배터리 전성시대, 왜?

최근 배터리 산업에 관한 보도가 잇따른다. K-배터리가 대세라거나 세계 배터리 시장의 동향에 관한 이야기들이다. 배터리가 우리 일상과 함께 한 게 어제오늘이 아닌데 새삼스럽다는 생각도 든다. 우리가 늘 사용해온 배터리가 미래 산업의 중요 종목으로 급부상하게 된 이유는 뭘까?

잠깐 우리의 하루 일과를 되짚어보자. 아침에 스마트폰 알람과 함께 눈을 뜬다. 전동 칫솔로 이를 닦고, 무선 이어폰으로 노래를 들으며 학교에 간다. 태블릿PC로 코딩을 익히고, 하교 후 집에 돌아와 보니 로봇 청소기가 ‘열일 중’이다. 이렇듯 우리는 매시간 배터리로 작동하는 물건들과 함께 한다.

하지만 불과 20~30년 전만 해도 배터리가 필요한 물건이 많지 않았다. 배터리를 내장한 핸드폰이 보급되기 전에는 집집마다 유선 전화기를 사용했다. 집 밖에서 연락할 일이 생기면 공중전화로 달려가야 했다.

이 모든 변화의 핵심에는 IT 기술혁명이 자리 잡고 있다. IT 기술의 발전과 인터넷의 발달이 맞물리면서 온갖 편리한 기기가 쏟아져 나오게 됐다. 태블릿, 스마트워치, 각종 웨어러블 기기 모두 배터리가 필수다. 특히 스마트폰은 우리의 삶과 가장 밀접한 전자기기다. 이 스마트폰의 수명을 결정짓는 것도 다름 아닌 배터리다. 배터리를 부착한 다양한 기기들이 개발되면서 시공간의 제약 없이 에너지를 충전해놓은 전자제품을 사용하게 됐다. 새로운 에너지 혁명이나 다름없는 시대를 맞이하게 된 것이다.

사물배터리 시대가 오고 있다

배터리의 편리함에 익숙한 우리는 점점 더 많은 전자기기가 배터리로 작동되길 원한다. 유선 청소기는 배터리를 탑재한 무선 청소기로 대체됐다. 바야흐로 사물배터리 시대가 열린 것이다. “사물배터리란, 배터리가 에너지원이 되어 여러 기기들을 연결하는 것을 말한다. 인터넷을 통해 여러 기기들을 연결하는 것을 사물인터넷이라고 부르듯, 배터리 중심으로 세상의 사물들을 연결하는 것을 사물배터리라고 부른다.(해시넷)”

4차 산업혁명은 사물배터리 시대를 열었고, 사물배터리의 발전은 다시 4차 산업혁명을 본격적으로 이끌게 됐다. 로봇·드론·웨어러블 디바이스 등이 충분히 작동되려면 오랜 시간 배터리를 통해 에너지를 공급받아야 하기 때문이다. 4차 산업혁명의 핵심인 사물인터넷 기술 역시 제대로 구현되려면 물건마다 전깃줄을 매달 수 없으니 배터리를 필요로 한다.

고용량·고효율 배터리 수요가 계속 늘어나고 있고, 배터리를 쓰는 전자기기가 점점 다양해져감에 따라 세계 배터리 시장 규모가 급속히 커지고 있다. 스마트폰·노트북 등에 탑재되는 소형 배터리 시장은 2021년 전년 대비 23% 성장했고, 전체 배터리 세계 시장은 2030년까지 연평균 32% 성장할 예정이다.

신재생에너지, 저장을 위해서 배터리 꼭 필요해

한편 현재 인류가 직면한 환경 문제도 배터리 산업에 지대한 영향을 미쳤다. 인류를 위협하는 기후변화와 미세먼지의 주요 원인은 석탄화력발전으로 인한 이산화탄소의 증가다. 지구온난화로 인한 기후변화로 지구 환경이 갈수록 악화되자 전 세계가 ‘탈脫석탄’ 전략을 내세우고 있다. 이를 위해 온실가스를 내뿜지 않는 태양광·풍력 등을 이용한 신재생에너지 발전량을 늘릴 계획을 세우고 있다. 2040년에는 세계 1차 에너지 공급의 40%를 신재생에너지로 충당할 계획이라고 말한다.

