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철기시대는 수세기 동안 어둠 속에 머물렀던 후 복귀를 갈망해 왔으며, 에너지 전환은 마침내 새로운 시작을 제공하고 있습니다. 철은 더 많은 재생 가능 자원을 그리드로 전환하여 태양이 빛나지 않거나 바람이 불지 않을 때에도 탄력성과 신뢰성을 보장하는 새로운 대규모 장기 에너지 저장 플랫폼의 핵심 성분입니다.

어쨌든 새로운 에너지 저장 플랫폼이 필요한 이유는 무엇입니까?

리튬 이온 배터리 어레이는 재생 가능한 자원을 위한 에너지 저장 기술로 자리 잡았습니다. 한 번에 몇 시간 동안 풍력 터빈과 태양광 패널에서 생성된 전기의 변화를 완화합니다. 이는 대부분의 일상적인 그리드 관리 작업은 물론 필요할 때 비상 백업 전력을 처리하기에 충분합니다.

그럼에도 불구하고 올해 미국 에너지부는 그리드 스토리지 런치패드(Grid Storage Launchpad)라고 불리는 새로운 75만 달러 규모의 최첨단 에너지 저장 기술 가속기를 출시할 예정인데, 가장 큰 의문은 그 이유입니다. 리튬 이온 배터리는 막대한 규모로 도시된 것처럼 그리드 규모까지 확장할 수 있습니다. 750메가와트 캘리포니아의 모스랜딩 리튬이온 배터리 어레이.

미국 에너지부는 답변을 준비했습니다. 그들은 사건을 추진해 왔습니다. 긴 기간 간헐적인 에너지 자원으로 포화된 그리드를 수용하기 위해 최소 10시간 이상 지속될 수 있는 에너지 저장 플랫폼입니다. 규모가 큰 만큼 모스 랜딩 시설은 방전 시간이 XNUMX시간밖에 제공되지 않습니다.

“오늘날의 재생 가능 에너지 생성 수준을 지원하기 위해 단기 저장 장치가 현재 설치되고 있지만 더 많은 재생 가능 에너지가 그리드에 배치됨에 따라 장기 저장 기술이 필요합니다.”라고 에너지부는 설명합니다.

에너지부는 시스템 기간을 연장하는 것 외에도 부분적으로 높은 비용, 공급망 위험, 독성 문제 및 화재 위험에 노출되지 않는 지구에 풍부한 재료를 배치하여 비용을 90%까지 절감하는 방법을 모색하고 있습니다.

입증된 대안 중 하나가 이미 다음과 같은 형태로 준비되어 있습니다. 양수 수력 저장 시스템. 그러나 수자원 및 고도 요구 사항으로 인해 적용이 지리적으로 제한됩니다. 사회문화적, 환경적 문제도 장애물이 될 수 있습니다. 오래된 화석 에너지 현장의 용도 변경 덜 논쟁적인 옵션을 제공할 수 있습니다.

다시 돌아온 철의 시대

철기시대는 19세기 역사기록의 유물로 초기 인류의 역사를 핵심자료를 기준으로 석기시대, 청동기시대, 철기시대의 세 연대기로 구분한다. 물론 이러한 자료 중 어느 것도 현장에서 완전히 사라지지 않았습니다. 특히 철(화학 기호 Fe)은 철강 제조 등 다양한 분야에서 사용되는 현대 산업 경제에서 두드러진 특징입니다. 지구 표면에서 네 번째로 풍부한 원소인 것도 도움이 됩니다.

철은 이미 소규모 에너지 저장 분야로 진출하기 시작했습니다. 리튬-철-인산염 EV 배터리 중국의 유명한 기업 CATL이 개발한 제품입니다.

대규모 에너지 저장 혁신가들도 에너지부의 지원을 받아 철을 재발견하기 시작했습니다. 대표적인 사례가 미국 스타트업 ESS다. 이 회사는 새로운 철 기반 플로우 배터리의 상용화를 돕기 위해 2012년에 에너지부의 ARPA-E 사무실로부터 고위험, 고수익 프로젝트에 대한 자금을 지원 받았습니다.

흐름 배터리는 얇은 막으로 분리되어 서로 인접하게 흐를 때 전기를 생성하는 두 가지 특수 유체의 능력을 활용합니다. ESS는 공을 가지고 달려갔습니다.

“ESS가 선보인 순철 흐름 배터리 2017년 Intersolar North America에서 개최되었으며 2019년에 미국 국방부가 또 다른 이정표를 달성했습니다. 청정 기술의 열렬한 팬 — 샌디에이고 해병대 베이스 캠프 펜들턴에 회사의 Energy Warehouse™ 플로우 배터리를 설치했습니다.” CleanTechnica 2021년에 지적했다.

ESS는 그 이후로 꽤 바빴습니다. 최근의 다른 발전 가운데 지난 가을 회사는 Honeywell과의 새로운 전략적 협력을 발표했습니다.

ESS는 “이 관계는 각 회사의 에너지 저장 시스템 개발을 기반으로 하며 시장을 선도하는 ESS의 특허받은 IFB(철 흐름 배터리) 설계와 하니웰의 첨단 소재 및 에너지 시스템 전문 지식을 결합한 것입니다.”라고 ESS는 설명했습니다.

석탄 국가는 에너지 저장을 통해 석탄을 죽입니다.

