[Nathan Park 기자의 시사분석] 소듐 이온 배터리

박춘호

현대 생활에서 빼놓고는 살 수 없는 것을 꼽으라면 단연 배터리가 들어가야 한다. 생활의 필수품이 된 스마트폰과 랩탑, 태블릿 등에도 배터리가 없으면 무용지물이다. 기본적으로 이 기기들은 휴대를 해야 하는데 휴대를 위해서는 배터리가 필수이기 때문이다.  
 
요즘 배터리에 가장 많이 사용되는 물질은 리튬과 이온이다. 그래서 이를 리튬 이온 배터리라고 부른다. 이 배터리가 어떻게 만들어지고 작동하는지 등의 고급 기술에 대해서는 문외한이지만 다양한 분야에서 폭넓게 사용되기 때문에 상품성이 있고 전세계에 공급할 수 있는 충분한 양이 있기 때문에 사용되고 있다고 추측할 수는 있을 것이다.  
 
하지만 코발트와 니켈 등이 들어가는 리튬 이온 배터리에도 약점이 있다. 가장 먼저 지적되는 점이 호주와 칠레 등 극히 일부 국가에만 리튬이 매장되어 있고 매장된 자원을 채취해 상품으로 만드는 과정에서 엄청난 환경 공해를 발생시킨다는 점이라고 한다. 리튬을 발굴하는 과정에서 많은 물이 필요하고 이 물이 다시 자연을 오염시킨다는 점에서 친환경적이라고 할 수 없다. 또 리튬 이온 배터리를 생산하는 시설이 중국에 집중되어 있다보니 원자재를 수송해서 제조하고 이를 또 전세계로 배송하는 과정에서 막대한 에너지 배출이 발생한다는 단점이 발생할 수 밖에 없는 구조다.  
 
이런 이유로 최근 새롭게 각광받고 있는 것이 소듐 이온 배터리다. 이 배터리는 이름에서 알 수 있는 것과 같이 리튬이 아니라 소듐을 이용해서 배터리를 제작한다. 소듐은 바닷물에서 얻을 수 있다. 리튬 등에 비해 사용할 수 있는 자원이 수천배나 많고 배터리로 제작하는데 큰 환경 오염을 일으키지 않는다. 공급이 쉬운 만큼 시장에 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다는 것이다. 물론 아직까지 기술적으로 극복해야 하는 장애물도 많다. 가장 큰 장애는 리튬 배터리에 비해 저장할 수 있는 전기량, 에너지량이 많지 않다는 것이다. 또 리튬 에너지에 비해 비싸고 어려운 제작 공정으로 인해 보다 싸고 쉽게 만들어야 한다는 점도 넘어야 할 산이다.  
 

이 과정에서 가장 앞선 기술을 가진 곳이 시카고대학교 분자 공학 연구소로 알려져 있다. 이 연구소는 시카고 다운타운 웨스트 루프에 연구소를 차리고 소듐 이온 배터리의 상품화에 전념하고 있다. 현재는 소듐 배터리를 만들기 위해서는 안전한 제조 환경을 갖추고 장갑을 낀 채로 물질을 만져야 하는 상태다. 하지만 연구 개발이 끝나면 리튬 배터리에 못지 않는 에너지 저장 용량을 확보하면서 제작 단가를 낮출 수도 있을 것으로 기대하고 있다. 최근에는 연방 정부로부터 6000만달러 이상의 지원금을 받아 기술력을 인정받았고 상용화 가능성이 더욱 높아진 것으로 평가받고 있다.  
 
기본적으로 리튬 배터리가 현재와 같이 전세계 보급에 이르기까지 걸린 시간은 30년이다. 리튬 배터리의 가격은 같은 기간 동안 99%가 낮아졌고 성능은 5배가 상승할 만큼 기술 개발에 큰 진전이 있었다. 소듐 배터리 개발을 위해서는 이보다 더 빠른 시간내에, 효율적인 제품을 만들어야 한다는 과제가 놓여 있는 셈이다. 시간도 많지 않다. 일리노이의 경우 탄소 배출이 없는 에너지 생산을 위해서 데드 라인을 설정해 놓았지만 이를 위한 대체 에너지 개발에는 큰 진전이 없는 상황이다. 이에 일부 화석 에너지 발전소의 가동 기한을 연장하기도 했다. 태양광과 풍력 발전 등의 친환경 재생 에너지를 현재 보다 더 많이 이용하기 위해서는 소듐 이온 배터리와 같은 저장 장치 개발에 전력을 기울여야 하는 이유다.  
 
이런 친환경 재생 에너지의 경우 특정한 자연 조건 아래서만 발전이 가능한데 배터리가 없으면 필요할 때 전력 수급을 제 때 할 수 없기 때문이다. 이런 단점으로 인해 원자력 발전소의 존재 이유가 다시 각광받고 있다는 것이 전문가들의 견해다. 원자력 발전이 아직까지 안전하고 완벽한 방사능 폐기물 처리 방법이 없는 것과 같은 분명한 단점이 존재함에도 최근 전기 수요 급증으로 인해 재평가를 받고 있는 것도 이러한 기술 개발과도 관련이 깊다.  
 
현재 전세계에 존재하고 있는 리튬 배터리로는 1테라 바이트의 전기를 저장할 수 있지만 이는 미국이 한 시간에 소비하는 전기량에 불과하다. 만약 공해 배출이 없는 상태에 이르기 위해서는 전세계에 200~300 테라 바이트의 배터리가 필요하다는 것이 전문가들의 예상이다. 소듐 배터리가 앞으로 더 많은 기술 개발을 해야 하는 이유다.  
 
최근 일리노이 주의회에서는 배터리의 저장 용량을 크게 늘려 전기 수급을 늘려야 한다는 내용의 법안이 제출됐다. 일리노이 정부는 오랜 기간 동안 원자력 발전소의 추가 설치를 전면 중단했다가 최근에는 소형 원자로 설치를 추진하고 있다. 2045년까지 화석 연료를 이용한 화력 발전소의 운영을 전면 중단하겠다는 목표를 세운 일리노이 정부가 소형 원자로를 개발하고 용량을 크게 늘린 배터리 보급을 준비하고 있는 것이다.  
 
배터리 용량을 크게 늘리지 않을 경우 화석과 천연가스를 이용한 발전소가 더 오랫동안 가동될 수 없다는 것이 현실이다. 엘진의 화력 발전소가 대표적인 사례다. 천연 가스를 태워 전기를 생산하는 이 발전소는 당초 2025년 폐쇄할 예정이었지만 북일리노이 지역의 전기 수요가 급증함에 따라 내년 전기 요금 인상이 불가피해 지면서 폐쇄 계획을 연기했다. 내년 컴에드 역시 전기 요금 인상을 앞두고 있는 현실을 감안하면 소듐 배터리 개발은 일반 주민들의 삶에도 이미 깊게 자리잡고 있다고 봐야 한다. (편집국)
 
 

Nathan Park 기자