용융염과 인간의 땀: 재생 에너지를 저장할 수 있는 특이한 배터리들

아랍에미리트 사막에서 약 12,600개 축구장 크기에 달하는 대규모 청정 에너지 프로젝트가 획기적인 성과를 앞두고 있습니다. 태양광 발전을 이용해 밤새 50만 가구에 해당하는 에너지를 공급하는 것입니다. 이 걸프 국가는 5.2GW의 태양광 발전 용량과 19GWh의 배터리 저장 용량을 꾸준히 결합해 세계 최대 배터리 시스템을 구축하고 있습니다.

한편, 약 7,500마일 떨어진 미국 콜로라도주의 국립재생에너지연구소에서는 연구원과 엔지니어들이 지금까지 만들어진 것 중 가장 작은 배터리 중 일부를 개발하고 있습니다. 이 배터리는 재생 에너지 저장에 사용되는 대규모 리튬이온 배터리에 비해 매우 작습니다. 약 7.5cm 길이의 어린 연어와 장어를 추적할 전자 태그에 전력을 공급하도록 설계되었습니다.

전통적인 리튬이온 배터리가 크기와 규모의 한계에 도전함에 따라, 다른 유형의 배터리들은 환경 피해와 취약 지역사회에 대한 해악 우려를 불러일으킨 리튬, 코발트, 니켈 같은 핵심 광물 없이도 저탄소 에너지를 활용하는 데 비슷하게 중요한 역할을 할 수 있습니다.

충전 및 방전 주기가 제한된 리튬이온 배터리와 달리, 이러한 대체 배터리 기술 중 다수는 무기한 사용이 가능하며 20년의 수명이 끝난 후 재활용할 수 있습니다. 개발자들은 이미 재생 가능한 전기를 저장했다가 웨어러블 기술부터 난방 네트워크, 공장, 심지어 미사일까지 모든 것에 전력을 공급하기 위해 다양한 재료를 사용하고 있습니다.

다음은 주목할 만한 가장 혁신적인 에너지 저장 기술들입니다.

액체 공기

작년 말, 그레이터맨체스터 전 시장은 트래포드의 옛 석탄 발전소 부지에서 오랫동안 기다려온 에너지 저장 프로젝트의 착공을 알리며 이 프로젝트가 지역의 "재산업화"를 촉발할 수 있다고 말했습니다. 앤디 버넘은 캐링턴 "액체 공기" 극저온 배터리를 포함한 트래포드 그린 클러스터의 개발이 "그레이터맨체스터에게 이번 10년을 빅토리아 시대 이후 가장 흥미로운 시기"로 만들 수 있다고 말했습니다.

간단히 말해, 영국 스타트업 하이뷰 파워가 개발한 캐링턴 프로젝트는 재생 에너지가 풍부할 때 이를 포착해 액체 공기로 저장하는 것을 목표로 합니다. 이론적으로 "극저온 배터리"는 에너지를 몇 시간, 며칠, 심지어 몇 주 동안 저장할 수 있습니다. 과학은 더 복잡합니다. 캐링턴은 잉여 재생 에너지를 사용해 공기를 -196°C로 냉각시켜 원래 부피의 1/700로 줄어든 액체로 만듭니다. 재생 에너지가 부족해지고 시장 가격이 오를 때까지 이 상태를 유지합니다. 그런 다음 액체가 다시 기체로 변하도록 하여 터빈을 통해 빠르게 팽창시키며, 일반 가스 발전소에서 발생하는 배출 없이 전기를 생산합니다.

이 프로젝트는 여러 차례 지연을 겪었지만, 연말까지 가동을 시작하면 300MWh의 저장 용량을 제공하고 50MW의 전력을 6시간 동안 공급할 것입니다. 이는 거의 50만 가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 청정 재생 에너지입니다.

용융염

맨체스터에서 에너지가 영하의 온도에 저장되는 반면, 네바다 사막에서는 반대 접근 방식이 사용됩니다. 그곳에서는 10,000개의 거울이 크레센트 듄스 프로젝트를 위해 전기를 생산하며, 지난 10년 동안 태양의 힘을 이용해 칼륨과 질산나트륨 저장소를 560°C로 가열해 왔습니다. 이 온도는 일몰 후 10시간 동안 유지될 수 있으며, 저장된 열에너지는 열을 사용해 전통적인 회전 터빈을 구동함으로써 전기로 변환됩니다. 용융염 저장은 청정 전기를 열로 저장하는 효과적인 방법입니다. 이러한 용융염 배터리는 대부분의 현대 유도 미사일과 핵무기의 주 전원으로 사용됩니다. 이들은 "예비 배터리" 역할을 하며, 무기가 발사될 때 점화되는 화약 충전물의 열이 저장된 에너지를 방출할 때까지 에너지를 보유합니다.

2020년대에 덴마크는 용융염 저장이 중공업의 탈탄소화 과제를 해결하는 데도 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다. 풍력 발전의 선두주자인 이 나라는 올해 초 1GWh 용량의 대규모 용융염 배터리 프로젝트를 공개했습니다. 이 배터리는 염을 약 600°C로 가열하여 청정 전기를 최대 2주 동안 저장할 수 있습니다. 필요할 때 뜨거운 염은 고온 증기를 생산하는 발전기를 통해 순환되며, 이 증기는 산업 공정에 직접 사용될 수 있습니다.

