전기화의 꿈
발전시키는 혁신이
무탄소 생활의 기반을 마련하고 있습니다.
May 15, 2023
전 세계 에너지 관련 이산화탄소 배출량이 2022년에 사상 최고치인 360억 톤을 기록했습니다. 이산화탄소 배출은 자동차, 산업 활동, 인프라, 공급설비 등에서 발생했습니다. 기후 변화의 최대 원인을 제거하는 것과 관련해 세계가 잘못된 방향으로 나아가고 있다는 경고입니다. 그리고 이로 인한 영향은 막대합니다. 기후 변화는 2050년까지 세계 경제에 23조 달러의 비용을 초래할 것으로 예상되고 있습니다. 지난해 이집트에서 열린 COP 27에서 발표된 데이터에 따르면, 기후 변화로 인한 영향을 이대로 방치하면 결국 해마다 300만 명 이상의 사망자가 발생할 수 있다고 합니다.
그렇다 해도 상황을 바꾸기에 아직 늦지 않았습니다. 전문가들은 기후 변화를 막기 위해 인류가 가장 크게 희망을 품고 있는 해결책은 전기화에 달려있다고 입을 모읍니다. 화석 연료를 동력으로 하는 경제에서 주로 신재생 전기로 움직이는 경제로 전환할 때 여러 국가들이 파리 협약 및 유럽 그린 딜과 같은 합의에 제시된 목표를 달성하거나 심지어 이를 능가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 3M 전기시장 사업부의 R&D 부사장인 Terry Collier는 2023년 3월 워싱턴 포스트 라이브 시간에 화상 담화를 통해 "전기화는 더 많은 에너지 수요에 전기를 사용하는 것"이라고 했습니다.
전기는 이미 기업체와 소비자 생활의 막대한 부분을 차지하고 있으며, 점점 더 많은 풍력 및 태양열과 같은 대체 신재생 자원이 전력을 공급하고 있습니다. 지속적으로 발전을 이루려면 특정한 기술적 문제를 해결하고 사용하는 데 더 저렴하고, 더 편리하고, 더 깨끗하고, 더 안전한 신재생 에너지로 전기를 만들 수 있는 혁신이 필수적입니다. 반가운 소식은 청정 발전(發電)과 전기의 저장 분배 및 사용이 모두 3M의 기술과 혁신의 혜택을 받고 있다는 점입니다.
세대교체
전기의 대부분을 석탄, 석유와 같은 화석 연료를 태워 생성하는 경우 전기화는 환경을 개선해 주지 못합니다. 안타까운 것은 현재 세계 전기의 약 2/3가 이러한 화석 연료에서 생산되고 있습니다. 화석 연료 사용을 단계적으로 없애려면 태양 전지판과 풍력 발전소를 비롯하여 청정 발전을 이루고 이러한 전기를 저장할 수 있는 인프라를 개선해야 합니다.
여기에서 3M은 다음과 같은 여러 유용한 혁신 제품을 제공합니다.
- • 3M™ 풍력 터빈 발전기 블레이드 보호 테이프 필름(Wind Blade Protection Tape): 풍력 발전기는 하루 24시간 악천후에 노출되어 있습니다. 보통의 풍력 터빈 블레이드 끝은 100mph 이상의 속도로 회전하며 이로 인해 시간이 지나면서 비와 그 밖의 환경적 요인에 의해 손상될 수 있습니다. 3M은 터빈 블레이드의 앞전에 보호 장벽을 형성하고 신재생 에너지를 위한 이러한 핵심 자산의 수명과 전기 출력을 연장하는 데 도움이 되는 테이프를 제공합니다.
- • 3M 태양광 테이프: 3M은 고성능 본딩, 보호 및 마스킹을 통해 성능을 개선하고 태양 전지 배열기의 비용을 줄여주는 테이프를 선보였습니다. 3M은 또한 태양광 모듈에서 전하를 집적하고 전자의 이동을 향상시키는 테이프도 보유하고 있습니다.
- • 3M 태양광 코팅: 3M은 전면 유리 투과율을 높여주는 수성 코팅제를 제공합니다. 이 코팅제는 태양 전지에 더 많은 빛을 공급하여 태양광 모듈 효율을 높입니다.
