▲ 한국기계연구원 부산기계기술연구센터 원전기기검증연구실 김대환 책임연구원 연구팀이 수소 충전 시 충전탱크 온도상승 방지 기술을 개발했다.

국내 연구진이 고압수소 충전 중 충전탱크 온도 상승을 방지하는 기술을 개발, 충전 속도를 단축시키고 충전 인프라 구축 및 운용 비용 절감을 가능하게 해 수소 모빌리티 및 충전 인프라 확산에 크게 기여할 것으로 기대된다.

한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연)은 부산기계기술연구센터 원전기기검증연구실 김대환 책임연구원 연구팀이 비압축성 유체를 활용한 고압 수소 충전 시 온도 상승 방지 기술을 개발하고 350바급 충전 모사 시험을 통해 실증을 마쳤다고 10일 밝혔다.

개발된 기술은 수소 충전 시 탱크 내부 온도상승을 5℃ 이내로 억제할 수 있으며, 수소 냉각 없이 충전할 수 있다.

기존의 수소 충전 방식은 충전 중 온도 상승을 억제하기 위해 냉각된 -40℃ 수소를 주입하는 방식을 사용해 왔다. 이 방식은 충전 시간이 길고 추가 냉각 장치가 필요해 인프라 구축 및 운용 비용이 증가하는 한계가 있었다.

하지만 연구팀이 개발한 기술은 비압축성 유체를 활용해 충전 과정에서 온도 상승 자체를 원천적으로 방지함으로써 냉각 시스템 없이도 안정적인 충전이 가능하다는 점에서 차별성을 갖는다.

이 기술은 충전 전 수소탱크 내부에 비압축성 유체(물)를 주입하고 충전이 진행됨과 동시에 유체를 회수해 탱크 내부에서 수소가 단열 압축되는 것을 방지하는 원리다.

이를 통해 충전 과정에서 수소의 온도가 급격히 상승하는 현상을 억제하며 이에 따른 충전용기 내부의 압력증가도 억제해 보다 빠르고 효율적인 수소 충전이 가능하다.

기존 방식 대비 충전 속도를 높이면서도 온도 상승을 억제할 수 있어 수소모빌리티 이용자의 편의성과 충전 인프라 운용자의 경제성을 동시에 확보 가능하다.

특히 현행 충전인프라에 요구되는 고성능 냉각 장치 없이도 적용이 가능해 설비 구축 및 운영 비용 절감 효과가 크다.

아울러 충전탱크 내부 부품의 열화 방지로 인해 장기적인 내구성이 증대되어 수소모빌리티 및 충전 인프라의 유지보수 비용 절감에도 기여할 수 있다.

기계연 김대환 책임연구원은 “이번에 개발한 기술은 수소 충전 인프라의 효율성을 획기적으로 개선한 기술로 차량뿐 아니라 대용량 충전용기를 사용하는 수소 선박, 열차, 군용차량 등 다양한 수소 모빌리티에도 활용 가능성을 검토 중”이라며 “수소경제 활성화와 글로벌 시장 경쟁력 확보를 위한 중요한 기술적 전환점이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 본 연구는 기계연 기본사업(산업계 지원 및 미래유망 기계기술 기획, 수소충전 시 충전탱크 온도상승 방지기술 개발)의 지원을 받아 수행됐다.