수소 저장기술은 수소경제를 실현하기 위해 반드시 필요한 핵심 기술입니다. 생산된 수소를 자동차와 발전설비, 산업현장에 공급하려면 안전하게 보관하고 필요한 장소까지 효율적으로 운반할 수 있어야 합니다.

수소는 연료전지자동차, 발전설비, 산업용 에너지원 등 여러 분야에서 활용할 수 있습니다. 하지만 생산한 수소를 바로 사용하지 못한다면 일정한 공간에 저장하거나 필요한 장소까지 운반해야 합니다.

문제는 기체 상태의 수소가 매우 가볍고 부피가 크다는 점입니다. 동일한 공간에 저장할 수 있는 에너지의 양이 액체연료보다 적기 때문에 실제 에너지원으로 사용하려면 별도의 압축, 냉각 또는 재료 기반 저장 과정이 필요합니다.

이번 글에서는 수소 저장이 어려운 이유와 현재 산업에서 활용되는 압축수소, 액화수소, 금속수소화물, LOHC의 특징을 정리해 보겠습니다.

1. 수소 저장기술이 필요한 이유

기체 수소의 가장 큰 특징은 부피당 밀도가 매우 낮다는 것입니다. 상온과 대기압 상태에서는 같은 양의 에너지를 저장하기 위해 매우 큰 공간이 필요합니다.

이러한 문제를 해결하는 대표적인 방법은 수소를 높은 압력으로 압축하거나 극저온으로 냉각해 액체로 만드는 것입니다. 최근에는 금속이나 액체 화합물에 수소를 결합해 저장하는 기술도 연구되고 있습니다.

2. 주요 수소 저장 방식 비교

현재 수소 저장기술은 사용 목적과 운송 거리, 저장 용량에 따라 여러 방식으로 구분됩니다. 어느 한 가지 방식이 모든 분야에서 가장 유리한 것은 아닙니다.

3. 자동차에 널리 사용되는 압축수소

압축수소는 현재 수소자동차와 수소충전소에서 가장 널리 사용되는 저장 방식입니다. 충전 시간이 비교적 짧고 관련 기술과 안전기준이 축적되어 있다는 장점이 있습니다.

자동차용 수소저장용기는 높은 압력을 견디면서 차량 무게도 줄여야 합니다. 이러한 요구를 만족하기 위해 최근에는 플라스틱 라이너와 탄소섬유 복합재를 사용하는 Type IV 수소저장용기가 주로 사용됩니다.

수소저장용기는 차량에 적용되기 전 파열시험, 반복압력시험, 화염시험, 낙하시험 등 다양한 안전성 평가를 거칩니다. 높은 압력을 한 번 견디는 것뿐 아니라 장기간 반복 충전과 외부 충격에도 안전성을 유지해야 하기 때문입니다.

4. 대용량 운송에 유리한 액화수소

수소를 약 -253℃까지 냉각하면 액체 상태로 바뀝니다. 액화수소는 기체 상태보다 부피를 크게 줄일 수 있어 대량 저장과 장거리 운송에 유리합니다.

하지만 수소를 액화하는 과정에는 많은 전력이 필요합니다. 저장탱크 내부로 외부 열이 유입되면 액체 수소의 일부가 다시 기체로 변하는 현상도 발생합니다.

5. 미래의 수소 저장기술

6. 좋은 수소 저장기술이 갖춰야 할 조건

수소를 저장하는 기술은 단순히 수소를 용기에 담아두는 기술이 아닙니다. 저장 과정의 안전성과 운송 효율, 충전 편의성, 설비비용을 함께 고려해야 합니다.

현재는 압축수소가 자동차와 충전소를 중심으로 널리 사용되고 있지만 대량 운송과 장기간 저장 분야에서는 액화수소, LOHC, 금속수소화물의 역할도 점차 커질 것으로 예상됩니다.

수소경제가 안정적으로 확대되기 위해서는 수소 생산기술과 함께 저장 및 운송기술이 균형 있게 발전해야 합니다.