전기 저장하는 '소금'의 비밀

미국 네바다주 토노파에 건설된 '크레센트듄스 용융염 태양열발전소'를 공중에서 바라본 모습. [사진=솔라리저브]

인류의 역사를 바꾼 물질 중 가장 중요한 한 가지는 '소금(Salt)'입니다. 소금의 중요성을 알게된 인류는 고대부터 국가가 소금의 생산과 공급을 통제하거나 화폐로 사용하기도 했습니다.

또 고대 이집트는 미라를 만들 때에 시체를 소금물에 담갔고, 이스라엘에서는 소금을 비료로 사용해 토지를 비옥하게 만들기도 하는 등 소금은 다양한 용도로 활용됐습니다. 최근에는 소금이 전기를 저장하는 장치로 변신해 주목받고 있습니다. 배터리처럼 전기를 저장했다가 필요할 때 뽑아 쓰는 것이지요.

깨끗하고 무한한 발전이 가능한 태양에너지나 풍력에너지 등 재생에너지가 대세지만 낮에나 발전을 할 수 있거나 날씨의 영향에 따라 발전량이 일정하지 않은 단점이 있습니다. 태양이 없는 밤이나 비가 오면 태양광 발전은 불가능하고, 바람이 불지 않으면 풍력발전기의 날개를 돌릴 수 없기 때문입니다.

그래서 재생에너지 발전시설을 건설할 때 반드시 함께 설치하는 시설이 '에너지 저장 시스템(ESS)'입니다. 최근 ESS의 새로운 방식으로 등장한 것이 '용융염(Molten Salt)’입니다.

용융은 물질이 녹아서 섞이는 것을 말합니다. 용융염은 글자 그대로 해석하면, 고체 상태인 소금을 가열해 액체상태로 녹인 소금입니다. 사람이 먹는 소금이 아닌 질산나트륨(sodium nitrate)과 질산칼륨(potassium nitrate)의 혼합물을 260~550°C의 고온으로 가열해 액체로 변한 상태를 용융염이라고 합니다.

용융염은 열에너지를 장기간 보존하는 특성을 가지고 있어 재생에너지의 ESS로 각광받는 것입니다. 태양열발전의 경우 태양에너지로 물을 끓여 만든 수증기로 발전기 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 용융염을 이용한 태양열발전은 태양에너지로 용융염을 먼저 만들고, 이 용융염이 저장하고 있는 열에너지를 밤에 뽑아내는 방식이라고 할 수 있습니다.

풍력에너지는 전력을 먼저 만든 뒤 전력을 공기 가열 펌프로 보내 뜨거운 공기와 차가운 공기로 분리합니다. 뜨거운 공기는 소금 탱크로 보내고 차가운 공기는 부동액 탱크로 보냅니다. 소금 탱크로 보내진 뜨거운 공기(에너지)는 소금에 열화학적으로 저장되고 화학반응으로 묶여 있다가 필요할 때 500℃의 열에너지로 방출하게 하는 것입니다.

최근 구글의 모기업 '알파벳'이 의욕적으로 추진 중인 '몰타(Malta)' 프로젝트가 용융염을 이용해 에너지를 저장하는 시스템을 개발하는 것입니다. 프로젝트의 성공 여부가 신재생에너지를 리튬이온 배터리보다 더 오래 저장할 수 있느냐에 달린 만큼 구글 연구팀은 '전기열저장시스템(electro-thermal storage system)'을 자체 개발하기도 했지만 기술이 완성된 단계는 아닙니다.

업계 전문가들은 "전기열저장시스템은 길게는 몇 주 동안 전기를 저장할 수 있고, 예상수명도 20년이 넘는 것으로 알려졌다"면서 "관건은 효율이 떨어지는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 기술의 발전 여부가 될 것"이라고 밝혔습니다. 현재 기술로는 전기에너지를 열에너지로 변환하는데 문제는 없지만 열에너지를 전기에너지로 변환하는 과정은 효율이 떨어진다는 의미입니다.

그런데도 이 프로젝트 투자에는 마이크로소프트의 빌 게이츠, 아마존의 CEO 제프 베조스, 소프트뱅크의 손정의, 버진그룹의 리처드 브랜슨 등 투자의 귀재들이 빠짐없이 참여했습니다. 미국은 이미 2014년부터 용융염 태양열발전소를 가동하고 있습니다.

미국 네바다 사막 지역에 건설된 '크레센트듄스 용융염 태양열발전소'의 모습. [사진=솔라리저브]

네바다 사막에 위치한 '크레센트듄스 용융염 태양열발전소'는 낮에 저장한 에너지로 해가 진 후 10시간 동안 인근 지역의 7만5000가구에 전기를 공급하고 있습니다. 호주의 사막 지역에도 내년 완공을 목표로 '오로라 솔라발전소'를 건설하고 있습니다.

미국의 신재생에너지 전문기업인 솔라리저브가 건설 중인 오로라 솔라발전소는 용융염에 1100㎿급의 에너지를 저장, 연간 495GW의 전력을 생산해 호주 사우스오스트레일리아주 소요전력의 5% 정도를 공급할 예정이라고 합니다.

용융염을 이용한 발전 방식은 아직은 건설비와 발전 단가가 비싼 편입니다. 열에너지의 전기에너지로의 전환 효율도 떨어지지요. 그런데도 이 방식이 세계적 투자자들의 마음을 사로잡은 이유는 무엇일까요?

바로 '친환경'과 '미래의 효율' 때문입니다. 용융염을 이용한 발전 방식은 열에너지를 저장하는데 필요한 재료는 소금과 물뿐 입니다. 공정 중에 어떤 유해물질도 나오지 않지요. 장치를 수십 년 이상 쓸 수 있는데다 쓰고난 소금을 그대로 배출해도 문제될 일이 전혀 없습니다. 세계적 기업들이 기술 확보를 위해 경쟁하고 있어 효율 개선도 빠른 시간에 해결될 것으로 전망됩니다.

다만, 이 발전방식은 풍력보다 태양열발전이 유리한데 계절에 따라 일조량의 차이가 크고, 넓은 평지를 확보하기 힘든 한국 같은 나라에서는 사업성이 떨어진다고 합니다. 미국이나 호주, 중국처럼 국토에 거대한 사막이 있어 대규모로 사업을 진행할 수 있는 나라가 훨씬 유리하다고 합니다. 국토 넓은 나라가 부럽습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr