로 두꺼운 두 개의 이산화규소막이 하프늄막으로 분리돼 있다. 이 세 개의 막은 아래(집 내부)에서 나오는 열을 흡수해 8~13 마이크로미터 파장의 에너지 형태로 방출시키는 역할을 한다.
여러 시험을 통해 이 코팅은 햇빛이 강하게 내리쬐는 상태에서도 하부의 표면 온도를 섭씨 5도까지 낮추는 것으로 측정됐다.
이번 연구결과는 2일 저명한 국제 과학학술지인 온라인 네이처(Nature)에 실렸다.
팬은 “대부분의 에너지 기술 제품들은 온도가 높은 지역에서 낮은 곳으로 열을 옮기는 것이란 점에 주목했다”고 말한다.
버컬리 대학의 엘리 야블로노비치 연구원은 “매우 단순하지만 매우 독창적인 아이디어”라며 “상용화되기 위해서는 경제성이 있을 만큼 생산 단가를 낮추는 것이 관건”이라고 평가했다.