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과제기본정보

수소연료전지차 수소관로부 취성개선 및 안전성 평가기술 개발 기획1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통연구기획사업 과제번호 21RDPP-C164807-01
국가과학표준분류 1순위 기계 | 자동차 철도차량 | 안전도향상기술 적용분야 제조업(자동차 및 운송장비)
2순위 기계 | 자동차 철도차량 | 저공해 대체에너지 차량기술 실용화대상여부 실용화
3순위 기계 | 측정표준 시험평가기술 | 신뢰성 비파괴평가 과제유형 기초
과제명 수소연료전지차 수소관로부 취성개선 및 안전성 평가기술 개발 기획
주관연구기관 (주) 테너지
총괄연구 책임자 성명 이호식
소속 (주) 테너지 직위 책임연구원
전화번호 031-888-9870 FAX 031-888-9436
총 연구기간 2021-06-15 ~ 2022-04-14
당해연도 연구기간 2021-06-15 ~ 2022-04-14

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 150,000,000 0 0 0 150,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 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
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 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
○ 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
연구성과 기술적 기대성과 - 수소전기차의 수소 관로에 대한 안전성 평가 절차(환경/조건/판단기준 등) 개발을 통해 글로벌 통용 가능한 수소전기차 관로의 안정성 평가기술을 확보함
- 차량을 이용한 수소공급 관로에 대한 안전성 평가는 기계적 특성뿐만 아니라 차량이 경험할 수 있는 외부환경 및 운전환경을 고려한 평가이기 때문에 수소전기차의 안전성을 정확히 평가할 수 있음.
- 수소취성 저항성 소재는 수소 환경에서의 높은 안전성을 갖는 소재로서 수소전기차의 수소 관로에 사용될 뿐만 아니라 에너지, 환경, 국방 등 산업 전반에 활용될 수 있어 다양한 분야의 기술 혁신에 다각적으로 기여할 수 있음.
사회 경제적 파급효과 - 수소전기차의 수소 관로 안전성 평가 기준 확립을 통한 도로교통사고감소 및 수소전기차 사고에 따른 2차 피해 감소 효과 발생
- 수소취성에 강한 소재/재료를 조사/분석함으로써 수소전기차 운행 안정성 및 수소 관로의 안전성/내구성을 향상함으로써 수소전기차에 대한 신뢰성을 확보하고, 이를 통해 수소전기차에 대한 국민의 불안감을 해소함
- 수소전기차/부품 제조사들이 수소취성 고저항성 소재/재료 및 수소 관로 안전성을 평가할 수 있는 기준을 제공함으로써 수소전기차의 보급 활성화에 기여함
- 국내에서 개발한 안전 평가기술의 국제화로 수소전기차의 수소 관로 안전성 평가 장비의 국산화에 기여하고, 국내 자동차/부품 제조사의 국내 인증 활성화 기반을 마련함으로써 해외 인증비용 및 인증기간 절감을 통해 수소전기차 산업 생태계의 경쟁력 강화에 기여함
활용방안 ○ (수소 관로 취성 안전성 평가기술 개발을 위한 기반 마련) 수소 관로의 취성을 평가하는 장비 개발 시 수소 관로의 취성을 발생시키는 요인/환경을 구성하고, 필요한 시험절차 및 안정성 판단 기준을 설정하기 위한 기반 자료로 활용 가능함

○ (수소 관로 취성 소재/재료 가이드 제정에 활용) 수소 관로의 취성에 고저항성이 있는 소재/재료를 제안하고, 수소 관로 제작 시 유의사항(이음새, 용접 등)에 대한 제작 가이드 마련 시 본 연구결과를 활용 가능하며, 이를 통해 자동차 제조사가 수소 관로의 소재/재료 소싱 및 제작, 그리고, 수소 관로에 대한 제조사 자체 검증 시 기반 데이터로 활용할 수 있음

○ (수소전기차 안전 기준 개정 시 활용) 국내 수소전기차 안전 기준 제·개정 및 시행 추진 시 제도적/기술적 근거 자료로 활용함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 수소연료전지차 취성파괴 수소관로 관로 접합부 안전성 평가
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