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[KICTERVIEW] 시즌 2 2편- 수소시설을 지하에? 도심 안전을 높이는 수소 인프라 기술

수소 도시는 화석 연료 대신 수소를 주요 에너지원으로 활용하는 미래형 도시 모델입니다. 하지만 수소는 폭발 범위가 4%에서 75%로 매우 넓어 공기와 접촉 시 사고 위험이 크다는 막연한 두려움이 존재합니다. 특히 도심 내 수소 충전소 설치 시 12m에서 30m에 달하는 넓은 안전거리 확보가 필수적이지만, 고밀화된 도시 환경에서는 충분한 부지를 마련하기가 현실적으로 매우 어렵습니다. 이러한 공간적 제약과 안전에 대한 불안감은 수소 에너지 대중화의 주요 걸림돌이 되어 왔습니다. 도심 내 부지 부족 문제를 해결하기 위해 제시된 혁신적인 대안이 바로 지상·지하 입체화 설계 기술입니다. 주요 설비를 지하로 배치하면 지상 공간을 녹지나 다른 용도로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 지하 구조물 자체가 자연스러운 방호벽 역할을 수행하게 됩니다. 이는 폭발 시 발생하는 비산물이나 압력이 수평으로 전파되는 것을 차단하여 외부 피해 반경을 획기적으로 줄여줍니다. 공학적 안전 설계가 더해진 지하화 기술은 수소 시설에 대한 주민들의 부정적인 인식을 개선하는 데 큰 역할을 할 것입니다. 안전한 설계를 위한 핵심 기술 중 하나는 누출된 가스를 효과적으로 처리하는 환기 제어 시스템입니다. 고성능 수소 센서가 작동하면 강제 환기 시스템을 가동하여 이미 누출된 수소를 외부로 신속히 배출하고 희석합니다. 이러한 선제적 대응을 통해 실내 수소 농도를 폭발 범위 이하로 유지함으로써 화재나 폭발 사고를 원천적으로 방지할 수 있습니다. 100% 안전을 보장하기 어려운 상황에서도 사고 발생 가능성을 낮추고 피해를 예방하는 것이 이 기술이 추구하는 핵심적인 방향입니다. 사고 발생 시 피해를 최소화하기 위해 고압 저장 용기의 파손을 가정한 보수적인 시나리오 기반의 방호 구조 기술이 적용됩니다. 폭발 충격을 흡수하는 댐핑 패널과 함께 '폭발 방산구'라는 설계 요소가 도입되는데, 이는 내부 압력을 외부로 안전하게 배출하는 통로 역할을 합니다. 폭발 방산구가 없을 경우 내부 압력이 누적되어 건축물과 인근 주민에게 심각한 피해를 줄 수 있지만, 최적화된 설계를 통해 시설의 종합 위험도를 50% 이상 저감할 수 있습니다. 이를 통해 예기치 못한 사고 상황에서도 인명과 재산을 효과적으로 보호할 수 있습니다. 이 기술이 상용화되면 수소 운송 거리 단축과 충전 편의성 증대 등 막대한 경제적 파급 효과가 기대됩니다. 실시간 모니터링 정보를 투명하게 공개함으로써 수소 시설에 대한 주민들의 막연한 불안감을 해소하고 입지 갈등을 완화할 수 있습니다. 현재 규제 샌드박스 승인을 거쳐 실용화 준비 단계에 있으며, 향후 국가 건설 기준을 마련하여 지자체와 기업이 실제 현장에 적용할 수 있도록 하는 것이 최종 목표입니다. 수소 안전 기술의 발전은 친환경 교통 체계로의 전환과 도시 온실가스 감축을 이끄는 선순환의 시작이 될 것입니다.

한국건설기술연구원KICTERVIEW(킥터뷰)

지구환경과학
융합
공학·기술

건기왕3 | 위험과 거리두기 OK!👌 '안전이격거리' 정의하고 가실게요~ (ENG)

