‘수소선박 시대 성큼’… 기계연-한국선급, 안전기준 보고서 발간

국가 간 수소 운송과 거래가 확대되면서 액체수소 운반선과 수소연료 추진선박 수요도 빠르게 늘어날 것으로 전망된다.

업계에서는 국제 안전기준이 확립되는 시점에 맞춰 관련 기술과 인증 체계를 확보하는 것이 시장 선점의 핵심이 될 것으로 보고 있다.

이런 가운데 한국기계연구원(이하 기계연)과 한국선급이 수소연료 추진선박의 위험요소와 안전 확보 방안을 체계적으로 정리한 기술보고서를 발간했다.

이는 국제해사기구(IMO)의 수소연료 추진선박 안전지침 승인 절차가 진행되는 시점에 맞춰 나온 보고서로, 친환경 선박 상용화와 국내 조선·해운업계의 기술 대응에 활용될 전망이다.

기계연 가상공학플랫폼연구본부 김용진 신뢰성연구센터장팀은 한국선급 박준성 파트장과 공동으로 ‘수소연료 추진선박의 안전성 검토 보고서’를 8일 공개했다.

수소는 해운업계가 탄소중립을 달성하기 위한 유력한 차세대 연료로, 연소 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않고 메탄올, 암모니아 등 친환경 연료 생산에도 활용할 수 있다.

국제해사기구 역시 해운 분야 온실가스 감축을 위해 수소 기반 선박 도입을 추진하고 있다.

하지만 수소는 선박에서 일반 연료처럼 저장할 수 없다.

대기압의 수백 배로 압축하거나 영하 253도의 액체 상태로 저장하고, 이 과정에서 누출과 화재, 폭발 위험이 발생할 수 있다.

특히 수소는 기 중에서 불이 붙을 수 있는 농도 범위가 넓고 작은 정전기에도 점화될 수 있어 기존 액화천연가스(LNG)보다 훨씬 위험하다.

누출되면 빠르게 확산하면서 예상하지 못한 장소에서 화재가 발생할 가능성도 있다.

실제로 유럽연합 공동연구센터(JRC)의 수소 사고 데이터베이스(HIAD 2.1)에 등록된 954건의 사고 가운데 66% 이상이 화재 또는 폭발로 이어졌다.

보고서는 이런 분석 결과를 바탕으로 수소 누출 자체를 막고 초기 단계에서 신속하게 탐지·격리하는 것이 안전 확보의 핵심이라고 설명했다.

또 수소연료 추진선박의 주요 위험요소를 분석해 누출·확산, 화재·폭발, 폭연·폭굉 전이, 제트화재, 극저온 위험, 수소취화 등을 핵심 위험요소로 제시했다.

선박 내부처럼 밀폐된 공간에서는 폭연이 폭굉으로 발전할 수 있어 각별한 관리가 필요하다.

수소취화도 수소선박의 핵심 위험 요소다.

수소 원자가 금속 내부로 침투하면 금속의 강도가 떨어지고 균열이 발생할 수 있다.

선박은 장기간 진동과 염분 환경에 노출되기 때문에 수소취화 문제가 더욱 중요하다.

이에 보고서는 위험을 줄이기 위한 방안으로 이중 배관과 용접부 설계로 누출 가능성을 최소화하고, 환기·불활성화·진공 시스템을 통해 누출된 수소를 신속하게 제거해야 한다고 기술했다.

또 수소취화를 고려한 재료 선정과 호환성 평가, 위험구역 설정, 가스·화재 탐지 시스템 다중화, 화재 진압 시스템 구축 등 실제 설계와 운용 단계에서 적용할 수 있는 방안을 정리했다.

기계연은 이런 안전기준의 신뢰성을 높이기 위해 초저온 시험평가 인프라도 구축했다.

연구진은 해양수산부 지원사업을 통해 영하 253℃ 환경에서 소재 성능을 검증하는 시험설비와 수소취화 평가 체계를 마련했다.

이를 바탕으로 국내 최초의 선박용 액체수소 저장용 소재 선정 가이드도 제시했다.

이번 보고서는 국제해사기구 화물·컨테이너 운송 전문위원회(CCC)가 마련한 수소연료 추진선박 임시 안전지침을 기반으로 작성했다.

이미 상용화된 LNG 연료 추진선박 국제규정인 IGF Code와 비교 분석해 수소선박에 필요한 추가 안전기준도 함께 제시했다.

국가 간 수소 운송과 거래가 확대되면서 액체수소 운반선과 수소연료 추진선박 수요도 빠르게 늘어날 것으로 전망된다.

업계에서는 국제 안전기준이 확립되는 시점에 맞춰 관련 기술과 인증 체계를 확보하는 것이 시장 선점의 핵심이 될 것으로 보고 있다.

김 센터장은 “이번 보고서는 수소연료 추진선박의 위험요소와 안전 저감 방안을 체계적으로 정리한 기술문서"라며 ”축적된 초저온·수소취화 시험평가 기술과 액체수소 저장용 소재 평가 경험을 반영해 실효성을 높였다"고 말했다.

이재형 기자 jh@kukinews.com