[핵잼 사이언스] ‘가장 완벽한 흰색 페인트’ 개발…빛 최대 98.1% 반사

미국의 과학자들이 가장 완벽한 흰색을 보여주는 도료(이하 페인트)를 개발했다.

영국 BBC뉴스 등 외신에 따르면, 퍼듀대 연구진은 자체 개발한 ‘울트라 화이트’ 페인트가 시험에서 태양광의 98.1%를 반사했다고 밝혔다. 이는 이들 연구자가 지난해 10월 개발 발표한 ‘슈퍼 화이트’ 페인트의 빛 반사율인 95.5%보다 2.6% 높은 것.

시험에서는 울트라 화이트 페인트를 칠한 면이 햇빛 아래일 경우 주위보다 13도 낮고 밤에도 7도 낮은 상태를 유지했다. 이는 이 페인트가 냉방 에너지 절약과 기후 변화 대책에도 도움이 될 수 있다는 점을 보여준다고 연구진은 말했다.

실제로 햇빛을 반사하는 수준이 높은 페인트로 지붕이나 옥상을 칠하면 냉방 에너지를 절약하는 효과를 볼 수 있는 데 이미 전 세계 많은 도시에서는 이른바 ‘시원한 지붕’(쿨루프)이라는 이름의 흰색 페인트로 지붕을 칠하는 캠페인을 통해 냉방 에너지 절약을 시도한다.

연구를 주도한 슈린 루안 교수는 “새로운 페인트를 약 92㎡의 지붕 면적에 도포하면 10㎾의 냉각 능력을 얻으리라 추정된다”면서 “이는 많은 건물에서 사용하는 중앙 냉방 공조 장치보다 훨씬 더 강력한 것”이라고 설명했다.

연구진은 또 대략 계산했을 때 지구상의 모든 지붕 등 지표면의 0.5~1%를 울트라 화이트 페인트로 덮을 수 있으면 지구 온난화를 역전할 수 있다고 말했다.

그렇다면 울트라 화이트 페인트는 어떻게 완벽에 가깝게 하얗게 보이는 것일까. 이는 그 속에 함유된 황산바륨의 입자가 불균일하기 때문이다. 앞서 연구진은 이 페인트를 개발하기 위해 100여 가지의 재료를 검토하고 그 목록을 10가지로 좁혀 각각 50가지의 배합을 검사했다. 이를 통해 결국 이전에 사용한 탄산칼슘이 아닌 황산바륨이 가장 효과적이라고 결론지을 수 있었다.

사진 인화지나 화장품을 하얗게 만드는데도 쓰이는 황산바륨을 단순히 재료로만 사용하는 것으로는 태양광을 극한까지 반사할 수 없다. 하지만 황산바륨 입자가 빛을 산란하는 양은 입자의 크기에 의존하므로 입자의 크기 차이를 크게 할수록 햇빛에 포함된 빛의 스펙트럼을 더 많이 산란할 수 있다.

연구진은 “현재 우리의 페인트를 생산하고 판매하기 위해 한 회사와 협력하고 있다”면서 “페인트의 가격은 시판 페인트와 비슷할 것”이라고 말했다.

루안 교수에 따르면, 한 박물관이 울트라 화이트 페인트를 이른바 반타 블랙이라고 불리는 가장 완벽한 검은색을 보여주는 페인트 물질과 나란히 전시하기 위해 문의해 왔다.

반타 블랙은 2014년 영국 과학자들이 개발한 물질로, 이는 거의 모든 빛을 흡수하므로 잠재적인 용도는 울트라 화이트 페인트와 거의 정반대이다. 예를 들어 반타 블랙은 우주 망원경에서 사용해 천체로부터 온 빛을 측정하는 능력을 방해할 수 있는 미광을 흡수할 수 있다.

하지만 반타 블랙은 탄소 나노튜브를 코팅한 것으로, 모든 사람이 이용할 수 있는 페인트는 아니다. 이 페인트는 터너상을 받았던 조각가 겸 화가인 애니시 커푸어가 예술 작품 사용에 관한 독점권을 구매하면서 논란을 일으킨 바 있다. 반면 영국에 기반을 둔 예술가 스튜어트 셈플은 자신이 개발한 세계에서 가장 완벽한 분홍색 안료를 웹사이트를 통해 커푸어를 제외한 모든 사람이 구매할 수 있도록 했다.

반타 블랙의 개발업체인 샐리 나노시스템스 측은 커푸어와의 독점 거래로 인해 박물관에서 가장 하얀 페인트와 가장 검은 페인트를 나란히 전시하는 것을 막지는 않을 것이라고 말했다. 이 업체는 그것은 예술이 아니라 빛과 어둠의 양극단의 배경에 있는 과학 기술에 관심이 있는 사람들을 위한 교육적인 전시로 볼 것이라고 말했다.

끝으로 루안 교수는 자신들이 개발한 울트라 화이트 페이트를 제조하는 것은 회사의 몫이 되겠지만, 모든 사람이 이 페인트를 사용하길 기대한다고 덧붙였다.

자세한 연구 성과는 미국 화학학회(ACS) 회보인 ‘응용 재료와 계면’(Applied Materials and Interfaces) 15일자에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr