[진단] 김의수 한국교통대 교수 "우려되는 수소경제 안전"

수소경제의 화려한 불빛 뒤에 빨간불 켜진 ‘안전’
인증, 시험, 검사에 관한 인력·예산 등 구체적 로드맵 부재

일원화된 검사시스템 및 자동화 예측정비시스템 구축 시급

김의수 한국교통대학교 안전공학과 교수

 

[이투뉴스] 정부의 수소경제 활성화 로드맵에 의하면 수소전기차, 연료전지 분야 정부투자를 통해 2022년까지 우리나라에 전기차 43만대, 수소전기차 8.1만대(내수 6.7만대, 수출 1.4만대)가 보급된다. 이어 2040년에는 내수 290만대, 수출 330만대 등 620만대로 확대돼 ‘수소전기차, 연료전지의 세계점유율 1위’를 달성한다는 목표다. 이미 지난해 추경예산을 포함해 6,395대를 보급하고, 수소충전소의 경우 2018년 14개에서 2022년 310개에 이어 2040년까지 1200개로 확충한다는 계획이다.

수소경제 활성화 로드맵과 미래 자동차산업 발전전략 등 다양한 정부정책과 함께 세계적으로도 환경오염 문제를 해결하기 위해 수소전기차에 대한 막대한 투자가 이뤄지고 있다. 국내의 경우 수소전기차의 원활한 보급을 위해 수소충전소 인프라에 대한 구축 지원금, 예비 타당성 면제 등 다양한 지원책을 펴고 있어 향후 수소충전소의 안전성만 담보된다면 수소인프라 수요는 크게 늘어날 것으로 예측된다.

지난해 1월 정부가 세계 최고수준의 수소경제 선도국가로 도약을 위해 수소경제 활성화 로드맵을 발표한 이래, 수소 제조 및 충전 관련시설에 관한 안전관리 법‧제도 마련이 시급한 정책과제로 대두됐다. 반면 강릉과학단지 수소탱크 폭발사고, 청주 도원 수소충전소 누출사고, 노르웨이 수소충전소 화재사고 등으로 수소 에너지와 설비 안전성에 대한 국민 우려는 커지고 있는 실정이다.

 

강릉과학단지 수소탱크 폭발사고의 경우 실제 사용시설이 아닌 R&D 수행 중 수소저장탱크 내 압력 편차 등으로 산소가 유입되면서 폭발이 발생했다. 노르웨이 수소충전소 화재사고의 경우는 저장용기의 플러그 조립 불량에 따른 수소 누출 화재사고로 추정되고 있다. 그나마 사고가 발생한 시설이 아직 국내에 도입된 바 없는 방식이란 점이 다행스럽다. 하지만 지난 8월초 청주 도원 수소충전소에서 누출검지기가 작동할 정도로 상당량의 수소가스가 저장용기의 플러그 조립부에서 누출되면서 설비 안전에 있어서는 누구도 안심할 수 없는 상황이다.

고압가스관련 설비 사고통계를 살펴보면 2009~2019년 고압가스 사고는 153건으로, 이중 수소 사고는 17건으로 11.1%를 차지하고 있다. 수소 사고를 형태별로 분석해보면 화재사고 10건, 누출사건 4건, 폭발사고 3건으로 수소가 누출될 경우 화재나 폭발의 위험성이 높은 것으로 나타났다. 주요 누출 원인으로는 플랜지 등 접합부에서 사고 5건, 연결부 3건, 피로(부식)·배관 손상 및 안전장치 6건으로 주로 접합부와 연결부에서 많이 발생하는 것을 알 수 있다.

 

수소설비의 안전에 대한 문제의 심각성을 인식하여 한국가스안전공사가 2019년 7월과 11월, 2020년 2월 수소 충전소를 대상으로 정밀안전진단을 실시한 결과 연평균 고장 건수 1.8건, 운영중단 시간은 127.5시간으로 나타났다. 고장원인과 관련해 부품은 압축기, 충전기, 냉동기였으며, 안전장치 작동 불량과 가스누출이 주원인인 것으로 확인됐다.

수소충전소의 경우 900bar이상의 저장탱크 및 용기, 압축기 등이 사용되고 있으므로 최적의 안전관리를 위해서는 고장 전 구성요소별 적절한 시기에 부품을 교체해 운영중단 시간을 최소화하는 것이 핵심이다. 그러나 현재의 시스템으로는 어려움이 존재하므로 실시간 상태 진단과 진단 알고리즘을 이용해 사전 고장 및 부품의 잔존유효수명을 예측하는 고장예측 및 건전성 관리기술의 도입이 시급하다.

 

향후 수소충전소 예측정비 시스템 구축을 통한 최적의 안전관리 및 보전시스템을 유지함으로써 충전소 운영에 극대화를 도모할 필요가 있다는 지적이 나오는 배경이다.

수소전기차는 기존 친환경 차량인 CNG 차량을 대체하는 개념이 아닌 휘발유 및 경유 등 화석연료를 사용하는 승용 차량을 대체하는 개념이다. 그 수요는 환경개선 및 국민의 삶의 질 향상 측면에서 매우 폭증할 것으로 예상되며, 그에 따라 차세대 보급 모델 개발과 안전성 향상에 관해서도 연구가 활발하다.

수소전기차는 일반 전기차와는 달리 수소와 산소가 반응해 전기를 만들어낸다는 점에서 수소를 저장하고 있는 내압용기가 다수 장착되어 있다. 이러한 내압용기는 수소전기차에 있어 핵심 부품으로 고압 충전에 따른 설계 인증 및 검사가 안전성 확보에 매우 중요한 부분을 차지한다.

