핀란드 남부의 한 작은 마을이 재생 에너지(renewable energy)가 직면한 가장 중대한 문제로 여겨지는 간헐성(intermittency) 문제를 해결하기 위해 세계 최대 규모의 상업용 모래 배터리(sand battery)를 도입했습니다.

높이 13미터, 너비 15미터에 달하는 이 눈길을 사로잡는 시설은 2,000미터톤의 분쇄된 활석(soapstone)을 사용하여 깨끗한 에너지를 열 형태로 저장함으로써 100메가와트시(MWh)의 열에너지를 제공합니다.

이는 Pornainen의 주민 5,000명에게 여름 동안에는 거의 한 달간, 겨울에는 약 일주일간의 열 수요를 충족시킬 수 있는 양입니다.

핀란드의 지역 난방 기업인 Loviisan Lämpö가 발주하고 Polar Night Energy가 개발한 이 거대한 모래 배터리는 유연한 열 생산 기술을 도입하고 지역 난방 네트워크에서 발생하는 탄소 배출을 줄이기 위한 노력의 일환으로 작년에 가동을 시작했습니다.

Polar Night Energy는 이 프로젝트를 통해 난방 네트워크의 온실가스 배출량을 거의 70% 줄였으며, 우드칩(wood chips) 사용량을 약 60% 감소시킨 것으로 추정된다고 밝혔습니다. 기존의 우드칩 발전소는 백업 및 피크 부하(peak-load) 시설로서 계속 운영됩니다.

Polar Night Energy의 CEO인 Tommi Eronen은 Pornainen이 이전에는 난방 수요를 위해 석유와 우드칩을 태우는 것에 의존했으나, 이제 마을의 모래 배터리가 일 년 중 대부분의 기간 동안 연소 없는 난방을 제공할 수 있게 되었다고 말했습니다.

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Eronen은 CNBC와의 화상 통화에서 "우리는 대형 발전소가 에너지를 생산하던 세상에서 태양광과 풍력이 에너지를 생산하는 세상으로 변화하고 있으며, 이에 따라 막대한 양의 저장 장치가 필요합니다"라고 말했습니다.

또한 "희망적인 것은 이러한 저장 장치의 상당 부분이 모래 배터리 형태의 저장 장치가 될 수 있다는 점입니다. 리튬 이온(lithium-ion) 배터리와 같은 많은 화학 배터리에서 필요한 희토류(rare earth materials)가 필요하지 않기 때문입니다"라고 덧붙였습니다.

Pornainen 프로젝트는 2022년 이 나라에서 가동된 이전 버전보다 약 10배 더 크며, 이는 국내외 탄소 배출을 줄이는 데 있어 모래 배터리가 더 중요한 역할을 할 수 있는 잠재력을 강화합니다.

배터리 저장 기술 (Battery storage)은 에너지 전환에서 중추적인 역할을 할 것으로 널리 기대되고 있으며, 특히 모래 배터리 (sand batteries)는 지역 열 저장 (regional heat storage) 분야에서 유망한 가능성을 보여주었으나, 이 기술을 확장하는 데에는 상당한 장애물이 존재합니다. 주목할 만한 몇 가지 비판으로는 열을 다시 전기로 효율적으로 변환하는 능력과 기존 배터리에 비해 상대적으로 낮은 에너지 밀도 (energy density) 등이 있습니다.

본질적으로 모래 배터리 기술은 열 저장 물질이 들어 있는 거대한 보온병과 유사하게 작동합니다.

첫 번째 단계는 바람이나 태양광 발전이 풍부할 때 그리드 (grid)로부터 전력을 가져온 다음, 모래를 매우 높은 온도로 가열하는 것입니다. 단열 처리가 강력하게 된 사일로 (silo)는 그 열을 며칠 또는 몇 주 동안 가두어 두었다가, 열교환기 (heat exchangers)를 통해 방출하여 지역 지역 난방 네트워크 (district heating network)를 위한 물을 데우는 데 사용합니다.

Polar Night Energy의 최고 상업 책임자 (Chief Commercial Officer)인 Annette Höglund-Dönnes는 CNBC와의 화상 통화에서 "세 단계로 이루어지며, 이 모든 것의 핵심은 모래를 통해 전기를 사용하는 시점과 증기를 사용하는 시점 사이에 지연 (delay)을 둘 수 있다는 점입니다"라고 말했습니다.

