혁신적인 에너지 저장소

독일 스타트업, 단일 시스템을 통해 재생에너지 저장과 산업 폐열 문제 해결

Jacqui Griffiths
27 July 2021

세계가 재생에너지에 주목하면서 태양열과 풍력의 잉여 전력량을 나중에 쓸 수 있도록 저장하는 방법을 찾는 것이 중요한 과제로 부상했습니다. 한편, 에너지 집약적인 산업들은 그들이 과도하게 발생시킨 모든 열을 어떻게 처리할 것인가를 두고 고심하고 있습니다. 화학 전공자이자 독일에 본부를 둔 크래프트블록(Kraftblock)의 CEO인 마틴 쉬치텔(Martin Schichtel)은 크래프트블록의 열 기반 저장 시스템이 해답이 될 수 있을 것이라고 믿습니다.

마틴 쉬치텔 은 화학과 콘크리트에 관한 관심, 호기심 및 지속 가능성에 대한 열정에 사로잡혀 획기적인 열에너지 저장 솔루션을 개발하게 되었습니다.

마틴 쉬치텔, 크래프트블록 CEO

마틴 쉬치텔은 “몇 년 전 대학에서 나노 기술을 중심으로 화학을 전공했으며, 이후 철강이나 세라믹같이 에너지 집약적인 산업 분야의 몇몇 회사에서 일했습니다."라고 말했습니다. “그러던 중 2008년에 '고온' 콘크리트 열저장에 관한 TV 보도를 시청했습니다. 콘크리트는 저렴하고 폭넓은 활용이 가능한 데다, 필요한 형태로 맞추어 제작할 수 있습니다. 제가 일했던 산업 분야에서는 콘크리트 저장 매체 온도를 섭씨 1,000 ~ 1,500도로 정의했지만, 콘크리트 저장 매체는 최대 섭씨 500도(화씨 932도)의 온도만을 견딜 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 그래서 저는 개발자들과 함께 콘크리트가 보다 광범위한 온도를 견딜 수 있도록 최적화하는 방법을 모색했습니다.

쉬치텔이 그의 아이디어를 발전시키고 잠재적으로 사용될 수 있는 용도를 살펴보면서 시작된 흥미로운 화학적 물음은 곧 시장의 판도를 바꾸는 지속 가능한 에너지 시스템으로 발전하게 되었습니다. 그리고 2014년, 경제 전문가이자 현재 크래프트블록의 CFO인 수잔 쾨닉(Susanne König)과 함께 크래프트블록을 공동 설립했습니다. 크래프트 블록의 미션은 고온에 노출되는 산업 및 발전기 부문 등 다양한 산업 분야에서 탈탄소화가 가능하도록 지속 가능한 고성능 에너지 시스템을 설계하고 구축하는 것입니다.

쉐치텔은 "궁극적인 비전은 완전히 지속 가능한 에너지 시스템을 갖춘 세상을 만드는 것입니다."라며 “우리 팀과 투자자들은 이러한 목표를 달성하는 데 있어 저장 시스템이 필수적이라고 믿고 있습니다.”라고 밝혔습니다.

탈탄소화에 전념하는 기업

에너지를 포착하고, 이를 재사용하는데 필요한 열전도율과 수용력을 결합한 재료인 핵심 기술을 개발하는 것에서부터 시작됩니다.

쉬치텔은 “전 세계적으로 엄청난 양의 에너지가 열의 형태로 낭비되고 있습니다.” 라고 말했습니다. "세라믹이나 강철 같은 산업 분야는 굉장한 고온을 필요로 합니다. 모든 용광로, 가마 또는 열 공정에서는 일반적으로 대기 중으로 직접 분사되는 폐열이 발생하는데 이러한 폐열을 저장하고 재사용할 수만 있다면, 이 는 기후 중립적인 에너지원이 될 수 있습니다."

"크래프트블록의 궁극적인 비전은 완전히 지속 가능한 에너지 시스템을 갖춘 세상을 만드는 것입니다. 우리 팀과 투자자들은 이러한 목표를 달성하는 데 있어 저장 시스템이 필수적이라고 믿고 있습니다.”

