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수소전기차

현대자동차그룹은 2013년 세계 최초로 수소전기차 양산에 성공한 이후 수소전기차의 대중화에 전력 투구하고 있습니다.
작은 물방울로 시작된 수소전기차 프로젝트가 이제 새로운 시대의 거대한 물결이 되어 세상을 놀라게 하고 있습니다.

수소전기차의 탁월한 안전성

현대자동차그룹 넥쏘는 2018년 유로 NCAP ‘가장 안전한 SUV’로 선정 되었으며,
미국의 비영리 자동차 안전연구기관인 고속도로안전보험협회(IIHS)가 실시한 측면 대차 충돌 테스트에서
모두 ‘GOOD’ 등급으로 일반 내연기관 차량 이상으로 안전함이 입증 되었습니다.
보다 안전한 드라이빙을 선사하기 위한 현대자동차그룹의 연구개발은 계속됩니다.
가혹한 조건에서 전면, 측면, 후면 테스트를 진행하는 넥쏘 충돌 테스트 영상을 공개했다.
넥쏘는 비영리 자동차 안전연구기관인 고속도로안전보험협회(IIHS) 기준으로 실시한 측면 대차 충돌 테스트에서
승객 상해, 머리보호, 차량 변형 모두 GOOD 등급을 받은바 있다.

수소차의 안전성 인증

수소차는 국제적으로 안전성 인증을 받고 있습니다. 수소차는 국내외 인증기관으로부터 안정성 평가(14개 항목) 및 수소탱크 인증시험(15개 항목)을 통해 안정성이 입증된 후에 출시됩니다. 수소차는 충돌, 화재, 충격시에도 안전하게 설계 되었으며, 긴급한 상황에서는 스택에 수소 공급을 차단하고, 화재나 위험인지 시 탱크에 있는 수소를 대기로 방출하는 안전장치를 갖추고 있습니다.
특히, 현대자동차그룹 넥쏘는 2018년 유로 NCAP ‘가장 안전한 SUV’로 선정 되었으며, 미국의 비영리 자동차 안전연구기관인 고속도로안전보험협회(IIHS)가 실시한 측면 대차 충돌 테스트에서 모두 ‘GOOD’ 등급으로 일반 내연기관 차량 이상으로 안전함이 입증 되었습니다.

수소차 이미지
수소차의 안전성 인증 표 - KNCAP, US NCAP, IIHS, Euro NCAP
KNCAP US NCAP IIHS Euro NCAP
종합 1등급 ★★★★★ TSP+ ★★★★★

※ 인증기관 : 국토교통안전공단, 영국 교통부 차량인증국(VCA), 독일 기술검사 협회(TUV) 등
* 차량 안전성 평가 (14개 항목) : ▲전방충돌 ▲후방충돌 ▲측방충돌 ▲좌석 안전 ▲승객 및 보행자 안전 ▲화재 ▲고온 ▲저온 ▲고지 등 차량 단위 시험 통해 안전성 인증
* 수소탱크 인증 시험 (15개 항목) : ▲파열시험 ▲낙하 충격시험 ▲화염시험 ▲내화학시험 ▲인공결함시험 ▲극한온도시험 ▲총탄시험 ▲수소가스충전반복시험
▲가속응력시험 등 포함 다양한 인증시험 실시하여 안전성 인증

수소차의 폭발 대비 안전성

수소차의 연료로 사용되는 수소가스는 수소폭탄에 사용되는 중수소·삼중수소와는 반응 원리나 개념이 전혀 다릅니다. 수소차의 연료로 사용되는 수소는 우리가 흔히 말하는 ‘수소(1H)’ 로, 산소와 수소의 단순 화학 반응으로 작동하게 됩니다.
반면 수소폭탄에 사용되는 중수소(2H)·삼중수소(3H)는 자연상태에서 극소량(0.015% 이하) 존재하며 원자폭탄이 터져서 1억 ℃ 이상의 온도조건에서 핵융합 반응을 일으켜야 폭발할 수 있습니다.

※ 극소량: 자연에 존재하는 수소 중 보통의 수소(1H)가 99.983% 를 차지하고 중·삼중수소(2H·3H)는 0.015%를 차지

수소차의 연료로 사용되는 수소와, 수소폭탄에 사용(1억 도의 온도 하에서 가능) 되는 중수소, 삼중수소의 양성자, 중성자, 전자 관계 설명 이미지

매일 609km 주행 시에도 123년 동안 사용 가능한 수소연료탱크 내구성

법규상 수소연료탱크의 최대 사용 한도는 15년(유럽 20년), 충전 횟수 4,000회(유럽 5,000회)입니다. 하지만 현대자동차그룹이 사용하는 수소연료탱크는 법적 요구사항을 훨씬 뛰어넘는 안전성과 내구성을 갖추고 있습니다.
실제 현대차 연구소는 수소연료탱크를 충전하는 시험 과정을 45,000회 가량 거쳤습니다. 낙하 시험이나 혹한·혹서 모사 시험 등 가혹한 환경에서의 테스트 뒤에도 15,000회 가량 충전을 진행, 운송 중 낙하에 의한 충격 손상 시험, 예리한 칼날 손상에 따른 복합재 인공 결함 탱크의 내구 시험을 12,000회씩 진행하여 수소연료탱크의 내구성을 충분히 검증했습니다.
45,000회 충전 내구성은 700bar로 1일 1회 충전한다고 가정할 경우 하루 최대 주행거리 609km로 최대 123년 동안 사용 가능한 수치입니다.

