수소안전 파수꾼으로 거듭난 ‘가스안전연구원’
수소안전 파수꾼으로 거듭난 ‘가스안전연구원’
  • 이필녀 기자
  • 승인 2021.05.27 15:41
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LNG 및 LPG선 벙커링 안전기준 ‧ 고망간강 초저온 적용 연구
스마트 안전제어 기술 개발 ‧ 수소시대 대비 안전기준 등 개발

[에너지신문] 가스안전기술 개발 연구, 가스기기 및 시설의 안전성 평가 및 안전기준 연구 등 국내 가스안전을 선도하며 파수꾼 역할을 하고 있는 한국가스안전공사의 가스안전연구원.

▲ 수소충전용 밸브 시험 모습.
▲ 수소충전용 밸브 시험 모습.

가스안전연구원은 1995년 설립이후 LNG, LPG, 고압가스 등 가스안전기술을 선도적으로 개발, 연구하는 것은 물론 안전기준 연구 등을 통해 안전성을 확보, 가스산업 현장에 안전기술을 지원하고 신기술을 개발, 보급하는데 앞장서고 있다.

김영규 가스안전연구원장은 “최근에는 수소의 생산, 저장, 운송 및 활용의 수소전주기 안전성 평가 연구와 안전기술 기반구축 연구에 역량을 집중하고 있다”고 밝혔다.

◆ LNG, LPG 관련 최근 연구 현황
청정에너지 보급은 정부의 국정과제로 추진되고 있다. 이 가운데 LNG는 탄소 함량이 적어 청정하면서도 수소에 비해 액화가 상대적으로 수월하고, 액화 시 에너지 밀도가 높다.

따라서 연료소비량이 크고 대기오염도가 높은 노후 트럭이나 벙커C유를 사용하는 선박 등의 대체연료로 적합하다. 이러한 청정연료인 LNG를 안전하게 사용하기 위한 연구들이 진행되고 있다.

LNG트럭에 연료를 안전하게 공급하기 위한 이동식 LNG충전소와 패키지형 LNG충전소에 대한 위험성 평가 및 실증 연구, LNG연료 선박과 LPG연료 선박에 안전하게 연료를 공급하기 위한 벙커링 안전기준 연구가 대표적이다.

향후 청정연료를 사용하는 LNG 및 LPG선박, 트럭 등이 활성화되면 국내 대기환경의 개선과 더불어 국제적인 환경규제에 대한 대응이 훨씬 용이해 질 것으로 기대하고 있다.

◆ 신소재 고망간강의 초저온탱크 적용 연구성과
가스안전연구원은 국내에서 개발된 고망간강이라는 소재를 초저온용 재료로 사용할 수 있도록 저온 특성 등의 핵심 재료물성을 확인하고, 실제 압력용기와 평저형 저장탱크로 제품화 실증을 확인한 바 있다.

이를 통해 고망간강 재료를 사용할 수 있게 KGS 기술기준(AC111, AC115)에 반영시켰고, 2014년에는 한국산업표준(KS), 2017년과 2018년에는 미국재료시험협회(ASTM)와 국제표준화기구(ISO)에도 재료규격으로 등재됐다.

또한 2018년에는 선박용 LNG 저장탱크(IMO Interim Guidelines) 소재로의 사용승인도 받았다. 고망간강은 LNG용 재료로 사용되고 있는 기존 니켈합금강 등과 비교할 때 가격 경쟁력 측면에서 우수해 국내외 육상 및 선박용 저장탱크 시장에서 니켈합금강을 점진적으로 대체 가능할 것으로 기대하고 있다.

고망간강 상용화로 신규 일자리를 창출한 성과를 인정받아 중소벤처기업부로부터 소부장 분야에서 장관상을 수상하기도 했다.

향후 액화수소용 저장탱크 재료로도 사용 가능성이 높아 추가적인 실증을 통해 재료의 수소 안전성이 확인된다면 액화수소의 대용량 저장이 가능해  수소경제 활성화에도 크게 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

▲ 고망간강 적용 LNG 탱크 전경 및 내부 모습.
▲ 고망간강 적용 LNG 탱크 전경 및 내부 모습.

