[가스신문 = 한상열 기자]  탄소중립 2050과 함께 신호탄을 쏘아 올린 문재인 정부의 수소경제가 새 정부에서도 강력한 드라이브를 가할 것인지 국내 수소모빌리티업계에서의 관심이 크다.

이러한 과정에서 지난해 12월 대전·당진고속도로에서 수소튜브트레일러에서 화재가 발생, 수소경제의 갈 길에 적지 않은 우려를 낳기도 했다. 하지만 이 사고는 제동장치의 이상으로 인해 타이어에서 불이 난 것으로 확인됐으며, 수소운송용 트레일러에 적재한 초대형 고압용기의 안전장치가 정상적으로 작동, 용기의 폭발사고로 이어지지는 않았다. 그야말로 타입Ⅰ 고압용기의 안전성을 입증하는 계기가 됐다.

이와 함께 지난해에는 수소 운송 및 저장용 타입Ⅳ 용기가 잇따라 출시되면서 운송비를 획기적으로 절감하는 등 한층 업그레이드된 수소운송시스템이 선보이고 있다. 특히 충북 충주시에 들어선 바이오그린수소융복합충전소에 45㎫의 초고압 충전설비가 들어설 것으로 예상됨에 따라 타입Ⅳ 용기의 보급 확대가 탄력을 받을 것으로 예상된다.

본지는 문재인 정부가 대표적인 친환경 정책으로 삼아 추진해오던 수소경제를 지속시켜야 한다는 측면에서 ‘새 정부의 에너지정책, 수소경제는 계속된다’는 주제로 기획기사를 마련, 분야별로 보도하고자 한다.

이 가운데 수소 운송 및 저장용 고압용기의 안전성을 살펴보기 위해 국내 수소용기제조업체들의 수소용기 생산 및 개발현황과 향후 계획 등에 대해 알아본다.

[수소용기 시장현황과 전망 ]

타입Ⅰ·타입Ⅳ용기 각각의 특성 따라 운송·저장 등 특화된 영역 구축할 듯

타입Ⅰ 엔케이에테르 이어, 비트코비체실린더즈K 가세

동서디앤씨 타입Ⅳ 국산화, 일진하이솔루스도 도전장

우리나라의 수소 운송 및 저장용 용기시장은 국내에서 타입Ⅰ를 제조하는 엔케이에테르와 체코에서 들여온 타입Ⅰ 용기를 패키지로 구성, 판매하는 비트코비체실린더즈코리아가 가세하고 있다.

또 타입Ⅳ 용기시장에는 동서DNC에 이어 일진하이솔루스가 나서 타입Ⅰ 용기업체를 대상으로 도전장을 낸 상황이다.

이 가운데 엔케이에테르의 경우 국내 수소운송용 용기를 튜브트레일러나 스키드로 구성, 출시하는가 하면 지난해 개발한 수소저장용 55㎫ 중압용기를 최근에 총 15개 충전소를 대상으로 납품하는 등 초대형 용기의 생산에 박차를 가하고 있다.

초대형 고압용기 시장점유율 1위를 달리고 있는 엔케이에테르는 수소용기 외에도 반도체산업의 호황에 힘입어 각종 특수가스 운송용 용기의 수주잔량도 많이 쌓여 있는 등 높은 실적을 올리고 있다.

엔케이에테르는 지난해 말 발생한 튜브트레일러 화재사고와 관련해 제동장치의 불량에 따라 용기에 불이 번졌음에도 불구하고 안전장치가 정상 작동함으로써 용기의 안전성을 검증받는 계기가 되기도 했다.

활발한 수출로 전 세계적으로 보급된 엔케이에테르의 용기는 그동안 수소(H₂)용은 물론이고 압축천연가스(CNG) 용기도 많았는데 사고가 나더라도 안전장치가 제대로 작동하면서 용기파열로 이어지지는 않았다.

차량 일체형 튜브트레일러타입과 분리형 컨테이너 스키드 타입으로 생산하는 엔케이에테르는 최근 99㎫의 초고압 저장용기의 국산화에 나서고 있으며, 글로벌기업으로 거듭나기 위해 사명변경을 준비하고 있다.

