전기변색 코팅이 효율적인 HVAC 달성에 핵심이 될 수 있다

HVAC 에너지 소비 줄이기

HVAC, 즉 난방·환기·공조는 전 세계 에너지 사용의 주요 부분을 차지하며, 여름에는 건물을 냉각하고 겨울에는 난방합니다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 HVAC는 상업용 건물 전체 에너지 소비의 약 40%와 주거용 건물의 35%를 차지합니다.

건물을 냉난방하는 방식을 개선하기 위해 많은 노력이 이루어졌습니다. 특히 핵심적인 방법은 열펌프의 도입으로, 기존 시스템보다 훨씬 효율적으로 열을 건물 안팎으로 이동시킵니다. 열펌프는 전통적인 난방기보다 2~4배 효율적이며 냉방에도 사용할 수 있습니다.

열펌프에 대한 자세한 내용은 “왜 열펌프가 가정용 기후 제어의 최우수 옵션으로 꼽히는가?”를 참고하세요.

열펌프는 시간이 지나면서 더욱 개선될 가능성이 있습니다. 현재는 주로 압축 방식을 이용해 열을 이동시키지만, 곧 전기열성 물질이 열펌프 효율을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

하지만 냉난방 에너지 비용을 줄이는 또 다른 방법은 애초에 불필요한 열 이동을 줄이는 것입니다. 단열이 부족한 주택이나 사무실에서는 실내외의 열 이동으로 HVAC 시스템에 불필요한 부담이 생깁니다.

우수한 단열은 첫 번째 단계이며 보통 초기 건축 설계에 포함되거나 비용이 많이 드는 리모델링·재건축이 필요합니다. 그러나 단열만으로는 한계가 있으며, 새로운 소재가 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어, 적응형 지붕 타일이 온도에 따라 난방 상태와 냉방 상태를 전환할 수 있습니다.

적응형 단열

단열재나 적응형 지붕 타일처럼 자동으로 반응하는 소재의 한계는 때로는 원하는 효과와 반대로 작용할 수 있다는 점입니다. 이상적으로는 필요에 따라 작동 상태를 바꾸어 건물에 들어오거나 밖으로 나가는 에너지의 양을 조절할 수 있는 소재가 바람직합니다.

이는 특히 창문 유리에 해당합니다. 겨울에는 가능한 한 많은 빛과 태양 에너지가 실내로 들어오기를 원하지만, 여름에는 건물을 덥히고 냉방 부하를 높이는 에너지의 유입을 줄여야 합니다.

이러한 발상에서 전기변색 필름이라는 개념이 나왔습니다. 이는 전기적으로 창문의 차광 상태를 조절할 수 있는 얇은 소재층입니다. 전압을 가하면 투명한 상태에서 색이 있는 상태로 바뀌어 빛과 태양열의 유입을 조절할 수 있습니다.

이 기술은 다공성이 매우 높은 소재인 금속-유기 골격체(MOF)를 활용합니다.

문제는 기존 MOF 필름이 느린 응답 속도와 낮은 안정성이라는 한계를 보였다는 점입니다. 이론적으로는 유망했지만 실용화에는 어려움이 있었습니다.

중국 하얼빈공업대학, 취저우대학, 중국 전자과학기술대학, 양저우대학 연구진이 개발한 새로운 MOF 설계는 이러한 한계를 개선할 가능성을 보여 주었습니다.

전기로 조절하는 차양

연구진은 새로운 유형의 MOF를 활용해 전기변색 필름을 개발했습니다. 구체적으로는 불소가 도핑된 산화주석(F-doped SnO2)을 4-메르캅토벤조산으로 개질하고, 3,3′-디히드록시-4,4′-비페닐디카르복실산을 사용해 Ni-IRMOF-74@MBA 필름을 제작했습니다.

이 결정성 물질은 금속 이온과 결합하는 유기 리간드의 길이를 바꾸어 기공 크기를 조절할 수 있으며, 얇은 필름으로 만들 수 있습니다. 이러한 특성은 전류의 흐름과 색상 제어, 내구성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

이 필름은 0.8V를 가하면 녹색으로, 1.6V를 가하면 짙은 적색 또는 적갈색으로 바뀝니다.

출처: ACS

이 필름은 4,500회의 변색 주기 후에도 95.7%의 성능을 유지하는 안정성과 약 2초의 빠른 응답 속도를 보였습니다.

이러한 시스템이 얼마나 널리 도입될지는 아직 분명하지 않습니다. 다만 탈탄소화와 에너지 소비 절감이 필요한 상황에서 도시의 환경 부담을 줄일 수 있는 또 하나의 수단이 될 가능성이 있습니다.

박막 기업

1. China Singyes New Materials Holdings Limited (8073.HK)

이 중국 기업은 2010년 광학 박막 소재 분야에 진출했습니다. 멀티미디어 상업용 디스플레이 시스템을 생산하며 지능형 조광 프로젝션 시스템, 멀티미디어용 투명 광전 유리 등을 개발합니다.

제품에는 불투명하게 전환할 수 있는 유리 벽과 내열 스마트 필름이 포함됩니다. 따라서 전기변색 유리의 활용 분야에서도 주목할 만한 기업이 될 수 있습니다.

출처: China Singyes

이 회사는 영문 재무 보고서를 공개합니다. 중국의 소규모 산업 기업이나 틈새시장 기업에서 항상 기대할 수 있는 것은 아닙니다.

이 회사는 2023년 자동차용 필름 생산으로 사업을 확대했습니다. 이는 중국 자동차 산업과 전기차를 비롯한 자동차 수출의 성장에 힘입어 확대되는 분야입니다.

전반적으로 이 회사는 혁신적인 소재를 개발하며, 중국 경제의 흐름과 호텔·사무실 등 실내 공간에서 광고를 표시하거나 사생활을 보호하기 위한 첨단 소재 수요 증가의 영향을 받을 수 있습니다.

2. Kewei Films

비상장 기업인 Kewei는 연간 6,000만 미터의 생산능력을 갖추고 있으며, 자사를 최대 규모의 ITO PET 필름·스마트 필름·윈도 필름 제조업체라고 소개합니다.

이 회사는 중국에서 창문 선팅 필름, 도장 보호 필름, 자동차 랩핑용 비닐 필름 및 스마트 필름을 생산하는 주요 업체입니다.

이 회사의 윈도 필름은 이미 냉방 비용을 줄이는 데 사용되고 있습니다. 또한 필요에 따라 불투명도를 조절할 수 있는 스마트 유리도 생산합니다.

출처: Kewei

Kewei의 생산 규모를 고려하면 스마트 필름 분야 투자자는 이 회사가 비상장 기업이라는 점을 염두에 두고 동향을 살펴볼 수 있습니다.

새로운 전기변색 코팅이 시장을 확대한다면, 규모가 큰 기존 업체는 대량 생산을 통해 제조 비용을 줄일 기회를 얻을 수 있습니다.