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[랩 투어]한국표준과학연구원 수소안전연구팀수소에너지 사용기준 세우다
한국표준과학연구원 수소안전연구팀.

주기율표의 첫 번째 자리. 수소는 우주질량의 약75%를 차지하는 가장 풍부한 원소다.
수소로 만들어지는 물은 우리에게 필수적이며,태양도 수소 핵융합으로 에너지를 방출한다.
그야말로 모든 생물의 에너지원이다. 게다가 에너지 효율이 80%이상으로 높고,오염물질이 없는 궁극의 청정에너지가 바로 수소에너지다.하지만 몸에 좋은 약이 쓰다 했던가.  수소는 천연가스의 4배,가솔린의 12배에 달하는 강한 확산성 때문에 늘 ‘위험’이라는 꼬리표를 달고 있었다. 수소에너지의 상용화가 성큼 다가온 지금, 안전한 수소에너지 사용을 위해 최전선에서 일하고 있는 수소안전연구팀을 만나본다.

◇연구동 국내최초 5중안전장치로 구현
에너지소재표준센터는 2009년 국내에서 처음으로 수소안전연구동을 건립했다.
이후 단 한 번 의 안전사고 없이 수소의 생산과 수송, 저장,이용설비의 안전성 확보를 위한 꾸준한 연구가 이루어지고 있다.

어떻게 가능할까.바로 5중 안전장치가 그 답이다.시험동은 폭발피해가 없도록 5중 안정장치를 둔 완벽한 방폭건물로 설계됐다.

실질적인 설계를 맡았던 백운봉 에너지소재표준센터장은 당시 상황을 이렇게 설명했다.
“수소 관련 방폭기술의 선진국인 미국과 일본을 여러 번 다녀왔습니다.관련 전문가들에게 직접 정보를 얻어,오랜기간 수정보완해 우리나라 실정에 맞는 한국형 수소안전연구동을 갖출 수 있었습니다.”
백 센터장의 설명은 계속 이어졌다.
“수소방폭은 가장 최상레벨에 속하는 방폭입니다. 원천적으로 수소가스가 누출되지 않도록 건설됐지만, 만에 하나 최후에 수소가스가 시험동에 0.1%만 누출되더라도 천장의수소가스 감지기가 작동하여 자동으로 모든 밸브를 차단하고,실험동 내부의 수소가스를 외부로 배출하도록 설계돼 있습니다.”

시험동 내부의 모든 전선은 파이프 안에 넣어,폭발 요소를 원천적으로 차단했다.그럼에도 불구하고 폭발이 일어날 경우,천정으로 에너지를 방출하도록 설계돼 있다.주변사람과 건물에 대한 피해를 최소화하기 위한 방책이다.이는 국내 유일의 설비이자 세계적으로도 기술 및 시설면에서 최고수준으로 꼽힌다.또한 연구동은 ‘230 MPa 초고압 압축기’,‘초고압고온수소취화조’, ‘초고압 수소 오토클레이브 융합재료역학시스템’ 등 고압으로 압 축된 수소가스 환경속에서 재료의 특성 측정이 가능한 시험장치들로 구축돼 있다.기존에 해외인증기관에 의뢰해야 했던 수많은 기업들이 수소안전연구동을 통해 국내평가를 받을 수 있게 됐고,시간과 비용을 줄일 수 있으며, 무엇보다 국내 기술력으로 당당히 세계와 겨룰수 있는 초석이 마련된 것이다.

◇SNG내최적수소함유량0.1%밝혀내
수소안전연구팀의 최고 성과는 지난 2014년 천연가스 품질기준을 마련한 것이다.
3년간 끈질긴 연구의 결실이었다.

수소안전 관련 연구장비들.

