중력에너지

그래비티라이트의 구조와 원리

중력에너지는 중력을 활용하여 위치에너지를 운동에너지로 변환하고 이 운동에너지를 다시 전기에너지로 전환하는 기술이다.

중력에너지의 가능성은 바로 '전기 공급 없이도 어두운 밤을 밝힐 수 있는 그래비티라이트(Gravity Light)라는 LED 램프가 발명된 후부터 그 가능성이 제기되었다. 중력에너지는 영국의 가전제품 디자이너 짐 리브스와 마틴 리티포드가 제작한 LED 램프 그래비티라이트에 사용되어졌다. 이들은 램프에 무거운 돌이나 모래주머니가 들어간 주머니를 연결하여 위치 에너지를 발생시키고 이 주머니가 서서히 내려오면서 운동에저지를 만들도록 하였다. 내려오던 주머니는 톱니바퀴를 돌리게 되는데, 이때 돌아가던 톱니바퀴가 전기를 생산하게 된다.

중력에너지 저장 시스템 및 관련 기업

그라비트리시티(Gravitricity)

그래비티파워(Gravity Power)

에너지볼트(Energy Vault)

우리 지구에서 자연적으로 생기는 에너지는 아마도 태양열, 수력, 풍력 이렇게 3가지 친환경 에너지를 꼽을 것이다. 그런데 이 3가지 친환경 에너지 이외에도 우리 지구에서 항상 존재하고 있는 에너지원이 하나 더 있다. 바로 중력이다. 만유인력의 법칙으로 설명되는 이 '중력'도 엄연한 에너지이다. 따라서 전문가들은 이를 잘 활용할 수만 있다면 우리가 필요한 에너지를 얻을 수 있다고 말한다.

스코틀랜드 기반의 신생기업 '그라비트리시티(Gravitricity)'

스코틀랜드 기반의 신생기업 '그라비트리시티(Gravitricity)'가 개발하는 중력에너지 저장 시스템은 폐기된 깊이 1km 샤프트를 이용해 무게 500∼5,000톤 추를 상하로 움직이게 해 에너지를 출력한다.

이 중력 에너지 저장 시스템의 특징은 필요한 전력을 빠른 시간에 입출력이 가능하다는 점이다. 그라비트리시티는 2021년 스코틀랜드에서 시험 운용을 개시할 예정이며 신호를 받은 뒤 1초 안에 에너지를 입출력할 수 있는 시스템을 개발하는 게 목표라고 밝혔다.

미국의 신생기업 '그래비티파워(Gravity Power)'

미국 기업인 그래비티파워(Gravity Power)는 지하에 대량 물을 저장하고 이 물로 거대한 피스톤을 상하로 움직여 에너지를 저장하는 시스템을 개발하고 있다. 이 시스템에서 6.4기가와트시 에너지를 저장하려면 800만 톤 정도의 피스톤이 필요하다. 이 거대한 피스톤을 생산하는 게 거의 불가능한 일 같지만, 그래비티파워는 충분히 제조할 수 있다고 밝혔다.

이런 중력에너지 저장 시스템은 리튬이온 배터리를 이용한 시스템보다 경제적이지만 여전히 높은 비용의 문제를 해결해야 한다. 앞으로 회사는 전 세계 각국이 친환경 에너지에 투자를 아끼지 않을 것으로 기대하고 있다.

스위스의 스타트업 '에너지볼트(Energy Vault)'

스위스의 스타트업 에너지볼트(Energy Vault)는 110m 높이 타워에 설치한 6개 크레인에 무게 35톤 콘크리트 블록을 상하 운동시켜 최대 80메가와트시 에너지를 저장할 수 있는 중력 에너지 저장 시스템을 개발했다. 콘크리트를 이용한다는 이유로 콘크리트 배터리라고도 불린다.

에너지볼트의 GES는 재활용 비용이 많이 드는 리튬이온 배터리와 달리 콘크리트 배터리에 이용하는 콘크리트는 폐기된 콘크리트를 재활용하기 때문에 경제적이면서도 더욱 친환경적인 것이라도 강조하고 있다.

또한 콘크리트 배터리는 리튬이온 배터리와 같은 에너지량을 절반의 비용으로 구축할 수 있다고 강조한다. 리튬이온 배터리는 성능이 서서히 저하되어 교환이 필요하지만 콘크리트 배터리는 교체할 필요가 없다는 것이다. 에너지볼트는 2019년 1억 1,000만 달러 자금 조달을 한 바 있으며 2021년 콘크리트 배터리 운용을 시작할 예정이다.

전망

이러한 중력에너지 저장 시스템은 리튬이온 배터리를 이용한 시스템에 비해 경제적이지만 고액의 비용이 필요하다. 당연히 상용화 과정에 이르기 위해서는 지속적인 투자와 연구가 필요하지만 세계 각국이 기후위기의 심각성을 인식하고 있으므로 관련 시스템에 기꺼이 비용을 지불할 것으로 예상된다. 태양광, 풍력, 수력, 그리고 중력 등 어느덧 우리 일상으로 들어온 신재생에너지는 다양한 연구와 활발해진 보급을 통해 기존의 절대적인 비율을 차지하고 있던 화석연료의 생산일부를 보조하고 있다. 기후위기와 화석연료 고갈 문제가 점점 더 심각해지고 있는 요즘 중력에너지 기술의 진보를 통해 친환경 에너지 시대가 성큼 다가오길 기대해 본다. 킄킄

참고자료

• 김준래 객원기자, 〈새롭게 주목받는 신재생 에너지원 ‘중력’〉, 《사이언스타임즈》, 2021-03-08
• kicox, 〈친환경 중력 에너지〉, 《한국산업단지공단 네이버블로그》, 2021-08-18
• BIZION, 〈중력을 친환경 에너지로 바꾸는 3가지 기술〉, 《네이버 포스트》, 2021-03-03
• 한국중부발전, 〈차세대 유망 에너지가 있다? '친환경 중력에너지'〉, 《네이버블로그》, 2021-09-07
• 허서영 기자, 〈중력을 에너지원으로? ‘친환경 중력에너지’〉, 《리서치페이퍼》, 2021-03-08

같이 보기

• 중력
• 위치에너지
• 운동에너지
• 전기에너지

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