열섬 부르는 콘크리트, ‘초냉각 시멘트’로 식힌다[기후테크가 온다]

中 연구진, 빛 반사하고 열 방출하는 시멘트 개발
38도 한낮에 초냉각 시멘트는 주변보다 5도↓

도심 속 콘크리트 건물은 낮 동안 햇빛을 흡수해 내부를 뜨겁게 달구고 밤에는 열을 내뿜으며 ‘열섬 현상’을 악화시킨다. 중국 동남대 재료공학과 연구진이 태양광을 흡수하지 않고 산란시키는 광학적 효과를 활용한 ‘초냉각(supercool) 시멘트’를 개발했다./로이터통신

도심 콘크리트 건물은 낮 동안 햇빛을 흡수해 내부를 달구고 밤에는 열을 내뿜으며 ‘열섬 현상’을 악화시킨다. 여름철 에어컨 사용량이 급증하는 이유도 여기에 있다. 콘크리트 건물을 식힐 에어컨 같은 소재가 개발됐다. 열을 흡수하지 않고 내보내 건물 온도를 낮추는 물질이다.

중국 동남대 재료공학과 서 웨이(Wei She) 교수 연구진은 “태양광을 흡수하지 않고 산란하는 초냉각(supercool) 시멘트를 개발했다”고 21일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다. 일반 시멘트가 햇빛을 받아 열을 저장하는 것과 달리, 이 시멘트는 햇빛을 반사하고 자외선을 흡수하지 않아 별도의 첨가제 없이도 스스로 온도를 낮출 수 있다.

연구진은 먼저 시멘트의 기본 재료인 작은 알갱이(클링커)의 화학 성분을 조절해, 햇빛을 잘 흩어지게 만드는 구조를 만들었다. 이후 여기에 압력을 가하는 방식으로 냉각 기능을 갖춘 시멘트를 제작했다. 시멘트 속 황산알루미늄칼슘 성분인 에트링가이트(ettringite)는 빛을 96.2% 반사하는 동시에 열을 내는 적외선은 96% 방출했다. 밖에서 오는 열을 차단하면서 내부 열을 방출해 냉각 효과를 거둔 것이다.

실제 성능 시험에서도 우수한 결과가 나왔다. 연구진이 초냉각 시멘트로 만든 판을 실제 건물 지붕에 설치하고 온도를 측정했다. 오후 1~2시 한낮에 기온이 섭씨 38.4도일 때 초냉각 시멘트는 주변보다 5.4도 낮았다. 같은 조건에서 일반 시멘트는 59도까지 달아올라 극명한 차이를 보였다.

실제 환경에서 측정한 초냉각 시멘트의 냉각 성능. A는 현장 성능 측정을 위한 장치. B는 직사광선 아래에서 초냉각 시멘트(파란색), 기온(검은색), 일반 시멘트(붉은색)의 온도 변화 비교 그래프./사이언스 어드밴시스

내구성도 뛰어났다. 얼었다 녹기를 반복하는 환경이나 부식성 액체, 강한 자외선에 노출돼도 시멘트의 강도와 반사 성질은 그대로 유지됐다.

이번에 개발한 시멘트가 상용화되면 단순히 에어컨 사용을 줄이는 것을 넘어, 온실 가스 배출도 줄일 수 있다. 인공지능(AI)을 기반으로 분석한 결과, 기존 시멘트를 초냉각 시멘트로 대체하면 70년 동안 t(톤)당 약 2.9t의 탄소 배출량을 줄일 수 있는 것으로 추정됐다.

논문 제1 저자인 궈 루(Guo Lu) 연구원은 “도심 건축물에 이런 냉각 시멘트를 적용한다면 에너지 절감 효과와 함께 기후 대응에도 중요한 전환점이 될 수 있다”며 “무겁고 열을 저장하는 기존 시멘트를 태양열 반사와 방출 기능을 가진 친환경 소재로 바꾼 혁신”이라고 말했다.

참고 자료

Science Advances(2025), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adv2820

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