기후변화의 위기에 대한 인식이 커지면서 친환경 에너지의 중요성이 부각됐다. 세계 각지에서 기후변화의 위기에 대응하려는 노력과 함께 지난 수십 년간 풍력 발전소와 태양열 발전소의 전력 생산 비용이 크게 절감했다. 재생에너지의 전력 생산 및 공급 측면에서 전력 생산뿐만 아니라 재생에너지 저장도 중요하다. 기후 조건에 따라 풍력 발전소와 태양열 발전소의 전력 생산량 격차가 크기 때문이다. 그러나 재생에너지 보관 비용은 여전히 비싸다.
이에, 미국 국책연구소인 국립 재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory) 연구팀이 재생에너지 저장 비용을 절감하기 위한 방안을 다음과 같이 분석했다.
배터리 충전 시간 연장
소형 전자기기의 알칼라인(alkaline) 배터리부터 자동차와 노트북의 리튬이온 배터리까지 우리 일상 속에 사용하는 배터리 종류는 다양하다. 일상 속에 널리 사용되는 배터리는 지금보다 더 크게 발전할 수 있다. 배터리 충전 시간을 대표적인 예시로 언급할 수 있다.
연구팀은 배터리 용량과 함께 충전 시간을 더 늘리면, 밤새 태양열 에너지를 저장하거나 전기차의 이동 거리를 늘리는 데 유용하다는 사실을 확인했다. 그러나 현재의 배터리 기술로는 배터리 용량과 함께 충전 시간을 늘리기 어렵다. 그러나 일부 전문가는 2050년이면, 용량이 100기가와트를 넘는 배터리가 개발될 것이라는 전망을 제기한다. 이 때문에 일각에서는 용량이 커지면서 배터리 충전 시간도 길어지면서 재생에너지 전력 보관에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
햇빛을 열로 저장하기
일부 재생에너지 저장 솔루션은 배터리보다 비용이 비교적 저렴하다. 일례로, 집광형 태양열 발전소는 거울을 이용해 수백 톤 이상의 소금을 가열하면서 햇빛을 집중시킨다. 가열된 소금은 태양광 발전소의 발전기를 구동하는 데 중요한 역할을 한다. 석탄 발전소와 원자력 발전소에서 증기를 가열하여 발전기를 구동하는 것과 같다고 볼 수 있다.
가열된 소금은 햇빛이 전혀 없어도 기후 조건과 시간에 상관 없이 24시간 내내 발전소에서 전력을 생산하도록 할 수 있다.
그러나 태양열 발전 집중 비용은 다소 비싸다. 비용 절감을 위한 방법으로 소금 가열 온도를 높이는 것을 언급할 수 있으나 현재 사용중인 염류는 고온에서 안정적으로 사용하기 어렵다는 한계가 있다. 이에, 연구팀은 1,300℉(약 705℃) 이상의 온도를 견딜 수 있는 새로운 소금이나 다른 물질을 개발하고 있다.
또, 일부 전문가는 온도 문제를 극복하기 위해 소금 대신 모래를 가열하는 방안을 솔루션으로 제시한다. 최근, 미국 에너지부는 모래를 가열한 태양열 발전소 가동 연구 자금 지원 계획을 발표했다.
다만, 현재 배터리의 주요 원자재인 리튬과 코발트 공급 제한이 걸림돌이 될 것으로 보인다. 2050년이면 전 세계 리튬 매장량의 약 10%가, 코발트 매장량의 100%가 고갈될 것이라는 분석 때문이다. 과학계와 배터리 개발 업계에서는 리튬과 코발트 고갈 문제에 주목해 대체 재료를 이용한 배터리 생산 기술 개발에 나섰다.
첨단 재생가능한 연료 사용
배터리는 단기 에너지 저장에 유용하며, 집광형 태양열 발전소는 전력망 안정화에 도움이 된다. 그러나 공공 시설에는 많은 에너지를 무기한으로 저장할 수 있는 기술이 필요하다. 따라서 풍력 터빈과 태양광 패널이 전력 기업 고객의 수요보다 더 많은 전기를 생성한다면, 공공 시설은 잉여 전력으로 연료를 생산하면서 에너지를 저장할 수 있을 것이다.
이에, 많은 과학자가 수소와 암모니아 등 재생가능한 연료를 활용하는 방안에 주목한다. 수소와 암모니아 모두 배터리보다 파운드당 더 많은 에너지를 포함해, 배터리가 없는 곳에서도 시설을 가동할 수 있기 때문이다.
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