Holcim은 시멘트 생산 시설 중 한 곳에 Joule Hive 열 배터리 2기를 설치 완료했다. 이는 Electrified Thermal Solutions(ETS)와의 협력에 따른 것으로, 가스나 석탄에 전적으로 의존하는 대신 전기로 산업 공정을 가열하는 방안을 시험하기 위한 것이다. 발표에서는 시설이나 위치를 특정하지 않았지만, 이는 세계 최대 시멘트 기업 중 하나에서 이 기술이 시범 실증 단계를 넘어 산업 적용 단계로 전환되고 있음을 의미한다.
매사추세츠공과대학교(MIT)에서 분사한 기업인 ETS는 금속 산화물을 더 첨가해 화학 조성을 변경함으로써 전기를 전도할 수 있게 만든 내화 벽돌을 사용하는 열 배터리를 개발하고 있다. 전류가 흐르면 벽돌은 최대 1800도까지 가열되며, 회사는 이러한 온도가 시멘트, 철강, 유리, 화학물질 제조와 같은 분야는 물론 증기 생산에도 적합하다고 말한다.
Joule Hive는 어떻게 작동하는가?
벽돌은 대략 엘리베이터 크기의 단열 용기 안에 쌓이며, 용기는 최대 3일 동안 열을 저장한다. ETS는 공정 효율이 95%에 달하고, 재생에너지 잉여 전력이나 전력망 수요가 낮은 시간대에 시스템을 충전할 수 있다고 말한다. 이 특성 덕분에 산업 시설에서 전력을 소비하는 시점과 열을 사용하는 시점을 분리할 수 있다.
시멘트 산업은 기존의 전기 가열 기술로 공급하기 어려운 고온을 필요로 하기 때문에 연료 연소가 통상적인 선택으로 남아 있었다. 기사에 따르면 전 세계 에너지 소비량의 약 20%는 시멘트와 철강, 알루미늄 같은 산업에서 사용되는 이른바 공정 열에 투입된다. 또한 기사에 따르면 시멘트는 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지한다.
실험에서 산업 배치로
Holcim 프로젝트에 앞서 샌안토니오에 위치한 Southwest Research Institute에는 상업적 규모의 Joule Hive 시스템이 설치됐으며, 1000시간 이상의 가동 기록을 세웠다. ETS는 Holcim 프로젝트로 넘어가기 전에 이 시험 결과를 기술 개념의 입증으로 평가했다. 협약에 따라 Holcim은 ETS의 투자 파트너가 되며, 신생 기업인 ETS는 향후 협력 관계가 확대될 것으로 전망하고 있다.
Holcim의 운영 우수성 책임자인 Ram Muthu는 이 기술의 배치를 통해 고온 공정의 탈탄소화 전략에서 전기 기반 산업 열의 가능성을 평가할 수 있다고 말했다. 한편 ETS의 최고경영자인 Daniel Stack은 이 프로젝트를 시멘트와 콘크리트 가열을 시연 단계에서 실제 적용 단계로 옮기는 중요한 진전이라고 평가했다.
실제로 무엇이 달라지는가?
이번 소식이 시멘트 산업이 배출가스에서 자유로워졌다는 뜻은 아니다. 시멘트 배출량의 중요한 부분은 연료 연소 자체가 아니라 석회석을 클링커로 전환하는 화학 반응에서 발생하기 때문이다. 따라서 Joule Hive 배터리는 공정 열 측면을 처리할 수 있지만, 이 산업의 모든 배출원을 해결하지는 못한다.
켄터키주 칼버트시티의 Ashland 화학물질 공장에서도 이 기술을 적용한 또 다른 사례가 있다. 이곳의 배터리 배치 프로젝트는 2024년 미국 에너지부로부터 최대 3500만 달러의 매칭 보조금을 받았다. 이 프로젝트는 메탄을 사용하는 보일러를 대체하는 것을 목표로 하며, 에너지부에 따르면 증기 생산과 관련된 배출량을 약 70% 줄이는 것을 목표로 한다. ETS 기술이 경제성을 확보한 채 대규모로 운영될 수 있는지, 그리고 배출량이 낮은 전력을 확보할 수 있는지는 여러 산업 시설에서의 실제 운영을 통해 결정될 과제로 남아 있다.