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전력망 에너지를 저장하는 CO₂ 배터리, 전 세계로 확산

 (spectrum.ieee.org)
2P by GN⁺ 19일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 이탈리아 Energy Dome이 개발한 CO₂ 기반 장기 에너지 저장 시스템이 전력망 규모의 재생에너지 저장을 실현
  • 사르데냐 섬의 첫 상용 플랜트는 2,000톤의 CO₂를 밀폐 시스템 내에서 압축·팽창시켜 200MWh 전력을 생산
  • Google, 인도 NTPC, 미국 Alliant Energy 등이 2026년부터 각국에 설치 계획, 데이터센터와 주택 전력 공급에 활용 예정
  • CO₂ 배터리는 지형 제약이 없고 희귀 광물 불필요, 수명은 리튬이온보다 약 3배 길며 비용은 30% 저렴
  • 장기 에너지 저장(LDES) 의 상용화를 앞당기며, 재생에너지의 불안정성을 보완하는 핵심 기술로 부상

CO₂ 배터리의 구조와 작동 원리

  • 사르데냐 오타나 지역의 시설은 밀폐된 돔 내부의 CO₂를 압축·액화·팽창시키는 순환 시스템으로 구성
    • 압축 시 CO₂는 약 55bar까지 가압되고, 냉각 후 액체 상태로 저장
    • 방전 시 액체 CO₂를 가열·기화해 가스 팽창 터빈을 구동, 전력을 생산
  • 전체 충전·방전 과정은 약 10시간이 소요되며, 하루 단위로 반복 운전 가능
  • 사용되는 CO₂는 순수 제조 가스로, 불순물이나 수분이 없어 장비 부식 방지에 유리

전 세계 확산 계획

  • 인도의 NTPC Limited는 2026년 카르나타카 Kudgi 발전소에 첫 해외 플랜트를 완공 예정
  • 미국 Alliant Energy는 위스콘신에서 2026년 착공해 18,000가구 전력 공급 목표
  • Google은 유럽·미국·아시아태평양 주요 데이터센터 인근에 설치해 24시간 청정에너지 공급 추진
    • 표준화된 모듈형 구조로 “plug and play” 설치 가능
    • Google은 이 기술을 통해 대규모 상용화 단계로 진입시킬 계획

장기 에너지 저장(LDES)의 필요성과 경쟁 기술

  • 태양광·풍력 발전의 잉여 전력을 장시간 저장해 8시간 이상 전력 공급 가능한 시스템 필요
  • 기존 리튬이온 배터리는 4~8시간 저장 한계와 경제성 문제 존재
  • 대체 기술로 나트륨, 철-공기, 바나듐 흐름식 배터리, 압축공기·수소·메탄올 저장, 중력식 저장 등이 연구 중이나 상용화 제약 있음
  • 양수발전은 장기 저장이 가능하지만, 지형 제약과 긴 건설 기간이 문제
  • CO₂ 배터리는 지형 무관·공급망 확보·경제성 우수 등의 장점을 가짐
    • 리튬이온 대비 30% 저렴, 수명은 약 3배 연장

중국의 참여와 기술 경쟁

  • China Huadian Corp. 과 Dongfang Electric Corp. 이 신장 지역에 CO₂ 저장 시설 건설 중
    • 보도에 따르면 100MW~1,000MW 규모로 추정되나 구체적 수치는 불명확
  • Energy Dome CEO Claudio Spadacini는 중국 기업들이 “매우 유사하지만 대형 규모의 시스템” 을 개발 중이라 언급

안전성과 환경적 고려

  • CO₂ 돔은 스포츠 경기장 높이 수준으로, 동일 용량의 리튬이온 설비보다 약 2배 넓은 부지 필요
  • 160km/h 강풍까지 견디며, 폭풍 예보 시 CO₂를 압축 저장 후 돔을 반나절 내에 수축 가능
  • 만약 파손 시 2,000톤 CO₂가 방출되며, 이는 뉴욕–런던 왕복 항공편 15회분 배출량에 해당
    • 인근 인원은 70m 이상 거리 유지 필요
  • CEO는 이 배출량이 석탄 발전소 배출에 비해 미미하다고 설명

기술적 특징과 효율성

  • 핵심 기술은 터보 기계 밀봉, 열에너지 저장, 응축 후 열 회수 방식으로, 비용 절감과 효율 향상 실현
  • 모든 구성품은 기존 산업 공급망에서 조달 가능
  • 돔은 반나절 만에 설치 가능, 전체 플랜트는 2년 이내 완공 가능
  • 평지 5헥타르면 설치 가능해 지역 제약이 적음

