엘레멘트 디지털 엔지니어링 총괄 경영자
시몬 리즈(Simon Rees)
세계적으로 지구온난화와 기후 변화가 심각해지고 있는 가운데 탄소중립에 대한 관심과 이에 따른 대체 에너지에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 대표적인 대체 에너지로 언급되는 것이 태양광과 풍력 등을 이용한 신재생에너지다. 하지만 신재생에너지는 기후 특성상 일사량, 풍속 등의 변수에 따라 발전량이 일정하지 않아 간헐적으로 에너지를 생산하기 때문에 전력을 안정적으로 공급하는 데 한계가 있다. 이에 대한 대안으로 등장한 것이 에너지저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS)다. ESS는 발전된 전력을 보관해 두었다가 필요할 때 꺼내어 쓸 수 있는 에너지 저장장치로, 신재생에너지의 단점을 보완하면서 안정적인 전력을 공급할 수 있어 미래 탄소 제로 시대의 핵심 솔루션으로 주목받고 있다.
국내에서도 재생에너지, 스마트 그리드, 탄소 중립을 위한 관심이 증가하면서 ESS 에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 관련 시장도 급속하게 성장하고 있다. 그러나 이러한 연구에도 불구하고, 국내 ESS 관련 화재 및 폭발 사고가 잇따라 발생하고 있다. 사고의 대표적인 원인으로 꼽히는 것은 ESS의 배터리로 사용되는 리튬이온전지다. 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높고 무게가 가벼워 휴대폰과 노트북 등의 휴대용 전자 기기에 널리 사용되고 있지만, 온도에 상대적으로 민감하여 화재와 폭발에 취약하다는 안전성 문제가 있다.
이러한 리튬이온 배터리의 취약성과 ESS의 한계를 극복하기 위한 대체 소재로 바나듐이온 배터리가 주목받고 있다. 바나듐이온 배터리는 발화의 위험성이 원천적으로 차단된 배터리로, 화재와 폭발의 위험성이 낮고 에너지 효율이 우수하여 발전소, 전기차 충전소 등 다양한 분야에서의 차세대 ESS 배터리 소재로 주목받고 있다. 그러나 바나듐이온 배터리는 부피가 크고 가격이 높으며 특정 국가에 자원이 한정되어 있어 당장 리튬이온 배터리를 대체하여 실질적으로 상용화 하기에는 여전히 많은 어려움이 남아있다.
결과적으로 ESS를 안전하게 활용하기 위해서는 대체 소재 개발도 중요하지만 현재 사용하고 있는 리튬이온 배터리에 대해 시험과 인증을 한층 강화하는 방향에 초점을 두어야 한다. 배터리 시험의 경우 온도, 습도, 고도, 진동 등 다양한 조건과 환경에서 정밀하게 진행되어야 하며 배터리 사용 중 과열, 단락, 과충전 등의 다양한 현상들에 대한 테스트를 통해 안전성을 철저히 검증해야 한다. 이를 위해서는 필자가 몸담고 있는 엘레멘트와 같은 시험·검사·인증(TIC) 전문기업과 협력해야 하는데, ESS 시험 시 발생하는 대형 화재와 폭발을 견딜 수 있는 시험장과 장비를 갖춘 곳이어야 한다.
전 세계적으로 넷제로 목표 달성을 위해 협력하고 있는 가운데, 국내에서도 지속해서 ESS의 안전성과 효율성을 높일 수 있도록 힘 써야 한다. 바나듐이온 배터리와 같은 대체 소재 연구와 개발을 적극적으로 추진해야 하며, 동시에 배터리 사용 중 발생할 수 있는 다양한 안전 문제에 대한 철저한 시험으로 안전성을 강화해야 한다. 이를 통해 장기적으로 탄소중립은 물론, 안전하고 지속 가능한 에너지 솔루션을 위한 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.