KAUST 연구원, 지속 가능한 거리 조명을 위한 새로운 나노플라스틱 개발
KAUST와 King Abdulaziz City for Science and Technology(KACST)가 공동으로 진행한 새로운 연구에서는 나노재료가 LED(발광 다이오드) 가로등의 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 방법을 보여줍니다. 연구원 팀은 이 기술을 채택함으로써 미국만으로도 이산화탄소 배출량을 100만 미터톤 이상 줄일 수 있을 것으로 추정합니다.
nanoPE라고 불리는 나노 소재는 LED 표면의 열 복사 방출을 향상시켜 LED 온도를 낮춥니다. LED는 열을 발생시키며, 이로 인해 온도가 상승하고 LED 전자 장치가 손상되고 LED 수명이 단축될 위험이 있습니다. 실제로 LED 입력 에너지의 약 75%가 결국 열로 손실됩니다.
연구리더, KAUST 교수 차오치앙 간"LED는 뛰어난 효율성과 수명으로 인해 선호되는 광원입니다. 그러나 작은 개선으로 LED가 더욱 향상될 수 있으며, 작은 개선이라도 어디에서나 사용할 때 큰 효과가 있기 때문에 지속 가능성에 큰 차이를 만들 수 있습니다"라고 Gan은 말했습니다. 그는 조명이 전 세계 연간 전력 소비량의 약 20%를 차지하며 전 세계 온실가스 배출량의 거의 6%에 기여한다고 덧붙였습니다.
KACST 미래 에너지 기술 연구소 소장이자 연구에 기여한 Hussam Qasem 박사는 "우리의 설계는 높은 조명 효율을 유지하면서 LED 냉각을 크게 향상시켜 사우디아라비아의 지속 가능한 조명을 위한 유망한 솔루션이 되었습니다"라고 말했습니다.
일반적인 LED 가로등은 조명할 물체를 향해 빛을 비추기 때문에 지면을 향합니다. 또한 열 복사가 LED 내부에 갇혀 있도록 설계되었습니다. 반면, nanoPE로 코팅된 가로등은 말 그대로 거꾸로 뒤집혀서 조명 대상에서 멀어지고 하늘을 향하게 됩니다.
이러한 반전이 일어나는 이유는 열복사에 가장 큰 영향을 미치는 빛인 적외선은 통과하고 가시광선은 반사되도록 NanoPE가 설계되었기 때문입니다. 연구 결과, nanoPE로 코팅된 LED 가로등에서 방출되는 적외선의 80% 이상이 nanoPE를 통과하여 하늘을 향해 계속되는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 방출되는 가시광선의 95% 이상이 nanoPE에서 반사되어 다시 땅으로 돌아와 아래 영역을 비춥니다.
NanoPE는 세계에서 가장 널리 생산되는 플라스틱인 폴리에틸렌을 기반으로 합니다. 낮은 파장의 빛(가시광선)은 반사하고 높은 파장의 빛(적외선)은 통과시키는 나노플라스틱을 만들기 위해 과학자들은 플라스틱에 사람 머리카락 굵기의 약 1000배 작은 30nm의 작은 구멍을 만든 다음 늘려서 더 얇은 시트로 변형시켰습니다.