수소는 왜 그대로 보관할 수 없을까? 수소 저장방법 쉽게 알아보기

 

알아두면 쉬운 수소 이야기

수소는 왜 그대로 보관할 수 없을까?

수소자동차와 수소충전소가 늘어날수록 중요해지는 수소 저장방법을 쉽게 살펴봅니다.

수소라고 하면 가장 먼저 수소자동차나 친환경 에너지를 떠올리게 됩니다. 그런데 수소를 자동차 연료로 사용하려면 생산한 수소를 차량에 넣기 전까지 어딘가에 보관해야 합니다.

휘발유는 주유소의 지하탱크에 액체 상태로 저장할 수 있지만 수소는 상황이 다릅니다. 상온에서 수소는 매우 가벼운 기체이기 때문에 넓은 공간을 차지하고, 작은 틈으로도 빠져나가기 쉽습니다.

그래서 수소를 실제 에너지원으로 사용하려면 단순한 저장통이 아니라 압력과 온도, 재료 특성까지 고려한 특별한 저장방법이 필요합니다.

수소는 얼마나 가벼울까?

기체 수소는 같은 부피의 다른 연료에 비해 저장할 수 있는 에너지의 양이 적습니다. 필요한 수소를 상온과 대기압 상태로 그대로 보관하려면 매우 큰 저장공간이 필요합니다.

그렇다면 수소의 부피를 줄이는 방법은?

수소를 강한 압력으로 누르거나, 매우 낮은 온도로 냉각해 액체로 만들 수 있습니다. 또는 특정 금속이나 액체 물질에 수소를 흡수시켜 보관하는 방법도 있습니다.

수소를 저장하는 대표적인 네 가지 방법

1

고압으로 눌러 담는 압축수소

수소를 350bar 또는 700bar와 같은 높은 압력으로 압축해 저장용기에 담습니다. 현재 수소자동차와 충전소에서 가장 흔히 볼 수 있는 방식입니다.

2

차갑게 식혀 보관하는 액화수소

수소를 약 -253℃까지 냉각하면 액체가 됩니다. 액체가 되면 부피가 크게 줄어 대량 운송이나 장기간 저장에 유리합니다.

3

금속에 흡수시키는 금속수소화물

일부 금속과 합금은 수소를 내부에 흡수할 수 있습니다. 필요할 때 온도를 조절하면 저장된 수소를 다시 꺼낼 수 있습니다.

4

액체에 담아 운반하는 LOHC

수소를 액상 유기화합물에 화학적으로 결합해 일반 액체처럼 운송합니다. 목적지에서는 다시 수소를 분리해 사용합니다.

저장방법마다 무엇이 다를까?

방법	적합한 분야	장점	아쉬운 점
압축수소	자동차·충전소	충전이 빠르고 기술이 성숙함	높은 압력을 견디는 용기 필요
액화수소	대량 저장·장거리 운송	저장공간을 줄일 수 있음	냉각과 단열에 에너지 필요
금속수소화물	소형·특수 저장설비	비교적 안정적인 저장 가능	저장재가 무거울 수 있음
LOHC	선박·육상 장거리 운송	기존 액체 운송시설 활용 가능	수소를 분리하는 설비 필요

수소자동차에는 어떤 저장용기가 들어갈까?

수소 승용차에는 보통 700bar 수준의 압축수소가 저장됩니다. 이 정도의 압력은 일상에서 접하기 어려울 만큼 높은 압력이기 때문에 저장용기의 구조가 매우 중요합니다.

자동차용 Type IV 수소탱크의 구성

• 플라스틱 라이너가 수소가 새어나가지 않도록 내부 기밀을 유지합니다.
• 탄소섬유를 여러 겹 감아 높은 내부 압력을 견디게 합니다.
• 에폭시 수지가 탄소섬유를 고정하고 구조를 안정적으로 유지합니다.
• 금속 보스에는 밸브와 수소 배관이 연결됩니다.

자동차용 수소탱크는 실제 차량에 장착되기 전 반복 충전시험과 파열시험, 충격시험, 화염시험 등 다양한 검증을 거칩니다. 탱크가 단순히 한 번 높은 압력을 견디는 것만으로는 충분하지 않기 때문입니다.

수소가 금속을 약하게 만들 수도 있을까?

수소가 일부 금속 내부로 침투하면 금속이 약해지는 수소취성 현상이 발생할 수 있습니다. 그래서 수소와 접촉하는 금속부품에는 수소 환경에 적합한 재료와 설계기준이 적용됩니다.

액화수소가 대량 운송에 유리한 이유

기체 수소를 액체로 바꾸면 같은 양을 훨씬 작은 공간에 저장할 수 있습니다. 그래서 해외에서 생산한 수소를 선박으로 운반하거나 대규모 수소 공급기지를 운영할 때 액화수소가 주목받습니다.

다만 액화수소는 약 -253℃라는 극저온을 유지해야 합니다. 저장탱크의 단열성능이 떨어지면 액체 수소의 일부가 다시 기체로 변합니다. 이렇게 발생한 기체를 증발가스 또는 BOG라고 부릅니다.

앞으로 어떤 방식이 가장 많이 사용될까?

자동차와 충전소

충전이 빠르고 이미 관련 인프라가 구축된 압축수소가 중심이 될 가능성이 높습니다.

대용량 공급기지

많은 양의 수소를 한 번에 저장하고 운반하기 위해 액화수소 활용이 늘어날 수 있습니다.

장거리 국제 운송

액화수소와 함께 기존 운송시설을 활용할 수 있는 LOHC가 대안으로 연구되고 있습니다.

특수 저장 분야

안정적인 저장이 필요한 소형설비에는 금속수소화물과 고체 저장기술이 활용될 수 있습니다.

수소 저장기술에서 중요한 네 가지

좋은 수소 저장기술의 조건

① 수소가 누출되지 않는 안전성

② 작은 공간에 많이 담을 수 있는 저장밀도

③ 멀리 운반할 수 있는 운송 효율

④ 실제 산업에서 사용할 수 있는 경제성

수소 저장기술은 하나의 방식으로 통일되기보다 사용하는 장소와 목적에 따라 여러 방식이 함께 활용될 가능성이 큽니다.

수소자동차에는 압축수소가 적합하고, 대량 저장과 장거리 운송에는 액화수소나 LOHC가 더 유리할 수 있습니다. 금속수소화물 역시 안전성과 특수 목적을 중심으로 활용 가능성이 있습니다.

수소가 일상적인 에너지원으로 자리 잡기 위해서는 친환경적으로 생산하는 기술뿐 아니라 안전하게 저장하고 원하는 곳까지 운반하는 기술이 함께 발전해야 합니다.

다음 글에서는 수소탱크 Type I부터 Type IV까지 어떤 차이가 있는지 쉽게 정리해 보겠습니다.

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