R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121RDPP-C164807-01 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통연구기획사업 | |||||
| 연구과제명 | 수소연료전지차 수소관로부 취성개선 및 안전성 평가기술 개발 기획 | |||||
| 총 연구기간 | 2021-06-15 ~ 2022-04-14 | |||||
| 연구책임자 | 이호식 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
6명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 150,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 150,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 150,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 150,000,000 원 |
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| 연구기관명 | (주) 테너지 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000621-01 | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 파리 협정이 체결됨에 따라 미국, 중국, 영국 등 주요국의 내연기관 차량 규제가 2030년부터 시작됨에 따라 글로벌 수소전기차 시장은 2027년에 300조원으로 성장할 것으로 예측되며, 우리나라는 2025년 수소전기차 수출 53만대를 목표로 함에 따라 수소전기차 안전성 확보 필요 ○ 수소전기차의 수소관로의 수소취성 파괴 발생 가능성 파악 및 국내 실시 가능한 시험 평가법 및 절차서, 규격 개발 필요 - 파이프 강을 통해 수소탱크로부터 연료전지로 이송되는 수소가스는 관로에 침투하여 소재의 연성 및 인성이 저하되는 취화 현상을 유발하고, 관로를 연결하는 접합기술에 따라 관로에 생성되는 잔류응력의 크기가 달라져 접합 부위에 균열 발생 - 차량 환경에서 수소 관로의 취성파괴 가능성에 대한 연구는 수행되지 않았음. 소재 물성시험 측면에서는 온도와 압력에 따른 국내외 시험 결과만이 발표 되고 있으나, 진동조건 및 부식환경을 포함하는 차량 환경과는 괴리가 있음. 이에, 차량관점에서의 평가법 개발 및 타당성 검토가 필요 - 이러한 상황에서 현재 세계기술표준(GTR)에서 소재 물성시험법에 관하여 논의되고 있으며, 각국은 자국에 유리한 소재 관련 평가기준을 국제기준으로 법제화 추진하고 있어서, 수소취성파괴가 차량 환경에서도 발생할 수 있다면 수소공급 관로용 취성 특성 평가를 위한 국내 시험 평가법 및 절차서, 규격 등의 개발과 함께 국제 기준으로 통용될 수 있는 안을 개발함으로써 국내외 업체가 국내에서 국제 인증을 받을 수 있도록 하는 방안에 대한 연계 추진 필요 - 실차 조건에서의 환경인자 및 운전조건에 따라 변화하는 차량 부하 및 특정 주파수는 수소취성 및 부식 속도를 증가시켜 부품의 파단을 일으키는 응력부식균열을 유발할 가능성이 높으므로 실차 조건에서의 취성파괴 안전성 평가기술 및 시험절차 개발 필요 [최종목표] ○ 친환경 수소전기차의 안전성 확보를 위한 수소공급 관로용 소재 취성 개선 및 안전성 평가 기술 및 시험절차 개발 기획 - 주관연구개발기관(테너지) : 수소전기차 수소공급 관료용 수소취성 안전성 평가기술 및 소재 취성 개선 기술 개발 방향 총괄기획, 차량 운전 환경조건 분석을 통한 수소공급 관로용 수소취성 특성 평가기술 및 시험절차 개발 기획, 전문가 기획 위원회 구성 및 운영 - 공동연구개발기관(한국과학기술원) : 수소전기차의 수소공급 관로용 소재 및 접합부에 대한 취성 취약점 개선 기술 개발 기획 업무 수행 - 