지속가능성
폐기물에서 전력으로 – 소나무 바이오매스가 에너지 저장을 혁신할 수 있는 방법
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소나무 배터리
재생 에너지가 전력망에서 차지하는 비중이 커지고 난방 및 교통과 같은 많은 시스템이 전기화됨에 따라, 태양광 및 풍력의 간헐적인 전력 생산을 균형 맞추기 위해 더 많은 배터리가 필요합니다.
재생 에너지가 전력망에서 차지하는 비중이 커지고 난방 및 교통과 같은 많은 시스템이 전기화됨에 따라, 태양광 및 풍력의 간헐적인 전력 생산을 균형 맞추기 위해 더 많은 배터리가 필요합니다.
이는 배터리가 많은 천연 자원을 소비하는 경향이 있기 때문에 완전한 친환경 전력망의 실제 지속 가능성에 의문을 제기합니다.
따라서 풍부하거나 사용되지 않은 자원을 활용하는 친환경 배터리 설계 개발이 중요합니다. 희귀 자원의 사용을 줄이면 비용 절감에도 도움이 됩니다.
예를 들어, 리튬을 훨씬 더 풍부한 나트륨으로 교체하는 것이 가능하며, 이는 나트륨 이온 배터리 또는 고체 전해질 나트륨 배터리에서 적용될 수 있습니다.
현재 개발 중인 또 다른 방법은 목재 산업 폐기물을 재활용하는 것입니다. 스페인 바스크 대학교(Universidad del País Vasco) 연구진은 소나무 바이오매스를 이용해 새로운 유형의 배터리를 만들고 있습니다. 연구 결과는 Journal of Power Sources1에 “산림 폐기물 유래 리튬 이온 커패시터: 지속 가능하고 고출력 에너지 저장”이라는 제목으로 발표되었습니다.
커패시터 vs 배터리
전기 에너지를 저장하는 주요 기술은 슈퍼커패시터와 배터리 두 가지입니다.
배터리는 더 일반적으로 알려져 있으며, 일반적으로 금속 이온 형태의 전기화학적 전하로 전력을 저장합니다.
슈퍼커패시터는 다르게 작동하여 커패시터 물질 표면에 전자를 저장합니다. 이를 통해 전하를 매우 빠르게 이동시켜 거의 즉시 대량의 전력을 공급할 수 있습니다.
출처: Quarktwin
화학 반응이나 이온 이동이 없기 때문에 슈퍼커패시터는 배터리보다 훨씬 더 내구성이 높습니다.
하지만 슈퍼커패시터는 일반적으로 배터리보다 총 충전 용량이 낮아 에너지 저장에 적용이 제한됩니다. 또한 사용하지 않을 때 자체 방전이 비교적 빠르게 발생하는 문제도 있어 전기차(EV) 및 전력망 에너지 저장과 같은 모든 저장 응용 분야에서 문제가 됩니다.
“슈퍼커패시터는 장기간에 걸쳐 시스템에 에너지를 제공하기에 적합하지 않으며; 배터리와 달리 짧은 시간에 대량의 에너지가 필요할 때 사용됩니다”
하이브리드 커패시터-배터리
연구진은 커패시터와 리튬 이온 배터리의 요소를 결합한 하이브리드 시스템인 리튬 이온 커패시터(LIC)를 개발했습니다.
연구원들은 커패시터와 리튬 이온 배터리의 부품을 모두 통합한 하이브리드 시스템인 리튬 이온 커패시터(LIC)를 개발했습니다.
이 시스템은 탄소로 만든 커패시터 전극과 리튬으로 만든 리튬 이온 배터리 전극을 포함합니다.
이 개념은 점점 널리 쓰이고 있습니다. 일부 LIC는 이미 상용화되었으며, 풍력 터빈과 같은 고정형 설비와 트램·전기버스 같은 전기 교통수단에 적용할 수 있는 경제적인 선택지로 입증되었습니다.
“이것은 두 시스템의 장점을 제공합니다: 배터리처럼 고출력 에너지를 저장할 수 있으며, 고출력 수준에서 작동하고 슈퍼커패시터처럼 많은 충방전 사이클을 견딜 수 있습니다.”
지금까지 LIC를 만들려면 커패시터 전극에 다른 원자를 첨가하는 “도핑”이 필요했습니다. 도핑은 성능을 높이지만 제조 공정을 더 복잡하고 비싸게 만들어 산업적 활용의 매력을 떨어뜨립니다.
올바른 탄소 전극 찾기
LIC에는 다양한 형태의 탄소가 자주 사용됩니다.
LIC에서 자주 사용되는 재료 중 하나는 다양한 형태의 탄소입니다.
흑연은 뛰어난 전기음성도를 가지고 있어 인기 있는 선택이지만, 공급이 부족한 문제가 있습니다.
고급 대안으로는 그래핀, 그래프다이인, 탄소 나노튜브가 있으며, 전기적 특성이 더 우수할 수 있지만 생산이 더욱 어렵습니다.
