현재 가장 널리 사용되는 수소 저장 기술로는 고압 기체 저장, 극저온 액체 저장, 그리고 고체 저장이 있습니다. 이 중 고압 기체 저장은 저렴한 비용, 빠른 수소 재충전, 낮은 에너지 소비, 그리고 간단한 구조로 인해 가장 성숙한 기술로 부상하여 선호되는 수소 저장 기술로 자리 잡았습니다.
수소 저장 탱크의 4가지 유형:
내부 라이너가 없는 새로운 Type V 완전 합성 탱크 외에도 4가지 유형의 수소 저장 탱크가 시장에 출시되었습니다.
1. I형 전금속 탱크: 이 탱크는 17.5~20 MPa의 작동 압력 범위에서 더 큰 용량을 제공하며, 비용도 저렴합니다. CNG(압축천연가스) 트럭과 버스에 소량으로 사용됩니다.
2. 유형 II 금속 라이닝 복합 탱크: 이 탱크는 금속 라이너(일반적으로 강철)와 복합 재료를 후프(hoop) 형태로 감아 결합한 형태입니다. 26~30 MPa의 작동 압력에서 비교적 큰 용량을 제공하며, 비용도 저렴합니다. CNG 차량에 널리 사용됩니다.
3. 유형 III 완전 복합 탱크: 이 탱크는 30~70MPa의 작동 압력에서 용량이 작고, 금속 라이너(강철/알루미늄)를 사용하며, 가격이 높습니다. 경량 수소 연료 전지 차량에 적용됩니다.
4. IV형 플라스틱 라이닝 복합 탱크: 이 탱크는 폴리아미드(PA6), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에스터 플라스틱(PET)과 같은 소재로 만들어진 라이너를 사용하여 작동 압력이 30~70MPa일 때 용량이 더 작습니다.
IV형 수소 저장 탱크의 장점:
현재, IV형 탱크는 글로벌 시장에서 널리 사용되고 있는 반면, III형 탱크는 여전히 상업용 수소 저장 시장을 지배하고 있습니다.
수소 압력이 30MPa를 초과하면 비가역적인 수소 취성이 발생하여 금속 라이너의 부식을 유발하고 균열과 파단을 초래할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 이러한 상황은 수소 누출 및 그에 따른 폭발로 이어질 수 있습니다.
또한, 권취층의 알루미늄 금속과 탄소 섬유는 전위차를 가지고 있어 알루미늄 라이너와 탄소 섬유 권취층의 직접 접촉이 부식되기 쉽습니다. 이를 방지하기 위해 연구진은 라이너와 권취층 사이에 방전 부식층을 추가했습니다. 그러나 이는 수소 저장 탱크의 전체 중량을 증가시켜 물류상의 어려움과 비용을 증가시킵니다.
안전한 수소 운송: 우선순위:
유형 III 탱크에 비해 유형 IV 수소 저장 탱크는 안전성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 첫째, 유형 IV 탱크는 폴리아미드(PA6), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에스터 플라스틱(PET)과 같은 복합 소재로 구성된 비금속 라이너를 사용합니다. 폴리아미드(PA6)는 뛰어난 인장 강도, 내충격성, 그리고 높은 용융 온도(최대 220℃)를 제공합니다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 뛰어난 내열성, 내환경 응력 균열성, 인성, 그리고 내충격성을 가지고 있습니다. 이러한 플라스틱 복합 소재의 강화를 통해 유형 IV 탱크는 수소 취성 및 부식에 대한 탁월한 저항성을 발휘하여 사용 수명을 연장하고 안전성을 향상시킵니다. 둘째, 플라스틱 복합 소재의 경량성은 탱크의 무게를 줄여 물류 비용을 절감합니다.
결론:
IV형 수소 저장 탱크에 복합 소재를 적용하는 것은 안전성과 성능 향상에 있어 중요한 진전을 의미합니다. 폴리아미드(PA6), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에스터 플라스틱(PET)과 같은 비금속 라이너를 채택하면 수소 취성 및 부식에 대한 저항성이 향상됩니다. 또한, 이러한 플라스틱 복합 소재의 경량성은 무게 감소 및 물류 비용 절감에 기여합니다. IV형 탱크가 시장에서 널리 사용되고 III형 탱크가 여전히 우위를 점하고 있는 상황에서, 청정 에너지원으로서 수소의 잠재력을 최대한 실현하기 위해서는 수소 저장 기술의 지속적인 개발이 매우 중요합니다.
게시 시간: 2023년 11월 17일