Form Energy는 장기간 에너지 저장을 위해 철을 활용하는 또 다른 미국 회사입니다. 이 분야에 대한 기여는 철의 녹슬고 개질되는 능력을 활용하는 철 공기 배터리입니다. "철-공기 배터리는 말 그대로 철을 공기 흐름에 노출시켜 작동합니다." CleanTechnica 2021년에 언급되었습니다. “전해질과 멤브레인의 도움으로 결과는 전류와 녹 더미입니다. 배터리 충전 중 단순히 전류를 가해 녹을 다시 철로 재구성하는 문제입니다.”

실제로 그렇게 간단하지는 않지만 Form은 새로운 에너지 저장 플랫폼을 상용화할 준비가 되어 있습니다. 이 회사는 웨스트버지니아에 첫 번째 공장을 건설하고 있으며, 500개의 다른 제안 부지 중에서 오하이오 강의 산업 도시 Weirton을 선택했습니다.

"매력적인 부분은 오하이오 강의 버려진 Weirton Steel 공장인 적합한 브라운필드를 이용할 수 있다는 점이었습니다." CleanTechnica 관찰됨. "강, 철도, 고속도로 교통 통로에 대한 접근성도 또 다른 요인이었습니다."

웨스트버지니아는 화석 에너지 산업에서 길고 깊은 역사를 가지고 있으며 여전히 미국 최고의 석탄 및 천연가스 생산 주 중 하나입니다. 따라서 웨스트버지니아가 석탄 채굴을 직접 목표로 하는 에너지 저장 벤처를 주최하는 것은 조금 아이러니합니다. 미국의 발전 상황과 천연가스에 대한 전망입니다.

그럼에도 불구하고 웨스트버지니아 일부 공무원들은 에너지전환벽에 적힌 글을 본 적이 있다. Form의 웨스트버지니아 정착 결정에 영향을 미치는 또 다른 요인은 주 경제 개발부가 설계한 290억 XNUMX천만 달러 규모의 인센티브 패키지입니다.

분명히 공화당 주 재무장관인 라일리 무어(Riley Moore)는 같은 메모를 받지 못했습니다. 그의 고향인 주가 곧 전국에 새로운 장기 에너지 저장 기술을 보낼 공장을 유치할 예정이지만 무어는 현재 화석 에너지 보호주의 플랫폼을 바탕으로 의회에 출마하고 있습니다. 무어의 캠페인 웹사이트에는 “나는 잠에서 깨어난 기업 의제를 중단하고, 백도어 총기 등록을 중단했으며, 학교 선택을 위해 싸웠고, 급진적인 녹색 에너지 로비에 맞서 우리의 일자리를 옹호했습니다.”라고 명시되어 있습니다.

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미국을 위한 더 많고 더 나은 철 기반 에너지 저장 장치

그 정도입니다. 한편, 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소(Pacific Northwest National Laboratory)의 에너지부 연구원들은 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 철 기반의 수성 흐름 배터리, 비용을 낮추고 공급망을 단순화하는 동시에 성능을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

“연구원들은 다음과 같이 보고합니다. 자연 통신 실험실 규모의 철 기반 배터리는 최대 용량의 98.7%를 유지하면서 XNUMX회 연속 충전 주기 동안 놀라운 주기 안정성을 나타냈습니다.”라고 PNNL은 설명합니다.

"비교를 위해 유사한 철 기반 배터리에 대한 이전 연구에서는 충전 주기가 줄어들수록 충전 용량이 20배 더 많이 저하되는 것으로 보고되었습니다."라고 그들은 덧붙입니다.

PNNL의 설명에 따르면 새로운 배터리는 일반적으로 대량으로 사용할 수 있는 질소 트리포스포네이트, 니트릴로트리-메틸포스폰산 또는 NTMPA라고 불리는 산업용 화학 물질을 사용하기 때문에 독특합니다. 다른 용도 중에서도 NTMA는 수처리 공장의 부식을 방지하는 데 사용됩니다.

“NTMPA를 포함한 포스포네이트는 인 원소를 기반으로 하는 광범위한 화학 계열입니다. 많은 포스포네이트는 물에 잘 녹으며 무엇보다도 비료와 세제에 사용되는 무독성 화학물질입니다.”라고 PNNL은 말합니다.

연구진은 NTMPA를 통해 주변 조건에서 철을 수용하는 액체 전해질을 공식화하여 기술을 단순화하고 비용을 절감하는 데 도움을 주었습니다. 지금까지 팀은 리터당 최대 9와트시(Wh/L)의 에너지 밀도를 달성했습니다. 시중에서 판매되는 밀도보다 훨씬 낮습니다. 바나듐 흐름 배터리. 그러나 PNNL은 자사의 철 흐름 배터리가 과도한 비용을 들이지 않고도 비슷한 성능을 제공하도록 확장할 수 있을 것으로 예상합니다.

이에 대한 자세한 내용을 계속 지켜봐 주시기 바랍니다. 새로운 그리드 스토리지 런치패드 는 새로운 PNNL 플로우 배터리와 같은 새로운 에너지 저장 기술을 가능한 한 빨리 상용화하려는 사명을 가지고 올해 말에 출시될 예정입니다.

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이미지: 에너지부 산하 태평양 북서부 국립 연구소의 에너지 저장 연구원들이 연구 중인 철 기반 흐름 배터리, 지속 시간과 비용 측면에서 리튬 이온 배터리를 능가하는 것을 목표로 합니다.

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• 출처: https://cleantechnica.com/2024/04/01/energy-storage-innovators-plumb-iron-age-for-new-coal-killing-batteries/