KISTI의 과학향기

미국 MIT(Massachusetts Institute of Technology)가 설계한 에너지저장시스템인 FIRES(Firebrick Resistance-heated Energy Storage)은 수천년 전의 기술을 이용하고 있다.

 

MIT에 다르면 FIRES 아이디어는 전력수요가 낮을 때 남아도는 전력을 전기저항히터를 사용해 활용하지는 것이다. 전기저항히터는 전기를 열로 변환한다. 이 장치는 단열 케이스 내에 설치된 다수의 내열벽돌을 남는 전기를 이용해 가열하게 된다. 나중에 이 열은 산업공정에 직접 사용되거나 전기로 다시 바꿔주는 발전기로 공급될 수 있다.

 

기술적으로는 이 시스템은 1920년대에도 개발될 수 있던 것이지만 그 당시에는 이 기술을 적용할 시장이 없었다고 MIT측은 밝혔다. 이 기술에 대한 연구논문은 Electricity Journal지에 이번 주 실렸다. 현재는 남는 전기를 저장할 수 있는 방안이 배터리나 양수발전소로 국한되는 형편이다. 하지만 이 내열벽돌 열저장 시스템은 이런 방안의 10분의 1에서 14분의 1 수준의 비용이면 충분하다.

 

내열벽돌 자체는 점토로 만들어진 벽돌의 한 종류에 불과하지만 섭씨 1,600도까지 견딜 수 있는 능력을 갖고 있다. 이런 고온 내열벽돌은 약 3,500년 전의 유적지에서도 발견된다. 이 사실은 이러한 벽돌이 가진 내구성을 반증하는 것이다. 하지만 이 기술이 극복해야 할 난관도 있다. FIRES이 현재 갖고 있는 한계는 저항히터다. 현재 값싸고 신뢰할만한 저항히터는 섭씨 약 850도까지 밖에 가지 못한다. 벽돌 자체가 전기적으로 도체가 될 수 있다면 벽돌이 열을 생산도 하고 저장도 하는 저가의 저항히터로 활용될 수 있다.

 

열을 전기로 다시 변환하는데는 커다란 기술적 도전이 도사리고 있다. 왜냐하면 기존 터빈을 사용하는 천연가스발전소의 경우 훨씬 높은 온도가 필요하기 때문이다. 산업공정에 사용되는 열은 섭씨 약 800도 정도면 되지만 터빈을 돌리려면 적어도 섭씨 1,600도에 달하는 압축가열 공기가 필요하기 때문이다. 일반 저항히터로는 그 온도까지 도달할 수 없고 필요한 공기압력을 얻기 위해서는 밀폐된 압력용기도 필요하다. 하지만 이를 달성하면 얻는 이익도 매우 커서 가령 운전온도를 2배로 하면 열생산비용은 반으로 줄어들게 된다.

 

다음 단계는 이 원리를 현실에서 입증하기 위해 실제 크기의 원형장치를 만드는 것으로 2020년 경까지 이뤄질 것으로 전망된다. MIT 측은 이를 위해 원형장치 제작을 후원할 기업을 물색하고 있다. 이런 기업으로는 많은 양의 열을 사용하는 풍력발전단지에 인접한 에탄올 정류공장 등이 예가 될 수 있다.