제4장 수소 운송기술 · 4-1
수소 육상 운송기술
튜브트레일러와 액화수소 탱크로리
고압 기체수소와 극저온 액화수소를 도로로 운반하는 대표적인 두 가지 방식을 알아봅니다.
수소 육상 운송기술은 생산된 수소를 충전소와 산업시설, 발전설비 등 실제 사용처까지 전달하는 핵심기술입니다.
수소를 충분히 생산하더라도 필요한 장소까지 안전하고 경제적으로 운반하지 못하면 안정적인 수소 공급망을 구축하기 어렵습니다.
현재 대표적으로 활용되는 방식은 고압 기체수소를 운반하는 튜브트레일러와 극저온 액체수소를 운송하는 액화수소 탱크로리입니다.
이번 글에서는 수소 육상 운송기술의 구조와 작동원리, 공급과정, 장점과 한계를 사진과 함께 정리해 보겠습니다.
1. 수소 육상 운송기술이 중요한 이유
수소는 생산지역과 사용지역이 서로 다른 경우가 많습니다. 생산시설에서 만든 수소를 충전소와 공장, 발전소로 공급하려면 운송수단이 필요합니다.
천연가스는 배관망을 이용해 넓은 지역으로 공급하지만 수소 전용배관은 아직 제한적으로 구축되어 있습니다. 이 때문에 현재는 차량을 이용한 수소 운송이 중요한 역할을 담당합니다.
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안전성
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경제성
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운송효율
🔒
저장안정성
📍
운송거리
수소의 상태에 따라 운송방법이 달라집니다
기체수소는 압력용기에 고압으로 저장해 운송하고, 액화수소는 약 -253℃의 극저온 액체 상태로 보관해 운송합니다.
2. 수소 육상 운송기술｜튜브트레일러
튜브트레일러는 여러 개의 고압용기에 기체수소를 압축해 저장한 뒤 차량으로 운송하는 장비입니다.
길고 원통형인 수소용기가 여러 개 배치된 구조로 만들어지며, 현재 수소충전소와 산업용 수소 수요처에 공급할 때 널리 사용됩니다.
튜브트레일러의 주요 구조
주요 구성품
견인차량: 트레일러를 생산시설과 수소 사용처 사이로 운송합니다.
고압 수소용기: 압축된 기체수소를 저장합니다.
고정 프레임: 여러 개의 압력용기를 고정하고 주행 중 하중을 지지합니다.
매니폴드와 배관: 각각의 용기를 하나의 충전·방출 계통으로 연결합니다.
차단밸브: 정비와 비상상황에서 수소 흐름을 차단합니다.
압력계와 안전장치: 내부압력을 감시하고 비정상 압력상승에 대응합니다.
튜브트레일러의 운송압력
튜브트레일러의 운송압력은 압력용기의 종류와 적용기준, 공급목적에 따라 달라집니다.
압력을 높이면 같은 차량에 더 많은 수소를 저장할 수 있지만 용기와 밸브, 배관에 더 높은 안전성과 내구성이 요구됩니다.
튜브트레일러의 수소 공급과정
트레일러 정차와 연결
튜브트레일러를 지정된 장소에 정차시키고 공급호스를 수소충전소 설비와 연결합니다.
압력차를 이용한 수소이동
트레일러와 충전소 저장설비 사이의 압력차를 이용해 기체수소를 이동시킵니다.
압축과 저장
압축기를 이용해 수소를 더 높은 압력으로 승압한 뒤 충전소의 고압 저장용기에 보관합니다.
수소전기차 충전
냉각설비와 디스펜서를 이용해 정해진 압력과 유량으로 수소전기차에 충전합니다.
튜브트레일러의 장점
초기 구축이 쉽습니다.
수소 전용배관 없이 도로를 이용해 공급할 수 있습니다.
공급지역을 변경할 수 있습니다.
수요에 따라 다른 충전소와 산업시설로 이동할 수 있습니다.
분산형 공급에 적합합니다.
여러 지역에 있는 소규모 수요처에 수소를 공급하기 좋습니다.
긴급공급이 가능합니다.
공급중단이나 갑작스러운 수요증가에 대응할 수 있습니다.
튜브트레일러의 한계
차량당 운송량이 제한됩니다.
기체수소는 부피가 커 한 번에 운송할 수 있는 양이 적습니다.
장거리 운송비가 증가합니다.
같은 수소량을 운송하려면 운행횟수가 많아질 수 있습니다.
잔압이 남을 수 있습니다.
