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세계가 주목하는 수소연료전지 상용차, 폭발 가능성은 없나?
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세계가 주목하는 수소연료전지 상용차, 폭발 가능성은 없나?
  • 양봉수 기자
  • 승인 2020.06.04 10:51
  • 댓글 0
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- 물류에 적합한 수소상용차
- 핵이 있어도 폭발은 사실상 불가
- 개념 및 원리 이해 부족으로 인한 오해
[오토트리뷴=양봉수 기자] 현대자동차그룹이 지난해 충청북도 충주시에 수소연료전지 2공장을 신축하며, 수소연료전지와 관련한 비전 2030을 발표했다. 지난 20일에는 환경부와 산업부, 국토부, CJ대한통운, 쿠팡 등의 업체들과 함께 수소 화물차 시범사업 추진 MOU를 발표하고, 올해 안에 수소충전소를 100개소로 늘리면서 수소연료전지 생태계 확장이 본격화되고 있다. 그러나 일각에서는 여전히 수소연료전지의 안전성에 대한 의문을 제기하면서 논란은 여전히 현재진행형이다.


상용차에 가장 적합한 수소연료전지 시장      

현대차와 정부가 공격적인 행보를 보이는 것은 당연히 수소연료전지의 밝은 시장성 덕분이다. 국내에는 이미 2세대 수소연료전지차인 넥쏘 외에도 서울을 비롯한 부산, 아산, 서산, 울산, 광주 등에서 수소전기버스가 시범 운행 중이다. 지난해에는 현대차와 강원도가 함께 수소 어선 개발 MOU를 체결하고, 현대차와 현대로템은 수소전기열차 개발 MOU를 맺는 등 승용차와 대중교통을 넘어 모든 산업 전반에 수소연료전지 기술이 적용되어가는 중이다.
 

굳이 수소 화물차 시범사업 추진 MOU를 굳이 언급하지 않더라도, 중단기적으로 빠르게 성장세를 기록할 것으로 전망되는 건 상용차 시장이다. 수소연료전지는 일반 전기차와 달리 배터리를 크게 늘릴 필요가 없어서다. 트럭이나 버스 같은 상용차들은 장거리 주행이 잦은데, 이를 위해 배터리를 많이 장착한다면 그만큼 가격상승이 발생할 수밖에 없고, 이는 곧 물류비와 직결된다. 그러나 수소연료전지 시스템을 사용하면 수소를 활용해 배터리를 충전할 수 있어서 배터리 용량을 무조건 크게 늘리지 않아도 된다.

상용차에 배터리를 많이 탑재할 수 있다고 하더라도, 상용차 운전자들은 자동차를 세워놓는 자체가 식당에서 셔터를 내려놓는 것과 같다. 그렇기 때문에 승용차보다 압도적으로 커져야 하는 배터리를 충전하기 위해 차량을 몇 시간씩 세워 두는 건 시간 낭비에 불과하다. 배터리의 급속충전 시스템이 아무리 발전된다고 해도 수소를 탱크에 저장하는 것만큼 빨라지는 건 단시간 내에 이뤄질 수 없다. 게다가 상용차는 승용차와 달리 주행거리가 길어 배터리 수명도 빨리 단축되는 등 승용과 다른 문제점이 한두 가지가 아니기 때문에 현재로서는 수소연료전지가 상용차 시장에서 가장 적합하다.


수소연료전지차, “핵을 가져와도 폭발 안 해”
기본적으로 개념과 반응원리가 완전히 달라


온라인 여론은 이제 수소연료전지가 ‘안전하다 vs 불안하다’ 중에서 반반 정도로 나뉜다. 때로는 안전하다는 의견이 더 많거나 베스트 댓글을 차지하고 있는 경우도 있지만, 수소연료전지와 관련된 기사에서 단골로 등장하는 댓글이 ‘달리는 수소폭탄이다’라는 내용이다.
 
