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친환경 자동차라고 하면 수소차, 전기차, 하이브리드차를 떠올리기 마련이죠. 하지만 수소차도 전기차의 일종이라는 사실, 알고 계셨나요? 수소차의 정식 명칭은 바로 수소연료전지차. 수소를 연료로 전기를 만들고, 그 전기를 통해 자동차가 굴러가는 원리라고 합니다. 연료전지에서 수소와 산소가 만나 화학 반응을 일으키며 전기를 발생시키고, 그 전기에너지를 운동에너지로 전환하여 자동차가 움직이는 힘으로 사용됩니다. 전기자동차와 조금 다른 점은 이 ‘수소’를 보관할 수소탱크와 연료전지를 탑재하는 것인데, 그 중에서도 고압으로 압축된 수소를 안전하게 보관할 용기를 탑재하는 것이 수소차의 핵심이라 할 수 있습니다. 그럼 수소차를 안전하게 달리게 하는 핵심 포인트, 고압용기는 어떤 것이 있을까요?

수소 저장 고압 용기, 수소차의 핵심!

수소와 같은 가스를 저장할 수 있는 고압 용기는 어떤 종류가 있을까요? 수소차의 핵심 포인트라 할 수 있는 고압 용기는 크게 4가지 종류가 있습니다.

 Type1) 사용압력 175-200 bar, LPG용기(자동차, 가정용) 혹은 CNG 용기에 사용

 Type2) 사용압력 250-300 bar, CNG 용기에 사용

 Type3) 사용압력 300-450 bar, CNG 용기 및 산소호흡용기에 사용

 Type4) 사용압력 700-800 bar, 수소 고압 용기에 사용

고압 용기는 각 특성에 따라 사용하는 종류가 달라지는데, 현재까지 개발된 고압 용기 중, Type4 고압 용기만이 유일하게 700bar 이상의 수소저장용기로 사용될 수 있습니다. 수소차에는 연비를 높이기 위해 가장 가볍지만 내구성이 우수하여, 더 높은 압력을 견딜 수 있는 Type4가 주로 사용되고 있습니다. 비교적 단가가 저렴하지만 무겁고 부식에 취약한 Type1과 Type2의 용기는 자동차에 사용하기 적합하지 않고, Type1과 Type2에 비해 가벼운 Type3 용기는 수소 자동차가 요구하는 수준의 압력을 견디지 못하기 때문입니다. Type4 고압 용기가 더 높은 압력을 견딜 수 있지만 훨씬 가벼운 이유는 바로 라이너 소재의 차이 때문인데요, 철이나 알루미늄과 같은 금속 소재의 라이너가 사용되는 다른 타입의 고압 용기와 달리 Type4 고압 용기의 경우, 나일론 소재의 라이너를 사용하고 있습니다. 이렇게 특별한 나일론 라이너, 효성티앤씨가 만들고 있습니다.

‘나일론’ 라이너, 그 특별함을 만들어낸 효성티앤씨

그러면 대체 라이너는 무엇일까요? 보통 수소를 저장하는 고압 용기는 고압의 수소를 안정적으로 보관할 수 있는 고내압성, 수소 누출을 막기 위한 가스차단성이 높아야 하고, 여기에 수소의 잦은 충전과 방전에 따른 급격한 온도차도 견딜 수 있어야 하고, 자동차에 사용되는 부품 중 하나이기 때문에 연비 향상을 위한 경량성까지 충족해야 하니 정말 까다롭죠? 이 까다로운 조건 중 고압 용기의 핵심이라고 할 수 있는 ‘고내압성’을 결정짓는 요소가 바로 라이너 입니다. 라이너는 연료 탱크의 내부 용기로 수소를 저장하고 누출을 방지하는데 꼭 필요한 핵심 부품인데, 타입 1-3과 같은 기존 고압 용기에는 주로 금속 소재의 라이너가 사용되었습니다. 기존 고압용기에 사용된 금속 소재의 라이너는 무겁고, 장기간 수소에 노출 시에는 아주 미세한 자극에도 깨지기 쉬운 상태로 변하게 되어 라이너에 균열이 생기는 등 손상될 위험도가 높아집니다. Type4에 사용 가능한 라이너의 소재로는 HDPE(고밀도 폴리에틸렌)도 있는데, HDPE 소재의 라이너는 400bar 수준의 고압 용기로는 사용되고 있지만, 수소 전기차가 요구하는 700bar의 압력을 견디지 못하거나 수소 가스차단성이 낮아 사용하기 어렵습니다. 반면에 효성티앤씨가 국내 최초로 적용한 나일론 소재의 수소 연료탱크용 라이너는 수소 흡수력과 통기력이 낮아 취성의 위험이 없다고 하니, 더욱 오래 안전하게 사용이 가능합니다.

