머잖아 태양열 온수기나 발전기 폐열을 이용한 건물냉방 기술이 실용화 될 전망이다.

MIT 발간 과학저널 테크놀로지리뷰는 지난 3월 30일 미국 에너지부 산하 PNNL의 연구진이 이러한 기술 적용을 위해 새로운 다공성 물질을 개발하고 있다고 밝혔다.

이 물질을 활용하면 냉장고와 에어컨에 적용되는 기존의 흡착식 냉동 공정을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구의 책임자인 피터 맥그레일(Peter McGrail)은 새로운 물질를 사용하면 기존 냉동기의 크기를 75% 줄일 수 있으며, 비용은 절반 수준이 될 것으로 예상하고 있다고 한다. 따라서 일반적인 공기 압축 냉동기와 경쟁이 가능하다는 것.

흡착식 냉동기는 일반적으로 전기 압축기를 이용하는 냉동기 보다 훨씬 비효율적이며, 부피가 크고 비싸다. 하지만 전기를 거의 사용하지 않기 때문에 가동이 되면 경제적이다. 맥그레일은 폐열만 있다면 추가 비용 없이 흡착식 냉동기를 가동할 수 있다고 말한다.

지금까지 이들 냉동기는 폐열이 많이 발생하는 산업단지나 발전소 등 한정된 분야에 제한돼 왔다. 맥그레일은 말한다. “크기를 줄이고 비용을 절감하는 것은 태양열 온수기를 사용할 수 있는 일반 가정에 매력적인 요소가 될 것입니다.”

중요한 것은 고체 흡착제의 물성을 개선하는 것이다. 흡착식 냉동기에서 증발된 냉매는 실리카겔과 같은 고체 표면에 흡착된다. 실리카겔은 작은 공간에 많은 양의 물을 보유할 수 있다. 겔이 가열되면 물분자를 체임버로 배출하고, 체임버안의 수증기 농도가 증가하면 물이 응축될 때까지 압력이 증가된다.

맥그레일은 이러한 실리카겔을 자기조립을 통한 복잡한 3차원 형상을 한 나노구조 물질(사진 참조)로 대체하려 한다.

이 물질은 실리카겔보다 많은 기공을 갖고 있어 물분자를 흡착할 수 있는 표면적이 크며 실리카겔보다 약 3~4배 무게의 물을 더 잡아둘 수 있어 냉각기 전체 크기를 줄이는데 도움이 된다.

또한 새로운 물질은 물분자에 대해 결합력이 작다. 따라서 물분자를 자유롭게 하는데 필요한 열의 양을 줄일 수 있어 공정을 보다 효율적으로 만들며, 물의 흡착과 탈착을 50~100배 빠르게 진행할 수 있다. 이러한 장점은 역시 냉각기의 크기를 줄이는데 도움이 된다.

메릴랜드 대학 환경에너지엔지니어링센터의 황윤호 교수는 흡착식 냉동기가 전기 압축기를 사용하는 냉동기보다 2~3배 더 크기 때문에, 현재의 크기 대비 75%까지 축소하는 것은 충분한 경쟁력을 가진다고 말한다. 황교수는 흡착식 냉각기가 비교적 낮은 온도를 이용하기 때문에 태양열 온수기에서 얻어지는 온수를 효과적으로 활용할 것으로 보고 있다.