재생에너지 확대의 흐름은 거스를 수 없는 세계적 추세다. 그러나 태양광과 풍력은 언제나 간헐성을 내포한다. 해가 지거나 바람이 멎으면 전력이 끊기고, 계절별 수급 불균형은 전력망 불안정을 야기한다. 지금까지는 배터리와 양수발전이 이 공백을 메워왔지만, '리튬 기반 저장 장치는 비용·수명·안전성의 한계'에 직면해 있으며, 양수발전은 입지 제약 때문에 모든 지역에서 적용이 어렵다. 이 때문에 새로운 장기저장(Seasonal Storage) 솔루션이 요구되었고, 그 대안으로 떠오른 것이 '지화학적 에너지 저장(Geochemical Energy Storage, GES)'이다.

미국의 스타트업 퀴드넷 에너지(Quidnet Energy)는 이 분야의 선두 주자로, 2025년 상용화를 목표로 GES 기술을 개발하고 있다. 원리는 단순하면서도 강력하다. 물을 지하 암반층에 고압으로 주입해 저장하고, 필요할 때 이를 다시 방출해 전력을 생산하는 것이다. 전기-압력-수력의 순환 구조 덕분에 '최대 6개월 동안 손실 없이 에너지 저장'이 가능하다는 점이 가장 큰 장점으로 꼽힌다.

퀴드넷 에너지는 미국 텍사스와 캘리포니아에서 여러 실증 프로젝트를 운영 중이다. 예컨대 2023년 텍사스의 파일럿 플랜트에서는 약 1MW 규모의 전력 저장·방출 실험에 성공했으며, 이는 계절 단위 전력 저장이 가능하다는 것을 실제로 입증했다. 미국 에너지부(DOE)도 이 프로젝트를 전략적 장기저장(LDES) 프로그램의 핵심 모델로 선정했다.

기존 압축공기저장(CAES)이나 양수발전은 대규모 지형적 조건을 요구해 적용에 제약이 많았다. 그러나 GES는 '중온·중압 환경'에서 안정적으로 작동한다. 수산화 반응을 기반으로 압력과 열이 균형을 이루어 장기간 에너지를 보존할 수 있으며, 구조적 열화나 누수 문제가 적다.

이러한 특성은 실험실 연구에서만이 아니라, 실제 현장에서 검증되고 있다. 퀴드넷 에너지가 텍사스에서 실시한 실증 프로젝트에서는 약 90일 이상 안정적으로 전력을 저장·방출하는 데 성공했으며, 이는 단기 배터리 중심의 ESS(Energy Storage System)와 본질적으로 차별화되는 성과였다. '계절 단위 저장'이라는 새로운 영역이 현실화되고 있는 것이다.

GES의 가장 큰 장점은 비용 구조다. 물과 암반이라는 흔한 자원을 활용하기 때문에 리튬, 코발트, 니켈처럼 공급망이 불안정한 희소 금속을 의존할 필요가 없다. 또한 황이나 메탄올과 같은 부가 자원을 필요로 하지 않아, 공급망 리스크가 크게 줄어든다.

리튬 ESS의 경우 설치 단가가 약 300\~400달러/kWh 수준인데 반해, 퀴드넷 에너지는 GES 기술이 '100달러/kWh 이하'로 떨어질 수 있다고 전망한다. 유지보수 비용까지 고려하면 장기적으로는 리튬 ESS 대비 최대 70%의 비용 절감이 가능하다는 분석도 있다.

또한 환경 측면에서도 장점이 크다. 광산 채굴이나 희소금속 정제 과정에서 발생하는 환경 파괴가 적고, 기존의 지하 암반 구조를 활용하기 때문에 추가적인 대규모 토목공사가 필요 없다. 따라서 '저비용·고효율·환경친화성'이라는 세 가지 조건을 동시에 충족하는 것이다.

GES가 주는 파급력은 단순히 새로운 저장 기술의 등장에 그치지 않는다.

* '재생에너지 확대의 병목 해소': 풍력·태양광 발전소의 간헐성을 보완해 전력망을 안정화한다. 특히 여름철 잉여 전력을 겨울철 난방 수요에 활용할 수 있어 계절 단위 전력 균형을 가능하게 한다.

