탄소 중립에 따라 수요 급증 예상돼
결함 해결 위해 여러 연구 진행

수소는 모든 부문의 에너지원이 되며 높은 활용도를 가지고 있다. 이에 따라 수소충전소는 수소를 이용하는 모든 분야에 필요시 되고 있으며 수소 모빌리티 증가에 따라 수요 급증이 예상되고 있다. 국내 수소차 충전 시스템 시장 규모는 2020년 3,289억원에서 2025년 27,757억원으로 연평균 53% 성장할 것으로 보이고 있다. 

먼저, 홍성규 리녹스 대표는 “수소충전소 부속기기에 대한 국산화율은 40~50% 수준에 불과하며 해외 제품의 의존도가 높아 국산화 기술개발이 요구된다”고 언급했다.

△일본HRX 및 미국 Nimonic 유사강종 합금 조성 설계 및 제조, 수소취성환경 적합성 평가방법 개발 등 합금 주조 △구출부 형상 설계 및 금형과 같은 고수율 구출부 가공 기술개발, 기존 절삭 대비 부산물 저감량 확인하는 스웨이징 가공 △패스 스케줄 및 금형 등 정형가공 기술개발, 냉간가공 후 개발 소재와 기존 소재 내수소취성민감도 평가하는 냉간 가공 △속도, 공구, 절삭유 등 고신뢰성 공정 설계, 내수소취성 계장용 피팅류를 제작하는 절삭 가공의 기술을 바탕으로 개발하고 있다. 리녹스는 스테인리스강 유사 강종 합금 설계 후 주조 가공 진행, 저온 환경에서도 수소취성 저항성이 뛰어난 소재 제작을 하고 있으며 소재 수율 확보를 위한 냉간인발가공 기술 개발을 해오고 있다. 

이어 이경훈 한국해양대학교 해양경찰학부 교수는 “기존 내연기관 및 차세대 친환경 자동차의 경량화 니즈가 증대하고 있다. 최근 고강도 및 경량화 소재가 개발되고 있으며 고탄소강 선재가 고강도 경량화되고 있다”고 말했다. 

또한 이 교수는 “시멘타이트 두께, 라멜라 간격, 단면감소율, 다이 반각이 작을수록 최종 선재의 층간박리 발생 억제 및 연성 확보에 유리하다”고 전했다. 

홍성박 부곡스텐레스 대표는 “냉간인발가공을 활용한 수소 배관용 매니폴드 조인트 개발”에 대해 설명했다. 매니폴드는 여러 실린더 엔진에서 각 실린더의 흡기 또는 배기가스를 인도하기 위해 사용되는 제품이며 고압 및 내부식성이 우수한 성질을 가지는 제품 생산이 요구되고 있다. 부곡스텐레스는 회사만의 별도 기준을 도입해 타기업의 시장진입 장벽을 높여 수입재 국산화를 추구하고 있다. 

김성환 한국생산기술연구원 동남본부 에너지소재부품그룹 수석연구원은 “금속 소재의 수소분위기 사용적합성 평가 및 수소취성 방지방안”에 대해 발표했다. 수소 저장·운송용 금속 소재의 선정 기준은 △설계 압력 및 온도를 견딜 수 있는 소재인가  △소재 수급이 원활한가  △적절한 테스트를 통과한 소재인가  △내식성은 확보되었는가  △성형, 용접 등 이용기술은 개발되었는가  △유해성은 없는가  △한파, 지진 등 자연재해에 견딜 수 있는가  △극저온 및 고온 노출 시 소재의 물성 변화는 없는가  △열수축 및 열팽창은 발생하지 않는가  △소수취성 및 저온취성은 발생하지 않는가이다.

해당 기준에 해당하는 금속 소재는 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, CP티타늄이 있다. 스테인리스 스틸은 선박에 저온용 강재, 알루미늄 합금은 수송기기, 우주·항공에는 티타늄이 쓰이고 있다. 

김 수석연구원은 “그러나 여전히 수소 산업에서 금속 소재 손상에 우려가 있다. 수소를 접하면 금속 소재가 인장, 파괴 특성, 충격인성 등이 급격하게 감소해 표면코팅, 클래딩, 대체 소재 적용, 설계압력 및 온도 변경, 화학적 처리 등을 해야한다”고 말했다.