[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 최근 스웨덴의 한 연구진이 아연과 친환경 나무 추출 리그닌을 소재로 한 청정 건전지를 개발해 전기 공급이 원활치 않은 지구 곳곳에 안정적이고 저렴하게 에너지를 공급할 수 있는 솔루션을 제공할 가능성을 제시해 주목된다.

이 같은 지속가능하고 환경친화적인 건전지를 개발한 스웨엔 린셰핑 대학(Linkölping University) 의 레베란트 크리스핀(Reverant Crispin) 유기 전기학부 교수는 적도 근처에 위치한 이른바 지구 남반구의 저개발국 인구에게 에너지 자유를 제공할 수 있는 솔루션이 될 것이라고 자신한다.

지구 적도 부근의 저임금 국가 주민들은 일 년 내내 오후 6시 즈음이면 해가 저물기 때문에 비교적 설치와 관리가 저렴한 태양광 집접 패널이 널리 보급되고 있음에도 불구하고 일몰 후 가정용 및 비즈니스용 전력 공급에 어려움을 겪는 것이 사실이다.

♢ 리튬이온배터리의 단점 대거 보완해 줄 차세대 재료 기술

아연-리그닌(lignin) 배터리는 주원료로 한 지속가능하고 저렴할 뿐만 아니라 폐기 후 수거 및 재활용이 가능한 에너지 축전 솔루션이다. 리그닌은 나무나 식물 줄기가 지탱할 수 있게 하는 고분자 화합물로 목재 폐기물에서 추출될 수 있어 최근 친환경 소재로 각광받는 물질이다.

에너지 밀도 측면에서 아연-리그닌(Zn-Lignin) 건전지는 기성 납산(lead-acid) 축전지에 비해 성능이 뒤떨어지지 않을 뿐만 아니라 환경에 유해한 독성 납 성분을 포함하고 있지 않아 제조 및 폐기처리 시 환경 유해성을 크게 개선할 수 있다는 것이 장점이다. 

또한, 이제까지 아연은 건전지 내부 요소인 전해질용액과 반응하면 수소 기체와 물로 분리되며 손상돼 전기 손상을 야기해 사용을 어렵게 했다. 이 같은 문제점을 보완하기 위해 린셰핑 대 연구진은 고분자 내염 전해질(water-in-polymer salt electrolyte, 줄여서 WiPSE)을 첨가해 아연-리그닌 구조의 안정성과 내구성을 강화했다(자료: 논문 ⟪Energy & Environmental Materials⟫, Wiley, 2024년 5월 7일)

현재 시중에서 판매되는 아연 기반 건전지는 재충전이 불가능하다.

아연-리그닌 건전지는 8,000회 재충전 사용이 가능하며 충전된 전력 용량의 80%를 방전 없이 보전해 1주일 사용이 가능하다. 사용한 지 서너 시간 만에 소진되는 기존 아연 기반 건전지보다 잔량이 현저히 길다는 점도 차세대 친환경 배터리 업계가 높은 기대를 거는 이유다.

이 기술이 상용화될 경우, 현재 널리 사용 중인 1회용 리튬이온배터리는 건전지 시장에서 퇴출되고 그 대신 다회 재충전이 가능한 아연-리그닌 배터리로 교체될 수 있다는 얘기다.

널리 사용 중인 리튬이온배터리는 잘못 관리 또는 처분할 경우 폭발할 위험성이 있고 무엇보다도 재활용이 매우 어렵다. 

자원 고갈과 불순물이 일으키는 자연 오염과 같은 환경적 관점에서 말할 것도 없고 코발트(Co) 같은 일부 맹독성 성분은 채굴과 폐품 처리 공정에서 인권 위반의 근원이기도 하다. 

♢ 규모화하려면 기업 투자 필요

아연-리그닌 건전지의 성능 실험은 대학 연구소 내에서 실시된 실험에 기초해 개발됐으나 보다 큰 규모의 건전지 — 가령, 전기차 용 크기에 육박하는 대형 배터리 — 로도 저렴한 가격에 확대 생산이 가능하다고 주장하면서 기업의 투자 및 생산 참여를 기다리고 있다.

앞서 밝힌 이 아연-리그닌 친환경 건전지 개발 의도 — 그리드 망 인프라가 부족한 지구 남반구 저개발국 인구에 대한 야간 전력 공급 — 이외에도 글로벌 기후 변화에 따른 자연 재난과 위기 상황 시 긴급 에너지를 공급할 수 있는 에너지 솔루션으로써 전 세계 기업들의 관심과 투자를 기다리고 있다고 크리스핀 교수는 피력한다.

크리스핀 교수가 이끄는 아연-리그닌 건전지 연구 프로젝트는 크눗과 알리스 발렌베리 재단, 스웨덴 정부 산하 고급기능성소재 연구부, 스웨덴에너지기구 리그나 에너지 AB의 장기적 재정 후원을 받아 추진됐다.