[VS기획] 화재 줄인 물 기반 배터리로 AI 데이터센터 공략하는 폼·에오스·코스모스랩의 3사 3색 전략

국제에너지기구(IEA)는 전 세계 데이터센터 전력 소비량이 2025년 약 485TWh(테라와트시)에서 2030년 약 950TWh로 두 배 가까이 증가할 것으로 전망했다. AI 데이터센터 확산으로 전력 수요가 빠르게 늘면서 에너지저장시스템(ESS)의 역할도 커지고 있다. AI 데이터센터는 안정적인 전력 공급과 함께 높은 안전성을 요구하는 만큼 차세대 비리튬 배터리 기술이 주목 받고 있다.

국제에너지기구의 전 세계 데이터센터 전력 소비량 전망치 (출처: AI 생성)
조사 기관마다 차이가 있지만, 현재 에너지저장시스템 시장에서 리튬이온 배터리의 점유율은 약 80~90%로 압도적이다. 하지만 리튬이온 배터리는 화재 위험과 자원 편중, 환경 오염 등의 한계점을 갖고 있다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 충격이나 과충전시 화재•폭발 위험이 있기 때문에 다양한 차세대 배터리 기술들이 연구되고 있다. 이 중에서 물을 전해질로 사용하는 이차전지 수계 배터리라고 부른다. 물을 사용하기 때문에 화재 위험을 원천적으로 제거한 것이 장점이다. 철•아연 등 비리튬 소재를 활용한 에너지저장시스템 또한 화재•폭발 우려가 적어 대안으로 떠오르고 있다.

100시간 저장하는 수계 철-공기 배터리, 폼에너지
미국 폼에너지(Form Energy)는 2017년 테슬라의 에너지 저장 부문 부사장 출신인 마테오 하라미요(Mateo Jaramillo)와 MIT의 배터리 과학자 예밍 치앙(Yet-Ming Chiang) 교수 등이 공동 설립한 MIT 스핀아웃(분사) 스타트업으로 출발해 철-공기 배터리로 시장을 개척하고 있다. 철이 산소와 반응해 녹슬고 다시 회복하는 원리를 이용하는 기술로, 대략 4시간 유지하는 리튬이온 배터리에 반해, 훨씬 저렴한 비용으로 100시간 동안 전력을 공급할 수 있는 것이 특징이다. 지난 8월 약 1조 원(7억 5,000만 달러) 규모의 시리즈G 투자를 유치했다. 빌 게이츠의 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)를 비롯해 시쿼야 캐피탈(Sequoia Capital)으로부터 투자를 받았다. 주요 타깃은 대규모 전력망과 재생에너지 연계 시장이다.

폼에너지는 올해 들어 AI 데이터센터 전력 인프라 시장으로도 시장을 넓히고 있다. 배터리를 파는 회사에서 AI 시대 장주기 전력 저장 용량을 공급하는 전력 인프라 기업으로 사업모델을 확장하고 있다. 철-공기 배터리 용량 자체가 상품이 되어 지난 3월 AI 인프라 기업 크루소(Crusoe)와 총 12GWh 규모의 장주기 에너지저장장치(LDES)를 공급하는 계약을 체결했다. 폼에너지는 시장의 강자인 리튬이온 에너지와 직접 경쟁하는 것이 아닌 재생에너지의 전력망 안정화 문제를 해결하며 시장을 확보하는 전략이다. 철을 핵심 소재로 사용하여 소재의 약 80%가 미국 내에서 조달되고, 나머지는 유럽•아시아에서 조달되어 중국 의존도를 낮췄다. 가장 큰 단점은 공장, 생산장비, 품질관리 등에 대규모 선투자가 필요하다는 것이다. 하드웨어 제조업의 스케일업 자체가 자본집약적이라는 특징적 한계를 보여준다.

수계 아연-브롬 배터리로 나스닥에 상장한 에오스 에너지 엔터프라이즈
미국 에오스 에너지 엔터프라이즈(이하 에오스, Eos Energy Enterprises)는 수계 아연-브롬계 배터리 기술 상용화에 성공해 미국 나스닥(NASDAQ)에 상장한 기업이다. 에오스는 4~16시간급 에너지저장시스템을 중심으로 사업을 확장하고 있다. 지난 5월에는 사모펀드 운용사 서베러스(Cerberus)와 프론티어 파워 USA(이하 프론티어, Frontier Power USA)를 설립했다. 프론티어가 장주기 에너지저장장치 프로젝트를 개발•자금조달•운영하고, 에오스는 배터리 기술과 제품을 공급한다. 에오스는 배터리 프로젝트 개발에서 나아가 자금조달에서 운영까지 하나로 연결하는 회사로 수직계열화를 시도하는 것이다. 배터리 자체의 기술 경쟁력뿐 아니라 자금조달과 프로젝트 실행력까지 확보해 장주기 에너지저장장치 시장에서 사업 확장성을 높이려는 전략이다.

