국내 연구진이 수소 충전기에 설치해 차량으로 주입되는 수소연료의 불순물을 24시간 감시하는 기술을 개발했다. 연료 생산 품질을 높여 연료 오염으로 인한 수소차 사고를 사전에 방지할 수 있다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 수소 충전기에 설치해 차량으로 주입하는 수소연료의 품질을 실시간으로 점검하는 장비를 국내 최초로 개발했다고 14일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '분리 과학 저널(Journal of Separation Science)'에 작년 5월 게재됐다.
수소연료는 내연 연료에 비해 생산·운반·저장 시 오염될 가능성이 크다. 수소연료의 생산공정이 내연 연료에 비해 복잡할 뿐만 아니라 저장과 운송, 이용을 위한 고압 처리 과정에서 불순물이 발생할 확률이 높기 때문이다. 연료 속 불순물은 연료전지의 촉매를 손상해 과열과 성능 저하를 일으킨다. 이는 예상치 못한 화학 반응을 유발해 수소의 폭발 위험을 높인다. 또 엔진 기능 저하로 인한 2차 사고가 발생할 우려도 있다.
따라서 수소충전소는 저장, 공급하는 수소연료의 불순물을 국제표준화기구(ISO)가 제안한 기준에 맞게 측정·관리해야 한다. 기존에는 분기당 한 번씩 검사 기관이 충전소를 방문해 수소연료를 채취한 후 전용 설비에서 불순물을 측정했다. 다만 검사 시점 이외에는 수소연료에 이상이 생겨도 감지할 수 없다는 한계가 있었다.
표준연 반도체디스플레이측정그룹은 수소 충전기에 설치해 차량으로 주입하는 수소연료 속 불순물의 성분과 농도를 실시간 모니터링하는 장비를 개발했다. 연구진이 개발한 장비는 ISO가 관리 대상으로 규정하고 있는 불순물 14가지 중 수증기와 산소, 아르곤, 이산화탄소, 메탄, 일산화탄소, 질소, 황화수소의 8가지 성분을 정확히 측정할 수 있다. 수소연료 속 불순물의 농도가 기준치 이상으로 높아지면 관리시스템으로 경고 신호를 보내 관리자는 오염된 연료가 차량에 주입되기 전 이를 감지하고 조치할 수 있다.
이번에 개발한 장비를 수소 충전소에 적용하면 수소연료의 품질을 상시 점검·유지할 수 있어 수소차의 안전성을 강화하고 사용자의 불안을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또 수소 생산기지에서는 생산하는 수소연료의 품질을 쉽고 정확하게 검사할 수 있게 되면서 국산 수소의 품질도 한층 높일 것으로 기대된다. 현재 현장에서는 생산 수소의 불순물 검사를 위해 값비싼 외산 장비를 사용하고 있는데, 장비당 1~2개의 성분만 분석할 수 있고 유지관리도 쉽지 않아 원활한 품질 검사에 어려움을 겪었다.
이정순 표준연 반도체디스플레이측정그룹 책임연구원은 "현재 충주시 수소 버스 충전소에서 장비의 실증을 진행 중이며, 실증 완료 후 국내 기업에 기술을 이전할 계획"이라고 전했다.
참고 자료
Journal of Separation Science(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/jssc.202400088