석연료를 대체할 신재생에너지를 상용화하는 데 있어서 가장 큰 걸림돌은 무엇일까요?
그것은 들쑥날쑥한 신재생에너지 공급으로 인한 간헐적 공급 즉 간헐성 문제의 해결에 있을 것입니다. 태양이 항상 밝게 비추거나 바람이 언제든지 불어 주지 않기 때문이지요. 이러한 신재생에너지의 간헐성을 해결하기 위해서는 경제성이 뒷받침되면서 오랫동안 에너지를 공급할 수 있는 저장 장치가 필수라고 하겠습니다.
풍력, 태양열, 지열, 원자력을 통한 전기에너.지를 저장하는 데 있어서 리튬이온배터리를 통한 80%의 전기를 단기간 저장하고 나머지 20%는 멀티 데이 저장소 운영이 필요합니다. 장기간 동안 전기 보관소를 운영하기 위해서는 비용 경쟁력이 있으면서 안정적인 배터리를 찾는 것이 중요하다 하겠습니다. 즉 에너지를 장기간 저장할 수 있는 저렴하고 안전한 배터리가 재생 에너지 부문의 핵심기술인 것이지요. 왜냐하면 저렴한 비용으로 풍력 및 태양열 변동성 문제를 제거할 수 있기 때문입니다.
다양한 스타트업들이 보다 발전되고 비용 효율적인 에너지 저장기술을 개발하기 위해 노력하고 있는데 Form Energy의 배터리 역시 그 중의 하나가 될 것입니다.
MS의 빌 게이츠와 아마존의 제프 베이조스가 지원하는 Form의 철-공기 배터리(Iron-air-battery) 가 1년여 만에 비밀의 커튼을 걷고 세상에 그 모습을 드러냈습니다.
보스턴에 본사를 둔 이 회사(Form)는 자사의 첫 번째 상용 제품이 "기존 발전소와 경쟁하는 시스템 비용과 리튬 이온 비용은 1/10 이하 수준이며, 100시간 동안 전기를 공급할 수 있는 충전식 철-공기 배터리"라고 강조합니다.
프랑스 재무 자문가인 Lazard는 업계 표준 연례 보고서에서 대규모 리튬이온배터리의 LCOS(Levelized Cost Of Storage)를 $132-245/MWh로 보고 있습니다. Form의 배터리는 그 비용의 10분의 1로, 어느 정도 저렴한 에너지 스토리지 유형이라 할 수 있겠습니다.
Form Energy 측은 "이 배터리는 수일 동안 지속적으로 사용할 수 있으며 안정적이고 완전히 재생 가능한 전기 그리드를 연중 내내 사용할 수 있습니다."라고 주장하고 있습니다.
이미 Form Energy의 철-공기 배터리에 대한 가능성을 알아보고 주변의 투자가 뒤를 있고 있는데요. Form Energy는 Bill Gates와 Jeff Bezos를 포함한 몇몇 유명 억만장자들이 후원하는 벤처 캐피털 회사인 Breakthrough Energy Ventures가 일부 소유하고 있습니다. 또한 Form Energy 투자자들 중에는 이탈리아의 거대 석유 기업인 Eni와 Macquarie Capital도 포함되어 있으며, Arcelor Mittal 역시 2,500만 달러를 투자했다고 밝혔습니다.
철-공기 배터리는 "철의 가역 산화"를 통해 작동합니다. 배출 모드에서는 수천 개의 작은 철 알갱이가 공기에 노출되어 녹이 슬게 됩니다(즉, 철이 산화철로 변함).이후 시스템이 전류로 충전되면 녹의 산소가 제거되고 다시 철로 돌아갑니다. 간단히 말해 산소를 들이마시고 철을 녹으로 바꾼 다음 녹을 다시 철로 바꾸고 산소를 내뿜어 배터리를 방전시키고 충전하는 구조입니다.
철-공기 배터리의 장점은 무엇보다도 손쉽게 확보할 수 있는 소재에 있습니다. 비싼 리튬 사용이 불필요하기 때문에 가격 역시 경쟁력 확보할 수 있습니다.
캐나다의 스타트 업 회사인 'Zinc8'은 2019년에 처음으로 상업용 제품을 선보이며 100시간 이상의 저장 공간을 제공할 수 있는 기술력을 갖춘 아연-공기 배터리 시스템을 배치할 것이라고 발표하기도 했습니다. 또한 시장가치가 11억 달러라고 주장하는 오리건 소재 ESS 사는 이미 철을 주성분으로 사용하는 배터리를 판매하고 있는 수준입니다.
작년 여름말 Form은 슬림 짐이라고 불리는 1미터 높이의 배터리를 만들었으며, 올해 초 1미터 x 1미터의 전면 배터리 셀 인 빅 짐(Big Jim)을 만들었습니다. 예상대로 작동하면 이 셀 중 20개가 배터리로 그룹화됩니다. 수천 개의 배터리가 서로 연결되어 창고 전체를 채우고 몇 주 분량의 전력을 저장할 것입니다. 이러한 배터리 시스템을 완전히 충전하는 데 며칠이 걸릴 수 있지만, 배터리는 150시간 동안 전력을 지속적으로 방전시킬 수 있는 상태입니다.
또한 2023년에 Form은 6일 이상 지속적으로 방전할 수 있는 1메가 와트 배터리를 배치할 계획이며 배터리 배치에 대해 여러 유틸리티 업체와 협의 중이라고 밝혔습니다.
그러나 일각에서는 MWh 당 20달러는 저렴한 수준이기는 하지만 에너지 공급 가능성을 고려하면 10달러 미만까지 내려가야 기존의 에너지원을 의미 있게 대체할 수 있다고 보고 있습니다.
그렇지만 배터리에 대한 비용 효율은 날이 다르게 개선되고 있는 점을 볼 때 기존의 화석연료를 대체하는 것은 시간문제라고 보입니다.
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