ESS의 미래-해수전지

이번에 이야기를 해 보려는 건 하나의 기술이면서 동시에 한 기업의 이야기이다. 이 기술을 갖고 있는 유일한 기업이다 보니.. 어쩔 수 없는 기업 이야기가 되어버린다. 하지만, 이 기업은 유명하지도 않고 그렇다고 엄청 유망하지도 않은 것 같다. 다만 나는 이 기술의 미래를 좋게 보고 있다. 

 

2020년 이후에 신재생에너지에 대해 관심이 많아졌다. 이산화탄소의 농도가 증가하면서 지구가 점점 더 더워지고 있다가... 지금은 점점 더 뜨거워지고 있다는 표현으로 바뀌었더라. 그리고 로봇이나 AI, 클라우드 등이 발전하면서 전기의 사용량이 늘어나고 있다. 결국 우리가 지구를 덜 뜨겁게 만들기 위해서는 이산화탄소의 배출을 줄여야 하고, 기존에 있던 이산화탄소의 농도도 낮춰야 한다. 이 과정에서 태양광과, 이 글에서 이야기할 기업이 일정부분 역할을 할 것으로 본다. 

 

어느 글에선가? 2020년 대비 2050년 전력사용량이 5배~10배 정도로 늘어날 것이라고 하더라. 출처는 못찾겠다. 그냥 그런 이야기가 있었다 정도로 넘어가야 할 듯. 암튼.. 전력사용량이 늘어나는데, 그걸 감당하기 위해 발전소를 추가로 지어야 한다. 그런데 어떤 발전소를 지을 것인가? 지금 상황에서 화력발전소를 추가로 짓기는 어렵다. 기존 화력발전소를 그대로 운영하는 건 그래도 가능하겠지만, 화력발전을 추가로 짓는건 세계적인 반발에 직면할 것이다. 그럼 원자력은? 원자력발전은 고준위 방사능 폐기장을 지어야 한다는 문제에 직면해 있다. 사람들이 잘 모르는 것이, 유럽이 원자력을 친환경으로 분류했다는 것만 알고, 그 조건은 잘 모른다. 고준위 방사능 폐기물 처리장을 지어야만 친환경으로 본다는 것이다. 어제부터? 일본이 후쿠시마 오염수를 방류하고 있다. 그걸 보면서 원자력발전소를 더 짓자고 하는건 건 바보같은 짓이라 본다. 뭐.. 더 지을 수도 있겠지만, 일단 지금 있는 원자력 발전소의 고준위 방폐장부터 먼저 해결을 하자. 남는건 결국 친환경 발전 방법이다. 친환경발전방법은 태양광, 풍력, 조력, 수력 등등... 자연환경을 이용한 발전이 주를 이룬다. 그 중에서 가장 널리 이야기가 되는 것은 태양광과 풍력이다. 북유럽의 노르웨이나 핀란드 등은 수력발전이 주를 이룬다고 하더라. 그리고 영국은 해상풍력. 우리나라나 프랑스는 조력도 충분히 매력적이다. 하지만 국가를 가리지 않고 유망한 것이 주로 태양광과 풍력이다. 그나마 조력은 예측가능하겠지만 다른 발전방법은 우리가 필요한 때에 필요한 만큼 전기가 생산되지 않는다. 이걸 신재생에너지의 간헐성이라고 이야기를 한다. 원하는 타이밍에 원하는 양만큼 전력이 안생긴다는 거다. 그래서 필요한 것이 전기를 저장하는 장치, 즉 ESS다. 

 

신재생에너지 발전에서 전기를 저장하는 형태로 가장 많이 언급되는 것이 수소와 ESS다. 그 중에서 ESS가 좀 더 많이 언급되는 것 같다. 

태양광이나 풍력발전 등으로 만들어진 전기로 물을 전기분해해서 수소로 만들고, 이걸 저장하는 방식이 수소활용방안이다. 수소는 ESS에 비해 에너지 밀도가 높고, 송전탑 등이 아닌 다른 방식으로 운반을 할 수도 있다. 하지만 고압이나 초저온으로 저장을 해야 하는 문제가 있어, 관리가 쉽지만은 않다. 

그에 비해 ESS는 배터리로 전기저장시설을 만드는 것이다. Energy Storage System. 전기 저장 시스템. 이게 ESS다. 이렇게 배터리로 전기를 저장하기 위해서는 많은 배터리가 필요하다. 일반적인 전기차 등에 들어가는 배터리에 비해 엄청나게 많은 양이 필요하다는 거다. 그런 전기를 저장하기 위한 ESS 시설을 비싼 자동차배터리로 채우는 것은 배보다 배꼽이 클 수 있다. 어쩌면 태양광발전소보다 ESS가 훨씬 더 비용이 많이 들 수도 있다. 뭐.. 이것까지는 아직 내 뇌피셜이다만 크게 다르지 않을 거라 생각한다. 

현재 전기차 보급률이 우리나라 기준으로도 겨우 10% 정도이다.  2035년 이후 서울은 내연기관차를 더 이상 등록할 수 없도록 하겠다고 한다. 그러면 2050년쯤이면 아마도 서울에 내연기관차는 못들어갈 거다. 개인적으로는 우리나라에 친환경차 보급률이 80% 이상이 될 거라 예상한다. 근거는? 없다. 그냥 감이라고 해야 할까? 이것저것 자료를 보다보니 그럴것 같다. 뭐.. 여기에 적히는 대부분의 글들은 이것저것 유튜브도 보고, 블로그도 보고, 기사도 보고, 박람회나 전시회를 찾아가서 보고, 그런 결과 가지게 된 감이 기준이다. 그리고 상상력을 기반으로 글을 작성한다. 그러다보니, 근거를 못대는 수치도 꽤 있는 편이고, 인용할 근거를 못찾는 자료도 많다. 그런 경우, 근거를 못찾겠다고 이야기를 최대한 하려 한다. 암튼.. 전기차, 수소차를 포함한 친환경차 보급률이 80% 이상이 된다는 것은 전기차의 보급률도 엄청나게 올라간다는 이야기이고, 그만큼 배터리도 많이 필요하다는 이야기가 된다. 전기차 보급률=배터리 사용량이 되는 거다. 그리고 그건 곧 배터리를 만들기 위해 필요한 소재들의 가격이 그만큼 올라간다는 이야기가 된다. 

