입기만 해도 체온 10도 낮추는 첨단 섬유…"에어컨 멸종 위기"

김건우 한국생산기술연구원 박사 연구팀

[사진=게티이미지뱅크]

[아시아경제 김봉수 기자] 입기만 하면 체온을 10도 이상 식혀 주는 첨단 섬유가 개발됐다. 외부 열은 반사하고 내부 열은 투과시키는 복사 냉각 기능을 가졌기 때문이다. 외부 온도와 관계없이 인체가 쾌적하게 느낄 수 있는 온도를 유지해줘 실내 냉방에 드는 에너지를 절약할 수 있는 쿨링 섬유로 '탄소중립' 시대 맞춤형 옷감 소재로 주목된다.

한국연구재단은 김건우 한국생산기술연구원 박사 연구팀이 체온을 높일 수 있는 외부 빛은 반사하고 신체에서 나오는 복사열은 방사 및 투과시킬 수 있는 복사 냉각 섬유소재를 개발했다고 26일 밝혔다.

효과적인 복사 냉각소재는 신체 외부로부터 들어오는 열(자외선, 가시광선, 근적외선)을 차단하고 신체로부터 발산되는 열(원적외선)은 투과시켜야 한다. 연구팀은 자외선, 가시광선, 근적외선의 단파장을 효과적으로 산란시키고 상대적으로 원적외선을 잘 투과할 수 있는 섬유를 제안했다. 섬유의 형태가 최적화된 나노섬유를 통해 자외선, 가시광선, 근적외선을 90% 이상 반사시키고 원적외선을 50% 이상 투과시키는 파장 선택적인 광학특성을 가지는 섬유를 개발한 것이다. 이렇게 해서 실제 개발된 섬유는 기존 섬유에 비하여 표면 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과가 있음이 입증됐다.

(왼쪽) 일반섬유에 비하여 태양복사열의 반사율이 높고 신체복사열 및 대기의 창 영역에서 투과율이 높은 나노섬유의 광학특성 (왼쪽 그래프) (오른쪽) 사람과 비슷한 양의 열발산하는 표면 (50W/m2)을 덮은 일반섬유 및 나노섬유 샘플 사진(위) 및 열화상 사진(아래). 빨간색에 가까울수록 높은 온도를 나타냄.

연구팀은 '탄소 중립 시대'에 걸맞은 옷감이라고 설명했다. 현재 탄소 중립의 지속가능한 환경을 위한 여러 노력에도 불구하고 에너지 사용은 매년 증가하고 있으며 그 중 공조에너지는 큰 비중을 차지하고 있다. 전체 에너지 사용의 약 5-10%에 달한다. 방 안 온도 1도의 가치를 금액으로 환산하면 4,000억원 이상이다. 이같은 섬유로 된 옷을 입게 되면 실내 냉난방을 위한 공조 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있어 탄소제로 목표에 크게 기여할 것으로 기대된다는 것이다.

섬유를 만드는 대부분의 고분자 소재는 자외선, 가시광선, 근적외선은 흡수하지 않으나 원적외선을 잘 흡수하는 특징이 있다. 이에 자외선, 가시광선, 근적외선을 효과적으로 산란시키는 형태를 가진 섬유의 다발 안에서 무수히 많은 산란으로 자외선, 가시광선 및 근적외선의 반사를 유도하고, 상대적으로 산란이 적은 원적외선은 섬유 고분자 소재를 투과함으로 원적외선의 흡수를 줄일 수 있다.

연구팀은 향후 섬유 이외 건축소재, 자동차소재, 화장품 등 복사냉각이 필요한 분야에 다방면으로 응용하기 위한 연구를 지속할 계획이다.

이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난 18일 온라인 게재됐다.