모래
재생 가능한 전기가 염을 가열하여 저장될 수 있는 것처럼, 청정 에너지는 모래에도 저장될 수 있습니다.

핀란드 남부의 작은 마을 포르나이넨에서는 수천 톤의 모래가 학교, 도서관, 시청사를 난방하는 데 사용되는 에너지를 저장하는 데 도움을 줍니다. 이를 통해 이 지역은 지역 난방 네트워크에서 석유 사용을 완전히 중단하고 목재 칩 사용을 약 60% 줄일 수 있을 것입니다.

모래 배터리는 약 2,000톤의 분쇄된 동석을 사용해 청정 에너지를 열로 저장하며, 1MW의 열 출력과 100MWh의 저장 용량을 제공합니다. 높이 약 13미터, 너비 약 15미터인 이 모래 배터리는 여름철에는 포르나이넨의 거의 한 달 치 난방 수요를 충당할 수 있습니다. 겨울에는 거의 일주일 치를 충당할 수 있습니다. 이는 2022년 핀란드에서 출시된 이전 버전보다 약 10배 더 큰 규모로, 모래 배터리가 핀란드 전역의 배출량 감축에 더 큰 역할을 할 수 있는 잠재력을 보여줍니다.

땀 기술
일본 도쿄이공대학의 연구원들은 인간의 땀이 웨어러블 기술에 전력을 공급할 수 있는 실행 가능한 에너지원이 될 수 있는지 탐구하고 있습니다.

연구원들은 신체를 지속적인 전력을 제공할 수 있는 에너지원으로 취급함으로써, 웨어러블 기기의 센서에 전력을 공급하는 문제를 해결하고자 합니다. 이는 기기를 부피가 크게 만들고 지속적인 충전이 필요한 소형 배터리에 의존하지 않기 위함입니다.

이에 대한 응답으로, 그들은 인간의 땀에서 직접 전기를 생산하는 얇은 웨어러블 패치를 개발했습니다. 이 패치는 효소 기반 바이오 연료 전지를 사용하여 땀에서 방출되는 화학 화합물, 특히 젖산염을 포착해 전력으로 변환합니다. 땀이 전지와 접촉하면 패치에 내장된 효소가 전자를 방출하는 생화학 반응을 촉발합니다.

이는 걷기, 운동, 심부름과 같은 일상 활동 중에 외부 전원 없이 전기를 생산할 수 있음을 의미합니다.



자주 묻는 질문
다음은 용융염과 인간의 땀을 사용해 재생 에너지를 저장하는 특이한 배터리에 관한 FAQ 목록으로, 자연스러운 어조와 명확하고 간단한 답변으로 작성되었습니다.



초급 수준 질문



Q 잠깐만요, 정말 인간의 땀을 사용해 에너지를 저장하나요?

A 네, 하지만 생각하는 방식과는 다릅니다. 연구원들은 인간 땀 속의 염분을 화학 연료로 사용하는 초박형 유연 배터리를 개발 중입니다. 땀을 흘리면 배터리가 소량의 전기를 생산하는데, 이는 작은 센서나 웨어러블 기기에 전력을 공급하기에 충분합니다.



Q 용융염 배터리가 무엇인가요?

A 염을 액체가 될 때까지 가열하여 사용하는 대형 산업용 배터리입니다. 이 액체 염은 스펀지처럼 작용하여 열이나 전기를 저장합니다. 주로 태양열이나 풍력 발전의 에너지를 나중에 사용하기 위해 저장하는 데 사용됩니다.



Q 왜 땀이나 용융염으로 만든 배터리가 필요한가요?

A 일반 배터리는 비싸거나 재활용이 어렵거나 불이 붙을 수 있습니다. 땀 배터리는 안전하고 충전이 필요 없어 웨어러블 기기에 완벽합니다. 용융염 배터리는 대량의 에너지를 저렴하게 저장하고 수십 년 동안 지속될 수 있어 전력망에 적합합니다.



Q 땀 배터리는 실제로 어떻게 작동하나요?

A 땀에는 염분이 포함되어 있습니다. 배터리 속 특수 효소가 젖산염과 반응하여 미세한 전류를 생성합니다. 땀을 많이 흘릴수록 더 많은 전력을 생산합니다.



Q 용융염 배터리로 제 집에 전력을 공급할 수 있나요?

A 네, 하지만 직접적으로는 아닙니다. 이러한 배터리는 일반적으로 전체 지역이나 태양열 발전소를 위해 대규모로 건설됩니다. 열을 저장했다가 나중에 전기로 변환하여 수천 가구에 전력을 공급합니다.



고급 기술 질문



Q 리튬이온 배터리보다 용융염 배터리의 가장 큰 장점은 무엇인가요?

A 비용과 수명입니다. 용융염은 저렴하고 풍부한 재료를 사용합니다. 용량 손실 없이 20~30년 동안 지속될 수 있는 반면, 리튬 배터리는 5~10년 후에 성능이 저하되기 시작합니다. 또한 불이 붙지 않습니다.



Q 용융염 배터리에서 염은 얼마나 뜨거워지나요?

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