재생 에너지, 배터리 기술에 달렸다

[이넷뉴스] 신재생 에너지 분야는 기하 급수적인 속도로 성장하고 있다. 2020년 처음으로 재생 에너지는 화석 연료보다 영국에서 더 많은 전기를 생성한 결과를 낳았다. 국제 에너지기구(International Energy Agency)는 "태양 에너지는 역사에서 가장 저렴한 전기"라며 재생에너지 생산을 촉구하고 있다. 

그러나 재생 에너지 부문 용량이 강화되고 있지만 여전히 세계 1차 에너지의 11%에 불과하다. 이는 50여 년 전 재생 에너지가 제공한 비율의 두 배에 그친다. 유엔은 파리 협정 2030목표(320억 미터톤에 가까운 CO2 배출량) 초과를 예상하고 있으므로 재생 에너지로의 전환 속도는 더 가속화해야 한다.

◇ 재생 에너지 커지는데 배터리는 걸음마

재생 가능 에너지 전환에는 많은 장벽이 있다. 수년에 걸쳐 경제적 장애물을 포함한 재생에너지에 대한 보조금, 재생 가능 에너지의 제한적인 투자로 인한 낮은 유가 및 인프라 개발의 비용 등이다. 사회적 장벽은 지역 경관의 변화에 ​​대한 대중의 감정과 기존 생활 방식의 혼란을 포함한다.

이러한 장벽은 지속되지만 화석 연료 기반 에너지의 부정적인 영향에 대한 국제적 압력과 인식은 에너지 부문의 탈탄소화를 위한 정부 조치를 촉진하고 있다. 유럽은 2050년까지 온실 가스 배출 순 제로 계획을 수립하고 중국은 2060년까지 탄소 중립을 달성하기 위한 조치를 취하고 있다. 

정책 입안자들이 변화를 위한 과정을 설정함에 따라 재생 가능 에너지는 새로운 투자를 받고 있다. 지난 10월 파이낸셜 타임즈(Financial Times)는 수소 에너지 장비 제조업체 ITM 파워(ITM Power)의 주가가 220% 상승한 반면 네덜란드 에너지 저장 기업 알펜(Alfen)은 230% 이상 상승했다고 보도했다. 

한편, 한때 세계 최대 주식 가치를 가졌던 다국적 석유 및 가스 기업 엑슨모빌(ExxonMobil)은 주식 시장 가치 측면에서 플로리다에 기반을 둔 청정 에너지 제공업체 넥스테라 에너지(NextEra Energy)에 추월당했다. 재생 가능 에너지는 아직 간헐적이다. 즉, 태양이 빛나지 않고 바람이 불지 않을 때 사용할 청정 에너지를 저장하기 위해 배터리 지원이 필요한 것이다. 배터리 저장은 이런 문제로 재생에너지에서 중요하다.

재생 에너지에 대한 투자도 일부 대형 석유 회사에서 이뤄지고 있다. 프랑스의 토탈(Total)은 카타르에서 중요한 태양열 프로젝트에 전념하고 이탈리아의 에니(ENI SpA)는 2050년까지 온실 가스 배출량을 80%까지 낮추겠다고 약속했다. 스위스 상품 거래업체인 머큐리아(Mercuria)는 사모펀드 파트너와 함께 북미의 재생 에너지 프로젝트에 15억 달러를 투자하고 있다.

그리고 '더 이상 경제적이지 않다'는 근거로 약 175억 달러 상당의 자산을 감액 하기로 한 영국 최대 석유기업 BP의 결정은 에너지 부문의 판도를 바꿀 수 있다. 그러나 이러한 큰 진전에도 불구하고 근본적인 기술 장벽은 여전히 ​​남아 있다. 바로 에너지 저장이다.

◇ 힘 쎄고 오래가는 에너자이저 개발

고용량 장수명 배터리 개발은 유틸리티 및 운송 부문에서 특히 중요하다. 성공의 핵심 요소는 리튬 이온 배터리일 가능성이 높다. 리튬 이온 배터리는 전화 충전기와 같은 소규모 애플리케이션에 가장 일반적으로 사용되지만 점점 더 대규모 애플리케이션을 위해 개발되고 있다. 

7개의 유럽 국가는 이미 리튬 이온 배터리 연구를 지원하기 위해 32억 유로를 약속 했으며 테슬라(Tesla)와 제너럴 모터스(General Motors)는 모두 이 기술을 위한 제조 시설에 수십억 달러를 투자 하고 있다. 그러나 이러한 발전과 함께 에너지 부문에 새로운 도전을 맞딱드렸다. 

업계 관계자는 "우리는 전자 폐기물의 형태로 또 다른 환경 위기를 유발할 수는 없다"며 "2035년까지 전 세계 에너지 저장 시장이 10배 성장해 5,460억 달러에 이를 것으로 예측됨에 따라 배터리 제조업체가 폐기물 설계의 우선 순위를 정하는 것이 그 어느 때보다 중요하다"고 말했다.

재생 가능 에너지 전환과 관련하여 배터리 낭비는 방 안의 코끼리와 같다. 2030년까지 전기 자동차에서만 1,100만 톤의 리튬 이온 배터리 폐기물이 발생할 수 있다. 이는 런던의 웸블리 스타디움을 거의 20배 이상 채울 수 있는 양이다. 또 유틸리티 및 기타 배터리 구동 장치를 위한 재생 에너지의 성장과 결합해 관리해야 하는 문제가 추가된다.