출처: Semantic Scholar
더 저렴한 옵션으로는 연성 탄소와 경성 탄소가 있으며, 일반적으로 탄소가 풍부한 재료를 열분해하여 얻습니다. 안타깝게도 두 종류 모두 구조가 매우 불규칙하여 흑연보다 전도성이 낮습니다.
이때 연구원들은 LIC에 사용되는 탄소의 품질을 향상시키면서 목재 산업의 폐기물을 재활용하는 아이디어를 떠올렸습니다.
분자 수준에서 이미 고도로 조직된 탄소원을 사용해 탄소 기반 전극을 만든다면 어떨까요?
소나무 목재에서 얻은 활성탄
연구진이 있는 스페인 바스크 지역은 숲이 비교적 풍부하고 목재 가공 산업도 활발합니다. 따라서 주변 제재소에서 톱밥 형태의 소나무 바이오매스를 대량으로 확보할 수 있습니다.
연구원들이 위치한 스페인 바스크 지역은 숲이 비교적 풍부하고 활발한 목재 가공 산업이 있습니다. 이는 주변 제재소에서 톱밥 형태로 많은 소나무 목재 바이오매스를 이용할 수 있음을 의미합니다.
지금까지 이 톱밥은 입자 크기가 너무 작아 활용도가 낮아 대부분 폐기물로 버려졌습니다.
활성탄은 KOH, H3PO4, H2O와 같은 활성제와 함께 고온에서 탄소가 풍부한 물질을 화학적으로 활성화하여 생산됩니다. 탄화될 때 제품은 원료의 형태와 미세구조를 유지하는 경향이 있습니다.
연구원들은 용광로와 포타슘 수산화물 및 염산과 같은 간단하고 저렴한 화학 물질을 사용해 톱밥으로부터 탄소 기반 전극 물질을 생산했습니다.
연구 결과, 이 공정은 기존의 경성 탄소 생산보다 배터리 재료에 더 적합한 특성을 가진 탄소 물질을 만들 수 있음을 확인했습니다.
“탄소는 매우 일반적인 용어이지만, 다양한 종류가 있습니다. 모든 바이오매스가 이 적용에 적합한 탄소를 제공하는 것은 아니지만, 우리는 insignis 소나무 바이오매스로부터 매우 만족스러운 결과를 얻을 수 있음을 보여주었습니다.”
Ruiz de Larramendi
더 나은 배터리 만들기
연구진은 이 탄소 재료로 LIC를 제작해 시험했습니다.
그 탄소 물질을 사용해 연구원들은 LIC를 제작하고 테스트했습니다.
그들은 실험 시스템이 최대 105 Wh/kg의 에너지 밀도를 가지고 10,000 사이클 후에도 60% 용량을 유지한다는 것을 발견했습니다.
이는 배터리 시스템으로서는 전반적으로 놀라운 성능이며, 예를 들어 하루에 한 번씩 10,000 사이클을 수행하는 그리드 연결 LIC 시스템은 27년 후에도 60% 효율로 작동할 것입니다.
또한 이 공정은 기존 탄소 기반 전극보다 크게 개선되었으며, 생산이 어려운 재료(그래핀, 나노튜브 등)나 비싼 탄소 도핑이 필요하지 않았습니다.
전반적으로 전체 제조 공정은 비교적 저기술이며 경제적이어서 상업적 적용에 유망합니다.
“전극 생산 과정은 에너지 효율적이었습니다. 합성 온도는 700 °C를 초과하지 않았으며, 경제적인 첨가제가 사용되었습니다.”
미래 적용
실험실 시제품을 상용 제품으로 발전시키려면 아직 여러 단계가 필요합니다. 우선 LIC의 리튬 이온 구성 요소를 최적화하면 에너지 밀도가 높아지고 내구성도 더 좋아질 가능성이 있습니다.
실험실 프로토타입에서 상업 제품으로 전환하기까지는 아직 많은 단계가 필요합니다. 먼저, LIC의 리튬 이온 구성 요소를 최적화하면 에너지 밀도가 높아지고 내구성이 더욱 향상될 가능성이 있습니다.
예를 들어, 벌집 형태 배터리 구조는 리튬 이온 배터리의 내구성을 크게 향상시키는 것으로 입증되었으며, LIC에도 동일하게 적용될 수 있습니다.
어떤 목재가 적합한지에 대한 추가 특성 분석도 필요하며, 이를 통해 다른 나무 종 및 지역에서도 활용 가능한지 확인할 수 있습니다.
“이는 기존 리튬 이온 커패시터를 개선하기 위한 비용 효율적이고 지속 가능한 대안입니다. 바이오매스에서 유래한 재료는 친환경적이고 비용 효율적인 고출력 에너지 저장 시스템을 개발할 수 있는 큰 기회를 제공합니다. 이 연구 방향을 지속하는 것이 중요합니다.”
따라서 이 발견을 활용한 최초의 상업용 LIC가 판매되기까지는 대략 5~9년 정도 걸릴 것으로 보입니다. 그러나 이는 전자 기기의 배터리 생산 및 재생 에너지 저장의 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
하지만 전기차의 경우 순수 배터리보다 약간 낮은 에너지 밀도가 문제될 수 있어, 고체 전해질 배터리와 같은 다른 솔루션이 LIC보다 우세할 가능성이 높습니다.