위와 같은 혁신으로 지원되는 신재생 에너지는 더 지속가능할 뿐만 아니라 공급 중단에 취약한 지역에 에너지 보안을 제공합니다. Collier는 "많은 분야에서 전통 연료를 얻기가 매우 어려워지고 있습니다. 신재생 자원으로 [전기]를 생성할 수 있는 능력이야말로 적정 비용으로 전력을 제공하는 진정한 방법입니다."라고 했습니다.
분산식 해결책
전선과 변압기를 비롯해 미국 전력망의 70%는 25년도 전에 만들어진 것입니다. 이는 지금과는 전력 수요가 매우 다르고 전력이 주로 공익설비 부문에서 최종 사용자 기업 및 소비자에게로 제공되던 시기에 만들어졌습니다. "우리는 낙후된 전기 배전망을 보유하고 있습니다… 이는 전기의 단방향 흐름을 위해 설계된 것이었습니다.라고 Collier는 말했습니다.
전력을 배전망으로 다시 공급하는 신재생 에너지원을 처리하려면 이러한 시스템을 업그레이드해야 합니다. 이 역방향의 공급 흐름은 상업용 풍력이나 태양광 발전소 또는 현장에 신재생 시스템을 설치한 개별 고객으로부터 나올 수 있습니다. 전력은 배터리에 저장된 신재생 에너지에서 배전망으로 다시 이동할 수도 있습니다 “배전망에 분산형 발전을 추가하면 전력망에 양방향 전력 흐름이 추가되어 최신 방식으로 작동하게 됩니다."라고 Collier는 이야기했습니다.
이러한 분산에너지자원(Distributed Energy Resources, DER)은 합선 및 그 밖의 장애를 유발할 수 있는 양방향 흐름을 처리하기 위해 센서, 통신 및 데이터 분석이 지원하는 스마트 그리드를 필요로 합니다. Collier는 “이 모든 것을 함께 통합하면 에너지 사용 방법을 최적화하고 낭비를 줄이는 데 실제로 도움이 될 수 있습니다."라고 말했습니다. 3M은 배전망이 지금의 과제를 해결하는 데 도움이 되는 다음과 같은 다양한 혁신 제품을 개발했습니다.
- • 3M™ 센서 케이블 액세서리(Sensored Cable Accessories): 이들 제품으로 발전소와 최종 사용자 간의 교량 역할을 하는 지중 고압 전기 회로망에서 중요한 매개변수(전압, 전류, 위상각)를 측정할 수 있습니다. 이들 해결책은 선진 기술을 회로망을 위한 액세서리로 통합하여 전압 및 전류 측정 정확도를 개선시키는 것을 목표로 합니다. “저희는 고객이 예기치 않은 정전을 겪지 않도록 돕고 싶습니다.“라고 Collier는 이야기했습니다.
- • 3M™ 알루미늄 전도체 복합 보강재(Aluminum Conductor Composite Reinforced, ACCR): 배전망에 영향을 미치는 또 다른 문제는 기후 변화로 인해 더 빈번히 발생하는 폭풍입니다. Collier는 "현재 우리는 정전이 증가한 사례를 목격하고 있습니다."라고 했습니다. 회복력을 키우려면 공급 설비에 가외성 개념을 추가해야 합니다. 일반적으로 전선, 타워 및 기지 추가와 같은 탄소 생성 활동이 여기에 포함됩니다. 3M ACCR 가공 송전선은 일반 강철 선보다 2배의 전류용량을 제공합니다. 즉, 공공설비는 ACCR로 간단히 기존 전력선을 교체하면 회복력과 수용력을 늘릴 수 있습니다.
스마트 그리드는 "전력을 만들고, 전력을 생성하고, 배분하고, 사용하는 방식을 진정으로 혁신"하는 것이라고 Collier가 말했습니다.
자동차 발전
전기화가 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 분야는 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 4분의 1을 차지하는 운송 부문입니다. 그 중 41%는 자동차에서, 22%는 트럭에서 발생합니다. 전기자동차(EV)는 이러한 이산화탄소 배출량을 줄이는 방법을 제시합니다. “전기자동차는 내연기관에 비해 사용 시점에 배기가스나 매연이 발생하지 않습니다.”라고 Collier는 말했습니다.
