이번에는 단열재로 많이 사용되고 있는 에어로젤에 대해 알아보고자 합니다. 에어로젤이라는 이름에서 알수 있듯이 젤타입의 특성과 함께 에어와 같이 가벼운 고체라는 특성을 가지는 단열재입니다.
아직은 생소할 수 있는 재질이지만, 다양한 분야에서 사용되는 만능 단열재로 특수한 환경에서 잘 견대는 소재입니다. 고체이자 동시에 99.8% 기체인 이 물질에 대해 알아보도록 하겠습니다.
에어로젤은 무엇인가요?
에어로젤의 개발
에어로젤은 1930년대 미국의 화학자 사무엘 키슬러(Samuel Kisstler)에 의해 처음 개발되었습니다.
젤의 액체 성분을 제거하고 기체를 대체하는 방법으로 만들어졌는데, 처음에는 실리카(SiO2)를 주로 사용하여 만들어졌다고 합니다.
2003년 한국인 공학자 이강필 박사가 미국에서 세운 ‘아스펜 에어로젤’이라는 기업에서 세계 최초로 실용화에 성공하였는데 에어로젤에 특수섬유를 더해, 쉽게 깨지지않고 대량생산이 가능하도록 만들었다고 하네요.
국내에서는 1990년대부터 에어로젤에 대한 연구가 시작되었는데, 최근에는 한국에너지기술연구원(KIER)에서 저가 에어로젤 생산 기술을 개발하였습니다. 이 기술을 통해 기존의 복잡하고 고비용이 드는 제조 공정을 단순화하였고, 대량생산이 가능해졌습니다.
현재 국내에서 상용화 초기 단계에 있습니다. 한국에너지기술연구원은 연간 5톤 규모의 시제품을 생산하고 있고, 가격도 수입산의 절반 이하로 낮추는데 성공하였습니다.
지속적인 기술 개발이 이루어지고 있으니 머지않아 국내에도 상용화가 되지 않을까요?
에어로젤의 특징
에어로젤의 4가지 주요 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다.
- 가벼움 : 99.8%의 공기로 이루어진만큼 매우 가벼운 소재입니다. 공기보다 살짝 무거운 정도라고 하니 매우 가볍겠죠? 당연히 밀도가 매우 낮습니다.
- 뛰어난 단열성 : 열전도율이 제일 낮은 물질 중 하나가 공기인데 공기로 이루어진 에어로젤은 당연히 열전도율이 매우 낮습니다. 열의 전도, 대류, 복사를 효과적으로 차단하기에 최고의 단열재라고 할수 있겠죠?
- 방음성 : 소리의 진동을 흡수하는 능력 또한 있답니다. 다공성 구조로 인해 소리 전달을 막아주는 기능을 한답니다.
- 내화성 : 불에 강한 특성을 가지고 있기에 고온 환경에서도 안정적으로 활용할 수 있습니다.
에어로젤의 어떤 성분
에어로젤은 주로 실리카(SiO2)로 만들어지며, 알류미늄(Al), 탄소(C), 크로뮴(Cr), 주석(Sn) 등 다양한 물질로도 제조될 수 있습니다.
- 실리카(SiO2) : 모래의 주요성분으로 매우 안정적이고 열전도율이 낮아 단열재로 많이 쓰이는 소재입니다. 대부분의 에어로젤은 이 소재로 만들어집니다.
- 탄소(C) : 열전도율이 높고, 적외선 복사를 흡수하여 단열 성능을 높여줍니다. 또한 흡습성을 띄고 있기 때문에 제습제 역할도 같이 할수 있습니다.
- 알루미늄(Al) : 가볍고 내식성이 뛰어나며, 열전도성도 좋습니다.
- 크로뮴(Cr) : 내식성이 뛰어나고, 고온에도 안정적입니다.
- 주석(Sn) : 가공성이 뛰어나고, 내식성이 좋아 제작 단가를 낮출 수 있습니다.
활용 방안
에어로젤은 단열재로 뛰어난 성능을 발휘하지만 그외에도 많은 곳에서 사용할 수 있는데 아래와 같은 곳에서도 자주 사용되고 있답니다.
- 방화복 : 소방관의 방화복 소재로 사용되어 화재 현장에서의 안전을 높이는 역할을 합니다.
- 겨울철 방한의류 : 겨울철 외투나 장갑, 부츠 등에도 사용되며, 가벼운 무게와 보온성때문에 활동성을 유지할수 있습니다.