신재생에너지와 배터리가 무슨 상관? 태양광·풍력 발전과 석탄화력발전은 어떤 점이 다를까? 석탄화력발전과 다르게 태양광 발전이나 풍력 발전으로는 아무 때나 전기를 만들어낼 수 없다. 태양광 발전은 해가 내리쬐는 낮에만 가능하고, 풍력 발전은 바람이 거세게 부는 날에만 가능하다. 전기는 기본적으로 흐르는 에너지라는 속성이 있다. 발전한 전기를 적재적소에 공급하지 않을 경우 어렵게 발전한 전기를 낭비할 수밖에 없다. 그래서 전기 발전은 치밀한 수급 계획과 맞물려 있다.

하지만 태양광과 풍력 발전으로는 계획적으로 전기를 만들어내기가 어렵다. 특정 상황에서 만들어낸 이 전기를 필요할 때 꺼내 쓸 수 있도록 하려면 거대한 배터리가 필수다. 이처럼 아주 거대한, 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 대형 배터리를 에너지저장장치ESS, Energy Storage System라고 한다.

전 세계적으로 탄소 감축을 위한 노력이 본격적으로 이루어지면서 ESS 시장이 날로 커지고 있다. 유럽은 2030년도까지 1990년 대비 탄소 배출량을 55% 줄이겠다는 목표를 세웠는데, 이를 달성하기 위한 중요 기술 분야로 ESS를 꼽았다. 에너지 전문 시장조사업체인 블룸버그 NEF는 ESS 시장이 2030년까지 연평균 30%쯤 성장할 것으로 내다봤다.

전기차의 부상, 배터리가 관건

전기차의 성장세가 가파르다. 2022년 말 기준 우리나라에 등록된 전기차는 약 35만 대. 2019년 말 약 9만 대였던 것과 비교하면 성장세가 눈에 띈다. 2021년 전 세계 자동차 판매량은 2019년 대비 9.7% 감소한 8,455만 대였지만, 전기차 판매는 2019년 대비 226.3% 증가한 660만 대로 역대 최대치를 기록했다.

이처럼 전기자동차 시장이 확대된 이유는 전 세계에 불어닥친 ‘탈석탄’ 계획과 연관돼 있다. 유럽연합은 2035년부터 27개 회원국에서 내연기관차(휘발유 차·경유 차)의 신차 판매를 금지하는 방안을 확정했고, 이에 따라 2036년에는 신차 판매 점유율에서 전기차가 내연기관차를 앞설 것으로 전망된다.

세계 전기차 시장은 이미 지난 10년 사이 무려 100배나 커졌고, 전기차 수요가 급증하면서 덩달아 배터리 시장도 커지고 있다. 전기차의 주행거리와 성능을 결정하는 핵심 부품이 배터리여서다. 이미 2020년 세계 2차 배터리 출하량 중 65%가 전기차용일 정도로, 전기차의 부상은 배터리 산업의 파이를 키우는 데 결정적인 역할을 했다.

강천구 인하대학교 에너지자원학과 초빙교수는 전 세계 배터리 산업이 태동기를 지나 고속 성장기에 접어들었다며 “향후 10년간 글로벌 배터리 시장은 연 30% 고성장을 거듭해 2025년 200조 원, 2030년 300조 원 규모로 성장할 전망이다. 현재 메모리 반도체 시장 규모인 170조 원을 넘어서는 수준이다”라고 했다. 우리나라의 경제 성장을 견인한 반도체 시장을 뛰어넘을 것이란 예측이 나온 만큼, 배터리 개발·제작·관리·제어 기술 등이 앞으로 국가 경쟁력을 좌지우지할 것으로 예상된다.

2차 배터리(2차 전지) : 방전된 이후에도 충전을 해서 재사용이 가능한 배터리