리튬 이온 배터리는 수리, 재생산 및 재활용이 어려운 방식으로 설계 및 판매된다. 관계자는 "전통적으로 서로 용접되거나 접착돼 개별 구성 요소를 교체하기가 어렵다"며 "한 부품이 고장 나면 전체 배터리가 일반적으로 폐기된다. 종종 잠재적 수명의 80% 이상이 사용되지 않은 채로 남아 있다"고 말했다.

여기서 두 가지 중요한 문제가 제기된다. 첫째, 충전 용량이 대부분 남아 있는 배터리가 사용되지 않고 폐기된다. 둘째, 이러한 배터리를 만드는 데 사용되는 귀중한 재료가 경제에서 손실되고 있다. 빠르면 2025년에 리튬이 부족할 수 있으므로 이는 재생 가능 에너지 활용에 관한 주요 장벽이 될 수 있다.

◇ 꺼진 배터리도 다시 보자

배터리가 최대한 활용되고 낭비되지 않도록 하려면 산업 전반, 기업과 정책 입안자 간의 협력과 배터리 소유권에 대한 재고가 필요하다.

예를 들어 유럽연합(EU)에서 폐기물 프레임워크 지침(Waste Framework Directive)은 현재 항목의 재사용을 "폐기물이 아닌 제품 또는 구성 요소를 원래 의도했던 것과 동일한 목적으로 다시 사용하는 작업"으로 정의한다. 배터리의 경우 이 정의를 다시 검토해야 한다. 자동차 배터리는 8~10년 후에 저장 용량의 20~30%를 잃어 더 이상 자동차에서 사용할 수 없지만 "백업 배터리, 데이터 센터 및 기타 용도로 사용할 수 있다. 재활용하기엔 동일한 배터리 용량이 필요하지 않은 것이다.

2030년까지 전기 자동차에서만 1,100만 톤의 리튬 이온 배터리 폐기물이 발생할 수 있다. 이는 런던의 웸블리 스타디움을 거의 20배 이상 채울 수 있는 양이다. 재사용에 대한 정의를 검토하는 것 외에도 실제로 재사용이 이뤄지려면 효과적인 재판매 시장을 구축하거나 제조업체가 배터리 소유권을 유지해 배터리를 여러 사용자에게 전달할 수 있어야 한다. 배터리 소유권을 유지하는 제조사도 수리 및 재제조 가능성을 높일 수 있는 모델이다.

리튬 이온 배터리는 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있도록 설계돼 배터리 수명을 연장한다. 서비스가 필요한 구성 요소를 감지할 수 있는 고급 분석 기능과 함께 배터리는 적절한 유지 관리를 통해 최대 25년 동안 작동할 것으로 예상되며 이는 기존 리튬 이온 배터리 수명의 두 배 이상이다.

자동차 제조업체인 르노(Renault)사는 고객이 반품할 때 재사용 및 재생산할 수 있도록 전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리의 임대 모델을 확립했다. 르노 그룹사의 전략 및 환경 계획 이사인 진-필립 헤르미네(Jean-Philippe Hermine)는 "배터리는 에너지 분야에서 수년간 존재해 온 문제, 즉 저장 문제에 대처하는 데 도움이 된다"며 "목표는 원자재를 재생하여 새 배터리를 만드는 데 재사용하는 것이다. 시간이 지남에 따라 이는 공급을 확보하면서 비용을 낮추는 데 도움이 될 것이며 이는 채굴로 인한 탄소 영향을 최소화하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

르노와 같은 전기 자동차도 배터리 기술의 잠재력을 최대한 활용해 재생 에너지로의 광범위한 전환에서 핵심적인 역할을 할 것이다. 유럽 ​​기후 재단(European Climate Foundation)이 자동차 및 E-모빌리티 산업, 배터리 제조업체, 에너지 부문 대표, 프랑스 기관 및 비정부기구(NGO)와 함께 수행 한 연구에 따르면 전기 자동차가 주차돼 그리드에 연결되면 전기 자동차에서 에너지를 내보낼 수 있다. 배터리-차량 간 시스템이라고 하는 이 시스템은 전력 수요의 피크를 충족하고 과부하를 관리하는 데 도움이 되며 재생 가능한 소스에서 잉여 에너지를 흡수할 수 있다.

유틸리티와 전기 자동차간의 이러한 관계를 발전시키면 두 부문 모두에서 재생 에너지 전환을 가속화할 수 있다. 순환 경제에서 배터리의 또 다른 잠재적인 대규모 사용은 데이터 센터 및 통신 인프라의 백업 전원 시스템을 지원해 궁극적으로 인터넷, 연결 및 통신의 기반을 지원하는 것이다. 많은 작업자들이 냉각 없이 이러한 환경에서 작동할 수 있는 능력 덕분에 리튬 이온 배터리로 눈을 돌리고 있다. 배터리 기술은 예기치 않은 정전으로부터 네트워크를 보호하고 디지털 인프라 전반에 걸쳐 더 큰 복원력을 제공하는 무정전 전원 공급 장치를 제공하기 위해 이 산업에서 매우 중요하다.

순환 경제는 재생 에너지로의 전환으로 뒷받침된다. 두 가지 원칙은 폐기물과 오염을 제거하고 제품과 재료를 계속 사용하는 것이다. 이러한 원칙을 배터리에 적용하면 리튬과 같은 귀중하고 유한한 물질이 경제에 순환될 뿐만 아니라 에너지 전환을 돕고 순배출 제로 목표를 달성하는 데 도움이 된다.

[이넷뉴스=박민호 기자] dducksoi22@enetnews.co.kr