AI 데이터센터의 전력 수요가 급증하면서 리튬이온을 대체할 물 기반(수계) 비리튬 배터리 기술이 주목받고 있다. 철-공기, 아연-브롬, 아연-할로겐 등 서로 다른 소재를 쓰는 폼에너지(Form Energy), 에오스 에너지 엔터프라이즈(Eos Energy Enterprises), 코스모스랩(COSMOS LAB) 세 기업이 각기 다른 사업 전략으로 이 시장에 뛰어들고 있다. 국제에너지기구(IEA)는 전 세계 데이터센터 전력 소비량이 2025년 약 485TWh에서 2030년 약 950TWh로 늘어날 것으로 전망했는데, 이는 안정적 전력 공급과 안전성을 동시에 요구하는 AI 인프라 확장과 맞물려 대안 배터리 기술에 대한 관심을 키우고 있다.
현재 에너지저장시스템(ESS) 시장은 리튬이온 배터리가 약 80~90%를 점유하고 있다. 하지만 화재·폭발 위험과 자원 편중, 환경 오염 문제가 꾸준히 지적돼왔고, 통상 4시간 정도인 전력 유지 시간도 장시간 가동이 필요한 데이터센터 입장에서는 한계로 꼽힌다. 이런 배경에서 물을 기반으로 한 비리튬 소재 배터리가 화재 위험을 낮추는 대안으로 부상하고 있다.
철-공기로 100시간을 버티는 폼에너지
MIT 스핀아웃 스타트업인 폼에너지는 테슬라 에너지 저장 부문 부사장 출신 마테오 하라미요(Mateo Jaramillo)와 MIT 배터리 과학자 예밍 치앙(Yet-Ming Chiang)이 공동설립했다. 이 회사의 철-공기 배터리는 최대 100시간 동안 전력을 공급할 수 있어, 리튬이온 배터리의 통상 4시간 대비 훨씬 긴 장주기 저장이 가능하다. 사용하는 철 소재의 약 80%는 미국 내에서 조달하고 나머지는 유럽과 아시아에서 들여온다.
폼에너지는 지난 8월 시쿼야 캐피탈(Sequoia Capital), 빌 게이츠가 조성한 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures) 등으로부터 약 1조 원(7억 5,000만 달러) 규모의 시리즈G 투자를 유치했다. 지난 3월에는 AI 인프라 기업 크루소(Crusoe)와 총 12GWh 규모의 장주기 에너지저장장치(LDES) 공급 계약을 체결하며 단순 배터리 제조사를 넘어 전력 인프라 기업으로 사업모델을 확장하고 있다.
수직계열화로 승부하는 에오스
수계 아연-브롬 배터리를 상용화한 에오스 에너지 엔터프라이즈는 나스닥에 상장돼 있다. 이 회사는 4~16시간급 저장 시간대를 중심으로 사업을 확장하고 있으며, 사모펀드 운용사 서베러스(Cerberus)와 함께 장주기 에너지저장장치 프로젝트 개발·자금조달·운영을 맡는 프론티어 파워 USA(Frontier Power USA)를 공동 설립해 수직계열화를 시도하고 있다. 데이터센터 현장에 발전 설비를 설치해주는 터빈엑스 에너지(TURBINE-X Energy)와는 향후 36개월간 최대 2GWh 규모의 프로젝트 적용을 목표로 협력하고 있다.
소형화와 소프트뱅크 제휴에 나선 코스모스랩
2021년 설립된 한국 스타트업 코스모스랩은 물 기반 아연-할로겐 배터리를 개발한다. 카이스트 생명화학공학 박사 출신이자 한국에너지기술연구원 연구원을 지낸 이주혁 대표와 카이스트 석·박사 출신 조인성 공동대표가 이끌고 있으며, 일체형 셀 구조로 배터리를 소형화한 것이 특징이다. 지난 8월 스마일게이트인베스트먼트 등으로부터 220억 원 규모의 시리즈A 투자를 유치했고, 일본 소프트뱅크와 배터리 셀 공동 개발·양산을 위한 전략적 제휴를 맺어 2027년 GWh급 공동 양산을 목표로 하고 있다.
다만 업계에서는 “코스모스랩은 차세대 개념의 배터리 기술로서 실효성 문제는 있을 수 있다”는 우려도 제기된다. 세 기업 모두 물 기반 비리튬 소재로 리튬이온 배터리의 대안을 모색하고 있지만, 원료와 저장 시간대는 철-공기·아연-브롬·아연-할로겐으로 각기 다르다.
기술력보다 양산과 규정이 관건
업계에서는 비리튬 배터리 상용화의 핵심 관문이 소재 기술력 자체보다 양산 수율, 원가, 설치면적 확보에 있다고 본다. 여기에 열폭주 발생 시 화재·열 전파를 평가하는 미국 국가 표준 시험 UL 9540A, 미국 전기전자공학회의 분산에너지자원 계통연계 기준인 IEEE 1547 등 시장별 안전·계통연계 규정을 충족하는 일도 넘어야 할 과제로 꼽힌다. 폼에너지의 전력 인프라 확장, 에오스의 수직계열화, 코스모스랩의 소프트뱅크와의 제휴라는 서로 다른 전략은 결국 이 관문을 각자의 방식으로 통과하려는 시도로 볼 수 있다.