[EE칼럼] 데이터센터와 배터리의 위험한 동거, ‘액화공기’가 해결책인 이유

▲이종석 국토교통과학기술진흥원 연구위원

지난 9월 대전 국가정보자원관리원에서 발생한 화재는 우리나라 디지털 인프라의 치명적 취약점을 적나라하게 드러냈다. 무정전전원장치(UPS)용 리튬이온 배터리에서 시작된 불길은 22시간 동안 타오르며 정부 전산시스템을 마비시켰고, 이는 단순한 시설 화재를 넘어 '국가 행정 마비'라는 초유의 사태로 번졌다.

더욱 충격적인 사실은 이 화재가 2022년 SK C&C 판교 데이터센터 화재의 교훈을 반영하여, 리튬 배터리의 위험성을 줄이고자 설비를 이전하는 작업 중에 발생했다는 점이다. 위험을 예방하려던 조치가 오히려 더 큰 재앙을 부른 것이다. 이 사건은 AI 시대를 맞아 폭발적으로 증가하는 데이터센터가 '리튬 배터리와 위험한 동거'를 하고 있음을 명백히 보여준다.

문제는 여기서 그치지 않는다. 수도권 데이터센터는 리튬 배터리의 화재 위험뿐만 아니라, '전력망 확보'라는 또 다른 거대한 장벽에 직면해 있다. AI 시대의 도래로 데이터센터의 전력 수요는 기하급수적으로 늘어, 최근 11개월간 수도권에만 원자력 발전소 20기에 해당하는 20GW 규모의 전력 사용 신청이 몰렸다.

하지만 수도권의 전력망은 이미 포화 상태이며, 새로운 송전망을 건설하는 것은 주민 민원으로 인해 사실상 불가능에 가깝다. 송전선로 건설 사업의 83%가 평균 41개월씩 지연되고 있으며, 그 원인의 절반 이상은 주민 반대로 기인한 것이다. 결국 데이터센터 운영사들은 화재 위험을 감수하며 리튬 배터리를 사용하면서도, 정작 사업에 필요한 전력조차 제때 공급받지 못하는 이중고에 시달리고 있다.

이러한 복합적인 위기 상황에서 액화공기 에너지저장장치(LAES, Liquid Air Energy Storage)는 근본적인 해결책을 제시한다. LAES는 잉여 전력으로 공기를 영하 190도 이하의 액체로 만들어 저장했다가, 필요할 때 기화시켜 터빈을 돌려 전기를 생산하는 물리적 저장 시스템이다. LAES가 왜 AI시대의 '게임 체인저'인지 네 가지 핵심 이유를 통해 살펴보자.

첫째, '가상 송전망'으로 전력 병목을 해결한다. 데이터센터 부지 내에 LAES를 설치하면, 전력망이 한가한 심야에 전기를 미리 저장해두었다가 전력 수요가 몰리는 낮 시간에 사용할 수 있다. 이는 논란이 많은 신규 송전망을 건설할 필요 없이, 기존 전력망의 활용도를 극대화하는 '가상 송전망' 역할을 한다. 주민 민원과 행정 절차의 불확실성에서 벗어나 안정적으로 전력을 확보할 수 있는 길이 열리는 것이다.

둘째, 절대적인 화재 안전성을 보장한다. LAES는 오직 공기와 물만을 사용하기에 리튬 배터리의 '열 폭주'와 같은 화재나 폭발 위험이 원천적으로 존재하지 않는다. 따라서, 화재 발생으로 인한 국가 시스템을 마비시키는 재앙은 발생할 수가 없다.

셋째, 공생을 통한 압도적인 경제성을 자랑한다. 데이터센터는 전력의 약 40%를 서버 냉각에 사용하며, 이 과정에서 막대한 양의 폐열이 발생한다. 하지만, 이 폐열은 LAES 시스템에서는 발전 효율을 획기적으로 높이는 귀중한 '연료'가 된다. 반대로 LAES가 전기를 만들고 배출하는 냉열은 데이터센터 서버 냉각에 재활용할 수 있다. 이는 단순한 비용 절감을 넘어, 버려지던 열 에너지를 자원으로 바꾸는 완벽한 공생 시스템이 구축되는 것이다.

넷째, 진정한 에너지 독립을 실현한다. 2026년부터 지역별 차등 전기요금제가 시행되면 수도권의 전기료 부담은 더욱 커질 것이다. LAES를 갖춘 데이터센터는 값싼 심야 전력을 저장해 사용하고, 남는 전력은 전력망 안정화 서비스로 판매해 새로운 수익을 창출하는 '에너지 프로슈머'로 거듭날 수 있다.

LAES는 더 이상 미래 기술이 아니다. 영국 하이뷰 파워(Highview Power)는 맨체스터 인근에 세계 최대 규모인 50MW/300MWh급 상용 플랜트를 건설 중이며, 가동을 앞두고 있다. 국내에서도 국토부와 국토교통과학기술진흥원의 지원으로 한국기계연구원이 핵심 부품인 터보팽창기와 콜드박스를 100% 국산 기술로 연구 개발하는 데 성공하며 상용화의 발판을 마련했다.

대전 화재는 우리에게 값비싼 교훈을 남겼다. 리튬 배터리에 의존하는 현재의 방식만으로는 AI 시대의 에너지 수요를 안전하고 안정적으로 감당할 수 없다. 데이터센터에 LAES를 도입하는 것은 이제 선택이 아닌, 대한민국의 디지털 경쟁력을 좌우할 필수 전략이다. 화재 위험과 송전망 갈등이라는 두 개의 거대한 벽을 동시에 허물 수 있는 LAES 기술의 상용화를 위한 정부와 산업계의 과감한 결단과 지원이 시급한 시점이다.

※ 상기 내용은 저자의 개인적 의견이며, 소속기관 등의 공식적 의견은 아님을 밝혀둡니다.

국토교통과학기술진흥원 연구위원 이종석