백운봉 센터장은 기나긴 연구과정을 압축해 간단명료하게 설명했다.
“현재 해외에서 수입해 사용하는 천연가스는 액화를 시켜 국내로 들여옵니다.부피가 큰 기체 그대로 가지고 올 수 없기 때문이죠.이후 국내에서 기화과정을 거쳐 각 가정마다 공급하게됩니다.기타 물질이 전혀 없는 순수 천연가스죠.저희 팀이 천연가스 품질기준 프로젝트를 시작하기 전에는, 가스배관을 통해서는 이 순수 천연가스만 흘러가도록 규정돼 있었습니다.SNG(Synthetic Natural Gas,합성천연가스) 내 수소 함유량이 많을 경우 파이프가 딱딱하게 굳어지고 약한 충격에도 파손될 위험이 커질 수 있습니다.그런데 국내에서 생산되는 SNG의 경우 수소가 포함되어 있는 이슈가 발생합니다.막대한 에너지를 생산해도,운반을 못하는 상황에 이른겁니다.그래서 우리 연구팀은 실험을 통해 0.1% 수소가 포함된 경우에는 수소 취성이 발생하지 않아 안전하다는 것을 실증했습니다.”

당시 유럽의 경우 2% 수소를 사용하고 있어 우리나라 산업계에서도 그 기준을 따르고자 했었다. 하지만 유럽의 가스 수송압력은 0.5MPa,한국의 경우 0.7MPa로 상당한 환경 차이가 있었던 것. KRISS 수소안전연구팀은 실험을 통해, 국내실정에 맞는 천연가스 품질기준을 세운것이다.이를통해 에너지 자원을 효율적으로 이용할 수있는 길을 만들어냈다.

◇수소연료전지자동차의 상용화와 수소안전연구팀의 과제
수소연료전지자동차의 상용화가 가속화됨에 따라 수소안전연구팀의 과제도 늘었다.기술적으로 실용화단계에 와 있지만,수소 연료전지자동차에 대한 제반 기준의 마련이 필수인 것. 특히 수소연료차 보급 확대에 필수적인 한국 내 충전소의 수는 2016년 기준 20개소가 건설돼 현재 10개소가 운영되며 이들 중 700MPa로 운영되는 충전소는 6개소 수준에 불과하다.그나마도 국산화율은 10% 미만 수준이다.

“자동차회사에서 당장 완벽한 수소연료전지자동차를 생산한다해도 수소가스를 수송하는 파이프나 튜브트레일러,충전소의 안전성이 검증되지 않거나, 국산화율이 낮으면 과도한 건설비용으로 상용화 및 대중화는 어렵죠.이러한 검증을 수행하기 위해 저희가 연구를 하고 있습니다.일반주유소처럼 누구나 안전하다고 믿고,전국 어디에서나 수소를 충전할 수 있는 환경을 마련할 수 있도록 연구를 하는 것이 저희 팀 전체의 꿈입니다.”
백운봉센터장의 소신이다.

◇수소에너지 연구 선도국의 중심,수소안전연구팀
2009년 이후 매년 실시하고 있는 수소안전워크숍은 이제 국제적 규모로 성장했다.에너지 소재표준센터는 워크숍을 통해 미국 샌디아국립연구소(SNL),미국국립표준기술원(NIST),일본산업기술총합연구소(AIST) 등 전세계 수소안전연구분야 선진국들과수소취성 연구에 필요한 새로운 기법을 공유하고 있다.

8년이라는 짧은 기간내,수소에너지의 효율적 활용기술과 안전기술에 기반한 수소경제 실현을 ‘꿈’이 아닌 ‘현실’로 바꾼 것이다.그러나 정작 연구팀의 환경은 극한이다.

“저희들이 하는 일을 보면 3D업종이라고 말하기도 합니다. 사람들이 위험하다고 생각하는 것을 연구하기도 하지만,실제로 실험과정이 컴퓨터에 앉아서 하는 것이 아닌 온몸을 쓰는 일이거든요."
연구원들이 토로한 애로였다.

”국내 연구력으로 세계와 당당히 겨룰 수 있다는 것에 보람을 느끼고,앞으로도 안전에 대한 표준을 만들어,안전한 수소에너지를 사 용할 수 있도록 최선을 다할 겁니다.“
연구원들은 어려운 가운데서도 이구동성으로 연구에 대한 열정을 드러냈다.

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