강철보다 강하고 최신 첨단 목재로 건물을 냉각시킬 수 있음

• 새로운 유형의 목재는 햇빛을 반사하고 과도한 열을 방출합니다.
• 이 새로운 목재의 중량당 기계적 강도는 강철보다 3배 더 강합니다.
• 건물 온도를 최대 10°C까지 떨어뜨리고 냉각 비용을 60% 절감할 수 있습니다.

미국에서 건물은 전기 사용의 거의 70%를 차지하며 연간 4,300억 달러 이상의 국가 에너지 청구서를 생성합니다. 냉방과 난방만 이 에너지 사용의 48%를 차지합니다.

열역학 제2법칙에 따르면 난방보다 냉방이 더 어렵다. 지금까지 과학자들은 콘크리트 및 철강 생산을 처리하는 방법과 냉각 비용을 줄이기 위한 다양한 수동 냉각 방식에 대한 다양한 기술을 제시했습니다.

이제 메릴랜드 대학교와 콜로라도 대학교의 연구원들이 햇빛을 반사하고 과도한 열을 방출하는 목재 재료를 사용하여 모든 것을 관리하는 것처럼 보이는 단일 솔루션을 발견했습니다.

새 나무 만들기

대부분의 재료는 열을 흡수하여 근적외선(IR) 광자로 방출합니다. 그런 다음 이 광자는 주변 공기 분자에 흡수되어 해당 지역을 뜨겁게 만듭니다. 지난 몇 년 동안 과학자들은 열을 포착하고 더 긴 중적외선 파장에서 방출하는 페인트와 플라스틱 필름을 개발했습니다. 이 경우 광자는 열을 깊은 공간으로 내보내고 공기는 이러한 파장을 흡수하지 않기 때문에 주변 지역은 차갑게 유지됩니다.

연구팀은 페인트나 플라스틱 시트를 사용하는 대신 목재 재료에서 이러한 동작을 모방하려고 했습니다. 목재는 두 가지 주요 요소로 구성됩니다.

참조:ScienceMag | DOI:10.1126/science.aau9101 | 메릴랜드 대학교

리그닌은 IR 광자를 강하게 방출하므로 연구자들은 목재에서 이 요소를 제거하기로 결정했습니다. 이를 위해 그들은 과산화수소 용액에 나무를 담그었습니다. 그런 다음 화학 처리된 목재를 압축하여 조밀한 수소 결합 메쉬를 형성했습니다.

그 결과 천연 나무보다 8배 더 강한 소재가 탄생했습니다. 실제로 이 신소재의 중량당 기계적 강도는 강철보다 3배 이상 강합니다. 스크래치 테스트에서 나무가 쉽게 손상되지 않는 것으로 나타났으며 압축 테스트에서 천연 나무보다 더 많은 무게를 견딜 수 있음을 보여주었습니다.

효율성

리그닌을 제거함으로써 목재는 거의 모든 들어오는 광선을 반사하여 흰색으로 변합니다. 플라스틱 시트만큼 효율적으로 열을 방출하지는 않지만 실제로 큰 차이를 만들 수 있습니다.

새 목재 샘플 | 크레딧:UMD

목재를 건물 외부에 고정하면 최대 10°C까지 온도를 낮추어 냉방 비용을 60% 절감할 수 있습니다. 더 인상적인 것은 나노기술이 전적으로 나무를 기반으로 한다는 것입니다. 관련된 다른 구성 요소(예:폴리머)가 없습니다.

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그러나 새 목재는 가연성이며 아스팔트 슁글과 같은 표준 지붕 재료보다 내구성이 훨씬 떨어집니다. 게다가 비용이 많이 들고 잠재적인 에너지 절약이 비용을 상쇄하지 못할 수도 있습니다.