㈜비트코비체실린더즈코리아는 체코의 비트코비체실린더즈社가 제조한 타입Ⅰ 용기를 들여와 국내에서 직접 하우징 및 트레일러, 튜빙, 피팅, 밸브 등을 구성해 튜브트레일러시장에 선보이고 있다.

특히 비트코비체실린더즈코리아가 내놓은 집합형 실린더운송 솔루션은 기존의 대형 튜브트레일러와 달리 컴팩트한 운송 타입으로 수소 등의 운송에 있어서의 안전성 확보는 물론 수소충전소의 운영 효율성을 높일 수 있는 최적의 대안으로 주목받고 있다.

비트코비체실린더즈코리아는 또 소용량 번들타입의 용기를 적용함으로써 최소의 설계 면적에서도 수소공급이 가능하다는 게 가장 큰 장점으로 꼽히며, 최근에는 오창 수소열차충전소와 군산 수소충전소에 이 같은 수소저장솔루션을 제공, 호평받았다.

타입Ⅳ 용기를 국산화하면서 국내 수소용기시장에서 반향을 일으켰던 동서DNC는 45㎫ 압력으로 수소를 충전해 한꺼번에 1000kg까지 운송할 수 있다는 점을 부각시키고 있다.

동서DNC는 타입Ⅳ 수소용기에 대해 복합재료의 단열성을 기본으로 보유하고 있는 재료이기 때문에 타입Ⅰ 수소용기에 비해 1/60 수준으로 수소용기에 열전달됨으로써 수소용기 내의 급격한 압력 상승이 없다는 점도 강조하고 있다.

수소자동차인 넥쏘와 상용자동차인 엑시언트 차량용 수소용기를 현대자동차에 공급하고 있는 일진하이솔루스도 지난해 튜브트레일러에 적재할 수 있는 내용적 424ℓ 규모의 타입Ⅳ 용기를 내놓아 수소자동차충전업계의 시선을 집중시켰다.

일진하이솔루스가 공개한 용기는 타입Ⅰ 용기에 비해 무게는 3.3배 가벼울 뿐만 아니라 사용압력이 45㎫로, 자동차용 수소의 운송뿐만 아니라 산업용 수소도 운송할 경우 산업용 수소충전업계에서 큰 관심을 보일 것으로 예상한다.

이처럼 수소 운송 및 저장용 초대형 용기 가운데 타입Ⅰ은 탁월한 안전성을, 타입Ⅳ는 경량성 등을 홍보하면서 운송용과 저장용 등 각각의 영역을 구축할 것으로 전망된다.

무엇보다 타입Ⅳ 용기의 재검사 기한, 내구연한 등이 어느 정도 선에서 정해질지가 관건이다. 이러한 것을 극복할 수 있을 때 향후 타입Ⅳ의 용도가 확대될 수 있을 것으로 보이며, 타입Ⅰ과의 한판승부도 기대된다.

엔케이에테르

수입 의존하는 99㎫ 용기 국산화 박차

프랑스 하이볼루션 통해 유럽수소시장 진출 계획

엔케이에테르(대표 위호선)가 납품한 수소튜브트레일러의 경우 국내는 물론 해외에서도 차량의 제동장치 이상 등의 원인으로 인해 화재가 발생했으나 용기는 한 번도 폭발하지 않는 등 안전성이 입증됐다.

특히 도로 사정이 열악한 남미에서는 운전자 부주의에 의한 절벽 추락사고도 있었는데 이 회사의 제품에 설치한 안전장치의 정상 작동 및 제품의 안전성으로 큰 사고를 방지할 수 있었다.

이 회사의 타입Ⅰ 용기는 전체가 스틸 소재로 이루어진 원재료 특성상 알루미늄·플라스틱으로 구성된 다른 타입의 압력용기 대비 월등한 재료로 강성과 내화성능을 보유해 외부로부터의 예상치 못한 충격과 화재 등 각종 돌발상황에 대한 원천적인 안전성을 확보했다.

또한 이 회사의 튜브트레일러는 압력용기에 대해 수압검사와 초음파검사를 통한 무결점을 검증하고, 제작 완료된 트레일러 전체에 대해서도 고압으로 누출검사를 해 다시 한번 안전성을 확인하고 있다.