* '지속가능성 강화': 희소 금속 채굴을 줄이고, 물과 암반 같은 풍부한 자원을 활용해 자원순환형 에너지 모델을 구축한다.

* '산업 구조 변화': 배터리 중심의 에너지저장시스템 시장에 새로운 경쟁 축이 등장함으로써, 기업·투자 구조도 변화할 수 있다. 실제로 미국과 유럽의 재생에너지 기업들은 이미 GES 프로젝트에 투자 의사를 밝히며, 시장의 판도가 재편될 가능성이 커지고 있다.

GES는 미국뿐 아니라 유럽에서도 관심을 받고 있다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 재생에너지 비중을 45%까지 높이는 계획을 발표했는데, 장기저장 기술이 없으면 전력망 불안정을 피할 수 없다. 독일과 프랑스의 일부 에너지 기업은 퀴드넷 에너지의 모델을 벤치마킹하며, 지하 암반 저장 프로젝트를 추진하고 있다.

한국 역시 높은 재생에너지 확대 목표를 세우고 있으나, 국토 제약으로 양수발전이나 대형 배터리 프로젝트에 한계가 있다. 따라서 지하 암반 활용형 GES 모델은 한국의 지질 환경에도 적용 가능성이 크며, 특히 동해안·남해안의 암반 지대를 활용할 수 있는 가능성이 검토되고 있다.

상용화를 앞두고 있는 만큼, GES에도 분명한 과제가 남아 있다.

1. '실증 규모 확대': 지금까지는 수 MW급 프로젝트였지만, 수백 MW\~GW급 대형 저장으로 확대했을 때 성능 유지가 가능한지 확인이 필요하다.

2. '수명과 안정성': 계절 단위 저장은 가능하다고 입증되었으나, 수천 회 이상의 충방전이 필요한 전력망 조건에서 얼마나 오래 버틸 수 있을지는 아직 불확실하다.

3. '비용 구조 최적화': 초기 전해질·압축 설비 비용이 높아 상용화 초기에는 경제성이 떨어질 수 있다. 따라서 대량 설치와 공급망 최적화가 필수적이다.

4. '규제와 안전 인증': 대형 저장 장치가 상업용 전력망에 투입되려면, 국제 안전 인증과 각국의 전력 규제를 통과해야 한다. 이는 실험실 단계에서 상업적 신뢰성으로 넘어가는 가장 큰 장벽이다.

GES의 의의는 단순히 값싼 저장 기술의 등장을 넘어, '재생에너지 100% 사회를 가능하게 하는 열쇠'를 제시한다는 점에 있다. 여름철 태양광 잉여 전력을 저장해 겨울철 난방 수요에 활용하거나, 계절 단위로 풍력 발전의 불안정을 메우는 방식이 가능하다.

퀴드넷 에너지가 보여준 사례는 아직 초기 단계이지만, '저비용·고효율·장기성'이라는 세 가지 조건을 동시에 충족할 잠재력을 보여주었다. 앞으로 10년 안에 이 기술이 상용화된다면, 우리는 '언제나 전기를 쓸 수 있는 시대', 즉 진정한 재생에너지 사회에 한 걸음 더 다가설 수 있을 것이다.

Nature Communications, 2025, “Intermediate-temperature K-Na/S battery with stable performance enabled by new electrolyte design”, Columbia University Engineering.

The expansion of renewable energy is an irreversible global trend. Yet solar and wind power inherently carry intermittency. When the sun sets or the wind stops, electricity supply is cut off, and seasonal supply-demand imbalances lead to grid instability. Until now, batteries and pumped hydro storage have filled this gap, but 'lithium-based storage devices face limits in cost, lifespan, and safety', while pumped hydro has geographic constraints that make it inapplicable everywhere. This is why new solutions for long-duration or even 'seasonal storage' are needed. The emerging alternative is 'Geochemical Energy Storage (GES)'.

The U.S.-based startup 'Quidnet Energy' is a pioneer in this field, developing GES technology with commercialization targeted for 2025. The principle is simple yet powerful: inject water at high pressure into underground rock reservoirs, store it, and release it back to generate electricity when needed. Thanks to the cycle of electricity-pressure-hydropower, it is possible to 'store energy with almost no loss for up to six months'—a major advantage over existing short-term storage technologies.

