수소 충전 시 온도 상승 차단… 기계연, 고압 충전 효율 높이는 신기술 개발

한국기계연구원이 고압 수소 충전 시 발생하는 탱크 내부 온도 상승을 원천적으로 억제하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 해당 기술은 냉각 시스템 없이도 안정적인 수소 충전을 가능하게 하며, 충전 시간 단축과 인프라 구축 비용 절감 효과를 동시에 기대할 수 있다.

기계연 부산기계기술연구센터 원전기기검증연구실 김대환 책임연구원 연구팀은 비압축성 유체를 활용해 수소 충전 중 발생하는 단열 압축 현상을 억제하는 방식으로, 탱크 내부 온도 상승을 5℃ 이내로 제한하는 데 성공했다고 밝혔다. 이를 통해 기존 -40℃로 냉각된 수소를 주입하던 방식의 한계를 뛰어넘어, 냉각 없이도 고속 충전이 가능해졌다.

이번 기술은 수소 충전에 앞서 탱크 내부에 비압축성 유체인 물을 주입한 후, 수소 주입과 동시에 유체를 회수함으로써 단열 압축에 따른 온도 상승과 압력 상승을 효과적으로 막는 원리다. 기계연은 350bar 수준의 수소 충전 환경을 모사한 시험을 통해 실증을 마쳤으며, 해당 기술이 실제 충전 시 충전 효율을 크게 높인다고 설명했다.


기존 방식은 냉각 장비의 설치와 유지 비용이 높고 충전 속도가 느려 상용화에 어려움이 있었다. 반면, 이번 기술은 냉각장치 없이도 충전 안정성을 확보할 수 있어 충전소 설비 구축과 운용에 드는 부담을 줄일 수 있다. 동시에 탱크 내부 부품의 열화도 억제돼 장기적인 내구성과 유지관리 효율성 역시 개선된다.

김대환 책임연구원은 “이번 기술은 기존 수소 충전 방식의 구조적 한계를 극복한 전환점이며, 수소차뿐 아니라 선박, 열차, 군용 차량 등 대용량 수소 모빌리티에도 적용 가능성을 검토하고 있다”며 “수소경제 활성화와 글로벌 경쟁력 확보에 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구는 기계연의 기본사업 중 ‘수소 충전 시 충전탱크 온도 상승 방지 기술 개발’ 과제를 통해 수행됐다.