◆ 지역 혁신성장과 균형발전 위한 규제자유특구사업 참여
중소벤처기업부에서 시행하는 규제자유특구사업은 신기술에 기반한 신사업 추진을 통해 기업의 신산업 활성화를 지원하고, 지역의 균형발전을 도모하는데 큰 의미를 두고 있다.

현재 6개 지역에서 규제자유특구사업을 추진하고 있다. 가스안전연구원은 충북(스마트 안전제어), 울산(수소연료전지 실내물류운반기계, 수소연료전지 선박), 전북(이동식 LNG 충전, 탄소융복합사업), 충남(수소에너지전환), 강원(액화수소산업), 부산(해양모빌리티) 등에 참여해 8개 세부사업을 진행 중에 있다.

정부 주도의 규제자유특구사업에 참여함으로써 해당 지역으로의 가스기업 유치를 지원함과 동시에 생산 및 고용 유발 등의 지역경제 활성화에도 기여하고 있다.

◆ 비대면·비접촉 스마트 안전제어 기술개발
계량기, 퓨즈콕, 검지기에 IoT(Internet of Things) 기능을 부가해 가스누출 감지, 과류 감지 등을 통한 위험예측, 원격검침 및 자동차단 기술을 개발해 가정용 도시가스 사용시설을 비대면으로 점검할 수 있도록 연구하고 있다.

위험지도(Risk Map)를 기반으로 한 사고위험예측 중심의 사고예방 플랫폼 기술을 개발해 시설의 특성에 따른 작업자의 안전을 비접촉의 원격 모니터링을 통해 작업자의 안전망이 강화된다.

또한 양자기반 기술을 활용한 광역 가스검지장치를 개발 중에 있다. 이는 고소 배관 등 접근이 어려울 경우 대규모 가스 시설물 밀집지역을 원거리에서 광범위하게 관찰할 때 실제 가스누출 유무와 누출지점을 정확히 판단할 수 있다. 따라서 검사에 소요되는 시간이 절약되고 정확성을 높여줘 효율적이고 선제적인 안전관리가 가능해진다.

◆ 수소용품 및 시설 안전기준 개발
2008년부터 이미 고정형 연료전지 안전기준인 KGS AB934를 개발해 가정용과 건물용 연료전지를 국내에 안정적으로 보급하는데 기여해 왔다.

2020년 2월에는 세계 최초의 수소법이 제정됨에 따라 후속조치로 2021년 2월 시행 예정인 수소용품 안전기준 4종(수전해설비, 수소추출설비, 고정형 연료전지, 이동형 연료전지)과 수소연료전지 사용시설 안전기준 1종의 연구를 수행하고 있다.

수전해설비 연구는 2017년부터 국내 최초로 재생에너지 잉여전력을 이용한 실증 연구로 마무리됐다.

제주 상명단지 풍력발전소의 잉여전력을 수전해 시스템에 인가해 99.99% 이상의 고순도 수소를 제조하고, 압축기를 통해 수소 튜브트레일러에 200bar의 압력으로 충전하는 등 국내 수전해 시스템의 보급모델을 최초로 실증했다는 점에서 그 의미가 크다.

2019년부터는 수전해시스템 안전성 고도화 연구가 진행되며 수전해시스템의 위험요소를 분석해 국내 실정에 적합한 안전기준을 개발 중에 있다.

이동형 연료전지는 선박, 열차, 비행체, 자전거 등 모빌리티 환경에 따라 진동, 기울임 등 그 성능 특성이 상이해 각 환경에 적합한 안전기준 개발이 필수적이다.

현재 드론, 굴삭기 등 모빌리티 연료전지 시스템 개발연구에 참여하고 있으며, 이를 통해 다양한 수소 모빌리티 안전기준도 개발 중이다.

▲ 무선 가스안전제어 제품 평가장치
▲ 무선 가스안전제어 제품 평가장치
▲ 무선 가스안전제어 실증 및 확산도.
▲ 무선 가스안전제어 실증 및 확산도.