- 방음재 : 자동차나 비행기, 건물의 방음재 역할도 충분히 수행할 수 있습니다.
- 흡착제 : 화학물질을 흡착하는 능력을 가지고 있어서 오염물 제거나 공기 정화, 기름유출시 기름 흡착 등의 역할도 가능합니다.
- 우주선 : 가볍고 뛰어난 단열 성능으로 인해 우주선의 단열재, 탐사선의 장비 보호제로서 사용된답니다.
- 전자기기 : 절연기능또한 뛰어나기에 전자기기의 열관리 목적으로 사용되기도 합니다.
- 의료장비 : 생체 적합성이 뛰어나 약물전달시스템, 인공장기, 의료용 패치 등에서도 사용됩니다.
- 스포츠 장비 : 가볍고 충격흡수가 뛰어나기에 헬멧, 보호대, 운동화 등의 스포츠 장비에도 자주 사용됩니다.
에어로젤은 상용화 되었나요?
에어로젤을 만드는 기업들
아직은 에어로젤이 대중적으로 사용하는 소재가 아니기 때문에 생소하게 느껴질 수 있을텐데요.
국내외 에어로젤을 생산하거나 활용하는 기업들에 대해 간단히 소개해보도록 하겠습니다.
에어로젤 관련 기업들(해외)
1. Aspen Aerogels, Inc. (미국)
- 활용 분야: 건축, 산업, 석유 및 가스
- 특징: Aspen Aerogels는 고성능 단열재를 제공하며, 특히 석유 및 가스 산업에서 파이프라인과 장비의 단열에 사용됩니다.
2. Cabot Corporation (미국)
- 활용 분야: 건축, 산업, 전자기기
- 특징: Cabot Corporation은 에어로젤을 건축 자재와 전자기기 열 관리 솔루션으로 사용합니다. 또한, 산업용 단열재로도 활용됩니다.
3. Svenska Aerogel Holding AB (스웨덴)
- 활용 분야: 건축, 환경 보호
- 특징: Svenska Aerogel은 에어로젤을 건축 자재와 환경 보호 솔루션으로 사용합니다. 특히, 건물의 단열과 소음 차단에 중점을 둡니다.
4. BASF (독일)
- 활용 분야: 건축, 자동차, 항공우주
- 특징: BASF는 에어로젤을 건축 자재, 자동차 부품, 항공우주 산업의 단열재로 사용합니다. 특히, 경량화와 단열 성능을 동시에 제공하는 제품을 개발하고 있습니다.
5. Green Earth Aerogel Technologies (스페인)
- 활용 분야: 환경 보호, 산업
- 특징: Green Earth Aerogel Technologies는 에어로젤을 환경 보호와 산업용 흡착재로 사용합니다. 특히, 오염 물질 제거와 기름 유출 사고 대응에 중점을 둡니다.
에어로젤 관련 기업들(국내)
1. 아이원 (Iwon)
- 활용 분야: 전기차 배터리, 에너지 저장 장치(ESS), 전동 킥보드, 전기 자전거
- 특징: 아이원은 에어로젤을 전기차 배터리의 단열 소재로 사용하여 배터리 화재 위험을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 또한, 다양한 배터리 모양에 맞춤형으로 성형할 수 있는 기술을 보유하고 있습니다.
2. 자연으로 에어로젤 (Jayonuro Aerogel)
- 활용 분야: 건축 자재, 친환경 도료
- 특징: 자연으로 에어로젤은 친환경 천연소재 도료 및 벽지를 개발하여 건축 자재 시장에서 성능을 인정받고 있습니다. 에어로젤을 기반으로 한 단열 도료를 제공하여 에너지 효율을 높이고 있습니다.
3. 지오스 (Geos)
- 활용 분야: 산업용 단열재, 건축 자재
- 특징: 지오스는 에어로젤을 산업용 단열재와 건축 자재로 사용하여 에너지 절약과 단열 성능을 극대화하고 있습니다. 특히, 상온·상압 공정 방식을 통해 에어로젤을 생산하고 있습니다.
에어로젤이 적용된 제품들
※ 참고 그림을 클릭하면 제품의 자세한 정보 확인이 가능해요!
- 콜롬비아(Columbia) – Omni-Heat Infinity Line 제품
- 던롭(Dunlop) – 에어로젤 4D 배드민턴 자켓
- 아스펜 에어로젤(Aspen Aerogels) – 극저온 단열재
- 필킹턴(Pikington) – Spacia 단열 유리
- 에널센스(Enersens) – 화학물질 흡착재
