기존 내연기관 차량의 대안으로 전기차, 수소전기차 보급이 늘면서 차량 안전에 대한 관심도 높아지고 있다.
오스트리아 그라츠공과대학(TU Graz)에서 터널 내 수소차 충돌 시 위험 시나리오에 대한 연구 결과를 내놨다. 이는 ‘HyTRA 프로젝트’의 일환으로 오스트리아 연구 진흥청(FFG) 등 연방 부서의 자금 지원을 받아 진행됐다.
이번 연구는 터널 내 수소차 관련 사고 유형, 터널 구조에 따른 위험과 인명 피해, 위험을 최소화할 수 있는 조치에 대한 조사 내용을 포함한다.
지난 2019년 3월에 시작해 2022년 2월에 종료된 EU의 ‘HyTunnel-CS 프로젝트’의 실험을 바탕으로 잠재적인 피해 정도를 자세하게 분석한 것이 특징이다. HyTunnel-CS는 터널이나 유사 밀폐 공간에서 수소 구동 차량이나 운송의 안전을 위한 사전 규범 연구를 담고 있다.
트럭 후방 충돌이 가장 위험
수소승용차의 경우 700바(bar), 버스나 트럭 같은 수소상용차는 350바 압력이 탱크에 가해지기 때문에 파열이 되면 엄청난 양의 에너지가 방출된다. 또 수소는 가연성이 높아 2,000℃ 이상으로 온도가 치솟는다.
그라츠공대 연구진은 “탱크는 매우 견고하고 기계적 충격으로부터 잘 보호되지만, 트럭과의 후방 충돌을 견딜 순 없다. 따라서 이 시나리오는 가능한 피해야 한다”고 경고한다.
그라츠공대는 “수소전기차와 관련한 사고에서 수소로 인한 큰 영향은 없을 것”이라는 전제 하에 세 가지 심각한 사고 발생 시나리오를 공개했다.
첫 번째는 차량 화재에 따른 열충격으로 탱크 내 압력이 상승하는 경우다. 이때 열압력 완화장치(TPRD)가 작동하면서 탱크 내 수소를 방출하게 되는데, 이는 압력을 일정 수준으로 유지해 탱크 파열을 막기 위한 기계적인 안전조치에 해당한다.
배출된 수소가 공기와 혼합되어 쉽게 발화할 수 있으며, 불꽃은 지면을 향하게 된다. 수소는 색이나 냄새 없이 연소되기 때문에 여전히 위험하지만 위험 구역은 제한된다.
두 번째 시나리오는 TPRD의 작동 실패로 탱크가 폭발해 터널 전체에 폭발파가 생성되는 것이다. 이 경우 최대 약 30m 정도에서 사망 위험이 있고, 300m 거리에서 폐출혈 등 심각한 내부 부상의 위험이 따르며, 그 이상에서는 고막이 파열될 위험이 있다.
세 번째는 점화되지 않고 방출된 수소가 터널의 천장에 모여 구름을 이룰 때다. 여기에 뜨거운 램프, 팬을 시동하는 전기충격이 점화원으로 작용하면 수소 폭발로 이어질 수 있다. 다만, 이 시나리오는 가능성이 가장 낮다.
이번 연구를 수행한 그라츠공대 열역학‧지속 가능한 추진 시스템 연구소의 다니엘 프루비르트(Daniel Fruhwirt)는 “수소전기차와 관련된 위험 시나리오는 상대적으로 가능성은 낮지만 손상 가능성은 매우 높다. 현대식 수소탱크는 매우 안전하게 제작되어 수소가 빠져나가려면 많은 문제가 발생해야 한다”고 말했다.
다니엘은 위험을 최소화하기 위해 “구역 제어를 통한 엄격한 속도제한 모니터링이 필요하다”고 강조했으며 “EU 회원국은 대부분은 500m 이상의 고속도로 터널을 쌍굴터널로 지어 양방향 운행을 허용하지 않기에 위험성은 상당히 줄어든다”고 설명했다.