현용 수소충전 방식은 충전 중 온도 상승을 억제하기 위해 영하 40℃로 냉각한 수소를 주입한다. 때문에 충전 시간이 길고 수소 냉각장치가 필요해 충전인프라 구축 및 운용비용이 증가하는 한계가 있었다.
한국기계연구원(이하 기계연)이 세계 최초로 고압수소 충전 중 충전탱크 온도 상승방지 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
기계연 부산기계기술연구센터 원전기기검증연구실 김대환 박사팀은 비압축성 유체를 활용한 고압수소 충전 시 온도 상승방지 기술을 개발하고 350㍴급 수소충전 모사 시험으로 실증했다. 실증 결과 수소충전 시 탱크 내부온도 상승을 5℃ 이내로 억제, 수소 냉각 없이 충전하는 데 성공했다.
이 기술은 비압축성 유체를 활용해 충전 과정에서 온도 상승을 원천 방지함으로써 냉각시스템 없이도 안정적인 충전이 가능토록 한 것이 핵심이다.
연구팀은 충전 전 수소탱크 내부에 비압축성 유체를 주입하고 충전이 진행됨과 동시에 유체를 회수해 탱크 내부에서 수소가 단열 압축되는 것을 방지하는 원리를 적용했다.
이를 통해 충전과정에서 수소 온도가 급격히 상승하는 현상을 억제하고, 이에 따른 충전용기 내부압력 증가도 막아 보다 빠르고 효율적인 수소충전을 실현했다.
이는 기존 방식보다 충전 속도는 높이면서도 온도 상승을 억제할 수 있어 수소모빌리티 이용자의 편의성과 충전 인프라 운용자의 경제성을 동시에 확보할 수 있다.
특히 현행 충전인프라에 요구되는 고성능 냉각장치 없이도 적용 가능해 설비 구축 및 운영비용 절감 효과가 크다.
아울러 충전탱크 내 부품의 열화 방지로 장기적 내구성이 증대돼 수소모빌리티 및 충전 인프라의 유지보수 비용 절감에도 기여할 전망이다.
김 박사는 “이번에 개발한 기술은 기존 수소충전방식 한계를 극복하고 수소충전인프라의 효율성을 획기적으로 개선한 기술”이라며 “차량뿐 아니라 대용량 충전용기를 사용하는 선박, 열차, 군용차량 등 다양한 수소 모빌리티에도 활용 가능성을 검토 중”이라고 설명했다.
이어 “이번 연구가 수소경제 활성화와 글로벌 시장 경쟁력 확보를 위한 중요한 기술적 전환점이 될 것”이라고 덧붙였다.