효성티앤씨가 개발한 나일론 라이너 소재는 기존 금속 소재 대비 70%, HDPE 소재 대비 50%나 가볍고, 수소 가스의 누출을 막는 가스차단성도 기존 금속 소재 대비 30% 이상, HDPE 소재 대비 50% 이상 높다고 하니, 수소 자동차가 요구하는 능력을 모두 가지고 있죠? 게다가 -40°C에서 85°C까지 견딜 수 있는 소재라 온도차에 따른 내충격성도 뛰어나니 라이너가 될 수 있는 까다로운 조건을 모두 통과했습니다.  

사실, 나일론 소재의 라이너만으로도 뛰어난 성능의 핵심 부품으로 인정받을 수 있지만 효성이 공급하는 고압 용기의 핵심 소재는 효성티앤씨의 나일론 라이너 하나만이 아니라고 합니다. 바로, 나일론 라이너 위, 효성첨단소재가 공급하는 탄소섬유 복합재인데요, 탄소섬유 복합재가 더해져 더욱 안전한 수소 고압 용기로 만들어진다고 하니 놀라움의 연속이네요!

수소자동차! 수소 모빌리티! 친환경 전환을 가속화하는 효성의 기술력

나일론 소재 라이너 시장은 그동안 해외업체들이 독점해 오고 있었는데, 효성이 국내 최초로 나일론 소재의 라이너를 개발하면서 해외 시장에 진출할 기반을 마련했다는 큰 의미를 가지고 있습니다. 수소 시장 전문조사기관인 H2리서치에 따르면 글로벌 수소차 시장이 본격 성장해서 2030년에는 연간 수소차 생산대수가 1만대에 불과했던 2020년에서 105만대로 확대될 것으로 예상된다고 합니다. 그럼 수소차에 들어가는 나일론 소재 라이너 시장의 수입 대체 효과도 함께 상승하겠죠? 또 수소전기차를 비롯한 다양한 수소 모빌리티 시장이 함께 확대된다면, 나일론 소재 라이너의 가능성 또한 함께 성장하는 길이 될 것 같습니다. 효성의 뛰어난 기술력이 있어서 친환경 에너지 사회, 친환경 수소 사회로의 전환을 안정적이고 빠르게 당겨올 수 있을 것으로 기대됩니다.

효성은 국내 1위의 수소충전소 공급력을 가지고 있으며, 액화수소 플랜트 건립과 액화수소 충전소를 구축하고, 수소자동차용 연료탱크에 필수 소재인 탄소섬유를 생산하는 등 수소 밸류체인을 구축해 오고 있습니다. 여기에 더해 수소자동차에 꼭 필요한 나일론 소재의 라이너 개발까지 성공하면서 수소의 생산, 유통에 더불어 저장과 활용 분야까지 아우르는 수소 전문기업으로 탈바꿈하고 있다고 해도 과언이 아니죠. 환경에 진심인 친환경 효성의 수소 사업에서의 역할은 정말 기대되는 부분입니다. 더불어 수소 자동차에 꼭 필요한 나일론 소재의 라이너는 효성이 가지고 있는 리젠 리사이클 나일론의 기술과 만나 언젠가는 친환경 리젠 인더스트리 나일론 라이너가 될 가능성까지 있다고 생각하니, 더욱 기대됩니다. 오늘보다 내일, 내일보다 그 다음날 더욱 성장하는 효성의 친환경 발자국이 어디로 나아가게 될지 기대감을 감출 수 없습니다. 효성도 그 기대감에 부응하기 위해 매일 한 걸음씩 꾸준히 노력하고 있습니다. 효성의 뛰어난 기술력을 기반으로 우리 환경을 생각하고, 다음 세대도 누릴 수 있도록 오늘도 효성은 지속 가능한 기술과 모든 세대를 위한 발전을 연구하고 있습니다. 더 나은 솔루션 기술과 더 향상된 삶을 구현하기 위한 기술을 만들어 나가기 위해 새로운 에너지 솔루션의 효성은 오늘도 노력하고 있습니다.