그녀는 이어 "그 지연이 바로 비즈니스적 이점입니다. 전기가 저렴할 때 모래를 가열할 수 있고, 다른 모든 사람이 전기를 사용하는 낮 시간대처럼 그리드에서 증기를 생산하는 비용이 평소보다 매우 비쌀 때 증기를 사용할 수 있기 때문입니다"라고 덧붙였습니다.

Höglund-Dönnes는 이 과정을 밤사이에 휴대폰을 충전하는 것에 비유했는데, 이는 낮 시간보다 비용이 적게 들 수 있기 때문입니다.

이 프로젝트가 국제적으로 복제될 수 있는지에 대한 질문에 Höglund-Dönnes는 Polar Night Energy가 "모든 대륙"의 팀들로부터 연락을 받았으며, 특히 석탄과 석유 같은 화석 연료 (fossil fuels)에 의존하는 공동체들로부터 연락을 받았다고 답했습니다.

기후 과학자들은 지구 온난화를 억제하기 위해 화석 연료 사용의 실질적인 감소가 필요하다고 반복해서 경고해 왔으며, 석탄, 석유, 가스의 연소는 기후 위기의 주요 동인 (chief driver)으로 지목되었습니다.

영국 Oxford University의 에너지 및 기후 정책 교수인 Jan Rosenow는 모래 배터리와 같은 전기열 저장 (electrothermal storage) 기술이 전 세계적으로 복제될 가능성이 높다는 점에 동의했습니다.

Rosenow는 CNBC와의 인터뷰에서 "희토류 (rare earths)나 핵심 원자재 (critical raw materials)가 필요하지 않으며, 전기가 저렴할 때 배터리를 충전하고 열이 필요할 때 언제든 방전할 수 있다는 점이 장점입니다"라고 말했습니다.

또한 "리튬 이온 (lithium-ion) 배터리처럼 단지 2시간 또는 4시간 동안만 저장하는 것이 아니라, 잠재적으로 며칠, 어쩌면 몇 주 동안이나 장기간 저장할 수 있습니다"라고 덧붙였습니다.

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예를 들어, 재생 에너지의 비판론자들은 태양광이나 풍력과 같은 기술이 바람이 불거나 태양이 빛날 때만 에너지를 생산한다는 점을 자주 지적합니다.

배터리와 같은 에너지 저장 시스템 (energy storage systems)은 과잉 생산된 태양광 및 풍력 에너지를 흡수하고 생산량이 감소할 때 이를 공급함으로써 재생 에너지의 간헐성 (intermittency)을 완화하는 데 중추적인 역할을 합니다.

Loviisan Lämpö의 CEO인 Mikko Paajanen은 모래 배터리가 이러한 에너지 전환의 장애물을 해결하는 데 도움이 된다고 말했습니다.

Paajanen은 CNBC와의 화상 통화에서 "핵심은 전기 조달을 지역 난방 (district heating) 생산과 분리할 수 있다는 것입니다. 이제 우리는 배터리를 한 번 충전하여 겨울철에는 일주일 동안, 여름철에는 심지어 한 달 동안이나 이 난방을 공급할 수 있습니다"라고 설명했습니다.

"따라서 우리는 낮은 스팟 가격 (low spot prices)을 매우 잘 활용할 수 있습니다."

Loviisan Lämpö의 CEO는 회사가 올해 초 몇 달 동안 지자체 지역 난방 생산량의 55%에서 60% 사이를 모래 배터리로 충당하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 2025년의 약 30%에서 증가한 수치라고 밝혔습니다.

핀란드의 Sari Multala 기후부 장관은 Pornainen의 모래 배터리 프로젝트를 에너지 저장 과제를 해결하는 방법의 "매우 고무적이고" 혁신적인 사례라고 설명했습니다.

"저는 공장이 문을 열었을 때 직접 방문했을 때, 그들이 미래에는 아마도 전기를 사용하는 솔루션 또한 개발하고 있다는 점을 이해했습니다. 이는 물론 획기적인 일이 될 것이며, 많은 사람들이 가치를 느낄 수 있는 부분이 될 것입니다,"라고 Multala는 CNBC에 말했습니다.