폭염에 맞선 냉방 신기술, 나비 날개로 식힌다

지구온난화에서 이제는 지구열대화라는 말이 나올 정도로 세계 곳곳에서 폭염으로 몸살을 앓고 있다. 우리나라도 전국에 폭염과 열대야가 기승을 부리고 있다. 강릉의 경우 새벽 최저 기온이 30도를 웃도는 초열대야도 나타났다. 

올 7월 한달 동안 세계 평균 기온은 섭씨 17.08도를 기록하여 역대 최고치(지금까지는 2016년 8월의 기온 섭씨 16.8도)를 기록했다. 심지어 한 겨울인 남반구의 기온이 30도를 넘었다.

이러한 지구온난화에 맞서 최근 모르포(Morpho) 나비의 날개를 모방해 전기를 쓰지 않고도 냉방을 할 수 있는 신기술이 개발되고 있다. 

모르포 나비는 밝게 빛나는 파란 날개로 유명하다. 지난 7월 20일 중국 셴젠(深圳)대학교의 구오핑왕(Guo Ping Wang)교수 연구진은 국제학술지 '옵티카(Optica)'에 "모르포 나비의 표면 구조를 모방한 필름으로 한낮의 자동차 내부 온도를 크게 낮출 수 있다"고 밝혔다.

모르포 나비의 날개에는 색소가 없다. 대신 날개에 덮여 있는 비늘 표면에 광결정(光結晶) 구조가 있다. 모르포 나비의 광결정은 파란색 파장의 빛만 반사하고 다른 빛은 그대로 통과시킨다. 이 때문에 나비 날개가 파랗게 보이는 것이다. 나비 날개의 독특한 나노구조에 의해 파란빛을 반사하고 다른 빛은 흡수하기 때문에 가능한 것이다. 모르포 나비의 비늘은 두 개의 층으로 나뉘어 있는데, 하나는 볼록하게 나와 있고 그 뒤의 짙은 색 비늘은 평평한 구조로 되어 있다. 볼록한 첫 번째 층에서 파란빛의 파장만을 반사하고, 나머지 파장 대역의 빛은 첫 번째 층을 투과해서 두 번째의 어둡고 평평한 층에 의해 흡수된다.

자동차에 청색 페인트를 칠할 경우 파란색을 반사하지만 동시에 다른 노란색 계열의 빛은 흡수한다. 흡수된 이들 빛이 자동차 온도를 높이는 것이다. 모르포 나비 날개를 모방한 필름은 페인트처럼 빛을 흡수하지 않고도 원하는 색상을 구현할 수 있다. 따라서 그만큼 자동차 온도가 떨어진다.

중국 셴젠대 연구진은 나비의 광결정 구조를 모방해 얇은 필름을 설계했다. 필름은 두께가 수 마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만분의 1m)이고 세 층으로 이루어졌다. 맨 위는 보호층이고, 그 아래는 나비 날개의 광결정처럼 무수히 많은 작은 구조가 있는 반투명 유리를 넣었다. 맨 아래는 그곳까지 투과한 빛을 반사하는 은(銀)거울이다.

연구진은 이처럼 나비 날개를 모방해 빨강, 초록, 파랑 등 여러 색상의 필름을 적층(積層)으로 만들어 7시간 동안 햇빛에 노출했다. 필름들은 모두 주변 공기보다 2도 낮은 온도를 유지했다. 그리고 맨 밑의 은거울을 여러 층으로 만들면 최대 10도까지 온도를 낮출 수 있다고 밝혔다.

냉각 효과는 실제 자동차에 필름을 적용하자 더욱 뚜렷하게 나타났다. 햇빛 아래 주차한 자동차에 일반 페인트를 칠한 필름을 붙였더니 온도가 75도까지 올라갔다. 하지만 나비 날개 모방 필름을 붙였을 때에는 42도 온도를 유지했다. 무려 30도 이상의 온도차를 보인 것이다.

중국 셴젠대 연구진은 "모르포 나비의 날개를 모방한 컬러 필름이 전기 자동차 에어컨의 에너지 소비를 크게 줄여 차량의 주행거리를 늘릴 수 있다"고 전했다.