(▲출처 : HMG저널)

결론부터 밝히면 수소연료전지차에는 수소폭탄에 사용되는 중수소 · 삼중수소와는 반응 원리나 개념이 완전히 다르다. 수소연료전지차에는 수소 분자는 중성자도 없고, 일반 수소와 공기 중의 산소가 반응해 물이 생성되는 과정에서 발생하는 전기를 활용한다. 그러나 수소를 폭발 시키려면 중수소와 삼중수소를 1억 도의 온도에서 수천 기압의 압력을 가해야 한다. 사실상 우리네 일상에서 아무리 큰 대형 사고라고 해도 핵융합이 아니라면 중성자가 있다고 해도 불가능한 조건이며, 개념이나 원리가 완전히 달라서 가능성 자체가 없고, 그런 가정 자체가 잘못됐다.

한국산업안전공단(MSDS), 미국화학공학회인 DIPPR이 공개한 자료에 따르면 수소, 도시가스, LPG, 가솔린 중에서 자연발화온도, 연료 특성은 수소가 가장 낮았다. 불꽃 온도도 역시 가솔린보다 낮았으며, 연소속도만 비교 대상 중 가장 빨랐다. 그러나 상대적 위험도는 가장 낮았다.


수축과 팽창 반복해도 안전한 소재
혹시라도 뚫리면 폭발이 아닌 ‘피식’


수소를 보관하는 수소탱크 역시 외피는 700bar의 높은 압력까지 견디는 탄소섬유 강화 플라스틱으로 제작됐다. 차량용 연료로 사용되는 기체연료는 대표적으로 LPG(액화천연가스), LNG(압축천연가스), 수소 등이 있는데, 연료탱크의 재질과 구성, 강도에 따라 타입1에서 4로 구분된다. 타입 1은 CNG버스 연료탱크, 가정용 LPG 가스탱크처럼 강철로 만들어진 것이고, 타입2는 여기에 몸통만 유리섬유 복합재료가 사용된 형태다. 주로 카라반 용으로 쓰이는 고가 가스통이 여기에 해당한다.
 

(▲출처 : 일진그룹)
 

(▲출처 : 일진그룹)

그러나 타입4는 탄소섬유로 전체를 보강하고, 내부도 금속이 아니라 비금속으로만 제작된다. 당연히 타입 1, 2에 비해 60% 정도 가볍고, 안전성과 내구성이 뛰어나다. 700bar로 수소를 충전하면 탱크가 수축과 팽창을 반복한다. 타입 1, 2는 금속에 피로도가 쌓여 내구성이 떨어지는데, 플라스틱은 복원력이 뛰어나다. 또한 에폭시와 열경화성 수지 등을 합침 시킨 복합소재가 적용됐고, 탄소섬유를 다양한 패턴으로 감아 총으로 쏘더라도 폭발하지 않는다. 그래도 만약에 0.0001%도 안 되는 확률로 뚫린다면 그 때는 폭발이 아니라, ‘피식’하며 찢어지며 수소가스는 1초 만에 24m를 날아 공기 중으로 희석된다.


혹독한 테스트와 꼼꼼한 차단장치들

그럼에도 혹시라도 모를 사고에 대비해 개발, 테스트 과정에서 700bar보다 1.25배 이상의 압력으로 1만 2,500회 이상의 충·방전을 진행하고 있으며, 낙하 및 조준사격 등의 각종 안전 실험을 진행하고 있다.
 
(▲출처 : HMG저널)

여기에 수소연료전지차들은 수소탱크와 연료 공급시스템, 연료전지스택에 수소 누출 감지 시스템까지 부착해 수소가 누출되면 경고등을 점등하면서 밸브 차단 및 전자 제어를 가동하고, 전압 및 냉각제어로 열관리까지 진행한다. ‘휘발유나 경유 차량에서 연료가 샌다면?’ 안타깝게도 별다른 조치가 없다. 때문에 수소연료전지차는 내연기관차량에 비하면 그야말로 엄청난 시스템을 갖추고 있는 셈이다.

이처럼 수소탱크의 소재나 안전 등급도 일반 가스탱크보다 월등히 높아서 폭발은 불가하며, 수소연료전지차는 수소폭탄과 개념이 다르고, 조건도 일치시킬 수 없다. 만약 1대의 수소연료전지차라도 폭발한다면 그 어려운 걸 해냈으니, 노벨상을 받아 마땅할 정도다. 안전성 확보를 위해 얼마든지 테스트하고, 경계해야 마땅하지만, 현 시점에서 현재의 수소연료전지차들은 오히려 기존 내연기관차량들 보다 안전하다.
 
bbongs142@autotribune.co.kr