(“주목하거나 구매할 5대 고체 전해질 배터리 주식”도 참조하십시오.)
첨단 배터리 기술에 투자하기
배터리는 전기화 흐름의 중심에 있습니다. 전기화는 에너지 공급원에서 화석 연료를 제거하려는 수조 달러 규모의 거대한 사업입니다.
배터리는 전기화 추세의 중심에 있으며, 이는 화석 연료를 전력 공급원에서 제거하려는 수조 달러 규모의 주요 사업입니다.
여러 중개업체를 통해 배터리 관련 기업에 투자할 수 있습니다. Securities.io에서 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 그 밖의 여러 국가에서 이용할 수 있는 추천 중개업체를 확인할 수 있습니다.
여러 중개업자를 통해 배터리 관련 기업에 투자할 수 있으며, 여기 securities.io에서 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 기타 여러 국가의 최고의 중개업자에 대한 우리의 추천을 확인할 수 있습니다.
특정 배터리 기업을 직접 선택하지 않으려면 Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X의 Lithium & Battery Tech ETF (LIT), 또는 WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) 같은 배터리 ETF를 고려할 수 있습니다. 이를 통해 성장하는 배터리 산업에 더 분산된 방식으로 투자할 수 있습니다.
특정 배터리 회사를 직접 선택하고 싶지 않다면 Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X의 Lithium & Battery Tech ETF (LIT), 또는 WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF와 같은 배터리 ETF를 고려할 수 있으며, 이는 성장하는 배터리 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 제공합니다.
에너지 저장 기업
Tesla
TSLA 가격 차트
전기차 시장의 확고한 선구자는 Tesla이며, 전기차 혁명의 최전선에 서 있습니다.
Tesla의 가장 큰 기여는 기술이 아니라 전기차 이미지일지도 모릅니다. Porsche와 비슷한 성능(그리고 비슷한 가격)을 가진 Roadster 1.0은 전기차에 대한 기대치를 완전히 바꾸었습니다.
전기차는 탄소 배출을 줄이고 “친환경”이 될 수 있습니다. 그러나 갑자기 “멋진” 요소도 갖게 되면서 전기차는 “지구를 구하기 위한 필수적인 희생”에서 “교통의 미래”로 변했습니다.
Tesla는 모든 도로상의 Tesla가 독보적인 데이터 흐름을 제공하도록 하여 완전 자율주행/로보택시를 달성하려는 최초의 기업이 되기를 목표로 하고 있습니다. 이는 경쟁사들을 모두 능가합니다.
출처: Tesla
로봇 시스템과 세계 최대 규모의 AI 훈련 클러스터 중 하나인 Cortex 슈퍼컴퓨터와 함께, 자율주행 자동차는 Tesla를 전기차를 넘어선 과학 소설 같은 기업으로 이미지화했습니다.
출처: X
Tesla의 차량은 세계 최고의 배터리 중 일부로 구동됩니다. 초기에는 Panasonic이 공급했으며, 이후 CATL, 최근에는 BYD가 공급하고 자체 설계도 진행하고 있습니다.
마지막으로, Tesla는 에너지 분야에서도 활발히 활동하고 있으며, 태양광 패널 사업(Solar Roof)과 가정용 고정 배터리(Powerwall), 그리고 대규모 유틸리티용 배터리(Megapack)를 보유하고 있습니다.
출처: Tesla
이는 아직 초기 단계의 사업이지만, 장기적으로는 Tesla의 차량 제조 부문만큼 규모가 커질 수 있습니다.
이미 1,500개 이상의 현장에서 10 GWh 규모의 Megapack을 배치했으며, 설치 속도가 매우 빠르게 증가하고 있습니다.
출처: Tesla
빠르게 성장하는 자동차 판매와 더욱 빠르게 확대되는 유틸리티 규모 배터리 시스템 사이에서, Tesla는 세계 최고의 배터리 소비자이자 공급자입니다.
그리고 곧 자율주행 차량, 로봇공학, AI 분야에서도 동등한 리더가 될 수 있습니다.
Tesla는 세계에서 가장 가치 있는 기업 중 하나이며, 최근 몇 년간 주가가 급등했습니다. 현재 시가총액의 많은 부분이 향후 성장에 대한 강한 낙관을 반영하고 있습니다.
트럼프 선거 후의 과열된 분위기 이후로는 다소 감소했으며, 이는 엘론 머스크의 DOGE 관련 논란이 일부 원인일 수 있습니다.
따라서 인상적인 기술에도 불구하고 투자자들은 Tesla에 지불하는 가격이 향후 성장으로 정당화되는지, 그리고 기업에 대한 시장 심리가 여전히 강한지 확인하고자 할 것입니다.
Tesla 최신 소식
연구 참고:
1. Jon Rodriguez‑Romero, Idoia Ruiz de Larramendi, Eider Goikolea. (2025). Journal of Power Sources. 제629권, 2025년 2월 15일, 235961 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877532401913X?via%3Dihub