압력차가 줄어들면 용기 내부에 사용하지 못한 수소가 남습니다.
고압 안전관리가 필요합니다.
용기와 밸브, 배관 연결부의 기밀상태를 점검해야 합니다.
주요 적용분야: 수소충전소, 산업용 수소공급, 연구기관, 반도체·화학공장, 실증사업과 비상공급
3. 수소 육상 운송기술｜액화수소 탱크로리
액화수소 탱크로리는 수소를 약 -253℃까지 냉각해 액체로 만든 뒤 극저온 탱크에 저장해 운송하는 차량입니다.
수소를 액체로 만들면 상온 기체수소보다 부피가 크게 줄어 한 차량으로 더 많은 양을 운반할 수 있습니다.
액화수소 운송원리
수소는 대기압에서 약 -253℃까지 냉각하면 액체 상태가 됩니다.
액화수소의 부피는 상온 기체수소보다 크게 감소하므로 동일한 차량 크기에서도 많은 수소를 운반할 수 있습니다.
액화수소 탱크로리의 핵심
많은 양의 수소를 운송할 수 있지만 약 -253℃를 유지하는 극저온 단열기술과 BOG 관리가 필요합니다.
액화수소 탱크의 주요 구조
주요 구성품
내조: 액체수소가 직접 저장되는 내부 탱크입니다.
외조: 내부 탱크와 단열층을 보호하고 외부하중을 지지합니다.
진공단열층: 공기를 제거해 전도와 대류에 의한 열전달을 줄입니다.
다층단열재: 외부에서 전달되는 복사열을 감소시킵니다.
극저온 배관: 액체수소의 충전과 배출을 담당합니다.
계측장치: 탱크 내부의 압력과 온도를 감시합니다.
안전밸브와 BOG 계통: 기화된 수소와 내부 압력상승을 관리합니다.
BOG가 발생하는 이유
액화수소 탱크의 단열성능이 우수하더라도 외부의 열을 완전히 차단할 수는 없습니다.
외부 열이 탱크 내부로 들어오면 액체수소 일부가 기체로 변합니다. 이 기체를 BOG, Boil-Off Gas라고 합니다.
BOG가 계속 쌓이면 탱크 내부압력이 상승할 수 있으므로 회수와 압축, 재활용 또는 안전배출 설비가 필요합니다.
액화수소 탱크로리 하역과정
차량 정차와 안전확인
탱크로리를 지정된 장소에 고정하고 접지와 밸브상태, 주변 안전조건을 확인합니다.
극저온 배관 연결
액체수소 이송호스와 기체회수 배관을 현장 저장설비에 연결합니다.
배관 예냉
극저온 액체가 흐르기 전에 배관을 서서히 냉각해 급격한 열충격을 줄입니다.
액체수소 이송
펌프 또는 압력차를 이용해 탱크로리의 액체수소를 현장 저장탱크로 옮깁니다.
배관 분리와 점검
이송이 끝난 뒤 배관 내부를 안전하게 처리하고 밸브와 연결부의 누설 여부를 확인합니다.
액화수소 탱크로리의 장점
대량운송에 유리합니다.
기체수소보다 작은 부피로 많은 수소를 운반할 수 있습니다.
장거리 운송효율이 높습니다.
차량당 적재량이 많아 운행횟수를 줄일 수 있습니다.
대형 충전소에 적합합니다.
버스와 트럭 등 상용차용 충전기지에 활용할 수 있습니다.
대규모 공급망에 유리합니다.
생산기지와 수소 허브, 대규모 수요처를 연결하기 좋습니다.
액화수소 탱크로리의 한계
액화에 많은 에너지가 필요합니다.
수소를 약 -253℃까지 냉각하는 과정에서 많은 전력이 사용됩니다.
극저온 전용설비가 필요합니다.
탱크와 밸브, 배관과 펌프가 극저온 환경을 견뎌야 합니다.
초기 투자비가 높습니다.
액화시설과 저장탱크, 운송장비 구축비용이 큽니다.
BOG 관리가 필요합니다.
장시간 저장과 운송 중 기화손실과 압력상승이 발생할 수 있습니다.