‘2019 어린이 안전짱 체험 박람회’ 에서 공개한 세계 최고 수준의 수소차 안전 기술력 이미지

‘2019 어린이 안전짱 체험 박람회’ 에서 공개한 세계 최고 수준의 수소차 안전 기술력

고압수소시스템 부품, 200여 개에 달하는 안전성 및 내구성 테스트 진행

현재 국토교통부에서 제시하는 ‘자동차용 내압용기 안전에 대한 규정’에 따르면 파열과 화염, 총격 시험 등 총 14개 항목에서 안전성을 검증 받아야 합니다. 이 외에도 전후방 충돌시험, 혹서기 및 혹한기 시험 등 다양한 안전 시험 과정을 거칩니다.
시험 결과를 보면 수소를 700bar 충전한 탱크에 총탄을 쏴도 폭발하거나 하지 않고, 관통된 부위를 통해 내부의 수소만 대기중으로 방출됩니다. 내연기관 자동차와 같은 조건으로 측방, 후방 충돌시험을 진행했을 때도 수소연료탱크 시스템의 안전성이 검증되었습니다.
넥쏘의 수소연료탱크 및 고압 수소부품은 개발 초기보다 시험 항목을 거의 2배로 늘렸습니다. 양산을 위해 안전 수준을 높여 국내외 법규를 모두 충족시켰습니다. 아울러 자체적으로 200여 개 항목의 별도 테스트를 진행하여 요구 기준보다 훨씬 엄격하게 안전과 내구성을 검증하고 있습니다.
현대자동차그룹 넥쏘의 전반적인 성능 및 안전성을 위해 200여 대에 달하는 시험차를 사용해 꼼꼼한 안전 검증 과정을 거쳤습니다.

극한의 테스트로 안전 성능을 검증한 넥쏘의 수소저장탱크 이미지

극한의 테스트로 안전 성능을 검증한 넥쏘의 수소저장탱크

차량 화재 발생시 수소연료탱크의 안전

수소는 공기보다 14배 정도 가벼워 누출 시 공기 중으로 빠르게 날아갑니다. 화재가 발생해도 누출된 수소에 불이 붙는 경우는 사실상 없습니다.
수소연료탱크, 연료 공급 시스템, 연료전지스택에는 실시간으로 수소 누출 여부를 모니터링하는 수소 누출 감지 센서가 장착되어 있습니다. 만약 주행 중 수소 누출 혹은 외부 충돌에 의한 배관 수소누출을 감지할 경우, 운전석 전면 디스플레이를 통해 운전자에게 경고하고, 수소연료탱크 밸브를 차단해 수소 공급을 중지하고 수소 대량 누출에 의한 사고를 사전에 막습니다.
만약 화재로 수소연료탱크 주변 온도가 과도하게 올라가면 안전밸브를 통해 수소연료탱크 내부의 수소 가스를 신속하게 강제 방출하기 때문에 수소가 가득찬 탱크가 폭발하는 일은 없습니다. 심지어 차가 완전히 불타버린다 해도 수소연료탱크 외부 표면에 내화재를 적용했기 때문에 수소연료탱크는 폭발하지 않습니다. 사실상 모든 종류의 자동차 중 화재나 폭발 위험성 측면에서 가장 안전하게 만들어진 셈입니다.

수소차의 화재 안전성 시험 장면 이미지

수소차의 화재 안전성 시험 장면

수소연료탱크의 구조와 재질 강도 수준

수소연료탱크의 내피는 수소의 투과를 최소화하는 얇은 폴리아미드 라이너(나일론 소재)로 구성됩니다. 외피는 700bar의 높은 압력을 유지하는 20~25mm 두께의 탄소섬유 강화 플라스틱(탄소섬유+에폭시 소재)으로 만들어졌습니다.
수소연료탱크의 파열 안전성을 위해서는 '강도'가, 내구성을 위해서는 '강성'이 중요합니다. 강도는 어떤 힘을 받았을 때 부서지는 것에 대한 저항, 강성은 모양이 변형되는 것에 대한 저항을 하는데 탄소섬유 강화 플라스틱은 같은 무게의 강철과 비교했을 때 강도는 6배, 강성은 4배로 가벼우면서 튼튼합니다.

엄청난 강도와 강성을 자랑하는 수소연료탱크 이미지

엄청난 강도와 강성을 자랑하는 수소연료탱크

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