2021. 12. 22. 03:45ㆍ지속 가능한 발전
배터리? 그게 왜 필요한데?
신재생에너지는 지속 가능한 발전에 빠지지 않고 등장하는 주인공이다. 에너지 전환 정책에 힘입어 신재생에너지가 계속해서 확대되고 있지만 마냥 좋아할 일은 아니다. 에너지 생산이 많아지는 만큼 에너지를 저장할 공간도 많이 필요하기 때문에 우리에게 주어지는 숙제의 양 또한 늘어나고 있다. 화창하고 바람이 많이 부는 날씨는 태양광, 풍력, 태양열 발전으로 생산되는 전기의 양이 늘어남을 의미하고 동시간 대에 소비량이 많지 않아 저울이 기울게 될 때가 에너지 저장 장치가 빛을 발하게 되는 순간이다.
"한마디로 말하자면 에너지 저장 장치는 에너지의 소비와 생산량의 불균형을 관리해주는 매니저이다."
배터리는 전기 에너지를 화학적 에너지로 저장하는 에너지 저장 장치 중에 한 카테고리이며, 현재 시점으로는 리튬 이온 배터리가 시장에서 가장 경쟁력이 있고 중요하다고 여겨지고 있다.
리튬 이온 배터리
리튬 이온 배터리는 주기율표에 3번째에 위치한 원소 리튬을 활용한 배터리로, 현재 우리가 사용하고 있는 노트북, 휴대폰 등의 휴대용 장치들 뿐만 아니라 나아가 그리드의 에너지 장치로도 사용되고 있다. 리튬은 무게 대비 에너지 밀집도가 가장 크기 때문에 물질의 특성을 보고 판단하자면, 에너지 저장 활용도 측면에서는 가장 이상적이다. 또한 낮은 자가방전을 보이며, 높은 효율과 꽤 괜찮은 수명을 가지고 있다.
이 세상에 완벽한 건 없듯이, 많은 장점을 가진 리튬 이온 배터리 또한 단점이 존재한다. 첫 번째로는 온도에 매우 민감하다는 점이다. 과열 혹은 과충전에 의해 온도가 높아질 경우 배터리의 수명이 극히 단축된다.
두 번째로 리튬은 한정적인 자원이다. 리튬은 사실 희소 자원이며 칠레에서 가장 많이 채굴되는데, 그 과정 속에서 대량의 물이 요구되고 이는 가뭄 현상을 악화시키는 등 생태계 파괴마저 불러일으킨다. 이 뿐만 아니라 광산의 근무 조건도 상당히 열약해 현재 엔지니어/과학자들은 리튬 이온 배터리에 대한 대체제를 찾고 있는 중이다.
세 번째로는 공감할 수 있는 내용인데, 노트북이나 휴대폰의 배터리를 100% 충전했음에도 불구하고 배터리가 순삭 당하는 경험을 해보셨을 거다. 리튬 이온 배터리는 자연스럽게 노후화가 이루어지며, 충, 방전 습관과 사이클 수에 따라 기존의 배터리 용량의 40% 이하(이쯤 되면 죽은 배터리로 생각해야 됨)까지 떨어질 수 있다.
마지막으로, 비싸고 폭발의 위험도 있다...
사실 현재 가장 큰 문제는, 확장성이다. 가격의 경쟁력이 떨어져 대규모의 그리드에 적용하기는 힘들다는 것이다. 일론 머스크가 호주에 리튬 이온 배터리를 활용하여 설치한 세계에서 가장 큰 고정형 배터리를 보신 적이 있을 것이다(못 보신 분들은 위에 사진). 호주는 신재생에너지를 전환하는 과정에서 그리드가 불안정할 수 있는 가능성을 맞이했고 이에 일론 머스크는 풍력발전소 옆에 거대한 리튬 이온 배터리 저장소를 세워 그리드를 안정화한 것이다. 물론 시간이 많이 지난 지금은 들인 돈을 청산하는 결과가 나왔지만 이는 특정 장소와 정책적 배경, 그리고 일론 머스크라는 인물 더분에 가능한 일이 아니었나 싶다. 이렇게 큰 리튬 배터리 저장소도 사실 그리드에 적용하기에는 규모가 작다.
배터리 개발 근황
현재 사용 중인 리튬 이온 배터리가 지속될지 지속 안될지는 다른 형태의 배터리의 개발 진전과 단계에 따라 달려 있다. 당연히 다양한 배터리가 개발 중에 있다. 하나하나 다 설명하기는 무리가 있으므로 관심이 있는 사람들은 아래 키워드를 참고하여 검색해보기를 바란다.
- 플로우 전지
- 리튬 메탈 배터리
- 나트륨 이온 배터리
- 아연이온 배터리
- 전고체 전지
- 메탈 에어 배터리 - 아연공기 전지