[월간수소경제 이종수 기자] LNG 및 수소전기차량 연료저장탱크의 문제점을 개선할 수 있는 극저온 유체를 이용한 차량용 연료저장탱크(LNG탱크 및 압축수소탱크)가 현실화 될 지 주목된다.     

이 탱크는 LNG 및 수소 연료를 낮은 온도와 압력으로 저장할 수 있어 연료저장탱크의 두께를 줄여 차량 경량화로 인한 연비 향상에 도움을 줄 것으로 기대된다.     

정보통신 장비 및 에너지절약 제품 생산 기업 한국이미지시스템의 이종보 사장, 서성집 부사장, 이동현 과장은 극저온 유체(액체질소)를 이용한 LNG 및 수소전기 차량용 연료저장탱크를 공동으로 개발하고, 지난 1월 14일 특허등록을 완료했다.     

2일 한국이미지시스템에 따르면 최근 천연가스나 수소연료전지를 이용하는 차량의 수요가 증가함에 따라 천연가스 차량의 연료인 ‘천연가스’와 수소전기차의 연료인 ‘수소가스’를 저장하기 위한 연료탱크에 관한 기술이 활발하게 개발되고 있다.

일반적으로 천연가스와 수소가스는 상온에서 기체 상태로 존재하므로, 차량에서 이를 이용하기 위해서는 높은 압력으로 압축하거나 액화시켜 연료탱크에 저장해야 한다. 천연가스의 경우 200~300bar의 높은 압력으로 연료탱크에 충전되고, 수소가스는 더 높은 350~700bar의 압력으로 연료탱크에 충전되므로 에너지 소모가 높은 문제점이 있다.

액체수소는 액화온도가 -253℃로 낮아 액화시키는 데 사용되는 에너지가 수소 에너지의 30% 이상 소비되는 문제가 있다.

또한 연료를 높은 압력으로 저장하기 위해서는 연료탱크의 두께가 두꺼워지게 된다. 이로 인해 전체적인 무게가 증가하고 높은 압력으로 인한 안전성도 저하된다.

서성집 한국이미지시스템 부사장은 “이 같은 문제를 해결하기 위해 연료를 극저온으로 냉각하면 연료의 부피를 크게 줄일 수 있어 연료를 낮은 압력과 높은 저장밀도로 저장할 수 있으나 외부에서 침입하는 열에너지에 의해 연료에서 증발가스(Boil Off Gas)가 형성돼 연료탱크 내부의 압력이 점점 증가하는 문제가 발생한다”라며 “증발가스를 수시로 배출해 연료탱크 내부의 압력과 온도를 낮추는 방법이 널리 사용되지만 이 같은 방법을 이용하면 연료를 불필요하게 소모하게 되므로 바람직하지 않다”고 설명했다.

서 부사장은 이어 “천연가스 차량 및 수소전기차의 연료탱크는 차량에 탑재돼 연료를 저장하고 장기간 연료를 공급해야 하는 특성을 갖고 있다”라며 “이로 인해 보다 많은 연료를 저장할 수 있으면서도 차량에 쉽게 탑재되고, 차량의 연비 효율을 높이기 위한 경량화 및 소형화는 물론 안전성을 갖추어야 한다는 요구가 있지만 현재까지는 연료탱크의 재질을 변경하는 수준에 그치고 있다”고 밝혔다.

이에 따르면 70MPa의 압축 수소가스를 연료탱크로 주입 시 30%의 에너지 손실을 초래하면서도 38kg/m³ 만큼 주입이 가능하다. 그러나 액체질소를 이용해 탱크 내의 온도를 -196℃까지 내리면 탱크 내 압력 30MPa에서 62kg/m³의 기체수소 주입이 가능해 70MPa에 비해 42.8%의 낮은 압력으로 충전 시 발생하는 에너지 손실을 줄이고, 62kg/m³의 기체수소 주입으로 63%만큼 에너지 저장밀도가 높아진다.

또 대기압 상태에서 액화천연가스는 -162℃, 액체질소는 -196℃의 온도에서 각각 기화된다. 따라서 액체 상태로 극저온 유체 저장용기에 저장되는 액체질소는 액화천연가스의 열에너지를 흡수하고 액화천연가스의 온도 상승 및 기화를 저지한다.

서성집 부사장은 “극저온 유체를 이용한 연료탱크는 그 내부에 설치되는 극저온 유체 저장용기에 극저온 유체(액체질소)를 저장해 연료를 낮은 온도와 높은 밀도로 저장할 수 있고, 연료에 열 침입이 발생하는 경우에도 극저온 유체를 기화시켜 배출함으로써 연료의 온도 상승을 효과적으로 억제해 연료를 장기간 보관할 수 있다”라며 “특히 상대적으로 저렴한 극저온 유체를 기화시켜 연료를 극저온 상태로 유지하므로 연료를 낭비하지 않고도 안전하게 저장할 수 있다”고 밝혔다.

서 부사장은 “연료를 낮은 온도와 압력으로 저장할 수 있어 용기의 두께를 줄여 전체적인 무게가 줄고, 연료의 밀도가 높아져 용기의 크기도 줄일 수 있어 일석이조의 효과가 있다”고 덧붙였다.