▲ 대면적 투명복사냉각 필름의 차량 적용 개념도 / 가시광 투과, 근적외선 반사, 중적외선 방출 기능을 동시에 수행하는 4층 구조의 STRC 필름과 차량 유리 적용 개념을 나타낸다.(그림 및 설명=서울대학교 고승환 교수)  © 특허뉴스

여름철 태양 복사에 노출된 차량의 실내 온도를 전기 없이 낮출 수 있는 ‘투명 복사냉각 필름’ 기술이 개발됐다. 실제 차량을 대상으로 다양한 국가와 계절, 주차 및 주행 조건에서 검증한 결과, 실내 온도를 최대 6.1℃ 낮추고 냉방 에너지를 20% 이상 절감하는 효과가 확인됐다.

한국연구재단은 서울대학교 고승환 교수, MIT 강 첸(Gang Chen) 교수, 현대차·기아 기초소재연구센터 및 열에너지통합개발실 공동 연구팀이 차량 유리에 적용 가능한 대면적 투명 복사냉각(STRC, Scalable Transparent Radiative Cooling) 필름을 설계·제작하고, 실차 평가를 통해 냉방 에너지 절감 및 탄소 저감 효과를 입증했다고 밝혔다.

여름철 차량은 태양 복사에 의해 실내 온도가 빠르게 상승하며, 이에 따라 막대한 냉방 에너지가 소모된다. 기존의 로이(Low-E) 코팅이나 틴팅 필름은 태양광 유입을 일부 차단하지만, 이미 실내에 축적된 열을 외부로 효과적으로 방출하는 데에는 한계가 있었다.

이를 보완하는 대안으로 복사냉각 기술이 주목받아 왔다. 복사냉각은 태양광 에너지를 차단하는 동시에 내부 열을 외부로 방출해 전력 없이도 냉각 효과를 구현하는 기술이다. 그러나 기존 복사냉각 소재는 대부분 불투명해 자동차 유리창 적용이 어려웠다.

연구팀은 가시광 투과율 70% 이상을 유지하면서도 태양 근적외선을 반사하고, 중적외선 영역에서 차량 내부 열을 외부로 방출하는 다층 구조의 대면적 투명 복사냉각 필름을 개발했다. 이 필름은 전기에너지를 소비하지 않으면서 실내 온도 상승을 억제하고, 열쾌적성 도달 시간을 단축해 전기차의 전력 소모를 줄일 수 있도록 설계됐다.

한국, 미국, 파키스탄 등 서로 다른 기후 지역에서 여름과 겨울, 주차 및 주행 조건을 포함한 실차 실험 결과, 해당 필름을 적용한 차량은 모든 조건에서 일관되게 더 낮은 실내 온도를 유지했다. 여름철 냉방 에너지 절감 효과는 겨울철 난방 증가분을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 또한 실차 데이터를 반영한 시뮬레이션에서는 에어컨 작동 후 쾌적 상태에 도달하는 시간이 17분 단축되는 것으로 분석됐다.

연구진은 이 기술을 미국 전체 승용차에 적용할 경우 연간 약 2,540만 톤의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있으며, 이는 도로 위 차량 약 500만 대를 제거하는 것과 동등한 효과에 해당한다고 분석했다.

제1저자인 이민재 연구원(서울대학교/현대차·기아)은“이번 연구는 실험실 성능에 머무르지 않고, 서로 다른 국가와 계절, 운행 조건을 고려해 실제 차량으로 검증했다는 점에서 의미가 크다”라고 말했다. 고승환 교수(서울대학교)는“투명 복사냉각 기술이 실제 차량 환경에서도 적용 가능함을 실증적으로 보여준 첫 사례”라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 에너지·환경 분야 국제학술지 'Energy & Environmental Science'에 2월 4일 온라인 게재됐다.

논문명은 Towards decarbonization in transportation: scalable transparent radiative cooling for enhanced vehicle energy efficiency이다.