지난 12월 발생한 화재에서 정상 작동한 안전장치도 모든 개별 용기마다 장착해 제품 내부로부터의 수소누출 위험성을 원천 차단하고 화재 등과 같은 외부로부터의 이상 상황에 대한 안전성 역시 확보한 셈이다.

수소충전소용 55㎫ 중압용기는 지난해 가스안전공사 최종승인을 취득한 이후 올해 3월까지 15개 충전소에 납품했다. 현재 국내에서 수소충전소를 구축하는 업체로부터 이미 납품 수량 대비 두 배 분량의 추가 수주를 받았다. 또한 호주 메이저 수소업체로부터 55㎫ 수소저장시스템을 수주, 해외로의 수출 역시 성공적으로 이어졌다.

중압용기와 더불어 현재 전량 수입에 의존하는 99㎫ 고압저장용기의 국산화 작업도 순조롭게 진행되고 있으며 올해 3분기 내로 각 승인기관에서 요구하는 모든 품질테스트와 관련 승인절차를 완료할 예정이다.

이밖에 이차전지 배터리용 실리콘 음극재 국내 생산계획에 따른 초고순도 실란(SiH₄) 튜브트레일러의 수요가 증가하고 국내 주요 반도체회사들의 신규 공장 가동에 따라 삼불화질소, 실란, 암모니아, 아산화질소 등 특수가스용 튜브트레일러 및 440ℓ Y톤실린더 신규 수요에 대응하고 있다.

또한 사용압력이 20㎫인 기존 타입Ⅰ 튜브트레일러의 운송능력을 크게 향상시킬 수 있는 30㎫ 이상의 제품도 연내에 개발할 예정이다.

아울러 대용량 수소저장용기에 대한 호주 현지 승인 취득과 납품을 완료하는 등 호주시장에 성공적으로 진입했으며 올해 5월 프랑스 하이볼루션 전시회 참가를 통해 본격적인 유럽시장 진출을 꾀하고 있다.

비트코비체실린더즈코리아

소용량 번들타입으로 내구성 우수

연내 대용량 운송 가능한 콤팩트 타입 용기도 공개

비트코비체실린더즈코리아(대표 소경빈)는 모든 수소저장용기에 KGS 코드 등에서 규정하는 요건을 충족시키는 안전장치를 부착, 안전성이 매우 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 수소운송용 저장설비에 부착해야 하는 안전밸브도 KGS 코드에 따라 부착하도록 돼 있기 때문이다.

특히 이 회사의 수소운송용 저장장치(MEGC)는 소용량 번들타입의 운반체로 기존의 대용량의 수소저장용기에 부착된 안전밸브가 고압의 유량·유속을 1개의 밸브로 처리하게 돼 있어 피로한계에 쉽게 다다를 수 있으나 다중의 밸브로 각각 분산 처리할 수 있어 내구성과 안전도 면에서 매우 우수하다는 평가를 받고 있다.

이 회사의 소용량 번들형 수소운송시스템은 내구성과 안전성 외에도 기존 대용량 점보 타입의 튜브트레일러에 비해 절반 정도의 길이를 갖고 있어 주행의 안전성과 절반의 회전반경 등으로 수소충전소 내에서 운행 등의 편리성이 강점이다.

더욱이 컴팩트한 20피트 규격 및 밀폐형 컨테이너로 인해 충전소의 편리한 주행 동선으로 주민의 수용성이 매우 좋아 불필요한 민원 제기를 대폭 줄일 수 있다.

이 회사가 제공하는 수소충전소 저장용 솔루션(Pressure vessel package)은 고압 100㎫, 중압 50㎫, 저압 30㎫ 등의 패키지는 수소충전소 및 수소공급 과정에서 서비스가 필요한 어느 현장에서든 최소의 설계 면적을 가능하게 해 도심지 수소충전소 및 이동형·패키지타입의 충전소에 적용할 수 있어 수소충전사업자들로부터 호평받을 것으로 기대된다.

이미 오창 수소열차충전소 및 군산수소충전소에 수소저장솔루션을 납품한 바 있으며 패키지타입의 수소충전소, 이동형 수소충전소와 같이 협소한 부지의 도심형 수소충전소 구축사업자들과 활발히 상담하고 있다.