산업적 의미

  • CO₂ 배터리는 장기 저장·저비용·지형 무관성을 결합한 새로운 전력망 솔루션
  • 재생에너지의 간헐성 문제를 해결하고, 데이터센터 및 국가 전력망 안정화에 기여
  • Google과 주요 전력회사의 참여로 글로벌 상용화 가속화 전망
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GN⁺ 19일전  [-]
Hacker News 의견들
  • CO2 배터리의 왕복 효율(60~75%) 과 리튬이온의 약 90%를 단순 비교하는 건 맥락이 빠진 이야기임
    전력망 규모 저장에서는 효율보다 수명, 감가, 교체 주기 등 경제성이 더 중요함
    리튬이온은 7~10년, 5,000~7,000회 주기로 성능이 떨어지지만 CO2 배터리가 20년 이상 유지된다면 낮은 효율은 큰 문제가 아님
    특히 CO2 시스템은 출력(터빈 크기) 과 저장 용량(탱크 크기) 을 분리할 수 있어 계절 단위 저장에도 유리함
    다만 방전 시간에 따른 효율 변화 데이터가 기사에 없다는 점이 아쉬움
    • 이 시스템은 압축 시 대기열을 열 싱크, 팽창 시 열원으로 활용함
      만약 주변에 온수 저장 탱크를 두어 열을 보존한다면 단기 주기(낮 충전, 밤 방전) 효율을 높일 수 있을 것 같음
  • IEEE Spectrum 기사에서 단위 표기 오류가 보임
    수력발전 저장 용량을 MW로 썼는데, 실제로는 MWh가 맞음
    Bloominglobal 기사에서도 100MW, 1000MW라 표기했지만 에너지 단위로는 부정확함
    • 왜 잘못된지 구체적으로 설명함
      전력(MW)은 저장할 수 없고, 에너지(MWh)만 저장 가능함
      예를 들어 1GW를 1일 저장하면 24GWh가 되는데, 실제로 그런 대형 수력 저장소는 거의 없음
      따라서 기사 문장은 “수일간 방출 가능한 수 GWh 저장”으로 써야 정확함
      또한 블룸버그 기사에서는 1GWh 저장이 맞게 표기되어 있음
    • 발전소는 보통 최대 출력(MW) 기준으로 설명하기 때문에 기자가 혼동했을 가능성이 있음
      그래도 두 번째 문단에서는 MWh와 MW의 차이를 이미 언급함
    • “와트시(Watt-hour)” 단위가 헷갈림
      1W=1J/s인데, 왜 배터리 용량을 줄 단위로 표현하지 않는지 의문임
      Wh는 결국 J/s × h라서 단위가 좀 괴상함
    • IEEE 기사 전체가 세일즈 브로슈어 같은 냄새가 남
      효율 수치도 없고, “리튬이온은 4~8시간밖에 저장 못 한다”는 식의 근거 없는 문장도 있음
      왜 CO2를 질소 대신 쓰는지도 설명이 부족함
  • Google이 이 기술을 데이터센터 냉각과 연계하려는지 궁금함
    압축가스 저장은 열 손실이 크기 때문에, 냉각 수요가 많은 데이터센터와 결합하면 효율을 높일 수 있음
    냉각용 전력을 시간대별로 이동시키는 효과만으로도 가치가 있음
    • Energy Dome의 CO2 배터리 다이어그램을 보면 물 탱크를 열 저장소로 사용함
      물은 부피 대비 표면적이 작아 열 저장 효율이 높음
    • 두 개의 배터리를 서로 반대 주기로 운용하면, 하나가 냉각할 때 다른 하나가 가열되어 에너지 낭비를 줄일 수도 있을 것 같음
    • 데이터센터와 함께 설치하면, 손실되는 저온 열조차 냉각 부하를 줄이는 데 쓸 수 있음
    • 결국 압축 시 발생한 열과 팽창 시 손실된 열이 상쇄되어 장기적으로는 중립적일 수도 있음
  • CO2를 배출원에서 얻지 않고 순수 CO2를 사용한다는 점에서 환경적 이점은 거의 없음
    리튬이온보다 30% 저렴하다고 하지만, 나트륨 배터리가 이미 10배 저렴한 수준으로 가고 있어 경쟁력이 애매함
    결국 타이밍이 맞아서 주목받는 듯함
    • Lambdaone의 설명을 인용하며, 이 기술의 핵심은 출력 비용과 저장 비용의 분리(Decoupling) 임
      배터리는 출력과 용량이 함께 비싸지만, CO2 시스템은 탱크만 늘리면 용량을 싸게 확장 가능함
      따라서 계절 간 에너지 이동 같은 장기 저장에 적합함
    • 나트륨이온이 10~20$/kWh로 내려가도 여전히 열화, 수명, 화재 위험이 존재함
    • 리튬보다 약간 싸더라도 양수발전보다 훨씬 비쌈
      양수발전은 초기비용이 높지만 수십 년간 운영비가 낮음
      이건 투자자 유치용 기술처럼 보임
    • Wright의 법칙처럼 규모의 경제가 작동하길 기대하는 듯함
      부품을 표준화하고 현지 생산하면 관세 회피도 가능함
  • 효율 수치가 기사에 없지만, 30% 저렴하다는 점이 강조됨
