현대차그룹이 지난 20일 '나노 테크데이 2023'를 개최했습니다. 나노(Nano)소재를 기반으로 한 다양한 나노기술을 공개해 관심을 끌었는데요. 나노기술은 머리카락 굵기의 10만분의 1에 불과한 미세한 크기의 미립자 물질을 합성하거나 분자구조를 재배열해 새로운 물질특성을 가진 소재를 만드는 기술을 말합니다.
1나노미터(nm)는 10억분의 1미터(10-9m)를 의미하죠. 밀리미터(mm)로 환산하면 10만분의 1밀리미터(0.001미크론(㎛))로 고배율의 현미경으로 확인해야 할 만큼 매우 작은 단위입니다.
현대차그룹이 나노 테크데이에서 소개한 신기술은 크게 6개 인데요. 도장표면의 스크래치와 같은 손상부위를 반영구적으로 스스로 복원해 주는 셀프 힐링(Self-Healing, 자가치유) 고분자 코팅기술, 나노 캡슐로 부품마모를 획기적으로 줄이는 오일 캡슐 고분자 코팅, 자동차와 건물 등 투명성능이 요구되는 모든 창에 적용 가능한 투명 태양전지와 모빌리티 일체형 탠덤(Tandem) 태양전지, 센서없이 압력만으로 사용자의 생체신호를 파악하는 압력감응형 소재, 차량 내부의 온도상승을 획기적으로 저감하는 투명 복사 냉각필름입니다.
그중 눈길을 끄는 것는 투명 복사 냉각필름이었는데요. 차량 유리에 틴팅필름처럼 투명한 복사 냉각필름을 붙이는 것만으로도 별도의 에너지 소비없이 뜨거운 태양 아래에서 차량의 내부온도가 올라가는 방지해 주는 것이 특징입니다.
뜨거운 여름철 뙤약볕에 노출된 자동차의 경우 실내온도가 무려 40도 가까이 올라가 차량내부에 둔 물체가 변형되거나 변색될 뿐 아니라 라이터 등과 같은 인화성 물질이 있을 경우 폭발할 수도 있습니다. 이 때문에 최근까지도 신차를 구입할 경우 실내온도가 급상승하는 것을 막아주는 열차단 틴팅 필름을 찾는 운전자들이 많죠.
이러한 열차단 틴팅필름은 일반적인 틴팅필름보다 가격이 비싸지만 카본이나 티타늄 등 금속원소를 나노세라믹 코팅기술을 적용함으로써, 유리창에 내리쬐는 열을 흡수해 차량 실내로 복사열이 유입되는 것을 막아주는 열차단 효과가 뛰어나 만족도가 높은 편입니다.
특히 진공상태에서 필름 표면에 금속성분을 원자단위로 박막 코팅하는 스퍼터(Sputter)공법의 경우 열을 흡수하는 양이 적어지므로 재방출하는 열량 역시 적어 기존 열차단 틴팅보다 열차단 효과가 높은 것이 장점입니다.
이 때문에 열차단 틴팅필름은 자동차 뿐 아니라 대형 유리창을 적용하고 있는 건축용 유리에도 널리 사용되고 있는 추세입니다. 그러나 이러한 열차단 틴팅필름도 오랜시간 태양에 노출될 경우 시간이 갈수록 뜨거워진 차량유리의 열이 실내로 재방출되는 것이 단점입니다. 특히 시공한지 오래되면 오래될수록 열차단 효과가 떨어지는 경향이 있지요.
이번에 소개된 투명 복사 냉각필름은 복사냉각을 이용해 이러한 열차단 틴팅필름과 같은 역할을 하는 것이 특징입니다.
일반적으로 물체나 기체에서 발생되는 열은 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하게 되는데요. 물체사이에 매개체가 있을 경우 전도 또는 대류를 통해 열전달이 이뤄지지만 매개체가 없을 경우에는 복사라는 물리적 현상을 통해 열전달이 이뤄지게 됩니다. 복사냉각이란 물체가 복사열을 흡수하는 양보다 방출하는 양이 많아 온도가 내려가는 현상을 말합니다.
새로운 투명 복사 냉각필름은 4개의 레이어(4중 구조)로 구성돼 있는데 다층 필름구조로 외부로부터 들어오는 자외선, 가시광선, 근적외선과 같은 열을 차단하고 효과적인 복사 냉각을 위해 원적외선대의 열을 방사하는 것이 특징입니다. 가장 바깥쪽 피막은 원적외선 영역에서 열을 방출하고 가운데 레이어에서는 근적외선 영역에서 열을 반사하는 역할을 합니다.
또한 나머지 2개는 차량 내부로 들어오는 열을 반사하고, 내부의 열을 외부로 방출시키는 역할을 한다는 것이 개발자의 설명입니다. 이를 통해 같은 실험조건에서 투명 복사 냉각필름을 적용한 차량이 일반 유리보다 차량 실내온도가 최대 7,69도, 열차단 필름을 적용한 차량보다는 최대 6.89도 낮은 것으로 나타났습니다.
또한 기존 틴팅필름이 외부의 열 차단만 가능한 반면, 투명 복사 냉각필름은 열이 외부로 방출되도록 하는 기능이 추가됨으로써 차량 내부환경을 쾌적하게 하는 동시에 탄소저감 효과까지 얻을 수 있는 것이 장점입니다.
여름철 뜨거운 실내온도를 낮추기 위해 차량에 타자마자 에어컨을 최대풍량으로 작동하게 되면 아무래도 차량이 많은 에너지를 소비하게 됩니다. 실내온도가 낮을 경우 여름철 차량 탑승직후 에어컨 사용량을 크게 줄일 수 있기 때문에 차량운행주기(LCA) 탄소배출량을 약 0.3~0.8% 줄일 수 있을 것이라는 것이 회사측의 설명입니다.
최근 전동화 차량을 비롯한 미래 모빌리티는 유리면적이 엄청나게 넓어지고 있는데요. 이 때문에 실내 공간의 쾌적감과 거주 편의성을 높이고 탑승객 보호를 위해 투명 복사 냉각필름 활용도는 더욱 커질 것으로 보입니다.