수소연료 기술 (수소 저장과 운송 기술, 안전성 문제 해결될까?)

수소는 친환경적인 에너지원으로 주목받고 있지만, 저장과 운송의 어려움, 그리고 안전성 문제가 수소 경제 실현의 가장 큰 장애물로 꼽힙니다. 수소는 매우 가볍고 부피가 크며, 폭발 위험성이 있기 때문에 효율적인 저장 방식과 안전한 운송 기술이 필수적입니다. 이 글에서는 수소 저장과 운송 기술의 현재 상황과 해결 방안을 살펴보고, 실용화 가능성을 분석해보겠습니다.

1. 수소 저장 기술: 어떻게 보관할 것인가?

수소는 일반적인 화석연료보다 부피가 크고, 밀도가 낮아 저장이 어렵다는 문제점을 가지고 있습니다. 따라서 기체 압축, 액체 수소, 고체 저장 방식 등 다양한 저장 기술이 연구되고 있습니다.

① 고압 기체 저장 (압축 수소, Compressed Hydrogen)

• 수소를 700bar(약 700기압)의 초고압 상태로 압축하여 저장
• 현재 수소연료전지 자동차(NEXO, Mirai 등)에서 사용 중
• 장점: 비교적 간단한 기술, 빠른 충전 가능
• 단점: 높은 압력으로 인해 탱크의 무게와 두께 증가, 폭발 위험

② 액체 수소 저장 (액화 수소, Liquid Hydrogen)

• 수소를 -253°C로 냉각하여 액체로 저장하는 방식
• 액체 수소는 기체보다 부피가 1/800로 줄어들어 저장 효율이 높음
• 장점: 장거리 운송에 유리, 밀도가 높아 많은 양 저장 가능
• 단점: 극저온 상태 유지 필요 → 냉각 비용이 높고, 증발(loss) 문제 발생

③ 고체 상태 저장 (수소 저장 합금, Metal Hydrides)

• 수소를 금속 수소화물(Metal Hydrides)이나 나노소재에 흡착·저장하는 방식
• 장점: 낮은 압력에서도 안정적인 저장 가능, 폭발 위험이 적음
• 단점: 수소 저장 용량이 적고, 방출 속도가 느림 (실용화 단계 아님)

④ 화학적 저장 (암모니아, Liquid Organic Hydrogen Carrier)

• 수소를 암모니아(NH₃)나 액체 유기 수소 운반체(LOHC)에 결합하여 저장
• 암모니아는 액체 상태에서 저장과 운송이 용이하며, 수소로 쉽게 변환 가능
• 장점: 기존 인프라(가스 배관, 선박 등) 활용 가능
• 단점: 추가적인 변환 과정 필요, 암모니아 자체의 유해성 문제 존재

2. 수소 운송 기술: 어떻게 안전하게 이동할 것인가?

수소는 생산지(발전소, 재생에너지 설비)에서 소비지(도시, 산업 단지, 충전소)로 이동해야 합니다. 그러나 기체 상태의 수소는 부피가 크고, 누출 위험이 있어 운송 비용이 높다는 문제점이 있습니다. 현재 사용되고 있는 주요 운송 방식은 다음과 같습니다.

① 파이프라인 수송 (Pipeline Transport)

• 천연가스처럼 수소 전용 배관을 설치해 운송
• 유럽과 미국에서는 일부 지역에서 수소 파이프라인이 운영 중
• 장점: 대량 운송 가능, 지속적인 공급 가능
• 단점: 초기 설치 비용이 매우 높음, 누출 위험 존재

② 튜브 트레일러 운송 (고압 기체 운송)

• 대형 탱크(튜브 트레일러)를 이용해 고압 수소를 육상 운송
• 현재 가장 널리 사용되는 방식이지만, 운송량이 제한적
• 장점: 비교적 안정적인 운송 가능, 기존 도로망 활용 가능
• 단점: 수소 1kg당 운송 비용이 높고, 장거리 운송 비효율적

③ 액체 수소 운송 (초저온 탱크 운송)

• -253°C의 액체 수소를 대형 탱크에 저장하여 선박, 트럭으로 운송
• 일본, 호주 등 일부 국가에서 실험적 운송 진행 중
• 장점: 대량 수송 가능, 부피가 적어 운송 비용 절감
• 단점: 극저온 유지 필요, 증발 손실 문제 발생

④ 암모니아·LOHC 기반 운송

• 수소를 암모니아(NH₃)로 변환해 기존 석유·가스 인프라를 활용해 운송
• 암모니아에서 수소를 추출하는 과정이 필요하지만, 장거리 운송에는 유리
• 장점: 기존 인프라 활용 가능, 대규모 운송 가능
• 단점: 암모니아 분해 과정에서 추가 에너지 소모

3. 수소의 안전성 문제와 해결책

수소는 폭발성이 강하고, 무색·무취·무독성이어서 누출 시 감지가 어렵다는 문제가 있습니다. 하지만 최근 안전성을 높이기 위한 다양한 기술 개발이 이루어지고 있습니다.

① 누출 감지 및 차단 기술 발전

• 센서를 이용해 수소 누출을 빠르게 감지하는 시스템 개발
• AI 기반 자동 차단 시스템 도입

② 안전한 저장 기술 개발

• 탄소섬유 강화 압력 용기(CFRP) 사용 → 폭발 위험 감소
• 금속 수소화물 기반 저장 기술 활용 → 낮은 압력에서 저장 가능

③ 안전 기준 강화

• 국제 수소 안전 표준(ISO 19880-1) 적용 확대
• 충전소·운송 시스템에 대한 정기적인 안전 점검 및 관리 체계 구축

결론: 수소 저장과 운송 기술, 현실적으로 가능할까?

현재 수소 저장과 운송 기술은 발전하고 있지만, 경제성·안전성·효율성 측면에서 여전히 해결해야 할 과제가 많습니다.

• 단기적으로는 고압 기체 저장과 튜브 트레일러 운송이 가장 현실적
• 중장기적으로는 액체 수소, 암모니아 기반 저장·운송 기술이 핵심이 될 가능성이 큼
• 안전성 문제는 기술 개발과 규제 강화로 점차 해결될 전망

결론적으로, 수소 저장과 운송 기술이 지속적으로 발전하면, 수소 경제 실현이 한층 가까워질 것으로 예상됩니다.