아랍에미리트 사막에서 약 12,600개의 축구장 면적에 해당하는 대규모 청정 에너지 프로젝트는 태양 에너지로 하룻밤 사이에 50만 가구에 해당하는 전력을 공급할 수 있는 획기적인 발전을 목격하게 될 것입니다.

걸프만 주는 5.2기가와트의 태양광 발전과 19기가와트시의 배터리 저장 용량을 꾸준히 결합하여 세계 최대의 배터리 계획을 만들고 있습니다.

한편, 약 7,500마일 떨어진 콜로라도에 있는 미국 국립 재생 에너지 연구소 시설에서 연구원과 엔지니어들은 세계에서 가장 작은 배터리 중 일부를 제조하고 있습니다. 이 배터리는 재생 에너지를 저장하는 데 사용되는 그리드 규모의 리튬 이온 배터리 크기에 비해 매우 작으며 3인치(약 7.5cm) 길이의 연어와 장어 종을 추적하는 전자 태그에 전력을 공급하도록 설계되었습니다.

전통적인 리튬 이온 배터리는 크기와 범위의 한계를 뛰어넘기 때문에 대체 배터리 유형은 저탄소 에너지 활용에 있어 동일한 핵심 역할을 제공할 수 있습니다. 그러나 환경 보호와 취약한 지역 사회에 대한 우려를 불러일으키는 리튬, 코발트, 니켈과 같은 필수 광물을 확보하기 위한 쟁탈전은 없습니다.

충전/방전 주기 횟수가 제한된 리튬 이온 배터리와 달리 이러한 교체 배터리 기술 중 다수는 무기한으로 사용할 수 있으며 장치의 수명이 20년이 끝나면 재활용할 수 있습니다.

개발자들은 재생 가능한 전기가 출시되면 이를 저장하고 이를 사용하여 웨어러블 기술부터 난방 그리드, 공장 및 로켓에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하기 위해 이미 다양한 재료를 활용하고 있습니다.

여기 사람들의 눈길을 사로잡는 몇 가지 에너지 저장 혁신이 있습니다.

액체 공기

작년 말, 그레이터 맨체스터(Greater Manchester)의 전 시장은 Trafford의 이전 석탄 공장 부지에서 카운티의 “재산업화”로 이어질 수 있는 오랫동안 기다려온 에너지 저장 프로젝트의 건설 시작을 축하했습니다.

Andy Burnham은 Carrington의 “액체 공기” 배터리를 포함하는 Green Trafford 단지의 개발이 “그레이터 맨체스터(Greater Manchester)의 빅토리아 시대 이후 가장 흥미로운 10년”을 의미할 수 있다고 말했습니다.

쉽게 말하면 영국 스타트업 하이뷰 파워(Highview Power)가 개발한 캐링턴 프로젝트(Carrington Project)는 재생에너지가 풍부할 때 이를 포착해 액체 공기 형태로 저장하는 것을 목표로 한다. 이론적으로 “극저온 배터리”는 몇 시간, 며칠 또는 몇 주 동안 에너지를 저장할 수 있습니다.

과학은 더 복잡합니다. Carrington은 잉여 재생 에너지원을 사용하여 공기를 섭씨 영하 196도까지 냉각하여 액체 부피의 700분의 1로 줄입니다. 재생에너지가 부족해지고 시장 가격이 오르기 시작할 때까지 이 상태로 유지될 수 있다. 그런 다음 액체는 다시 가스로 전환되어 일반적으로 가스 화력 발전소와 관련된 배출 없이 전기를 생성하는 터빈을 통해 빠르게 팽창합니다.

이 프로젝트는 여러 차례 지연에 직면했지만, 연말로 예정된 가동이 시작되면 300MWh의 저장 공간을 제공하고 6시간 동안 50MWh를 생산하게 됩니다. 이는 거의 50만 가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 청정 재생 가능 에너지입니다.

녹은 소금

맨체스터의 에너지는 영하의 온도에 저장되는 반면, 네바다 사막에서는 반대 접근 방식이 취해졌습니다.

여기에서는 지난 10년 동안 태양 에너지를 사용하여 칼륨과 질산나트륨 탱크를 섭씨 560도까지 가열한 Crescent Dunes 프로젝트를 위해 10,000개의 패널이 전기를 생산합니다.

이 온도는 일몰 후 10시간 동안 유지될 수 있으며, 저장된 열 에너지가 열을 사용하여 전기로 변환되어 기존 회전 터빈을 구동하기 전까지 유지됩니다. 이 시스템은 용융염 저장이라고 알려진 과정에서 깨끗한 전기를 열로 효과적으로 저장합니다.

이러한 용융염 배터리는 무기가 발사될 때 생성되는 불꽃놀이 열이 에너지 방출을 활성화할 때까지 전력을 유지하는 “백업 배터리” 역할을 하여 대부분의 현대식 유도 미사일과 핵무기에 기본 전원을 제공합니다.

2020년대 덴마크는 용융염 저장 기술이 중공업의 탈탄소 딜레마에도 답을 제공할 수 있음을 보여주었습니다. 풍력에너지 선도국은 올해 초 소금을 섭씨 약 600도까지 가열해 청정전력을 최대 2주 동안 저장할 수 있는 1GWh급 용융염 배터리 프로젝트를 공개했다. 필요한 경우 뜨거운 소금은 산업 공정에서 직접 사용할 수 있는 고온 증기를 생성하는 발전기를 통해 순환됩니다.

모래

소금을 가열하여 재생 가능한 전기를 저장할 수 있는 것처럼 청정 에너지는 모래에 저장할 수 있습니다.

핀란드 남부의 작은 마을인 포르나이넨에서는 수천 톤의 모래가 학교, 도서관, 시립 건물의 난방에 사용되는 에너지를 저장하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 지역 난방 네트워크에서 석유 사용을 완전히 중단하고 목재 칩 사용을 약 60% 줄일 수 있습니다.

모래전지는 약 2,000톤의 파쇄된 동석을 사용해 청정에너지를 열의 형태로 저장해 1메가와트의 열에너지와 100메가와트시 저장용량을 제공한다.

여름에는 높이 약 13미터, 너비 15미터(43피트 x 49피트)의 모래 배터리는 Porninen에서 약 한 달 동안, 겨울에는 거의 일주일 동안 열 수요를 감당할 수 있습니다. 2022년 국내에 출시된 이전 버전보다 약 10배 커져, 전국적으로 배출가스 저감에 모래전지가 더 큰 역할을 할 수 있음을 확인했다.

땀을 흘리는 기술

일본의 도쿄이과대학 연구원들은 인간의 땀이 웨어러블 기술을 구동하는 데 필수적인 에너지원이 될 수 있는 방법을 연구하고 있습니다.

연구자들은 신체를 지속적인 전력을 공급할 수 있는 전원으로 취급함으로써 부피가 커지고 지속적인 충전이 필요한 소형 배터리 없이 웨어러블 기기에 전력을 공급하는 센서에 연료를 공급하는 방법에 대한 문제를 해결하기를 희망합니다.

이에 대응하여 그들은 인간의 땀에서 직접 전기를 생성하는 얇고 착용 가능한 패치를 개발했습니다. 이는 효소 바이오 연료 전지를 사용하여 땀에서 방출되는 화합물, 특히 젖산염을 포착하여 에너지로 변환합니다. 땀이 세포와 접촉하면 패치의 효소가 생화학 반응을 유발하여 전자를 방출합니다.

이는 걷기, 운동, 심부름 등 일상 활동 중에 외부 전원 없이도 전기를 생산할 수 있음을 의미합니다.