기계연, 수소 추진선박 8대 위험요소 분석 및 저감방안 제시

[충청뉴스 이성현 기자] 지구온난화에 대응하기 위한 해운 분야의 탈탄소화가 가속화되는 가운데 수소연료 추진선박의 안전한 설계와 운용을 돕는 종합 지침서가 발간됐다.

한국기계연구원은 가상공학플랫폼연구본부 신뢰성연구센터는 한국선급(KR)과 협업해 수소연료 추진선박의 주요 위험요소와 안전 저감 방안을 담은 '수소연료 추진선박의 안전성 검토' 연구보고서를 공동 발간했다고 8일 밝혔다.

이번 보고서는 수소연료전지 및 수소 내연기관 추진선박의 개발 동향부터 수소 시스템 구성, 관련 국제 규정까지 체계적으로 정리한 종합 기술문서다.

전 세계 조선·해운업계가 참고할 수 있도록 국문과 영문판으로 동시 발간돼 한국선급 홈페이지 기술자료실에서 누구나 무료로 열람하고 다운로드할 수 있다.

수소는 연소 시 탄소를 배출하지 않아 해운 분야의 유망한 대체 연료로 주목받고 있으나 선박에 저장하고 활용하기 위해서는 압축수소 또는 약 -253℃의 극저온 액체수소 형태로 취급해야 하므로 까다로운 안전 기준이 요구된다.

특히 수소는 누출 시 점화 가능 범위가 매우 넓고 최소 점화에너지가 낮아 기존 LNG 등 탄화수소계 연료보다 화재와 폭발 위험성이 높다.

유럽연합 공동연구센터의 수소 사고 데이터베이스(HIAD 2.1)에 등록된 954건의 사고 사례를 분석한 결과에서도 전체의 66% 이상이 화재나 폭발로 이어진 것으로 나타났다.

이에 기계연 김용진 신뢰성연구센터장 연구팀과 한국선급 박준성 파트장은 기존 LNG연료 추진선박 국제규정(IGF Code)과의 체계적인 비교·분석을 수행했다.

보고서는 수소 고유의 특성에서 비롯되는 8대 핵심 위험요소인 △누출 및 확산 △투과 △화재 및 폭발 △폭연-폭굉 전이 △제트 화재 △극저온 위험 △수소취화 △가스 및 화재 탐지 등에 대한 발생 메커니즘과 해상 환경에서의 영향력을 다층적으로 규명했다.

보고서는 수소 선박의 위험성을 단순 나열하는 데 그치지 않고, 산업 현장에서 즉각 도입할 수 있는 구체적인 위험 저감 방안을 단계별로 제안했다.

주요 내용으로는 △누출 최소화를 위한 이중 배관 및 용접부 설계 △환기·불활성화·진공 시스템 적용 △수소취화를 고려한 재료 선정 및 호환성 평가 △위험구역 분류 및 설정 기준 강화 △액체수소 누출 시 드립 트레이를 통한 1차 격리 △가스 및 화재 탐지 시스템 다중화 △화재 진압 시스템 구성 △장애물 밀집도 최소화 등이 포함됐다.

특히 해상 환경의 진동과 염해 조건이 극저온(-253℃) 및 대기압의 수백 배에 달하는 압축수소 환경과 결합할 경우 위험성이 가중되므로, 사전 검증이 필수적이다.

기계연 신뢰성연구센터는 해양수산부의 ‘선박용 수소 저장용기 및 연료공급시스템 안전기준 개발 사업’ 지원을 통해 구축한 초저온·수소취화 시험평가 인프라와 액체수소 저장용 소재 적합성 평가 노하우를 이번 보고서에 고스란히 녹여내 실무적 신뢰성을 높였다.

‘수소연료 추진선박 임시 안전지침’은 해사안전위원회(MSC) 제111차 회의에서 최종 승인될 것으로 전망된다.

기계연 신뢰성연구센터는 IMO 임시 안전지침이 최종 승인되는 시점에 맞춰, 보고서에 수록된 위험 저감 방안의 실효성을 실험적으로 검증할 수 있는 시험평가 서비스로 확정 제공할 계획이다.

김용진 신뢰성연구센터장은 “이번 보고서는 산·학·연 협력을 통해 마련된 의미 있는 성과로, 수소연료 추진선박의 위험요소를 정밀하게 제어할 수 있는 이정표가 될 것”이라며 “앞으로도 친환경 선박용 소재 적합성 평가와 안전기준 정립을 주도하여 국내 조선·해운 산업이 글로벌 친환경 선박 시장을 선도할 수 있도록 적극 지원하겠다”고 말했다.