과제: 태양광과 풍력은 저렴하고 깨끗하며 풍부한 에너지원이지만 가변적이기도 하다. 완전히 재생 가능한 전력망을 운영하려면 부족할 때 사용할 수 있도록 잉여 태양광 또는 풍력을 저장할 수 있어야 한다.

계절에 관계없이 재생 에너지를 안전하게 저장할 수 있는 방법이 필요하다.

일부 풍력 및 태양광 발전소에서는 이미 스마트폰에 사용되는 것과 동일한 종류의 리튬 이온 배터리를 사용하여 이 작업을 수행하고 있다. 하지만 이러한 "자체 방전"은 저장한 에너지의 일부가 지속적으로 손실된다는 의미이다. 결과적으로 우리는 한 번에 며칠 또는 몇 주 동안만 에너지를 저장할 수 있다(때때로 불이 붙는다는 사실도 좋지 않다.)

리튬 배터리는 시간별, 일일 변동을 커버하여 한 가지 중요한 격차를 메울 수 있지만 계절에 따라 재생 가능 에너지를 안전하게 저장할 수 있는 방법도 필요하다. 그런 다음 우리는 바람이 많이 부는 봄이나 화창한 여름 동안 에너지를 비축하여 일년 중 다른 시기에 사용한다.

모래 배터리: 기존 배터리에 재생 에너지를 저장하는 대신 핀란드 스타트업 Polar Night Energy는 이를 모래에 열로 저장하는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 1832F(1000C)가 넘는 온도를 처리할 수 있다.

Polar는 단열 용기를 사용하여 모래를 담아 몇 달 동안 뜨거운 상태를 유지한다. 열은 사람들의 집에 직접 뜨거운 공기나 물을 공급하는 지역 난방 시스템의 수요에 따라 활용될 수 있다. 열은 물을 끓여 발전 터빈을 돌리는 데 사용될 수도 있지만 변환 과정에서 에너지가 크게 손실되어 효율성이 떨어진다.

상업화: 2022년에 Polar는 핀란드의 칸칸파 마을에서 세계 최초의 상업용 모래 배터리를 운영하기 시작했다. 여기에는 1112F(600C)로 가열된 약 100톤의 모래가 들어 있다. 이는 8MWh의 열에너지에 해당하며, 이는 마을의 지역난방 시스템을 통해 100가구 이상의 가정에 난방과 온수를 공급하기에 충분한 양이다.

Polar는 이제 핀란드 포르나이넨에 있는 칸칸파 배터리보다 10배 더 큰 모래 배터리를 구축할 계획을 발표했다. 약 13개월 동안 배터리를 제작하고 테스트한 후 Polar는 해당 배터리를 지자체의 지역 난방 시스템을 운영하는 회사인 Loviisan Lämpö에 넘겨줄 예정이다.

Loviisan Lämpö는 현재 포르나이넨에 열을 공급하기 위해 석유, 재생 가능 에너지 및 나무 칩 연소의 혼합에 의존하고 있지만, 경영진은 모래 배터리를 사용하면 나무 칩에 대한 의존도를 약 60% 줄이고 석유를 완전히 제거할 수 있다고 말한다.

Polar Night Energy의 COO인 리사 나스칼리는 "포르나이넨의 지역 난방 네트워크에서 주요 생산 공장 역할도 할 대규모 열 에너지 저장 장치를 구축하는 것은 매우 흥미로운 일이다."라고 말했다. "이것은 모래 배터리 기술을 확장하는 중요한 단계이다."

큰 그림: 모래 배터리는 난방만큼 전기를 생산하는 데 효율적이지 않을 수 있지만 여전히 기후 배출에 큰 영향을 미칠 수 있다. 건물과 산업에 필요한 열의 약 9%는 지역 난방 시스템에서 나온다. 그 중 90%가 화석연료에 의존하고 있다.

그런 다음 모래 배터리를 플로우 배터리와 같은 또 다른 대체 저장 장치로 보완하여 일년 내내 재생 가능 에너지로부터 전기를 생산할 수 있어 청정 에너지 미래로의 전환을 완료할 수 있다.