공동연구개발기관(리디자인엑스) : 수소전기차 안전성 평가기술과 소재기술 개발 사업기획을 위한 국내외 정책/기술/시장 동향 분석, R&D역량분석, 사업기본방향 및 추진전략 수립, 사업추진체계 및 관리방안 수립, 사업타당성 및 파급효과를 도출함 [연구내용 및 범위] ○ 수소전기차의 수소공급 관로용 소재 및 접합부에 대한 취성 취약점 개선 기술 개발 기획 - 국내·외 상용·연구개발단계 수소공급 관로용 소재 개발 동향 분석 - 국내·외 상용·연구개발단계 수소공급 관로용 소재 에 대한 수소취성 취약성 특성 및 물성 조사 분석 - 수소공급 관로용 소재 및 접합부 취성 저항성 개선 방안 조사 분석 - 수소공급 관로용 소재 및 접합부 취성 저항성 개선 방안의 정량적 분석 방법 및 기술표준(기준) 제정 방향성 기획 ○ 차량 운전 환경조건 분석을 통한 수소전기차 수소공급 관로용 소재 및 접합부의 수소취성 특성 평가 기술 및 시험 절차 개발 기획 - 차량 운전 환경조건에서의 수소 관로의 환경조건 분석 방법 제시 - 차량 운전 환경조건 노출 누적의 재현이 가능한 수소공급 관로용 소재 및 접합부의 수소취성 특성 평가 기술 및 시험 절차 개발 기획 - 국내·외 관련 표준·기준 분석 - 수소전기차 수소취성 안전성 평가표준(기준) 제정(안) 마련 방향성 기획 ○ (본 기획연구의 범위) - (수소취성 취약점 개선기술 기획) 수소전기차의 수소공급 관로용 소재 및 접합부(용접 등)에 대한 취성 취약점 개선 기술을 기획함 ● 수소전기차의 수소공급 관로 소재 및 접합부 취성에 대한 기술 동향 조사·분석 ● 국내외 상용/연구개발단계 수소공급 관로용 소재에 대한 수소취성 취약성 특성 및 물성 평가를 통한 수소공급 관로용 소재 및 접합부 취성 저항성 개선 방안 도출 →(RFP대비 추가 연구범위) 수소공급 관로의 용접부뿐만 아니라, 관로 간 접합/연결 조건에서의 수소취성 취약성 특성을 평가함 - (수소취성 특성 평가기술/기준/시험절차 개발 기획) 차량 운전 환경조건 분석을 통한 수소전기차 수소공급 관로용 소재 및 용접부의 수소취성 특성 평가기술, 기준 및 시험 절차 기획 ● 차량 운전 환경조건에서의 수소 관로의 환경조건 등에 관한 기술 동향 조사·분석 ● 차량 운전 환경조건 노출 누적의 재현이 가능한 수소공급 관로용 소재 및 접합부의 수소취성 특성 평가 기술 및 시험 절차 개발 기획 ● 국내외 관련 표준/기준 분석 ● 수소전기차 수소취성 안전성 평가표준(기준) 제정(안) 개발 기획 → (본 기획연구의 차별성) 일본은 GTR13에 내부적 요인에 의한 재료 호환성 검사(고습 가스 환경에서의 재료 부식 여부)를 제안하고 있으나, 본 사업을 통해 내부적 요인 및 외부적 요인까지 고려한 수소공급 관로 안전성평가 기술을 개발함으로써 더욱 안전성이 강화되고 실효성있는 평가기술 및 시험 절차를 제안함 *(내부적 요인) 수소 관로의 소재특성, 환경조건, 가공조건에 의한 수소취성 취약점 발생 *(외부적 요인) 차량의 불규칙적 진동, 침수, 염분 침투 등에 의해 접합부 및 수소 공급관로 미세크랙 발생으로 수소취성 취약점 발생 → (이슈 해결을 위한 대안 제시) 수소전기차의 수소공급 관로에 수소취성을 발생시킬 수 있는 요인을 분석하여 관로 소재/환경/가공조건 등 내부적 요인뿐만 아니라, 실차 조건에서 수소취성을 발생시킬 수 있는 외부적 요인까지 고려한 수소공급 관로의 수소취성 안전성평가 기술을 기획함 |
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| 색인어 | 한글 | 수소연료전지차 | 취성파괴 | 수소관로 | 관로 접합부 | 안전성 평가 |
| 영문 | FCEV | Brittle fracture | Hydrogen supply pipeline | Pipeline connector | Safety evaluation | |
| 최종보고서 | 수소연료전지차 수소관로부 취성개선 및 안전성 평가기술 개발 기획_배포용 최종보고서.pdf | |||||