수소차의 특성에 따라 추가되는 위험성이 존재합니다. 모든 차량과 마찬가지로 수소차의 경우에도 차량의 상용화되기 위해서는 충격, 후방충돌, 화염 등의 안전테스트를 거치게 된다. 기존에 규격 항목별로 진행하던 인증시험을 하나로 통합하여 모든 시험을 연속으로 수행하여 통과해야 하는 매우 가혹한 요구조건을 제시하고 있다고 볼 수 있다.
[참고] UN에서 제정한 GTR법규상 안전테스트
① 파열시험 ② 상온압력반복시험 ③ 화염시험(국부화염시험→전체화염시험) ④ 수압연속시험(낙하시험→결함→환경→가속응력파열시험→극한온도압력반복시험→파열시험) ⑤ 수소가스연속시험(저온가스반복시험→고압가스반복시험→상온가스반복시험→고온투과성시 험→고온가스반복시험→저온가스반복시험→상온가스반복시험→고온투과성시험→파열시험)
이렇게 철저한 안전테스트를 거쳐 상용화되기 때문에 수소차량의 기본적인 안전성은 보장되어 있다. 하지만 아무리 엄격한 안전테스트를 거쳤다고 하더라도 다양한 사고 상황에서 예기치 못한 위험상황이 발생할 수 있어 항상 발생할 수 있는 위험성에 대응할 수 있도록 준비해야 합니다.
1. 수소의 일반적 위험성
수소는 지구상에 가장 흔한 원소이며 가장 가벼운 가연성가스다. 액화천연가스(LNG)의 주원료인 메탄, 액화석유가스(LPG)의 주원료인 프로판과 비교해보면 최소착화에너지가 낮아 적은 에너지로도 착화가 될 수 있어 착화위험성이 높고 폭발범위(폭발상한계와 폭발하한계의 차)가 넓어 폭발위험성과 폭굉위험성이 높다고 할 수 있다.
또한 화염확산속도도 빠르고 발열량도 매우 높으며 다양한 연쇄반응경로를 가지고 있어서 화학반응속도도 매우 빠르다는 위험성이 있다.
2. 화재상황 비교(가솔린차 vs 수소차)
가솔린차량과 수소차량의 차량내부에서 발화된 화염이 자유연소를 한 뒤 점차 확대되어 전소할 때까지의 화재상황을 비교한 실험결과 최대 화염 폭과 높이가 수소차량이 높고 지속시간은 가솔린차량이 더 오래 지속된 것으로 나타났다. 가솔린차량은 실험을 시작한 지 약 40분경에 연료탱크가 폭발하며 주위온도가 급격히 상승하였고 수소차량은 21분 30초에 PRD(Pressure Release Devices) 밸브 작동으로 인하여 가스가 방출되어 화염이 분출되었습니다.
이처럼 수소차량은 화염의 지속시간은 짧지만 화염의 범위가 넓고 특히 PRD 밸브의 작동 시 폭발 등의 위험성이 높다고 볼 수 있습니다. 수소화염은 일반적인 화염과는 다르게 발광특성이 약해 무색을 띈다. 수소화염을 위한 측정 장비가 없을 경우 육안으로 구분하기 힘들어 사고의 위험성을 가중시킬 수 있다.
3. 수소연료전지
수소차는 연료전지스택을 통해 고전원을 생산하여 사용하게 된다. 수소차의 연료전지에서는 분자결합과정에서 발열반응이 일어나 전기와 함께 열이 발생하게 되는데 내연기관차의 경우 연료가 연소한 후 발생한 열의 대부분이 배기가스와 함께 외부로 방출되지만 연료전지에서 발생한 열은 배출구가 따로 없다.
그래서 연료전지스택 내부로 냉각제를 강제 순환시켜 열을 흡수하고 라디에이터를 통해 방출하는 방식을 사용하고 있다. 외부 배출구가 없이 냉각제 하나에만 발열문제를 의존하기 때문에 냉각제나 라디에이터에 문제가 발생하였을 경우 연료전지스택의 온도가 급상승하여 결국 화재위험성이 생기게 된다.
4. 수소방출장치(TPRD, Temperature Pressure Release Devices)
수소저장탱크에 대한 안전장치로 탱크의 온도(약 110℃)를 감지하여 화재 시에 수소를 주변 대기로 방출하는 수소방출장치(TPRD)를 탑재하고 있다. 이 장치의 기능으로 높은 온도로 인하여 수소저장탱크가 폭발하는 것을 막고 빠른 시간에 수소가 모두 방출시키는 효과를 볼 수 있지만 앞서 보았듯이 빠른 시간에 초고압으로 저장되어 있던 수소를 모두 방출시키기 때문에 이미 화재가 발생하여 연소하고 있는 상황에서는 위험성을 증폭시키게 된다.
수소가 방출되는 상황에서 화염의 범위가 가장 넓어지기 때문에 차량 근처에서 작업을 준비하거나 진행하고 있는 경우 위험에 노출되기 쉽다. 그렇기 때문에 수소가 방출되는 위치 및 방향을 피해야 한다.
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