고무적인 것은, EV의 시장 점유율이 기하급수적으로 증가하고 있으며 2035년 즈음에는 전 세계 판매의 59%를 차지할 것으로 예상됩니다. 이것이 현실화되기 위해서는 성능과 안정성 수준을 지속적으로 끌어올려야 합니다. 3M은 중요 EV 부품을 개선할 수 있는 다양한 제품을 주도하고 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
- • 3M 접착제: 3M은 무용제 제조 공정을 통해 제작되는 접착제를 생산합니다. 이 접착제는 EV 배터리를 각종 소재로 제작된 주변 부품과 단단히 결합시키는 어려운 공정을 위해 설계되었습니다. 이는 화재, 누수 및 그 밖의 위험요인에 대한 위험도를 줄이면서 배터리 성능을 향상시킵니다.
- • 3M™ 글라스버블(Glass Bubbles): 일부 EV 제조사는 일부분 3M 글라스버블로 만들어진 합성물로 자동차를 제작하고 있습니다 내부는 비어 있지만 엄청나게 단단한 마이크로스피어는 배터리 인클로저의 무게를 최대 45%까지 줄일 수 있습니다. 무게 절감은 자동차 주행거리를 늘리는 데 도움이 됩니다.
- • 3M™ 질화붕소 방열 필러(Boron Nitride Cooling Fillers): EV 배터리, 모터 및 전자장치에서 발생하는 열을 전기적으로 절연하고 발산하는 데 사용할 수 있습니다.
3M은 또한 EV 산업에 전기 모터를 최적화하기 위한 단열재, 테이프 및 접착제를 공급하고 있습니다. “전기자동차의 혁신을 가능하게 하는 놀라운 기술 발전이 많이 일어나고 있습니다.”라고 Collier는 말했습니다.
"정책을 세우고 신재생 에너지를 전력망에 통합할 수 있게 지원하는 것이 중요합니다. 현재 우리는 전 세계적으로 이러한 현상을 발견하고 있습니다."
진보하는 전력공급
신재생 전기를 지원하는 3M의 혁신은 수십 여 산업에 영향을 미치고 있지만 이러한 혁신은 모두 오직 한 가지 사실에서 비롯되는데, 바로 과학을 사용하여 개인의 삶을 개선하려는 3M의 사명입니다. 지속적인 발전을 이루기 위해 3M은 기업, 소비자 및 정부를 비롯한 사회 각계각층에서 전기화로의 전환을 수용해야 한다고 믿습니다. “전환은 포괄적인 접근 방식으로 이루어져야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다. 3M은 기업들이 대체 에너지원을 채택하도록 장려하는 공공 정책을 지원합니다. “정부는 정책을 세우고 신재생 에너지를 전력망에 통합할 수 있게 실질적으로 지원해 주어야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다. "현재 우리는 전 세계적으로 이러한 현상을 발견하고 있습니다."
소비자도 할 수 있는 역할이 있습니다. “개인이 지속가능성의 중요성을 이해해야 합니다. 또한 올바른 가정용 기기를 선택하는 것이든, 전력을 언제 어떻게 사용할 것인지를 결정하는 것이든 '가정에서 가능한 효율적으로 사용하려면 어떻게 구매할까'를 고민해야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다.
진보하는 전력공급
신재생 전기를 지원하는 3M의 혁신은 수십 여 산업에 영향을 미치고 있지만 이러한 혁신은 모두 오직 한 가지 사실에서 비롯되는데, 바로 과학을 사용하여 개인의 삶을 개선하려는 3M의 사명입니다. 지속적인 발전을 이루기 위해 3M은 기업, 소비자 및 정부를 비롯한 사회 각계각층에서 전기화로의 전환을 수용해야 한다고 믿습니다. “전환은 포괄적인 접근 방식으로 이루어져야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다. 3M은 기업들이 대체 에너지원을 채택하도록 장려하는 공공 정책을 지원합니다. “정부는 정책을 세우고 신재생 에너지를 전력망에 통합할 수 있게 실질적으로 지원해 주어야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다. "현재 우리는 전 세계적으로 이러한 현상을 발견하고 있습니다."
"정책을 세우고 신재생 에너지를 전력망에 통합할 수 있게 지원하는 것이 중요합니다. 현재 우리는 전 세계적으로 이러한 현상을 발견하고 있습니다."
소비자도 할 수 있는 역할이 있습니다. “개인이 지속가능성의 중요성을 이해해야 합니다. 또한 올바른 가정용 기기를 선택하는 것이든, 전력을 언제 어떻게 사용할 것인지를 결정하는 것이든 '가정에서 가능한 효율적으로 사용하려면 어떻게 구매할까'를 고민해야 합니다.”라고 Collier는 말했습니다.