'얼어붙은 연기'는 유리 벽돌을 튼튼하고 단열 효과가 뛰어나게 만듭니다.

1930년대에 발명된 재료가 어떻게 건물을 짓는 방식에 혁명을 일으킬 수 있었는지

NASA의 스타더스트 임무는 혜성의 꼬리에서 먼지를 성공적으로 수집하여 지구로 돌려보냈습니다. ... [+] 수집 매체로 사용되는 에어로겔은 JPL에서 개발되었습니다. 이 2002년 사진에는 스타더스트 우주선의 비행 테스트에 사용된 트레이를 들고 있는 Peter Tsou 박사의 모습이 담겨 있습니다. Stardust에서 사용된 것과 동일합니다. (사진 제공: Ken Hively/Los Angeles Times via Getty Images)

1999년 NASA는 먼 혜성의 꼬리에서 먼지 샘플을 수집하고 그 샘플 중 일부를 지구로 반환하는 야심 찬 임무를 가진 우주선을 발사했습니다. 케이프 커내버럴에서 발사된 지 1년 후, 스타더스트 우주선은 성간 먼지의 첫 번째 입자를 수집했습니다. 그로부터 4년 후, 목표물인 혜성 81P/Wild(때때로 Wild 2라고도 함)에 도달하고 샘플 수집 장치를 배치했습니다. "...대형 테니스 라켓에 장착된 금속 얼음 트레이"처럼 보이는 것으로 묘사된 수집가의 주요 구성 요소는 특별하고 가벼운 반투명 폼인 실리카 에어로겔이었습니다. 먼지 입자가 에어로겔에 닿으면 에어로겔이 그 안에 묻혀서 천천히 멈춥니다. 에어로겔은 입자를 제자리에 고정하여 보존했습니다. 샘플 반환 캡슐이 2006년에 마침내 지구로 돌아왔을 때, 여기에는 수만 개의 입자가 포함되어 있어 연구원과 대중이 우리 태양계의 구성 요소 중 일부를 연구할 수 있었습니다.

60여년 전에 발명된 에어로겔은 지금까지 알려진 가장 가벼운 고체 물질 중 하나입니다. 다양한 화합물로 만들어질 수 있지만 실리카 기반의 화합물이 가장 일반적입니다. 하나를 만들려면 이산화규소를 용매와 결합하여 구조적으로 Jell-O와 유사한 습식 다공성 젤을 생성합니다(그러나 속지 마십시오. 식용이 아닙니다*). 그런 다음 초임계 건조라는 과정을 거쳐 액체(예: 이산화탄소)가 있는 상태에서 젤에 압력을 가하고 가열합니다. 올바르게 수행되면 구조를 손상시키지 않고 젤에서 액체를 제거하고 공기로 대체합니다. 견고하지만 밀도가 매우 낮은 겔 구조가 남아 있어 에어로겔의 유명한 유령 같은 외관을 제공합니다. 실리카 에어로겔은 '얼어붙은 연기', '고체 구름'과 같은 별명을 갖고 있으며 다공도가 90~99.8% 사이인 에어로겔은 실제로 대부분 공기입니다. 이것은 그것들을 초경량으로 만들 뿐만 아니라; 이는 또한 효과적인 단열재가 될 수 있음을 의미합니다.

그리고 이곳은 지구상에서 실리카 에어로겔이 가장 많이 사용되는 곳입니다.

건물의 에너지 효율성을 높이는 것은 저탄소 미래로의 전환에 있어 핵심적인 부분입니다. 현재 업계 상황은 좋지 않다. 국제에너지기구(International Energy Agency)에 따르면 건물 운영은 전 세계 에너지 소비의 무려 30%를 차지합니다. 그리고 UN 환경 프로그램은 이 비율이 최근 몇 년간 감소하기는커녕 여전히 증가하고 있다고 밝혔습니다. 건물 에너지 수요는 2020년에서 2021년 사이에 약 4% 증가했는데, 이는 지난 10년 동안 가장 큰 증가폭입니다.

그 중 일부는 더 많은 사람, 더 많은 건물 등 도시 인구 증가에 의해 주도되었지만 유리로 덮인 높은 고층 빌딩에 대한 우리의 집착에도 영향을 받은 것 같습니다.

단열재는 건물의 열 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 사진작가: Sergio Flores/Bloomberg

건물 외피(외부 쉘)의 설계와 이를 구성하는 데 사용되는 재료는 건물의 최종 에너지 소비에 큰 영향을 미칩니다. 벽, 바닥, 천장, 창문, 계단통, 문, 리프트 샤프트 및 지붕이 결합되어 전체 구조의 열 성능을 결정합니다. 이는 건물이 점유된 후 쾌적한 실내 온도를 유지하는 데 드는 비용을 정의합니다**.

열 성능을 높이는 것은 일반적으로 단열재의 두께를 늘리는 것을 의미합니다. 콘크리트, 목재 또는 벽돌로 만든 불투명 벽의 경우 이는 문제가 되지 않습니다. 시중에는 폐기물로 만든 단열재와 에어로겔로 만든 단열재 등 수많은 단열재가 있습니다.