    리튬이온이 지난 10년간 80% 가격이 떨어졌다는 점을 감안하면, 이 우위가 오래가진 않을 수도 있음
    그래도 대규모로 성공하길 바람
    • 입력 전력이 잉여 재생에너지라면 효율은 중요하지 않음
      결국 CAPEX(설비비) 가 핵심임
    • 제조비만 고려한 수치일 가능성이 높음
      수명주기 비용까지 보면 리튬이온보다 30% 이상 차이 날 수도 있음
      특히 재활용 비용이 리튬이온은 훨씬 큼
    • 리튬이온보다 싸고 희귀 자원도 안 쓰며, 3배 긴 수명을 기대할 수 있음
    • 약 75%의 왕복 효율이면 나쁘지 않음
      지역 냉난방 시스템과 결합하면 더 효율적일 것 같음
    • 결국 다양한 기술이 필요함
      하나의 솔루션이 모든 걸 해결할 필요는 없음
  • 압축가스 저장 기술은 오래전부터 시도되어 왔지만, 이번엔 실현 가능성이 커 보임
    예전 LightSail Energy 스타트업을 떠올리게 함
    순수 CO2 사용과 대형화, 열 관리 개선이 이번엔 차별점임
  • 기술이 너무 단순해서 너무 좋아 보이는 게 오히려 의심스러움
    출력 장비와 저장 용기의 비용이 분리되어 있다는데, 실제 수치는 공개되지 않음
    • CO2는 압력 요구가 낮고 다루기 쉬운 가스라서 저장 용기 설계가 간단함
      페인트볼 탱크 기준으로도 압축공기보다 효율이 높음
      다만 재액화 과정의 에너지 손실이 주요 변수임
      그래도 폐쇄 루프라면 손실은 크지 않을 듯함
    • 단점은 낮은 왕복 효율일 가능성이 큼
      저장 기간이 길어질수록 냉각 손실이 커질 수도 있음
      결국 전기는 리튬/나트륨이온, 열은 모래나 흙 저장이 주류가 될 것 같음
    • 오히려 냉각 사이클 자체가 전력망 부하 조정에 더 유용할 수도 있음
    • 열 저장 손실이 문제지만, 단기 저장 기준 75% 효율이면 꽤 높음
    • 만약 돔이 파손돼도 2,000톤 CO2 방출은 뉴욕–런던 왕복 15회 항공편 수준이라 미미함
      결국 이 기술은 재생에너지 보조 저장이 목적임
  • 만약 돔이 파손돼 CO2가 새면 어떻게 되냐는 우려가 있음
    2,000톤이면 약 100만㎥ 부피로, 공기보다 무거워 지면에 깔림
    Lake Nyos 참사처럼 질식 위험이 있음
    • CO2는 과탄산 반응(hypercapnic response) 때문에 사람에게 즉각적인 불쾌감을 줘서 피하게 만듦
      아르곤 같은 불활성가스보다 위험이 낮지만, 대량 누출 시엔 여전히 치명적일 수 있음
    • 기사 마지막 부분에서도 다룸
      돔이 터져도 약 15회 대서양 항공편 수준의 배출이며, 70m 떨어지면 안전함
      Bhopal급 재난은 아님
    • 회사는 70m 안전거리를 기준으로 설계했다고 함
      허리케인 등으로 파손돼도 바람이 CO2를 흩날릴 것이고, 누출 감지기와 산소 마스크로 위험을 줄일 수 있음
    • Lake Nyos는 20만 톤이 한 번에 방출된 사례라, 이번 2천 톤 규모는 훨씬 작고 점진적일 것임
    • 천연가스 저장소보다 폭발 위험이 없고 덜 위험함
  • 개인 태양광 발전 경험을 공유함
    960W급 패널 2개가 $400인데, 저장용 Anker Solix 3800(3.8kWh) 은 $2400이라 저장비가 훨씬 비쌈
    저장비가 내려가면 개발도상국 가정 단위 전력 자립이 가능할 것임
    • Anker보다 훨씬 싼 옵션이 많음
      예: 10kWh 구성이 $2,690~3,300 수준, DIY 조립 시 $2,000 이하도 가능함
    • Will Prowse의 사이트에서 최신 배터리 추천 목록을 볼 수 있음
      5kWh급 서버랙 배터리가 $1,000 이하로도 구매 가능함
    • 필리핀 설치 견적 예시: 15kWh 배터리 + 16패널 세트가 약 $5,275
      미국은 규제와 고비용 시공 시장이 문제임
    • Anker 가격이 자동차 배터리(84kWh) 보다 비싸다는 점이 이상함
    • 대형 배터리(MWh급)는 160유로/kWh 수준으로, 설비 포함 가격임
  • 콘크리트 블록을 들어올려 저장하는 중력 에너지 저장과 비교함
    • 기사에서도 언급됨: “공중에 무거운 물체를 매달았다 떨어뜨리는 방식도 시도됐지만, 지질적 제약과 낮은 효율로 상용화가 어려움”
    • 결국 소형 양수발전 수준의 효율밖에 안 나옴
      대형 저수지의 질량과 수량을 생각하면 스케일 차이가 너무 큼
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