에오스 또한 폼에너지와 마찬가지로 수계의 비가연성이라는 장점을 내세워 미국 내에서 생산하고 있다. 중국 중심의 리튬이온 배터리 공급망과 차별화 전략을 취하며 국가 전략 산업적 특성을 띄는 것 또한 폼에너지와 유사하다. 에오스도 AI 데이터센터 관련 전력 인프라 시장으로 진입하고 있다. 지난 4월에는 데이터센터 현장에 직접 대형 발전 설비를 설치해주는 솔루션 제공 업체인 터빈엑스 에너지(TURBINE-X Energy)와 협력해 가스 발전과 에오스 배터리를 결합한 AI 데이터센터용 전력 인프라 사업을 추진한다고 발표했다. 전력망 연결을 기다리지 않고 데이터센터 부지에서 전력을 생산•저장•공급하는 모델로서 향후 36개월 동안 최대 2GWh 규모 프로젝트에 적용하는 것이 목표다.

코스모스랩이 안전성과 지속가능성을 강조하며 소개한 배터리 이미지 (출처: 코스모스랩)
수계 아연-할로겐 일체형 소형화 배터리, 코스모스랩
코스모스랩(COSMOS LAB) 역시 물 기반으로 비리튬 소재인 아연-할로겐을 활용해 차세대 배터리를 개발하는 국내 스타트업이다. 카이스트 생명화학공학 박사로 한국에너지기술연구원 연구원 출신의 수계 배터리 전문가인 이주혁 대표와 카이스트 석•박사 출신의 조인성 공동대표가 함께 2021년에 설립했다. 코스모스랩은 지난 8월 스마일게이트인베스트먼트 등으로부터 220억 원 규모의 시리즈A 투자를 유치했으며 일체형 셀 구조로 외부 탱크와 펌프가 필요한 기존 수계 배터리와 달리 주요 구성요소를 셀 내부에 통합했다. 수계 배터리의 안전성을 유지하면서 공간 효율을 높이는 데 초점을 맞췄다. 기존 수계 배터리의 치명적 단점인 부피를 소형화하고 일체화하여 공간 제약이 엄격한 AI 데이터센터 내부 및 도심 건물 지하실이나 옥상에 직접 배치하는 것을 목표로 한다.

최근 코스모스랩도 폼에너지, 에오스와 마찬가지로 AI 데이터센터용 에너지저장시스템 시장을 집중 공략하고 있다. 대신 기존 수계 배터리 회사들이 하는 대규모 설비투자 방식을 따르는 대신 운전자본 리스크를 최소화했다. 올해 일본 소프트뱅크와 배터리 셀 공동 개발 및 양산 기술 확보를 위한 전략적 제휴를 체결했으며, 소프트뱅크가 소유한 일본 내 생산 공장을 활용해 2027년부터 GWh급 공동 양산에 돌입한다. 코스모스랩은 소프트뱅크의 AI 데이터센터라는 대규모 확정 수요처를 조기에 확보하며 기술 개발에서 양산화까지 든든한 전략적 파트너 보유로 우위를 점했다. 하지만 기술 개발과 양산화가 진행 중이기 때문에 국내 배터리 업계 관계자도 “코스모스랩은 차세대 개념의 배터리 기술로서 실효성 문제는 있을 수 있다”며 우려를 표했다. 코스모스랩은 소프트뱅크라는 파트너와 함께 양산화와 AI 데이터센터 적용을 빠르게 해내야 하는 중요한 단계에 있다.

리튬 대체 기술보다 중요한 건 양산
세 기업의 기술은 물 기반으로 같지만 원료는 다르다. 폼에너지는 철-공기, 에오스는 아연-브롬, 코스모스랩은 아연-할로겐 기반이다. 저장 시간도 수 시간부터 최대 100시간까지 차이가 난다. 세 기업의 핵심 공통점은 리튬이온 배터리가 주도해 온 에너지저장시스템 시장에서 다른 소재와 기술로 새로운 영역을 개척하고 있다는 것이다. 차세대 배터리가 곧바로 리튬이온을 대체하기에는 분명 한계도 있다. AI 데이터센터의 전력 수요에 대응하기 위해서는 에너지저장시스템뿐 아니라 전력망 확충, 원자력, 가스 발전, 재생에너지 등 다양한 전력원이 함께 필요하다.

결국 기술력만큼 중요한 것은 양산이다. 비리튬 배터리를 실제 데이터센터와 전력망에 공급하려면 생산 수율과 원가, 설치 면적을 확보하는 동시에 시장별 안전·전기 규정과 계통연계 요건을 충족해야 한다. 미국의 대규모 에너지저장시스템 시장에서는 열폭주가 발생했을 때 화재와 열이 어떻게 전파되는지 평가하는 국가 표준 시험인 UL 9540A를 주요 기준으로 활용한다. 전력망 연계 프로젝트에서는 미국 전기전자공학회 표준인 IEEE 1547 계열과 같은 분산에너지자원 계통연계 기준도 고려해야 한다. 다만 이러한 기준이 전 세계 모든 에너지저장시스템에 동일하게 의무 적용되는 것은 아니며, 국가와 지역, 설치 조건에 따라 요구사항이 달라진다. 따라서 단순히 비발화 또는 화재 위험이 낮은 소재와 기술을 확보하는 데 그치지 않고, 목표 시장의 규정에 맞는 시험 데이터와 인증·평가 자료를 확보하는 것이 상용화의 주요 관문이 된다.

* 스타트업 생태계 기자단은 KAIA와 벤처스퀘어가 함께 운영하며 스타트업 현장의 다양한 이야기를 기록합니다.

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