또한 점증하는 하루 수소 소요량에 따라 증설할 필요가 있는 충전소의 리뉴얼 공사 등에서 필요한 소요량만큼 저장 패키지를 증설할 수 있다. 이에 따라 대용량 점보 타입의 저장설비를 1회에 구매했던 것과 달리 구매 예산의 효과적인 집행이 가능해졌다.

현재 이 회사의 수소운송용 저장장치의 장점을 바탕으로 도심형 및 협소한 부지의 충전소에 강점을 보이면서 4월에 인천지역 2개 충전소에 투입될 계획이다.

이밖에 25㎫ MEGC 외에도 총중량 30톤 미만의 35㎫ 운송 솔루션을 개발 중으로 빠르면 올 연말 대용량의 수소운송이 가능한 콤팩트 타입의 수소운송용 저장장치를 선보인다는 계획이다.

동서DNC

45㎫ 압력으로 수소 1000kg 이상 운송

타입Ⅳ 내구연한 15~20년, 타입Ⅰ과 동일 적용 필요

동서DNC(대표 허진영)가 내놓은 타입Ⅳ 수소용기의 가장 큰 특징은 중량과 크기의 제한을 받지 않는 용기설계 및 생산이다. 이 회사는 현재 국내의 운송용 트레일러의 KGS 규격이 내용적 450ℓ 규모에 45㎫의 고압이기 때문에 이에 따라 설계, 개발하고 있으나 ISO 규격에는 중량이 가벼워 타입Ⅳ 수소용기 1개 용량을 3000~1만ℓ까지의 규격을 적용하고 있다.

수소용기의 1개당 용량을 크게 할 경우 생산가격을 저렴하게 만들 수 있는 장점이 있으므로 이미 대용량의 타입Ⅳ 수소용기 설계기술 확보와 생산설비를 구축하고 있다.

타입Ⅳ 용기의 또 다른 강점은 경량성 이외에 화재 시의 탁월한 안전성이다. 타입Ⅰ 경우는 용기 전제가 금속재료 제품이기 때문에 금속재료 특성상 매우 빠른 열전달로 인해 외부에서의 급격한 열원이나 튜브트레일러 내에 화재 발생 시에는 타입Ⅰ 수소용기 금속 표면에 수초 내에 열전달이 됨으로써 타입Ⅰ 수소용기 내의 압력이 급격하게 상승하는 문제점을 제기하고 있다.

하지만 타입Ⅳ 수소용기의 복합재료는 단열성을 기본으로 보유하고 있는 재료이기 때문에 타입Ⅰ 수소용기에 비하여 1/60 수준으로 수소용기에 열전달이 됨으로써 수소용기 내의 급격한 압력 상승이 없다는 점도 강조했다.

그러나 타입Ⅳ의 수소용기에는 추가적인 화재 시 안전성을 확보하기 위해 타입Ⅰ과 같은 수준의 안전장치가 기본적으로 장착된다.

외국의 타입Ⅳ 압력용기의 내구연한은 15~20년이다. KGS 규격을 개정해 기존 타입Ⅰ과 동일 조건으로의 재검사 및 내구연한을 적용해야 한다는 것이다.

올해 3월 기준으로 국내의 타입Ⅳ 대형 수소용기에 대한 시험기관의 검사 및 시험설비 구축 수준은 매우 미흡한 상태다. 그러나 차량용을 할 수 있는 시험기관이 국내에 3곳이 있기 때문에 대형용기에 적용할 수 있는 시험챔버, 가압장치 등의 부분적인 정부 지원이 추가로 있는 경우 대형용기의 시험도 가능할 것으로 보고 있다.

특히 타입Ⅳ 대형 수소용기 인증을 위한 시험기관의 시험설비 구축과 운용압력 35~50㎫, 저장용량 3000~1만ℓ급의 수소용기 생산이 가능하도록 관련 규격의 개정이 필요하다고 강조했다.

이 회사는 수소운송용 튜브트레일러를 지난해에 개발을 완료하고 KGS, TPED, ASME_Sec-X 인증을 진행하고 있는 타입Ⅳ 대형 용기는 튜브트레일러 40피트 1대에 KGS 코드에 따라 모듈화한 것으로 45㎫의 압력으로 수소 1000kg 이상으로 운송할 수 있다.

