[가스신문(2022.01.21)] [2022년 가스기술사 제언-1월] 수소충전소 압력용기 안전관리 현황과 과제

한국가스기술사회와 한국가스신문사는 2022년 새해를 맞아, 가스분야 최고 기술자인 가스기술사를 통해 최신 가스기술을 공유하고 안전의식을 고취하는 공동기획을 마련했다.

이번 공동기획에서는 석유화학시설과 LPG, 안전, 수소 등 다양한 분야의 기술현황과 함께 사고예방을 위한 개선방안 등을 주제로 가스기술사의 특별기고를 매월 1회(연 12회) 기획 연재한다. 기고자는 가스기술사회 정회원으로 기고자 일부와 주제는 상황에 따라 변경될 수 있다.
 

한국가스안전공사 수소안전정책처장 탁송수(공학박사)

2019년 1월 정부가 수소경제 활성화 로드맵을 발표하고 수소 선도국가를 향한 잰걸음을 시작한지 어느 덧 3년이 되어가고 있다.

그동안 수소경제도 우리 생활 가까이 다가왔다. 처음에는 생소하기만 하던 수소자동차는 도로 위에서 어렵지 않게 찾아볼 수 있고 수소충전소가 있는 고속도로 휴게소도 이전만큼 신기하지는 않게 되었다.

지난해 11월 제4차 수소경제위원회에서는 제1차 수소경제 이행기본계획을 심의·의결하였다. 이는 수소경제와 관련된 첫 법정 기본계획으로서 전주기 생태계 구축을 통해 청정 수소경제를 선도해 나가겠다는 우리나라 수소경제의 청사진을 제시하고 있다.

이에 따르면 우리나라의 수소경제 전환은 청정수소 생산, 유통인프라 구축, 활용분야 다변화, 안전 등의 기반강화를 중심으로 2050년까지 점점 가속화될 전망이다.

핵심과제 중 하나인 수소충전소 구축계획을 살펴보면 정부는 2025년까지 450기, 2050년까지는 2,000기 이상을 확충하는 것을 목표로 하고 있다. 수소충전소와 같은 유통인프라가 늘어나게 되면 일상에서도 다양하게 수소가 활용될 수 있겠지만 그러기 위해선 안전성을 확보하기 위한 노력도 뒷받침되어야 한다.

수소충전소는 2021년 11월말을 기준으로 전국에 102개소, 125기의 충전기가 설치되어 있다. 이러한 수소충전소에는 90㎫ 이상 초고압 수소가 저장·공급되고 있으며 수소가 이동·저장되는 모든 설비들은 이러한 압력을 견디도록 설계되어 있다. 그중 가장 많은 양의 수소가 장시간 저장되는 압력용기는 안전에 있어 무엇보다 중요한 부분이라고 할 수 있다.

수소압력용기는 수소충전소에 설치되기 전 2단계의 안전확인을 거치게 된다.

첫 번째는 공장심사 단계이다. 공장심사는 해외 용기 제조사가 안전기준에 대한 설계 등의 능력을 보유하고 있는지, 안전한 제품을 만들기 위한 제조설비 및 검사설비를 적합하게 갖추었는지, 높은 품질수준을 유지하기 위한 품질관리체계를 마련했는지 등을 확인하게 된다.

두 번째는 제품검사 단계이다. 수소압력용기의 설계·제작이 적합한지 확인하는 단계로서 제품이 충분한 강도 및 두께를 지니는 소재를 사용하였는지, 제품의 성형·열처리·가공 등이 적합하였는지, 제품의 기계적 물성 및 내압성능은 기준에 부합하는지 등 최종 안전성을 확인하게 된다.

이와 같은 높은 수준의 안전관리에도 불구하고 초고압수소의 높은 압력과 작은 분자량에 기인한 강한 침투력으로 인해 수소충전소 내 수소압력용기와 플러그 사이 틈새에서 발생하는 수소누출이 중요한 안전관리 이슈가 되고 있다.

실제로 해외 노르웨이에서는 플랜지 형식의 플러그 제품에서 누출이 발생하여 큰 화재로 이어지기도 하였으며, 국내 수소충전소에 설치된 특정 제조사 제품의 플러그에서 누출이 발생하여 압력용기 교체 등 긴급조치가 이루어지기도 했다.

이를 해결하기 위해서는 ‘플러그 안전성 확보’ 및 ‘수소취성 안전성 검사기술 및 안전기준 고도화’가 반드시 필요하다.

국내 수소안전 전담기관인 한국가스안전공사는 이미 플러그 건전성 확보를 위한 실증실험을 완료하였으며, 세계 최초로 수소압력용기 플러그 안전성 확보방안을 포함한 안전기준안을 마련하여 지난 1월 10일에 관련 기준(KGS AC111) 개정안이 산업부에서 승인, 공고되었다.

특히 동 안전기준안에는 재검사 기간인 4년 동안 수소가스 반복가압 6만회를 견딜 수 있는 실증실험 결과를 반영하여 플러그의 형상과 기밀을 담당하는 오링 및 백업링의 안전성 검증을 추가하였다.

또한 수소취성은 현재 실시하고 있는 내수소취성 성능확인에 더해 사용 중인 압력용기의 결함검출 및 수명계산과 이에 따른 안전기준 개발을 목표로 한 연구를 진행하고 있다. 연구가 완료되면 내수소취성 관련한 압력용기의 성능을 보다 명확하게 확인하고 관리할 수 있을 것이다.

수소경제를 선점하기 위한 국가 간 경쟁이 치열해지고 있는 지금, 빠른 정책추진과 선제적 투자는 매우 중요하다. 그리고 그와 비례하게 안전기술과 제도에 대한 연구도 활발히 이루어져야 한다.

수소압력용기의 안전관리는 향후 수소경제의 핵심 인프라가 될 액화수소시설, 수소연료전지시설 등의 안전성과도 이어진 매우 중요한 과제이다. 철저하고 체계적인 안전관리체계 완성을 통해 우리나라에 견고한 청정수소경제가 만들어지길 기대한다.