◆ 액체수소 안전기준 개발 계획
최근 국내에서는 수소의 대량 수요에 대비해 대용량의 수소를 저장·운송할 수 있는 액체수소 제조시설과 저장·운송의 설비 투자계획이 발표되고 있다.

울산(효성), 창원(두산중공업), 평택(한국가스공사), 인천(SK) 등에서는 2021년부터 2025년까지 최대 연간 3만톤의 액체수소 생산시설을 갖출 계획이다.

이처럼 액체수소 플랜트 구축이 속도감있게 진행됨에 따라 액체수소 플랜트 및 전주기 안전기준 제도화가 시급하다. 이에 먼저 액체수소 플랜트 구축에 필요한 8종의 기준을 상반기에 마련하고, 그 밖의 액체수소 전주기에 대한 안전기준들은 올해 말까지 마련토록 할 계획이다.

◆ 수소충전소 확대 보급 연구
수소전기차 보급을 위해 필수적인 수소충전소 확대보급을 위해 2016년부터 수소충전소 모델 다양화를 위한 연구를 수행 중에 있다.

특히 기존 충전소(LPG, CNG) 및 주유소를 활용한 융복합형 충전소, 충전에 필요한 설비를 하나의 보호함에 설치한 패키지형 충전소, 설비를 차량에 장착해 이동설치 가능한 이동식 충전소 등 경제성과 안전성을 갖춘 다양한 형태의 수소충전소 개발을 적극 지원하고 있다.

수소충전소의 안전거리에 대한 적정 방안을 제시하기 위해 ‘수소충전소 화재폭발시 피해저감을 위한 방호벽 설계기술 및 안전기준 개발’연구를 추진하고 있다.

이를 통해 방호벽 성능평가 DB 확보와 표준시험 절차를 구축하고, 수소충전소 방호벽 설계의 규격과 설치기준을 개발해 법제화를 진행하고 있다. 이는 궁극적으로 수소충전소 방호벽에 대한 안전성 검증과 안전기술 확보를 통해 국민들의 수소에 대한 막연한 불안감을 해소시킬 것으로 기대된다.

◆ 국내 초고압 수소제품 개발 및 인증시험
수소자동차와 수소충전소는 700bar라는 매우 높은 압력으로 운영되기 때문에 사용되는 모든 부품은 초고압을 견디도록 설계돼 있다. 따라서 초고압 수소제품의 국산화 개발과 안전성 확보가 무엇보다도 중요하므로 가스안전연구원에서는 용기·부품에 대한 성능시험 지원 등 제조사의 기술개발을 선도하고 있다.

수소충전소용 밸브 인증제도가 2019년 11월부터 도입됨에 따라 밸브 제조사의 KS인증 획득을 위한 인증시험도 지원하고 있다.

특히 가스안전연구원에서는 국내 수소밸브 제조사들의 국제 경쟁력 강화를 위해 ISO 19880-3에 맞는 수소충전소용 밸브 시험설비를 구축했으며, 업계의 인증비용 완화를 위해 한시적으로 수수료를 절반 수준으로 경감해  운영하고 있다.

◆ 중소기업 동반성장 주요 성과
최근 IoT, 드론, 원격 제어시스템 등 디지털‧비대면 기술과 수소안전기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 가스안전 신기술 분야는 중소기업의 성장산업으로 관심이 주목받고 있지만 제도적·기술적 높은 진입장벽으로 인해 기술개발과 사업화에 어려움을 겪고 있다.

이에 가스안전연구원에서는 자체 전문인력과 축적된 기술 노하우를 바탕으로 중소기업과의 공동 연구수행과 기술지원 세미나, 간담회를 통한 기업맞춤형 필요 기술들을 이전했다.

김영규 가스안전연구원장은 “코로나19가 지속된 지난 2020년의 경우 총 48개 과제를 통해 82개 중소기업과 공동연구를 수행하고, 가스안전연구원의 핵심기술 36건을 중소기업에 이전했으며, 중소기업 69개사에 기술을 지원했다”며 “이러한 공동연구 수행과 기술이전, 기술지원은 기술개발과 제품의 상용화 뿐만 아니라 101명이라는 양질의 신규 일자리를 창출하는 성과를 거뒀다”고 설명했다.

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