기존의 저장 기술의 경우, 산업에서 발생하는 고온을 처리할 수 있는 능력이나 에너지 밀도를 갖추고 있지 않았기 때문에 쉬치텔과 그의 팀은 저장 시스템을 개발했습니다.

쉬치텔은 "크래프트블록의 산업용 폐열 회수 및 재사용 시스템은 방출되기 전 잉여열 및 가스를 포착해 다양한 시나리오에서 재활용함으로써 에너지를 회수할 수 있도록 설계되었습니다.”라고 말했습니다. “예를 들어 용광로를 예열하거나 증기를 생성하기 위해 열을 내부적으로 재활용하거나, 전기를 생성하는 데 열을 사용할 수 있습니다. 크래프트블록의 저장 시스템은 모듈식을 지원하며 휴대가 가능하기 때문에, 저장된 열을 외부의 제3자가 사용할 수 있도록 이동시킬 수도 있습니다. 두 경우 모두, 기업들이 1차 에너지를 절약하고 CO2 발생을 방지하는 데 기여합니다."

크래프트블록 제품의 기본구조에 지속가능성을 구축할 수 있는 요소인 물질 을 생성하기 위해 고온을 사용할 필요는 없습니다.

버추얼 트윈 회로도를 통해 태양광 발전 어레이에서 전기가 열의 형태로 포집되는 크래프트블록의 저장 시스템으로의 전기 흐름을 설명하고 있다. 저장 시스템은 차가운 공기만 대기로 방출한다. (이미지 제공: Kraftblock)

쉐치텔은 “크래프트블록의 지속 가능성은 또다른 측면도 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “하나는 고객이 우리 시스템을 사용해 미래에 지속 가능성을 높일 수 있는 방법에 주목한다는 점이고, 다른 하나는 에너지 시스템에 보다 지속가능한 효율성을 제공한다는 점입니다. 우리 시스템은 재활용된 물질을 많이 사용하고, 간단한 공정을 거쳐 실온에서 제품을 생산하기 때문에 경쟁 제품보다 제조 과정에 사용되는 에너지가 적습니다."

기존 기술의 재생 가능 에너지

쉬치텔과 그의 팀은 장기적으로 크래프트블록이 대규모 풍력 및 태양열 발전 단지에서 생산되는 잉여 전력을 저장 및 분배함으로써 완전한 재생에너지를 제공하는 경로가 되기를 원합니다. 현재 크래프트블록은 에너지 공유 측면에서 "전환 경로"를 추구하고 있습니다. 크래프트블록이 “기존 기술의 재생 가능 에너지(REET)”라고 명명한 이 전략은 고객이 기존 인프라를 사용하여 친환경 에너지 저장 에코시스템을 구축할 수 있도록 지원합니다.

쉬치텔은 다음과 같이 가정했습니다. “가스보일러를 사용해 증기를 생산하는 식품 회사를 상상해 보시면, 탄소를 제거하기 위해서는 보일러의 가스를 친환경 에너지로 대체해야 할 것입니다. 이 때 열펌프는 증기를 생성하기에 충분한 열에너지를 제공할 수 없습니다. 풍력 발전소와 같은 P2H(Power to Heat) 시스템에서는 이것이 가능하지만, 문제는 회사가 원할 때 항상 가능하지는 않다는 것입니다. 저장 시스템을 구축하면 친환경 전기를 열로 전달할 수 있으며, 저장 시스템 자체가 회사의 공장에서 재생 열을 위한 버퍼 및 유통 스테이션 역할을 할 것입니다. 이러한 시스템을 구축하려는 이유는 고객이 친환경 전기를 저장함으로써 하루 24시간 연중무휴로 공급받을 수 있도록 하기 위해서입니다. 고객은 가스보일러만 교체하고 나머지 인프라는 그대로 가동시킬 수 있으며, 이것이 바로 기존 기술의 재생 가능 에너지입니다."

이러한 친환경 에너지 스토리의 중심에는 크래프트블록의 저장 기술이 있습니다. 다양한 기술들과 결합하여 저장할 에너지를 수집하고, 고객의 고유한 인프라를 사용해 이러한 저장 기술을 배포할 수도 있습니다. 쉬치텔은 “고객이 자유롭게 선택할 수 있도록 다양한 저장 장치를 설계했습니다. 회사는 한 장치에 에너지를 충전하고 다른 장치는 방출시켜 하루 24시간 연중 무휴로 작동 가능하게 하거나, 필요할 때 두 개의 모듈을 하나로 결합해 성능을 높일 수 있습니다.”라고 말했습니다.

