수소연료전지 자동차는 전기차와 함께 차세대 친환경 자동차로 주목받고 있습니다. 그중에서도 수소를 어떻게 안전하고 효율적으로 저장할 수 있을지에 대한 기술적 발전이 필수적인데요. 이번 글에서는 수소 저장 기술의 종류와 주요 특징, 그리고 수소 저장과 관련한 안전성 정보를 정리해보겠습니다.
수소 저장 기술
수소연료전지 자동차의 연료 저장 방식에는 현재 고압 기체 저장, 액체수소 저장, 그리고 신기술인 제로보일오프 기술 등이 있습니다. 각 기술은 수소를 저장하는 방법과 활용 가능성에서 차이를 보이며, 상용화 가능성과 효율성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행 중입니다.
1. 고압 기체 저장 방식
- 개요: 현재 수소연료전지 자동차에 가장 널리 사용되고 있는 방식으로, 수소를 **700bar(약 70MPa)**의 고압으로 압축해 저장하는 방식입니다.
- 특징: 고압을 견디기 위해 탱크는 탄소섬유 복합소재로 제작되어 가벼우면서도 강력한 내구성을 지닙니다. 이 복합소재 덕분에 차량의 무게를 줄일 수 있어 효율적인 에너지 소비를 도울 수 있습니다.
- 장점과 한계: 고압으로 압축된 수소는 부피를 줄일 수 있어 차량 내에 효율적으로 저장할 수 있지만, 압축 과정과 고압을 유지하는 데 드는 비용이 높고, 안전성 관리가 까다롭습니다.
2. 액체수소 저장 방식
- 개요: 수소를 -253°C로 냉각해 액체 상태로 저장하는 방식입니다.
- 특징: 액체 상태로 저장하면 기체 상태 대비 약 800배 작은 부피를 차지하게 되어 수소를 보다 효율적으로 운반할 수 있습니다. 이로 인해 액체수소 저장 방식은 대량 운송 효율이 약 7배 이상 높아지며, 고효율의 수소 저장 시스템을 구현할 수 있습니다.
- 장점과 한계: 부피 감소와 운송 효율을 높일 수 있는 장점이 있지만, 극저온을 유지하는 데 높은 에너지가 필요하고, 장기간 저장 시 기화되는 문제를 해결하기 어렵다는 한계가 있습니다.
3. 제로보일오프(Zero Boil-off) 기술
- 개요: 한국전기연구원(KERI)에서 개발한 신기술로, 저장된 액체수소가 증발해 기체화되는 것을 자동으로 재액화하여 장기 저장할 수 있는 기술입니다.
- 특징: 이 기술을 통해 40리터의 액체수소를 2개월 이상 손실 없이 보관할 수 있음을 확인했습니다. 이는 수소의 증발 손실을 최소화할 수 있다는 점에서 수소 연료 상용화에 중요한 전환점을 마련할 수 있습니다.
- 장점과 한계: 기존 액체수소 저장 방식의 증발 문제를 해결할 수 있는 기술이지만, 상용화 초기 단계로 현재 연구가 진행 중이며, 대규모 적용을 위한 기술적 개선이 필요합니다.
수소 저장 안전성 정보
수소는 고압과 극저온 상태에서 저장되는 만큼, 폭발 위험성을 최소화하기 위해 철저한 안전 관리가 필요합니다. 이에 따라 수소 저장 관련 법규와 안전장치의 개발, 안전거리 확보 등의 철저한 안전 관리 시스템이 적용되고 있습니다.
1. 저장 탱크 안전 설계
고압 수소 저장 탱크는 KS B 6750 압력용기 설계 및 제조 기준을 준수하여 제작되며, 매우 견고하게 설계됩니다. 수소 저장 탱크는 단단한 기초 위에 불연성 지지대를 사용해 설치되며, 폭발 위험이 있는 장소에서는 내화 시공을 적용하여 화재와 폭발에 대비하고 있습니다.
2. 안전장치
고압 탱크에는 안전밸브가 설치되어 있어 과압 발생 시 자동으로 수소를 배출하여 압력을 낮출 수 있습니다. 방출된 수소는 KOSHA Guide D-42-2021에 따라 안전하게 처리되며, 필요한 경우 환기 설비를 통해 신속히 외부로 배출되도록 설계되어 있습니다.
3. 안전거리 확보
수소 저장 시설과 주변 시설물 간의 안전거리를 확보하는 것도 중요합니다. 안전거리를 통해 만일의 화재나 폭발이 발생할 경우 피해를 최소화할 수 있습니다. 특히, 방화벽이 설치된 경우에는 법적으로 요구되는 안전거리를 완화할 수 있는 규정이 있습니다.
4. 정기 검사 및 유지관리
수소 저장 장비는 법적으로 정기적인 검사를 통해 안전성을 확보해야 합니다. 사용 전에는 반드시 최대 사용압력에서 누설 테스트를 실시하여, 수소가 새는 곳이 없는지 확인하는 절차가 필수적입니다.
5. 경고 표지 및 안전 표식
수소 저장 탱크와 그 주변에는 반드시 경고 표지와 안전 표식이 설치되어야 합니다. 이동식 용기에는 별도로 안전보건 표지판을 부착해, 누구나 쉽게 위험성을 인지할 수 있도록 하고 있습니다. 이러한 표지는 작업자와 주변인들이 수소의 위험성을 인식하고 주의를 기울이도록 돕는 중요한 요소입니다.
6. 설치 위치 선정
수소 저장 설비는 원칙적으로 지상에 설치하며, 전력선이나 기타 손상의 가능성이 있는 장소를 피해야 합니다. 또한, 점화원이 될 수 있는 가열체나 화염 근처에는 설치가 금지되어 있으며, 이로 인해 안전성이 보장될 수 있도록 위치 선정에 신중을 기하고 있습니다.
결론
수소연료전지 자동차의 수소 저장 기술은 고압 기체와 액체수소 저장 방식을 중심으로, 최근에는 제로보일오프와 같은 신기술 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 기술들은 수소를 안전하고 효율적으로 저장할 수 있는 방법을 제시하며, 상용화를 위한 중요한 단계에 있습니다.
또한, 철저한 안전 관리 시스템을 통해 수소 저장과 관련한 위험성을 최소화하고 있습니다. 엄격한 설계 기준과 안전장치, 정기 검사, 안전거리 확보 등 다양한 안전 조치가 적용되면서 수소연료전지 자동차는 점점 더 안전하게 발전하고 있습니다. 향후 기술이 발전함에 따라 더 효율적이고 안전한 수소 저장 방식이 확립될 것으로 기대됩니다.