 

배터리는 보통 양극재, 음극재, 분리막, 전해액으로 이루어진다. 양극재는 주로 금속을 사용하고, 음극재는 흑연이나 그래핀 등을 주로 사용한다. 분리막은 다공성 필름을 사용하고, 전해액은 리튬이 녹아 있는 액체를 사용한다. 그리고 양극재가 배터리 가격을 결정하는 요소라고 이야기를 한다.(https://news.bizwatch.co.kr/article/industry/2023/02/03/0034) 양극재는 주로 금속을 사용하는데, 양극재에 들어가는 금속이 주로 니켈, 코발트, 망간, 리튬 등이다. 리튬은 양극재에도, 전해액에도 들어간다. 그런데 이런 금속들은 합성을 하거나 할 수 있는게 아니라서 채굴을 해야 하는데, 이 채굴의 속도가 수요의 증가를 못따라간다. 그리고 매장량이 얼마나 될지도 모른다. 그러다보니, 그런 금속들의 가격이 계속해서 오르고 있고, 그런 금속 광산을 가진 국가들은 자기네 나라에 배터리공장을 지어달라고 강짜를 부리고 있다. 그러다보니 그런 금속을 다른 원소로 대체하려는 시도가 이어지고 있다. 

여기서 나트륨 전지가 등장한다. 나트륨 전지란 리튬 대신에 나트륨을 사용하는 전지이다. 주기율표 상으로 리튬 바로 아래가 나트륨으로, 리튬과 나트륨의 성질은 비슷하다. 하지만 리튬에 비해 나트륨은 바닷물에 많이 포함되어 있어, 바다를 접하고 있는 국가라면 얼마든지 생산을 할 수 있는 금속이다. 물론, 바닷물에서 나트륨을 추출하면 어떤 영향이 있을지에 대한 연구도 필요하겠지만 말이다. 이런 나트륨전지는 리튬전지에 비해 가격이 많이 싸질 것으로 본다. 다만, 리튬에 비해 나트륨이 더 크다보니 원자의 이동이 쉽지 않고, 에너지의 저장용량도 많이 낮다는 문제가 있다. 이걸 극복하기 위한 연구가 지속되고 있다. 

이런 나트륨 전지의 하나로, 해수전지가 등장했다. 내가 해수전지 관련 다큐를 처음 본게 2020년쯤인거 같다. 그걸 보면서 어? 했던 것 같다. 그리고 계속해서 자료를 찾아보고, 유튜브도 보고 하면서 느낀게, 앞으로 해수전지가 ESS의 대세가 될 수도 있겠다는 생각이었다.

 

위에서 이야기한 바와 같이, 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액으로 이루어진다. 여기에 들어가는 금속 원소 중에서 리튬을 나트륨으로 대체를 했으니, 가격이 다운될 거다. 그리고 해수전지의 다른 특징이 있다. 바닷물이 양극재의 역할을 수행한다는 것이다. 이게 뭔 말이냐면 양극재를 따로 만들지 않는다는 거고, 배터리 가격의 40% 정도를 차지하는 양극재가 없어지니, 배터리 가격이 매우매우매우!!! 내려갈 수 있다는 것이다. 그리고 또 한가지. 이 해수전지는 양극재를 바닷물 혹은 소금물을 사용한다. 그렇다는 것은! 바닷물 속에서도 동작을 한다는 거고, 발화의 위험이 많이 낮아진다는 의미가 된다. 

배터리에서 가장 비싼 금속인 코발트, 니켈, 망간 등을 양극재가 없어 사용하지 않고, 전해액에서도 리튬 대신에 저렴한 나트륨을 사용한다! 가격이 절반 이하로 떨어질 수 있는 요소가 된다. 거기다 바닷물 속에서도 동작을 하고, 물 속에서 동작을 하기 때문에 발화의 위험이 매우 낮은 전지! 다만 전기 저장 용량이 낮은 것은 배터리를 많이 쌓으면 해결이 될 문제이다. 물론, 고성능이 요구되는 전기차에는 사용하기 어렵겠만 말이다. 

 

이 기술은 UNIST의 김영식 교수팀이 기술개발을 했고(https://m.ddaily.co.kr/page/view/2023070812242801400), 그 기술을 전수할 기업이 따로 없어서 자체적으로 포투원이라는 회사를 설립을 했다. 그리고 한국동서발전과 협력하여 여러가지 제품을 만들고 있다. 제일 처음 시도한 것은 바다에 띄워놓는 부이의 배터리를 해수전지로 바꾸는 것이었다. 이건 어느 정도 기술개발이 완료되어 상용화 준비를 하고 있다고 들었다. 

 

한 기업에 대해서 글을 써 보는 것도, 이 기업은 투자를 할 수 없어서이다. 비상장 시장에도 안보이는 기업이라.. 직접 투자가 거의 불가능하다고 봐야 할까? 

나도 이쪽 홈페이지에 들어가서 궁금한 점이나 그런것에 대한 문의를 남겨보려 한다. 대답을 받을 수 있을지는 나도 잘 모르겠다. 개인적인 관심이라.