튜브트레일러 총 중량은 25톤급이라 국내의 어느 장소에서도 운송할 수 있도록 설계됐으므로 국내에서 아직 어느 회사도 개발하지 못한 수소운송용 튜브트레일러라는 것이 가장 큰 장점이다.

일진하이솔루스

튜브트레일러용 타입Ⅳ 424ℓ 용기 양산

타입Ⅰ보다 3.3배 가벼워, 넥쏘용기 2만4000대 판매

수소차인 넥쏘에 장착하는 타입Ⅳ 소형 용기의 납품을 비롯해 수소버스 및 대형 트럭인 엑시언트에 장착하는 용기를 공급해온 수소차 용기 전문제조업체인 일진하이솔루스(대표 안홍상)는 지난해 수소운송용 초대형 용기도 개발, 선보이면서 큰 관심을 모았다.

이 회사에서 생산하는 가장 큰 양산 용기는 타입Ⅳ으로 튜브트레일러에 적재할 수 있는 내용적 424ℓ 규모의 용기다. 이 용기는 금속이 아니기에 수소 취성에 의한 피로파괴 위험성이 없다. 동일 규격의 타입Ⅰ 용기 대비 무게는 3.3배 가벼울 뿐만 아니라, 타입Ⅳ 튜브트레일러용 용기의 사용압력이 45㎫로, 타입Ⅰ 용기의 20㎫보다 높아 훨씬 많은 양의 수소를 저장할 수 있다.

424ℓ 용기 4개, 배관, 안전장치 등을 포함한 모듈을 카세트라고 부르는데 이러한 카세트와 카세트를 쉽게 병렬 배열함으로써 고객이 원하는 최적의 양에 맞게 수소저장량을 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 다수 용기에 분산, 저장하고 운송함으로써 대형 사고의 위험이 더욱 적다.

이 회사는 현대자동차 넥쏘 수소용기 독점공급사로써 전 세계에서 타입Ⅳ 용기 양산 실적이 가장 많은 업체다. 넥쏘에 장착하는 용기는 2018년 출시 이후 현재까지 약 2만4000여대를 판매했다. 이 같은 풍부한 노하우와 양산 실적을 바탕으로 더욱 많은 수소를, 더욱 가볍고, 저렴한 방법으로 공급하기 위한 다양한 솔루션을 개발하고 있다.

이 회사의 수소운송용 용기는 내용적에 따라 424ℓ, 275ℓ 등 두 가지 제품이 있다. 압력은 45㎫, 직경이 약 550mm의 용기로 현재 국내 튜브트레일러 사용압력 기준인 45㎫, 450ℓ에 맞게 설계됐다.

이 회사가 내놓은 타입Ⅳ 튜브트레일러는 고객이 필요로 하는 수소저장량에 따라 250kg, 500kg, 750kg, 1000kg 등 다양한 제품군을 보유하고 있다. 최근 개발한 튜브트레일러의 경우 수소저장량 750kg, 차량 길이 13m, 차량 무게 30톤 미만으로써 기존 타입Ⅰ 튜브트레일러 수소저장량 340kg, 차량 길이 16m, 차량 무게 30톤보다 더 많은 수소를 더욱 경량화된 차량으로 운반할 수 있는 장점이 돋보인다.

지난해 발표한 글로벌 자동차 제작사 공급용 차세대 수소차용 연료저장시스템의 경우 계획대로 개발하고 있으며, 유수의 자동차 제작사와 긍정적인 논의를 진행하고 있다.

국내 최초로 글로벌 인증을 받아 출시한 타입Ⅳ 튜브트레일러는 1회에 기존 타입Ⅰ보다 3배 이상의 수소를 운송할 수 있다고 밝혔다. 이 제품을 통해 수소충전소의 구축과 운영비용을 획기적으로 절감할 것으로 기대하고 있다.

전 세계적으로 수소 압력 및 용량에 대한 규제 완화로 운송 효율성 및 경제성을 높이고 있는 만큼 국내 고압 튜브트레일러시장 활성화를 위해 튜브트레일러 고압 충전을 위한 45㎫ 압력의 출하시설 구축이 시급하다는 점을 강조했다.