미래의 동력

버추얼 트윈(Virtual twin) 기술은 크래프트블록의 설계 프로세스에 있어 중심적인 역할을 합니다.

쉬치텔은 "모든 회사는 저장 장치의 충전 및 방전에 대해 사이트별로 자체적인 요구사항을 가지고 있습니다." 라고 말했습니다. “따라서 프로젝트마다 고객의 개별적인 요구를 충족하면서 모듈식 시스템에서 서로 연결될 수 있는 복잡한 충전 및 방전 장치 세트를 설계해야 합니다. 비즈니스 경험 플랫폼을 사용하면 열 및 기계 응력 시뮬레이션부터 전체 시스템의 버추얼 트윈 구축에 이르기까지 제품 개발의 다양한 측면들을 하나로 통합할 수 있습니다. 또한 버추얼 트윈을 통해 라이브 애플리케이션상 잠재적인 문제와 해결 방법 등에 관심 있는 고객 또는 잠재 파트너에게 다양한 시나리오를 보여줄 수 있습니다.

이러한 버추얼 트윈 회로도는 공정에서 재사용이 가능하도록 저장된 열이 열을 발생시킨 산업 회사로 다시 흘러가는 과정을 보여준다. 열을 전기로 변환해서 전력망에 공급하거나 공장 기계를 작동시키는 데 사용할 수 있다. (이미지 제공: 크래프트블록)

실제 구축에 앞서 시스템의 버추얼 트윈을 만드는 것이 회사와 시범 운영 고객들에게 매우 중요했습니다.

쉬치텔은 “우리는 작동 방법을 예측하는 등 시스템과 프로세스에 대해 많은 시뮬레이션을 수행하고 있습니다.”라고 말했습니다.“ 열로 에너지를 전달하는 시스템의 효율성은 고객이 지속가능성을 개선하는 데 필수적입니다. 효율성이 1%만 감소해도 큰 비용이 발생할 수 있기 때문입니다. 버추얼 트윈을 구축한 덕분에 전체 시스템을 높은 효율로 생성할 수 있는 수준을 유지할 수 있었습니다. 이렇듯, 버추얼 트윈은 효율성 문제와 개선 사항을 고객에게 쉽게 설명하고 입증하는 데 도움이 됩니다.

"비즈니스 경험 플랫폼을 사용하면 열 및 기계 응력 시뮬레이션에서 전체 시스템의 버추얼 트윈 구축에 이르기까지 제품 개발의 다양한 측면들을 하나로 통합할 수 있습니다."

“버추얼 트윈은 고객에게 모든 부분이 다양한 시나리오상에서 계획한 대로 작동한다는 것을 입증하는 데 매우 중요한 역할을 했습니다. 에너지 시스템의 버추얼 트윈이 작동하면 예측 유지 보수, 제어 시스템 구축과 같은 작업도 수행할 수 있습니다."

모두를 위한 지속 가능한 에너지라는 크래프트블록의 비전은 미래적이지만, 쉬치텔은 현재 이를 실현할 기회가 있다고 생각합니다.

“재생에너지 발전 및 스토리지 시장이 빠르게 발전하고 있습니다. 산업화된 국가의 경우, 산업 및 개인 가정에서의 총 에너지 수요의 50 % 이상이 열에 사용되고 있기 때문에 에너지를 제공하는 기술들은 항상 다음 단계를 내다봐야 합니다. 결과적으로, 기존 기술의 재생 가능 에너지 시스템에 대한 요청이 증가할 것으로 보입니다. 소셜 미디어 같은 채널을 통해 시장 개발을 모니터링할 수 있는 능력이 매우 중요해졌으며, 버추얼 트윈 기술은 이러한 요구를 충족시키는 데 도움이 됩니다."라고 그는 강조했습니다.

편집자 주: 크래프트블록은 도이치 메세 테크놀로지 어케더미(Deutsche Messe Technology Academy)에서 운영하는 인큐베이터 파트너인 Industrial Future Hub를 통해 3DEXPERIENCE 랩의 지원을 받고 있다.

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