주요 적용분야: 대형 수소충전소, 상용차 충전기지, 수소 허브, 발전시설과 산업용 대량수요처
4. 수소 육상 운송기술 비교
튜브트레일러와 액화수소 탱크로리는 어느 한쪽이 항상 우수한 것이 아닙니다. 운송거리와 수소수요량, 현장 저장시설과 공급주기를 기준으로 선택해야 합니다.
| 구분 | 튜브트레일러 | 액화수소 탱크로리 |
|---|---|---|
| 수소 상태 | 고압 기체수소 | 극저온 액화수소 |
| 저장조건 | 상온·고압 | 약 -253℃·상대적 저압 |
| 차량당 운송량 | 비교적 적음 | 비교적 많음 |
| 단거리 운송 | 유리 | 수요량에 따라 적용 |
| 장거리 운송 | 비용 증가 가능 | 대량운송 시 유리 |
| 초기 투자비 | 비교적 낮음 | 높음 |
| 핵심 관리사항 | 고압·기밀·잔압 | 극저온·단열·BOG |
| 주요 적용처 | 일반 충전소·산업시설 | 대형 충전소·수소 허브 |
5. 수소 육상 운송기술 선택 기준
수요량이 적고 공급지역이 분산된 경우
수소 사용량이 비교적 적고 여러 지역에 공급해야 한다면 튜브트레일러가 유리할 수 있습니다.
초기 구축이 비교적 쉽고 수요변화에 따라 공급지역을 유연하게 변경할 수 있기 때문입니다.
수요량이 많고 장거리 운송이 필요한 경우
버스와 트럭용 수소충전소처럼 하루 사용량이 많거나 먼 거리에서 공급해야 한다면 액화수소 탱크로리의 경제성이 높아질 수 있습니다.
현장의 저장능력과 하역조건
현장 저장탱크의 크기와 차량 진입조건, 하역시간과 수소 사용량의 변화도 함께 고려해야 합니다.
운송비용은 전체 공급과정으로 비교해야 합니다
압축 또는 액화비용, 차량 적재량, 운송거리, 운행횟수, 하역시간, 현장 저장설비와 BOG 손실을 함께 검토해야 합니다.
6. 수소 육상 운송기술의 발전 방향
고압 복합재 용기
용기의 무게를 줄이고 운송압력을 높여 차량당 수소 적재량을 증가시킵니다.
고성능 극저온 단열
외부 열 유입을 줄여 액화수소의 BOG 발생과 운송손실을 낮춥니다.
실시간 상태감시
압력과 온도, 밸브상태와 차량 위치를 실시간으로 확인합니다.
대형 상용차 공급망
버스와 트럭의 수소수요 증가에 맞춰 대용량 운송망이 확대될 수 있습니다.
BOG 회수기술
기화된 수소를 압축하거나 재액화해 충전과 발전용으로 다시 활용합니다.
복합 운송체계
배관과 튜브트레일러, 액화수소 운송을 연결해 공급망을 최적화합니다.
7. 수소 육상 운송기술 핵심 정리
이번 글에서 기억할 내용
✔ 수소 육상 운송기술은 생산지와 충전소, 산업시설을 연결합니다.
✔ 튜브트레일러는 고압 기체수소를 여러 개의 압력용기에 저장해 운송합니다.
✔ 튜브트레일러는 초기 구축이 쉽고 분산된 수요처 공급에 유리합니다.
✔ 기체수소는 부피가 커 장거리 대량운송에서는 비용이 증가할 수 있습니다.
✔ 액화수소 탱크로리는 약 -253℃의 액체수소를 극저온 탱크에 저장합니다.
✔ 액화수소 운송은 대량공급에 유리하지만 액화비용과 BOG 관리가 필요합니다.
✔ 운송방식은 거리와 수요량, 현장설비와 전체 공급비용을 기준으로 선택해야 합니다.
수소 육상 운송기술 자주 묻는 질문
Q. 현재 수소충전소에는 어떤 운송방식이 많이 사용되나요?
생산시설과 떨어진 충전소에는 주로 튜브트레일러를 이용해 고압 기체수소를 공급합니다.
Q. 튜브트레일러의 수소를 모두 사용할 수 있나요?
트레일러와 공급설비의 압력이 비슷해지면 압력차가 줄어 일부 수소가 용기 내부에 남을 수 있습니다.
Q. 액화수소 탱크로리는 초고압으로 운송하나요?
고압 기체수소처럼 초고압으로 저장하지는 않지만 기화에 따른 내부압력 상승을 관리해야 합니다.
Q. 액화수소가 항상 더 경제적인가요?
운송거리와 물량이 충분히 크면 유리할 수 있지만 액화비용과 저장설비, BOG 손실까지 고려해야 합니다.
Q. 수소 전용배관이 생기면 차량운송은 없어지나요?
배관이 연결되지 않은 지역과 비상공급, 분산형 충전소에는 차량을 이용한 수소 육상 운송기술이 계속 필요합니다.
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