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전대천 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2014 국내박사
수소는 다양한 에너지원으로부터 생산할 수 있으며, 온실가스 배출감소, 도심지 공해 그리고 에너지안보 문제를 해결하기 위한 가장 유력한 물질로 거론되고 있다. 수소경제로의 이행에 있어서 가장 큰 동기는 지구온난화와 화석에너지의 고갈이다. 그러나 2040년 까지 수소경제의 실현에 있어서 가장 큰 걸림돌은 다양한 환경에서 수소에너지 시스템의 시범운영 경험이 부족하다는 것이다. 수소가 에너지로 이용되기 위해서는 수소의 안전문제에 대한 충분한 연구와 이해가 필요하고, 불필요한 규제들의 제정을 방지하기 위해서는 위험성을 기반으로 한 안전정책이 필요하다. 지금까지 연구는 수소의 생산, 공급, 이용 및 인프라 구축 등 수소에너지 기반구축 시 경제성 분석 연구, 사고 피해범위 및 피해완화 등 단편적인 수소에너지 안전 연구, 수소 물성 및 연료전지 특성 등 수소·연료전지 기초 연구 그리고 수소 제조, 운송, 저장 및 이용기기 기술개발 등 수소에너지 기술개발이 주를 이루고 안전정책에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 먼저 국내외 수소에너지 기술개발 현황분석, 국내외 수소안전 Codes & Standards 분석 및 수소에너지 안전관리분야 분석을 통하여 기반시설인 수소충전소, 수소 이용기기인 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지에서의 문제점과 주요 위험요소를 도출하였고, 수소사고 시 피해규모와 피해거리를 해석하기 위한 사고피해 영향 분석 모델을 정립하였으며, 마지막으로 수소관련 산업에서 수소에너지의 안전 정책과 그 정책을 실현하기 위한 위험관리를 위한 모델을 제시하였다. 수소의 주요 위험요소는 제트화재와 밀폐공간에서 폭발이므로, 밀폐공간에서의 폭발해석 모델을 개발하였으며, 실험을 통하여 최악의 사고시나리오를 검증하였다. 모델을 통하여 해석한 결과 수소가스 폭발사고를 방지하기 위하여 수소의 폭발하한농도가 4% 임에도 불구하고 밀폐공간 부피에 비하여 0.10% 이하의 누출에서 가스누출을 감지하고, 적절한 조치를 취할 수 있는 안전장치를 갖추어야 할 것으로 사료된다. 그리고 밀폐공간 부피에 비하여 수소가스가 0.69% 정도로 아주 적은 양이 누출되어도 건물이 완전히 붕괴 될 수 있는 사고를 동반할 수 있다. 수소 충전소의 안전거리는 2차 사고를 예방하기 위한 거리로 수 십 미터에 이르는 것을 알 수 있었다. 안전거리를 확보하기 어려운 수도권과 같은 도심지에서는 충전소에서 발생할 수 있는 사고의 확률이 사회적으로 수용 가능한 위험 수준 이하로 낮추어서 안전거리를 “작업공간을 위한 최소 이격거리”인 수 미터로 설정할 수 있도록 위험을 기반으로 한 안전관리 제도의 도입이 필요하다. 수소 연료전지 자동차와 가정용 연료전지에서는 밀폐공간에서 수소폭발 사고의 위험이 크기 때문에 부품의 건전성과 수소누출 감지 차단 시스템의 신뢰성이 중요하고, 밀폐공간에 체류하는 수소를 강제 배기 할 수 있는 시스템을 적용하는 것을 검토할 필요가 있다. 휴대용 연료전지는 이동에 의한 진동과 이용자 부주의 사고를 고려하여 내구성 외에도 fail safe와 fool proof와 같은 안전기능을 제도에 도입하는 것을 신중히 검토하여야 할 것이다. 수소에는 부취제가 포함되어 있지 않으므로 실내 배관의 안전기준에는 누출감지 차단장치의 신뢰성과 강제 배기 시스템에 대한 규정이 필요하고, 배관 매설 안전기준에 정량적 위험성 평가제도가 필요하며 배관 유지관리 기준에 배관 건전성 관리 프로그램을 도입하는 것이 필요한 것으로 사료된다. 수소경제를 위한 안전관리는 여기서 제시된 안전관리 정책을 수용하고 기존의 규정적 위험관리의 단점을 보완하기 위한 새로운 안전관리 모형이 필요하고, 이를 위해 복합 위험관리모델을 제시하였다. 본 연구에서 검토한 수소경제로의 이행에 따른 안전관리 정책의 정립과 복합 위험관리모델은 사고예방 뿐만 아니라 수소충전소와 같은 기반시설 업체와 주변 주민과의 갈등을 어느 정도 해소함으로써 수소기반시설의 보급을 활성화하고 수소경제의 실현을 앞당기는데 도움이 될 것으로 사료된다.
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