더위를 겨울에…에너지 저장술

MOST(Molecular Solar Thermal Energy Storage)는 여름 더위를 담아뒀다가 겨울에 이용하는 컨셉트를 내건 에너지 저장 시스템이다. 스웨덴 칼머기술대학교(Chalmers University of Technology) 연구팀이 개발한 것으로 특수 분자에 열에너지를 다른 형태로 저장해뒀다가 필요할 때 열로 변환해 에너지를 추출해내는 구조를 지니고 있다.

특수 분자는 탄소와 수소, 질소로 이뤄진 것. 태양광을 받으면 에너지가 풍부한 이성체로 변환되는 특성을 지니고 있다. 이성질체는 같은 종류의 원자를 가지면서도 다른 구조를 하는 물질을 말한다.

이 시스템에서 이성질체는 액체 형태를 취하면서 에너지를 축적한 상태로 저장할 수 있다. 밤이나 겨울철 등 필요할 때에는 열을 내게 할 수 있다. 또 액체이기 때문에 기존 태양광 시스템에도 통합할 수 있다.

이 구상 자체는 꽤 오래전부터 있었다. 연구팀은 몇 년간 연구를 계속해왔다고 한다. 지난 2017년에는 기술에 큰 진보가 이뤄졌고 실용화를 위한 진전이 가능하게 됐다. 연구팀은 이성질체를 담은 에너지는 최대 18년 보존할 수 있다고 밝히고 있다. 이 에너지를 꺼내 사용하는 단계에선 예상했던 것보다 더 많은 열을 추출할 수 있었다고.

시스템에는 촉매가 내장되어 있으며 이성질체를 포함한 액체가 필터 형태 촉매를 통과하면 열이 발생한다. 이 때 발생하는 열로 인해 온도는 20도이던 물을 83도까지 가열할 수 있다. 데워진 물은 난방 등에 이용할 수 있다. 또 촉매를 통해 이성질체 분자는 원래 구조로 되돌아가기 위해 다시 순환시켜 열을 가져올 수도 있다. 이렇게 해 1회용이 아닌 순환 가능한 열교환 저장 시스템을 실현하는 것이다.

이번 발표의 성과 중 하나는 한때 액체 가연성 톨루엔을 이용해야 하던 걸 개선했다는 것이다. 시스템 속에 톨루엔이 순환하면 화재 위험이 덩달아 높아져 일반 가정에서 쓰는 건 현실적이지 않았다. 하지만 이번에는 톨루엔에 의존하지 않고 액체를 이용할 수 있어 안전한 시스템을 기대할 수 있게 된 것이다.

MOST는 에너지를 저장할 때나 꺼낼 때에도 이산화탄소를 배출하지 않는 시스템이다. 물론 분자 제조 과정 등 전체 탄소발자국은 고려할 필요가 있지만 열을 다른 형태로 저장해뒀다가 필요할 때 꺼낸다는 구조는 앞으로 중요한 역할을 할 가능성은 충분하다. 연구팀은 앞으로 열 배출 성능을 더 높여 110도까지 가열할 수 있는 장치 실현을 위해 연구할 예정이다. 이를 통해 앞으로 10년 이내인 2028년까지 실용화를 목표로 하고 있다. 관련 내용은 https://www.chalmers.se/en/departments/chem/news/Pages/Emissions-free-energy-system-saves-heat-from-the-summer-sun-for-winter-.aspx이곳에서 확인할 수 있다.