Quidnet Energy is running several demonstration projects in Texas and California. For example, in 2023, a pilot plant in Texas succeeded in a 1MW-scale power storage and release test, proving that seasonal electricity storage is feasible in practice. The U.S. Department of Energy (DOE) has selected this project as a core model in its Long Duration Energy Storage (LDES) program.

Existing compressed air energy storage (CAES) or pumped hydro systems require large-scale topographical conditions, making deployment difficult. GES, however, 'operates stably under medium temperature and pressure'. Based on hydroxide reactions, it balances pressure and heat to preserve energy for long durations, with fewer issues of structural degradation or leakage.

This feature has been validated not only in laboratory studies but also in the field. In a Texas demonstration project, Quidnet Energy successfully stored and released power stably for over 90 days—clear proof of differentiation from short-term, battery-based energy storage systems (ESS). In this sense, 'seasonal-scale storage' is becoming a reality.

The most notable advantage of GES is its cost structure. By using abundant resources such as water and rock, it avoids reliance on scarce metals like lithium, cobalt, or nickel, whose supply chains are unstable. Unlike sulfur or methanol-based auxiliary resources, it does not require additional input materials, further lowering risks.

In comparison, the installation cost of lithium ESS is around '\$300–400/kWh', whereas Quidnet Energy projects that GES technology could fall 'below \$100/kWh'. Factoring in maintenance costs, some analyses suggest up to 70% cost savings compared to lithium ESS in the long run.

From an environmental perspective, the benefits are also significant. GES avoids the ecological destruction associated with mining or refining rare metals and uses existing underground rock structures, reducing the need for massive civil engineering projects. Thus, it fulfills the three conditions of 'low cost, high efficiency, and environmental friendliness' simultaneously.

The impact of GES goes far beyond the introduction of a new storage device.

* 'Removing the bottleneck for renewable expansion': By addressing intermittency in wind and solar, it stabilizes the grid. For example, surplus summer electricity can be stored and used for winter heating demand, enabling seasonal energy balancing.

* 'Strengthening sustainability': By reducing dependence on scarce metals and using abundant resources like water and rock, it builds a resource-circulating energy model.

* 'Restructuring the industry': The emergence of a new competitor alongside batteries could reshape the ESS market. In fact, renewable energy companies in the U.S. and Europe are already expressing investment interest in GES projects, suggesting that market structures could be redefined.

GES is gaining attention not only in the U.S. but also in Europe. The European Union (EU) announced plans to increase renewable energy to 45% by 2030, but without long-duration storage, grid instability is unavoidable. Energy firms in Germany and France are benchmarking Quidnet Energy’s model and are initiating underground reservoir storage projects.

Korea, too, has ambitious renewable energy expansion goals but faces limitations in land and geography for pumped hydro or large-scale battery projects. As such, GES models that utilize underground rock formations could be highly applicable in Korea, particularly in coastal rock regions along the East and South Seas.

As GES approaches commercialization, several hurdles remain:

1. 'Scaling up demonstrations': Thus far, projects have been at the MW scale. It remains to be proven whether the same performance holds at hundreds of MW or GW scales.

2. 'Lifespan and durability': Seasonal storage has been demonstrated, but whether it can endure thousands of charge-discharge cycles required by the grid remains uncertain.

3. 'Optimizing cost structures': While raw materials are cheap, the initial costs of electrolyte synthesis and compression facilities remain high. Large-scale deployment and supply chain optimization will be necessary.

4. 'Regulations and safety certification': To be deployed in commercial grids, GES must pass international safety certifications and national energy regulations. This is the biggest barrier to transitioning from lab-scale results to commercial reliability.

The significance of GES lies not only in being a cheaper storage technology but also in offering a 'gateway to a 100% renewable society'. For instance, surplus solar power in summer could be stored and used for winter heating needs, or wind intermittency could be balanced across seasons.

While still at an early stage, the model presented by Quidnet Energy demonstrates the potential to satisfy the three conditions of 'low cost, high efficiency, and long duration' simultaneously. Within the next decade, if this technology is commercialized, humanity could take a major step toward an era of 'electricity available anytime'—a true renewable energy society.

Nature Communications, 2025, “Intermediate-temperature K-Na/S battery with stable performance enabled by new electrolyte design,” Columbia University Engineering