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[IT뉴스]얼린 공기부터 사람 땀까지… 리튬이온배터리의 '뜻밖의 대안책'

온카뱅크관리자

2026-07-24 10:07:30

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 미국 네바다주 사막에서 시행된 ‘크레센트 듄스 프로젝트’로 1만개의 거울 장치가 설치돼 있다. 사진 출처=위키미디어
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 스마트폰, 노트북을 비롯해 전기자동차, 에너지저장장치(ESS) 등에 가장 폭넓게 쓰이는 리튬이온배터리의 대안으로 에너지를 저장할 수 있는 다양한 기술 실증이 곳곳에서 이뤄지고 있다. 성능과 안전성에 단점이 있고 가격이 비싼 리튬이온배터리 대신 전기에너지를 저장할 수 있는 기술을 확보하고 친환경 재생에너지를 보다 효율적으로 활용하기 위한 에너지저장시스템(ESS)을 적극 구현한다는 전략이다. 
 23일 주요 외신에 따르면 영국과 미국, 일본 등에서 새로운 에너지저장 기술에 대한 실증이 구체화하고 있다. 소금을 녹여 액체화한 용융염이나 사람의 땀까지 활용한 다양한 에너지저장 기술이 현실에서 통용될 수 있는지 확인하는 프로젝트다. 
 리튬이온배터리는 충방전 과정에서 배터리 수명이 줄어드는 단점이 있다. 가연성 액체 전해질을 사용하기 때문에 과충전, 외부 충격, 제조 결함 등 여러 상황에서 배터리 내부 온도가 급상승하는 '열폭주'도 문제다. 재활용이 어렵다는 한계도 있다. 수명을 다한 리튬이온배터리에서 리튬을 회수할 수는 있지만 공정이 복잡하고 비용이 많이 든다. 환경 부담도 높인다. 리튬 채굴 과정에 많은 물이 사용되고 생태계가 훼손될 수 있다. 
 ● 공기 얼려 액체 공기로 전기 저장
 영국 맨체스터 트래퍼드에 위치한 캐링턴 마을의 옛 석탄화력발전소 부지에는 ‘캐링턴 액체 공기 크라이오배터리(cryobattery)’ 산업을 육성하기 위한 그린 클러스터가 건설되고 있다. 
 크라이오배터리는 이름에서 유추할 수 있듯 초저온 기술로 전기에너지를 저장하는 시스템이다. 먼저 캐링턴에서 만들어지는 풍력, 태양광 등 신재생에너지의 잉여 전력으로 공기를 영하 196℃까지 냉각시켜 공기 부피를 700분의 1로 압축시키고 공기가 액체로 전환되도록 만드는 시설을 만든다. 액체 공기는 저장 탱크에 보관된다. 전력이 필요할 때 액체 공기의 온도를 높이면 기체로 팽창하고 팽창한 공기가 터빈을 돌려 전기에너지를 만드는 방식이다. 이론상 크라이오배터리는 최대 몇 주 동안 에너지를 저장할 수 있다.
 크라이오배터리는 올해 말 가동될 예정이다. 한번 공기를 저장하면 6시간 동안 50MW(메가와트)의 전력을 공급할 수 있을 것으로 보고 있다. 이는 최대 50만 가구가 동시에 쓸 수 있는 전력량이다. 
 ● 소금 녹여 탈탄소 실현
 소금을 녹여 액체화한 용융염으로 전기에너지를 생산하는 프로젝트도 미국과 덴마크에서 이뤄지고 있다. 미국 네바다주 토너파 지역 인근에서 시행중인 ‘크레센트 듄스 프로젝트’는 1만개의 헬리오스타트(거울 장치)를 이용해 전기를 생산하는 프로젝트다. 
 헬리오스타트는 태양을 따라다니며 햇빛을 중앙 발전탑으로 반사한다. 이때 질산나트륨과 질산칼륨 혼합 저장조가 태양빛을 집중적으로 받아 565℃까지 가열돼 용융염을 만든다. 용융염은 고체인 염(소금)을 가열해 액체 상태로 녹인 물질이다. 
 뜨거워진 용융염은 해가 진 후에도 10시간 동안 저장될 수 있다. 전력 필요시 저장된 용융염이 발전기 내부로 순환해 물을 끓여 고온의 증기를 발생시킨다. 증기가 터빈을 돌려 전기에너지를 생산하고 열을 잃은 용융염은 저온 저장탱크로 이동한다. 
 풍력 발전 선도국인 덴마크는 올해 초 염을 약 600℃까지 가열해 최대 2주 동안 전력을 저장할 수 있는 1GWh(기가와트시) 규모의 용융염 배터리 프로젝트를 공개했다. 덴마크는 용융염 배터리가 중공업 탈탄소 실현을 위한 해결책으로 보고 있다. 
 ● 땀 이용해 웨어러블 에너지 공급  
 일본 도쿄과학대는 인간의 땀을 웨어러블 장치의 전원 공급 에너지원으로 활용하는 방법을 연구하고 있다. 웨어러블 장치에 부피를 차지하는 배터리를 넣을 필요가 없어 웨어러블 장치를 가볍게 만들 수 있다.
 연구팀은 인간의 땀에서 직접 전기를 생산하는 얇은 패치형 웨어러블 장치를 개발했다. 이 장치는 효소를 촉매로 활용하는 ‘효소 연료전지(EBFC)’를 사용해 땀에서 배출되는 화학물질을 포집하고 전력으로 변환한다. 땀이 패치에 닿으면 내장된 효소가 생화학 반응을 일으켜 전자를 방출한다. 땀 배터리가 상용화되면 산책, 운동 등을 하는 동안 외부 전원 없이 웨어러블 장치를 사용할 수 있게 될 것으로 기대된다.
 이밖에 핀란드 남부 포르나이넨 마을에서는 수천 톤의 모래를 이용해 학교, 도서관, 시청 등에 난방을 공급하고 있다. 동석(장식품 등을 만드는 데 쓰는 돌)을 분쇄해 모래처럼 만든 뒤 열을 저장하고 필요시 열을 꺼내 지역 난방, 온수 공급 등에 활용하는 방식이다. 동석 2000t(톤) 사용 시 1MW의 열 출력과 100MWh(메가와트시)의 에너지저장 용량을 제공할 수 있는 것으로 알려졌다. 
 [문세영 기자 moon09@donga.com]
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