◆수소 인프라·자동차 보급 따른 인력, 예산, 조직 역부족

수소충전소의 경우는 현재 여러 이슈가 제기되면서 사용되는 탱크를 포함한 부품에 대해 수소법 제정으로 안전관리 측면에서 많은 부분이 개선되고 재정비되고 있다는 평가다. 그러나 국민생활 안전과 더욱 밀접한 관계를 가지고 있는 수소전기차에 장착되어 있는 내압용기의 경우는 이에 비해 설계 인증 및 검사 등 사용 안전성 측면에서 취약한 게 현실이다. 2005년 이후 10차례 차량 내압용기 파열 사고가 발생한 사례를 감안할 때 CNG 보다 3배 정도 높은 압력으로 충전되는 수소 고압용기의 안전성 확보는 수소경제를 활성화하는데 있어 가장 핵심적 부분이라 해도 과언이 아니다.

 

2010년 행당동 CNG버스 폭발사고 이후 수소 생산에서부터 충전소까지는 고압가스안전법에 의거 한국가스안전공사가 담당하고 있으며, 수소전기차에 탑재되는 내압용기는 자동차관리법에 의거 한국교통안전공단이 담당하는 체계로 이원화되어 있다.

수소전기차의 경우는 CNG 차량을 대체하는 개념이 아닌 화석연료를 사용하는 승용 차량을 대체하는 개념이므로 CNG차량과 더불어 친환경 차량 내압용기의 검사 수요가 급증할 것으로 예상된다. 지난해 9월 말 기준으로 이미 수소전기차의 장착검사 대수가 작년대비 267% 증가하였고 향후 수소전기차 정기검사도 로드맵에 따라 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다.

하지만 CNG와 수소차량 내압용기에 대한 검사수요를 수용할 곳은 현재 전국에 복합내압용기 검사장 6곳뿐이며, 수소전기차 전용 검사장은 전무하다. 지난해 운행되는 CNG차량이 38,000대 정도임을 감안할 때 현재 차량 내압용기 검사장은 포화상태이며. 수소전기차의 검사 수요는 감당하지 못하는 상황이어서 친환경차량용 내압용기 안전관리가 심각한 실정이다.

이렇듯 수소경제의 화려한 모습 뒤에 국민생활과 가장 밀접한 관련이 있는 수소충전소와 수소전기차의 안전성에 있어서는 이미 빨간불이 켜진 상태이다. 수소생산기지, 수소충전소 및 수소차량 검사소는 이미 국민들에게 위험․기피시설로 인식되어 건립이 보류·지연되고 있다. 더욱이 최근 수소 시설 관련 사고가 이슈화되면서 그 우려가 현실화되고 있다.

 

물론 정부는 안전성 담보를 위해서 수소 생산에서부터 충전소까지의 설비는 수소법에 따라 한국가스안전공사를 수소안전전담기관으로 지정한데 이어 수전해설비, 추출 설비 등에 대한 안전기준과 제품검사, 정밀진단 등 관리체계를 마련하고 있다. 또 과학적이고 효율적인 안전관리를 위해 수소 생산․저장․운송․활용 등에 필요한 안전관리 핵심기술 개발에도 적극적이며, 수소안전기술원 설립도 계획하고 있다.

수소전기차의 안전성 확보 및 관리체계 고도화 측면에서 충전소 설비와 같이 외관 위주의 정기검사를 첨단장비를 활용하는 정밀진단으로 대체하고, 사업자와 한국교통안전공사가 함께 점검하는 이중모니터링 시스템 구축에 나서고 있다.

하지만 현재의 인력과 예산, 조직은 이를 뒷받침하기에는 역부족인 게 현실이다. 수소충전소 및 수소전기차 관련 인증, 시험, 검사에 관한 충원 인력과 예산, 교육에 관한 구체적 로드맵도 부재하다.

이에 따라 구체적이고 체계적인 방안을 조속히 수립해야할 것으로 사료된다. 첫째, 수소충전소 및 수소전기차 검사는 외관검사, 비파괴검사, 영상 검사 등 매우 전문화되고 체계화된 검사 기술이 필요하다. 따라서 안전성 확보를 위해서는 인력 및 예산 측면에서 수소 로드맵에 따른 수소충전소 및 수소전기차의 전국적인 안전관리 및 검사시스템과 자동화된 예측정비 시스템 구축이 시급히 요구된다.

 

둘째, 수소전기차 보급 예상대수, 수소충전소 구축 계획, 정부 보조금 보급정책 등을 근거로 한 구체적인 예산, 인력 등에 관한 로드맵 구축이 필요하다. 이를 위해서는 수소전기차 및 수소충전소 검사 수요를 정확히 예측할 필요가 있다.

셋째, 향후 정부 예산에 반영하기 위해서는 추후 지자체 의견 수렴, 시·군·구 단위의 수소자동차 보급계획, 수소충전소 실제 설치 계획, 구매자 선호도 등 현장 실태조사에 따른 별도의 수소전기차 내압용기 검사장 건립 예산에 관한 타당성 연구가 진행돼야 할 것이라는 판단이다.

넷째, 수소충전소 및 차량 관련 부품 및 용기의 인증, 시험, 검사를 체계적으로 수행할 인력을 배출하기 위한 제도화된 신규 공인자격 도입이 필요하다. 수소충전소 및 차량 부품의 인증, 시험, 검사자를 대상으로 신입직원 직무교육과 현 직원의 직무역량 향상을 위해 전문교육 프로그램 개발과 전용 교육장 구축이 병행되어야 할 것으로 판단된다.