테슬라 모델X와 달라…수소전기차 화재 위험 '제로'

(서울=뉴스1) 조재현 기자 = "전기차, 수소전기차 안전성 어떻게 다를까?"

궁극의 친환경차인 수소전기차의 또 다른 장점은 안전성이다. 수소 폭탄에서 비롯된 '수소' 위험성에 대한 편견으로 오해를 받기도 하지만 안전면에서도 전기차에 비해 나은 성능을 갖췄다.

일단 미국에서 발생한 테슬라 모델X 사고처럼 충격에 따른 2차 화재 위험성은 제로에 가깝다. 모델X의 경우 배터리가 화재 원인으로 추정되는데 수소전기차에 탑재되는 배터리 시스템은 구동 원리부터 다르다.

차량 뒤쪽에 장착되는 수소연료탱크는 2차 사고 발생가능을 아예 원천봉쇄했다. 차세대 전기차인 넥쏘가 대표적인 사례다. 넥쏘에 탑재되는 수소탱크는 고강도 탄소섬유 강화플라스틱으로 제작돼 총알도 견딜 정도의 강성을 자랑한다. 불에 즉각 반응하는 고압가스 배출 시스템도 장착됐다. 덕분에 기존 내연기관보다 오히려 화재 위험에서 안전하다는 분석도 있다.

◇ 수소전기차 "배터리 폭발 위험 없다"

순수전기차는 구동에 필요한 동력 전량을 충전된 전지에서 끌어 사용한다. 작은 크기로도 충분한 에너지 용량을 확보할 수 있는 리튬배터리가 주로 쓰인다. 테슬라의 경우 원통 배터리를 여러 개 이어 붙여 충전 주행거리를 끌어올렸으나 안전에 문제가 발생했다.

리튬배터리는 화학 반응으로 열이 발생하는데 이를 빼곡하게 연결해 화재에 취약했다. 미국에서 발생한 사고 역시 이같은 한계에서 비롯됐다고 추정된다.

박병일 명장은 "리튬배터리를 사용하는 핸드폰이 오래 통화하면 할수록 뜨거워지는 원리와 같다"며 "용량이 크면 클수록 폭발위험은 커진다"고 말했다.

반면 수소전기차에 적용되는 배터리는 보조동력원으로만 사용한다. 에너지원은 수소와 공기 중의 산소가 만나 발생하는 화학반응으로 생산된 전기다. 이 반응을 이끄는 연료전지 스택이 구동 장치의 핵심이다.

생산된 전기는 바로 구동 모터로 전달되고 남는 에너지가 수소차 배터리에 잠시 저장된다. 하이브리드 차량에 적용되는 배터리 개념과 유사하다.

구동원리도 다르지만 용량 자체가 작다. 국내에 들어온 테슬라 모델S의 배터리 용량은 모델에 따라 75kwh~100kwh 정도다. 넥쏘 배터리 용량은 1~2kwh에 불과하다. 고열 발생에 따른 화재 위험이 없다고 봐도 무방하다.

김필수 대림대 자동차학과 교수는 "수소전기차 배터리는 남는 전기를 저장하는 역할"이라며 "안전 문제를 따져본다면 수소연료탱크에 집중하는 게 맞다"고 설명했다.

◇ 냉각시스템으로 열관리, 연료탱크 "총격·고온에도 멀쩡"

넥쏘의 구동부는 연료탱크에서 전지 스택에 수소가 공급되면 산소결합을 유도해 전기를 생산하고 이를 모터에 전달하는 구조로 이뤄졌다. 수소탱크→연료전지 스택→모터가 유기적으로 연결된 것으로 흡입, 압축, 배기 과정의 내연 기관과 닮았다.

두 방식 모두 에너지가 발생하는 과정에서 고열이 발생한다. 내연기관 냉각시스템처럼 이를 잡는 장치가 연료 전지 스택에도 달린다. 수냉식 열관리 시스템으로 이온을 제거한 냉각수로 연료 전지 스택에서 발생하는 열을 관리한다. 기존 내연기관 냉각장치 더 커 효율적인 열관리가 가능하다.

마지막 궁금증은 수소탱크의 안전성이다. 부생수소는 점화 온도가 섭씨 575도로 휘발유(500도)나 경유(345도)보다 높다. 자연 발화할 가능성이 낮다.

차량 화재 등 특수한 상황에서 발생할 수 있는 2차 피해 가능성은 방탄 탄소섬유로 제작된 연료탱크와 안전장치로 원천봉쇄했다.

넥쏘의 수소저장탱크는 고강도 탄소섬유를 포함한 3겹의 층으로 제작됐다. 철보다 강도가 10배 높은 탄소섬유 강화플라스틱으로 제작돼 수심 7000m 고압에서도 견딜 수 있다.

위험 상황이 발생할 조짐이 보이면 스스로 이를 차단한다. 실제 미국에서 진행된 소총 총격실험에서 현대차가 개발한 연료탱크는 안전성을 검증받았다. 섭씨 600∼800도를 오가는 극한의 화재 조건에서도 별도의 폭발사고가 발생하지 않았다.

고압가스 배출기술을 적용한 덕이다. 넥쏘에 장착된 수소탱크는 불길을 감지해 수소를 곧바로 배출시키는 기능이 적용됐다. 안전밸브가 작동하면 2∼3분 안에 수소가 모조리 분출된다. 배출장치 반대편은 내화재가 적용돼 1시간이 넘도록 고온을 견딜 수 있다.

하성용 신한대 자동차공학부 교수는 "연료탱크에서 기름이 새어 나오는 일반 내연기관 차량의 화재·폭발 사고가 발생해왔다"며 "차세대 미래차들은 이에 대비해 냉각장치 장착과 각종 실험을 통해 안전도 평가를 받고 있다"고 말했다.

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