“ 친환경 수소연료전지 자동차를 개발하고 안정성을 확보하기 위한 평가기술을 도출했다”
자동차는 편리한 생활을 위한 필수품이 되었지만 배기가스에 의한 공기 오염, 주행 중 발생하는 소음과 같은 심각한 환경 문제를 발생시키는 존재이기도 하다. 이에 친환경적인 수소연료전지 자동차 개발은 이제 환경적인 측면은 물론, 자동차 산업계에 필수가 되었다. 수소연료전지 자동차와 관련된 핵심부품 및 기술을 조기 개발해 기술 경쟁력을 강화하고 해외 의존도를 탈피함으로써 핵심기술의 선점에 따른 새로운 산업수요를 창출할 수 있다.
미국, 프랑스, 일본처럼 높은 수준의 환경기술을 가진 국가들은 국제협상에서 환경문제를 다루는 그린라운드(Green Round)를 결성했다. 또한 미국 캘리포니아주를 비롯한 많은 곳에서는 이미 무공해 자동차와 저공해 자동차 의무 판매를 포함한 자동차 배기가스 규제를 입법화했다. 이에 각국의 자동차 회사는 이에 대응하기 위한 친환경기술을 개발하기 위해 노력하고 있다. 우리나라에서는 친환경 자동차의 개발 및 보급에 관한 법률에 따라 저공해 자동차 기준 및 에너지 소비효율 기준에 적합한 친환경 자동차 개발 및 보급을 촉진하고 있다. 친환경 자동차는 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등을 말한다. 또한 연료전지 자동차는 수도권법으로 저공해 자동차는 1종, 하이브리드 자동차는 2종의 표지를 사용한다. 본 연구는 수소연료전지로 달리는 무공해 자동차 개발에 따른 안전을 보장하기 위한 기준 제정을 목적으로 하고 있다.
수소연료전지 자동차는 가솔린 또는 디젤 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소가 반응하여 전기를 자체 생산하는 연료전지를 동력원으로 하며, 이 전기가 모터를 작동시켜 차를 움직인다. 따라서 수소연료전지 자동차는 엔진이 없기 때문에 나쁜 배기가스 및 오염물질을 전혀 배출하지 않고, 오로지 수증기(물)만 배출하는 완전 무공해 자동차이다. 이에 반해 차에 수소를 저장하는 데에 한계가 있다는 단점도 있다. 수소연료전지 자동차는 충분한 거리를 달릴 수 있을 만큼의 충분한 수소를 싣는 것이 중요하다. 이에 부피를 줄이려면 엄청난 압력으로 수소를 저장해야 하므로 안전성이 반드시 요구된다. 본 연구에서는 수소연료전지 자동차의 충돌 사고 시 수소 누출과 고전압 차단에 대한 안전성을 확보하기 위하여 실차에 대해 직접 충돌시험을 했다. 최초 충돌시험에서는 시험 환경의 안전성을 고려해 고압의 수소 대신에 비활성물질인 헬륨을 사용해 연료누출 안전성을 확인했다. 시험 결과 연료누출이 없는 것으로 확인한 다음, 실제로 수소를 충전해 시험을 진행하였다. 충돌 시험은 정면 및 측면, 후방 추돌 방향으로 실차 상태에서 진행하였고, 수소연료공급시스템은 연료탱크의 고정상태와 연료배관 누출상태 등을 확인하기 위해 충돌모의시험을 실시했다.
각 시험들은 40bar 이상 압력의 실제 수소를 연료탱크에 채운 뒤 정면 및 측면, 후방 충돌을 하고, 또한 자동차 길이방향으로 6.6g 이상, 수평방향으로 5g 이상의 충격을 주었다. 그리고 시험 전·후 30분 이상의 압력변화량을 체크하여 수소의 누설여부와 고전압 차단여부를 확인하고, 연료저장 및 공급 장치를 고정하고 있는 고정부 및 연료장치 자체에 파단 등의 파손 여부를 확인하였다. 실제로 수소연료전지 자동차는 폭발 가능성이 큰 수소를 고압으로 저장하고 있기 때문에 매우 위험하게 느껴진다. 수소연료전지 자동차의 안전성을 평가하고, 그 결과를 확인하고 나서야 비로소 누구나 안심하고 탈 수 있는 수소연료전지 자동차가 될 수 있다.
혹시 모를 사고에 대비하기 위한 연구도 했다. 수소연료전지 자동차에서 수소가 누설됐을 때의 안전성을 평가했다. 주차장, 터널 등 자동차 기반기설에 대한 국내외 기준 및 연구자료 등을 분석하고, 컴퓨터 해석 모델 설계 및 위험조건에 따른 수소 확산 거동 등을 분석했다. 주차장의 경우 기계식 주차장과 지하주차장에 대한 수치해석을 하고, 각 조건에 따른 주차장 내부의 수소가스의 확산 움직임을 분석해 수소가스의 분포를 예측했다. 터널의 경우 차량 추돌을 가정한 해석에 따른 수소누설 조건을 다르게 해 터널 내부 수소 가스의 확산 및 분포를 예측했다. 이러한 연구의 결과는 수소연료전지 자동차 수소 안전성 평가의 기본 자료로 활용되며 이를 통해 안전기준안 및 환기 팬, 수소 센서 등의 설치 지침의 근거를 마련하는 토대가 될 것이다.
본 연구를 통해 수소연료전지 자동차의 수소안전성, 운행안전성, 전기 및 전자파 관련 분야의 안전기준을 마련했다. 이런 기준은 2013년 세계기술규정(GTR)으로 채택되기도 했다. 세계적으로 국내 수소연료전지 자동차의 안전 기준 및 평가 절차를 인정받은 셈이다. 또한 세계 최초로 수소연료전지 자동차를 양산해 유럽에 수출하는 쾌거를 이루기도 했다. 2013년 6월 덴마크 코펜하겐에 수소연료전지 자동차 15대를 전달했으며, 이후 독일, 영국 등에 75대를 보급할 예정이다. 유럽시장에 수출되는 수소연료전지 자동차는 1회 수소 충전으로 최대 594km 주행이 가능하다. 가솔린으로 환산할 경우 유럽 기준 27.8km/ℓ의 연비를 나타내고, 영하 20도 이하의 저온에서 시동성을 확보해 세계 최고 수준의 효율성을 갖췄다. 이번 수소연료전지 자동차의 양산 체계 구축은 2015년 이후 양산 예정인 글로벌 업체들보다 최소 2년 정도 빠른 성과이다. 향후 계획은 2015년까지 유럽을 비롯한 전 세계에 우리나라 수소연료전지 자동차 1000대를 판매하는 것이다. 본 연구를 디딤돌로 삼아 갈수록 확대되고 경쟁이 심화되는 수소연료전지 자동차 시장에서 우리나라가 선두를 차지할 것이라고 확신한다.
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