페인트 형태의 ‘가장 하얀색’은 빛을 매우 많이 반사해 표면이 주변 공기보다 더 차가워집니다.

• 퍼듀 대학교의 과학자들이 지금까지 만들어진 것 중 가장 흰색에 가까운 흰색을 페인트 형태로 개발했습니다.
• 이 새로운 페인트는 도포된 표면을 냉각시켜 기후에 해로운 에어컨 사용을 줄일 수 있습니다.
• 연구진이 만든 것 중 두 번째로 가장 흰색이며, 이들이 판단하기에는 재료가 도달할 수 있는 가장 흰색이라고 합니다.

몇 년 전 연구자들은 색이 사라지는 곳, 즉 색채가 거의 남지 않는 ‘가장 검은색’의 개발을 발표했습니다. 그것이 바로 반타블랙(Vantablack)으로, 가시광선을 매우 많이 흡수해 표면에서 반사되어 우리의 눈에 도달하는 빛의 양이 극히 적었습니다. (모든 빛 에너지는 주변 기판으로 소산되어 반타블랙 자체는 뜨거워지지 않습니다.)

2021년 ACS Applied Materials & Interfaces에 발표된 논문에서 퍼듀 대학 연구진은 BaSO4(황산바륨)를 ‘가장 흰색’으로 소개했습니다. BaSO4는 가시광선 스펙트럼의 색을 거의 투과시키지 않습니다. 더 나아가, 이것은 일상어로 멋진 발명일 뿐만 아니라 열적 관점에서도 매우 유용합니다.

가장 차가운 흰색

대부분의 외부 페인트는 사실 도포된 표면을 더 따뜻하게 만듭니다. 시중에는 이미 반사 페인트가 존재하지만 태양광의 80~90%만 반사해 냉각 효과를 얻기엔 충분하지 않습니다.

반면 BaSO4는 태양광의 98.1%를 반사합니다. 수석 연구원 쉬이린 루안(Xuilin Ruan)은 보도자료에서 "이 페인트로 약 1,000평방피트(약 93m²) 크기의 지붕을 덮는다면 냉각 출력이 약 10킬로와트에 달할 것으로 추정합니다. 이는 대부분 가정에서 사용하는 중앙 에어컨보다 더 강력합니다."라고 밝혔습니다.

루안 박사와 동료들은 고정밀 온도 측정 장치인 열전대를 사용해 BaSO4를 테스트했습니다. 그 결과 밤에는 BaSO4 코팅 표면이 주변 공기보다 19°F(약 10.56°C) 더 차가웠습니다. 강한 일사 아래에서는 그 정도까지 극적이진 않지만 여전히 눈에 띄는 효과로 8°F(약 4.4°C)의 냉각을 보였습니다.

연구진은 이 페인트가 추운 날씨에서도 작동한다는 사실도 확인했습니다. 어느 날 기온이 43°F(6°C)였을 때 BaSO4를 칠한 표면의 온도는 25°F(약 -3.8°C)였습니다. 이들의 시험은 BaSO4가 외부 환경에서 사용하기에 충분히 견고하다는 점도 시사합니다.

냉각용 복사 페인트에 대한 연구는 1970년대까지 거슬러 올라가지만, 루안 씨 팀이 BaSO4를 연구한 지는 불과 6년밖에 되지 않습니다. 그 과정에서 그들은 100개가 넘는 반사 소재를 분석하고 약 50가지의 실험적 배합으로 테스트했습니다.

제1저자인 박사후연구원 샹위 리(Xiangyu Li)는 "상업적으로 판매되는 다양한 흰색 제품들을 모두 살펴봤습니다. 바륨황산염을 사용하면 이론적으로 제품을 매우, 아주 반사율이 높은, 즉 매우 하얗게 만들 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 설명했습니다.

같은 팀이 지난가을 개발한 가장 하얀 흰색 페인트는 조개껍데기, 암석, 칠판 분필 등에서 흔히 발견되는 탄산칼슘을 기반으로 했습니다.

팀은 가능한 한 많은 아주 작은 BaSO4 입자를 페인트에 도입했습니다. 리는 "입자 농도가 높을수록 흰색을 내기에는 유리하지만 농도를 무한정 올릴 수는 없습니다. 농도가 높아질수록 페인트가 쉽게 갈라지거나 벗겨집니다."라고 말했습니다.

팀의 BaSO4 조성이 이렇게 높은 반사율을 가진 또 다른 이유는 서로 다른 크기의 바륨황산염 입자를 사용했기 때문입니다. 빛을 반사할 때는 입자 크기가 중요합니다.

조셉 피플스(공동저자 겸 박사과정 학생)는 설명한다: "다양한 크기의 입자가 높은 농도로 존재하면 페인트가 가장 넓은 스펙트럼 확산을 가지게 되어 반사율을 가장 높게 만든다."

팀이 사용한 조제법은 상업용 페인트 생산과 호환됩니다.

퍼듀대학교는 BaSO4에 대한 특허를 출원했지만 아직 상용화할 계획은 없습니다.

그러나 빨리 시장에 나올수록 더 좋습니다. 에어컨은 현재 미국의 에너지 소비량 중 12%를 차지합니다. 또한 많은 에어컨이 수소불화탄소(HFC)를 사용합니다. HFC는 온실가스 비중은 작지만 이산화탄소보다 수천 배 더 많은 열을 가둘 수 있습니다.

따라서 BaSO4는 에너지 소비와 HFC 배출을 줄여 지구 온난화 대응에 기여할 수 있습니다.

이 기사는 로비 버먼 이 글은 원래 2021년 4월 Big Think에 게재되었으며 2022년 8월에 업데이트되었습니다. 2023년 4월 artofroof.com이 번역했습니다. 출처