재생 가능

매튜 허슨

독일어 단어 Dunkelflaute는 "어두운 침체"를 의미합니다. 태양광 패널과 풍력 터빈이 구름, 밤, 대기로 인해 방해를 받을 때 소강상태를 가리키는 데 이 단어를 사용하는 재생 에너지 엔지니어들의 마음을 오싹하게 합니다. 밝고 구름 한 점 없는 날에 태양열 발전소는 엄청난 양의 전기를 생산할 수 있습니다. 돌풍이 불면 풍력 터빈이 이웃을 활기차게 만듭니다. 그러나 밤에는 태양 전지가 거의 작동하지 않으며 조용한 공기 터빈에서는 쓸모가 없습니다. 이러한 재생 가능 에너지원은 날씨나 지구가 바뀔 때까지 재생을 멈춥니다.

암울한 침체로 인해 전력망이 재생 가능 에너지에 전적으로 의존하기가 어려워졌습니다. 전력 회사는 개별 폭풍이나 바람 없는 밤뿐만 아니라 며칠 이상 지속되는 Dunkelflaute에 대해서도 계획을 세워야 합니다. 지난해 유럽은 몇 주 동안 지속된 '바람 가뭄'을 겪었고, 2006년 하와이는 6주 연속 비를 맞았다. 소규모에서는 완전히 재생 가능한 방식으로 전환하려는 공장, 데이터 센터 및 원격 커뮤니티가 격차를 메워야 합니다. 독일은 원자력 발전소를 폐쇄하고 재생 가능 에너지를 수용하기 위해 열심히 노력하고 있지만 재생 가능 전력 공급의 "간헐성" 문제로 인해 수입된 러시아 가스를 포함한 화석 연료에 여전히 의존하고 있습니다.

확실한 해결책은 배터리입니다. 가장 널리 퍼진 종류는 리튬이온 또는 리튬이온이라고 불리며, 이를 작동시키는 화학적 공정이 필요합니다. 이러한 배터리는 휴대폰에서 전기 자동차에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급합니다. 그것들은 만드는데 상대적으로 저렴하고 점점 더 저렴해지고 있습니다. 그러나 일반적인 모델은 최대 출력을 3~4시간만 낸 후에 저장된 에너지를 모두 소모하며, 모든 iPhone 소유자가 알고 있듯이 재충전할 때마다 용량이 조금씩 줄어듭니다. 더 긴 방전을 감당할 만큼 충분한 배터리를 모으는 데는 비용이 많이 듭니다. 그리고 배터리에 불이 붙을 수 있습니다. 지난 몇 년간 한국의 현장에서는 수십 차례 발화가 발생했습니다.

일리노이 주 아르곤 국립 연구소의 에너지 저장 과학을 위한 아르곤 협력 센터(ACCESS)를 이끌고 있는 과학자 Venkat Srinivasan은 리튬 이온 배터리의 가장 큰 문제 중 하나는 공급망이라고 말했습니다. 배터리는 리튬과 코발트에 의존합니다. 2020년에는 전 세계 코발트의 약 70%가 콩고민주공화국에서 생산되었습니다. Srinivasan은 “다양성이 없으면 문제가 생길 것입니다.”라고 말했습니다. 공급망이 중단되면 가격과 가용성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 더욱이 금속 채굴에는 많은 양의 물과 에너지가 필요하기 때문에 환경에 피해를 줄 수 있으며, 일부 코발트 채굴 작업에는 아동 노동이 수반됩니다. 전문가들은 상당한 기술 발전 없이는 리튬 이온 가격이 현재 수준보다 30% 이상 하락할 것이라고 의심하고 있습니다. 에너지부에 따르면 하락폭은 여전히 ​​너무 적습니다. 우리는 역량을 확장해야 합니다. 한 추산에 따르면, 우리가 재생 에너지로 크게 전환하고 기후 재앙을 피하려면 2040년까지 최소한 100배 더 많은 저장 공간이 필요할 것입니다. 우리는 리튬 이온 배터리의 재료를 채굴하고, 유통하고, 재활용하는 깨끗하고 신뢰할 수 있는 방법을 어떻게든 찾을 수 있습니다. 하지만 그럴 것 같지는 않습니다. 우리는 일반적으로 풍력 터빈이나 태양광 패널과 같은 자원 측면에서 재생 가능 에너지를 생각하지만 이는 전체 그림의 절반에 불과합니다. 이상적으로는 재생 가능 에너지와 재생 가능 저장 장치를 결합하는 것이 좋습니다.

우리는 이미 한 가지 종류의 재생 가능 에너지 저장 장치를 보유하고 있습니다. 세계 에너지 저장 용량의 90% 이상이 양수 수력 발전이라는 놀랍지만 알려지지 않은 기술의 일부인 저장소에 있습니다. 무엇보다도 "양수 수력"은 전력 수요 급증을 완화하는 데 사용됩니다. 모터는 강이나 저수지에서 더 높은 저수지로 물을 펌핑합니다. 물이 내리막길로 방출되면 터빈을 회전시켜 다시 전력을 생산합니다. 양수 설비는 물이 오르막으로 펌핑될 때 충전되고 물이 아래로 흘러갈 때 고갈되는 거대한 영구 배터리와 같습니다. 시설은 경이로울 수 있습니다. 버지니아 주 배스 카운티 양수 저장 스테이션은 나무로 뒤덮인 경사면 사이에 높이가 약 1/4 마일 떨어진 두 개의 거대한 호수로 구성되어 있습니다. 수요가 많을 때에는 매분 1,300만 갤런의 물이 시스템을 통해 흘러 수십만 가구에 전력을 공급할 수 있습니다. 일부 국가에서는 양수 발전의 사용을 확대하고 있지만 미국의 새로운 시설 건설은 수십 년 전에 최고조에 달했습니다. 적합한 지리를 찾기 어렵고, 허가를 받기도 어렵고, 건설 속도도 느리고 비용도 많이 듭니다. 에너지 저장에 대한 새로운 접근 방식을 찾기 위한 연구가 진행 중입니다.