수소 경제의 실현을 위해서는 수소 도시의 설계부터 시공, 운영 관리까지 전 주기에 걸친 인프라 구축이 체계적으로 이루어져야 합니다. 한국건설기술연구원의 수소인프라클러스터는 이러한 인프라의 전 과정을 연구하며 신재생 에너지 연계와 관련된 다양한 국가적 현안을 해결하는 데 앞장서고 있습니다. 최근 수소 생산 시설과 저장 시설이 급격히 늘어남에 따라 기술적인 효율성뿐만 아니라 시설 전반의 안전성을 확보하여 국민적 신뢰를 얻는 것이 무엇보다 중요한 과제로 대두되고 있습니다. 수소 인프라 확충에 있어 가장 시급한 과제는 잠재적인 폭발 위험을 관리할 수 있는 법적 안전 기준을 구체적으로 수립하는 일입니다. 기존의 가스안전 관련 규정은 주로 가스 누출이나 단순 화재 발생 시의 대처에 초점이 맞춰져 있어, 강력한 폭발 압력과 충격파를 고려한 실질적인 이격 거리 기준이 부족한 실정입니다. 연구팀은 실제 폭발 시뮬레이션과 실험 데이터를 바탕으로 기존 보호 시설과의 거리보다 더욱 강화된 안전 기준을 제시하고, 이를 실제 법제화로 연결하여 도심 속 수소 시설의 신뢰도를 높이는 데 주력하고 있습니다. 안전 기준 정립을 위해서는 정확한 근거가 필요하며, 연구팀은 이를 위해 수치 해석을 넘어선 다양한 실규모 폭발 실험을 진행해 왔습니다. 대표적으로 수소 자동차 폭발 실험과 수소 주택, 충전소와 같은 밀폐 공간에서의 폭발 실험이 주를 이루었습니다. 특히 2003년 미국 연구 이후 고용량 및 고압 환경에서의 수소 자동차 폭발 실험을 세계 최초 수준으로 시행함으로써, 실제 사고 발생 시의 물리적 충격을 정밀하게 분석하고 신뢰도 높은 데이터를 확보하는 쾌거를 이루어 안전 규제의 과학적 기반을 마련했습니다. 수소 인프라의 도심 진입을 원활하게 하기 위해 최근에는 관련 설비를 지하화하는 혁신적인 방안이 심도 있게 검토되고 있습니다. 이에 따라 연구팀은 콘크리트 구조물 내부에서 수소 폭발이 일어날 경우의 물리적 파급 효과를 분석하는 실험을 계획하고 있습니다. 대표적인 구조물을 제작하고 내부 점화를 통해 발생하는 폭발의 반경 범위와 주변 시설에 미치는 영향을 데이터화함으로써, 지하 공간에서도 수소 시설을 안전하게 운영할 수 있는 최적의 방호 설계 기준과 사고 대응 가이드라인을 구축할 예정입니다. 수소 에너지의 대중화를 위해서는 생산과 저장, 운송, 그리고 최종 활용에 이르는 수소 전 주기에 걸쳐 국민들이 일상에서 안심하고 사용할 수 있는 사회적 수용성을 확보하는 것이 필수적입니다. 수소 인프라의 모든 과정을 아우르는 연구와 실증 실험을 통해 안전한 미래 에너지 생태계를 구축하는 것이 연구원의 궁극적인 지향점입니다. 앞으로도 지속적인 기술 개발과 제도적 보완을 통해 대한민국이 수소 경제를 선도하고, 누구나 안전을 체감할 수 있는 효율적인 수소 사회로 나아가는 데 든든한 기술적 버팀목이 될 것으로 기대됩니다.

한국건설기술연구원건기왕

지구환경과학
융합
공학·기술

[2022 봄 사이언스데이 강연 영상]한눈에 보는 친환경 수소에너지 이야기 - 임동하 박사(한국생산기술연구원)

에너지는 그리스어 ‘에르곤(Ergon)’에서 유래한 단어로, 일을 할 수 있는 능력을 의미합니다. 우주의 탄생인 빅뱅과 함께 시작된 에너지는 빛, 동력, 연료의 형태로 인류 문명을 발달시킨 핵심적인 원동력이었습니다. 인류는 에너지를 통해 산업을 일으키고 경제와 문화를 발전시키며 현재의 고도화된 사회를 건설해 왔습니다. 열, 화석, 전기, 풍력 등 다양한 형태로 존재하는 에너지들은 서로 유기적으로 연계되어 우리의 삶을 지탱하고 있습니다. 인류의 역사는 에너지의 변천사와 궤를 같이합니다. 18세기 산업혁명기에는 석탄을 활용한 증기기관이 등장하며 대량 생산의 시대를 열었고, 이후 석유의 활용은 자동차 산업의 발달과 함께 이동의 혁명을 가져왔습니다. 현재 우리는 천연가스 시대를 지나 IT 기술과 융합된 신재생 에너지 시대로 나아가고 있습니다. 전문가들은 향후 수십 년 내에 수소가 우리 사회의 주력 에너지원으로 자리 잡으며 에너지 패러다임의 거대한 변화가 일어날 것으로 예측하고 있습니다. 기존 화석 연료는 탄소를 포함하고 있어 연소 과정에서 이산화탄소와 질소 산화물, 미세먼지 같은 환경 오염 물질을 배출합니다. 이는 지구 온난화를 가속화하여 북극의 빙하를 녹이는 등 심각한 기후 위기를 초래하고 있습니다. 또한 화석 연료는 매장량이 한정되어 있어 언젠가는 고갈될 수밖에 없는 한계를 지닙니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 신재생 에너지이며, 그중에서도 수소는 물만 배출하는 무공해 에너지원이자 무한한 잠재력을 가진 대안으로 주목받고 있습니다. 수소는 원소 주기율표의 첫 번째 자리를 차지하는 가장 가벼운 원소로, 단위 질량당 에너지 밀도가 매우 높다는 특징이 있습니다. 자연 상태에서 수소는 주로 다른 원소와 결합한 형태로 존재하기 때문에 이를 효율적으로 추출하고 운송하는 기술이 중요합니다. 기체 상태로 튜브 트레일러나 파이프라인을 통해 이동하거나, 영하 252도에서 액화하여 대량으로 운송하기도 합니다. 이렇게 운송된 수소는 충전소를 거쳐 수소 자동차, 버스, 트럭 등 다양한 운송 수단의 동력원으로 사용됩니다. 수소 에너지의 활용 범위는 지상 모빌리티를 넘어 선박, 비행기, 그리고 도심 항공 교통(UAM)으로까지 확장되고 있습니다. 특히 삼면이 바다인 우리나라는 항만을 중심으로 수소의 수입과 저장, 활용이 이루어지는 수소 항만 도시를 구축하기에 이상적인 조건을 갖추고 있습니다. 울산이나 부산 같은 주요 도시들은 이미 이러한 수소 생태계를 조성하기 위해 노력하고 있습니다. 미래 사회의 깨끗하고 효율적인 에너지 환경을 만들기 위한 연구는 지금 이 순간에도 계속되고 있습니다.

한국생산기술연구원

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