수소차를 타고 다니다 보면 가끔씩 “수소차 수소 누출되어도 안전할까?” 하는 생각이 든다. 나도 처음엔 걱정됐지만, 자료를 찾아보고 실제 실험 영상까지 보니까 생각보다 훨씬 안전하다는 걸 알게 됐다. LPG랑 많이 비교되는 이유도 이해가 되더라.
안전할까?
수소는 누출돼도 공중으로 순식간에 날아가버리는 성질이 있어서 가솔린처럼 복발적인 화재로 이어지는 확률이 매우 적다.
수소에 불이 붙더라도 화염이 위로만 타오르기 때문에, 주변으로 불이 번지는 일이 드물다. 반면 가솔린은 액체 상태로 흘러내리면서 불이 사방으로 퍼지고, 차량 전체가 순식간에 화염에 휩싸이는 식이다.
즉, 수소는 불이 난다 해도 불길이 퍼지는 방식 자체가 덜 위협적이라는 말이다.
발화 조건 자체도 가솔린보다 훨씬 까다롭고, 수소탱크도 고강도 탄소섬유로 제작되고, 700bar 이상의 고압도 견딜 수 있도록 설계되어 있다. 부담스러울 정도로 안전장치가 있는건 덤.
과학적 근거
공기보다 훨씬 가벼워서, 누출되면 위로 도망간다
수소는 공기보다 약 14배 가볍다. 그래서 만약 수소가 차량에서 누출되더라도, 바닥에 깔리지 않고 빠르게 하늘로 날아간다.
이게 얼마나 중요한 차이냐면, 가솔린은 증기가 무거워서 바닥에 퍼지며 머문다. 이런 상태에서 불씨 하나만 튀어도 불이 붙고, 주변 전체로 확산되기 쉬운 구조다.
수소는 다르다. 누출되는 동시에 위로 확산되기 때문에, 발화 조건이 만들어지기도 전에 공기 중에 사라져버릴 확률이 높다. 이 점이 폭발 위험을 크게 낮추는 첫 번째 요인이다.
불이 붙으려면 조건이 꽤 까다롭다
수소가 폭발하려면, 공기 중 산소 농도와의 혼합 비율이 18-59%라는 좁은 범위에 있어야 한다. 반면 가솔린은 산소 농도가 1-3%만 되어도 충분히 폭발이 가능하다.
또한 자연발화 온도도 수소는 약 575℃, 가솔린은 약 280℃다. 다시 말해, 수소는 가솔린보다 두 배 가까이 높은 온도에서만 불이 붙는다.
이걸 알게 된 후에는, “아 수소가 오히려 아무 데서나 불붙는 연료는 아니구나”라는 확신이 생겼다. 마치 정제된 가스처럼, 폭발하려면 정확한 조건이 맞아야만 반응하는 것이다.
공식 위험도 평가에서도 수소가 더 낮다
내가 개인적으로 제일 신뢰한 근거는 미국화학공학회와 같은 전문 기관의 공식 위험도 비교 수치였다.
수소의 종합 위험도를 1로 기준 삼았을 때, 도시가스는 1.03, LPG는 1.22, 가솔린은 1.44로 평가되었다.
즉, 가솔린이 수소보다 약 44% 더 위험하다고 공식적으로 인정된 것이다.
실제로 국내외의 수소 관련 사고 사례를 찾아봐도, 대부분이 대형 폭발로 이어지지 않았고, 안전장치로 인해 제어가 잘된 경우가 많았다. 숫자는 거짓말하지 않는다.
불이 붙더라도 퍼지지 않고 위로만 솟는다
또 하나의 차이는 불이 난 이후의 모습이다. 수소 화염은 위로만 곧게 치솟는다. 그래서 차량 내부나 주변으로 불길이 확산되는 일이 거의 없다.
반면 가솔린 화재는 액체 성분 특성상 주변 바닥으로 흘러내리며 차량 전체로 불이 번지게 된다. 이게 바로 뉴스에서 자주 보게 되는 ‘전소’ 상황이다.
수소는 연료 자체도 기체고, 연소 양상도 국지적으로만 일어나기 때문에, 2차 피해가 훨씬 적다는 게 실제 사고 사례에서도 입증되고 있다.
수소차 전기차 내연기관차 사고건수 비교
| 차량 유형 | 1만 대당 화재 건수(최근) | 주요 특징/비고 |
|---|---|---|
| 내연기관차 | 1.86건 | 전체 화재건수 압도적 다수 |
| 전기차 | 1.32건 | 화재 확산 느림, 온도 낮음 |
| 수소차 | 공식 통계 없음(매우 적음) | 극히 드문 사고, 표본 수 적음 |
수소차에 비하면 내연기관차의 비중이 90%가 넘을 정도로 차량 대수가 압도적으로 많기 때문에 1:1로 비교하는건 현실적으로 무리가 있다.
내연기관차 1억대와 수소차 10대끼리 화재 건수를 비교하는건 표본 오류가 있을 수 밖에 없다.
현재까지 결과만 놓고봤을 때 수소차는 공식적으로 화재 건수가 없고, 23년도에 넥쏘 내압용기에 문제가 생겨서 리콜한 사례가 있긴하다.
고압 수소는 오히려 불을 끈다?
이건 나도 처음에 좀 놀랐는데, 고압 상태에서 수소가 방출되면 산소를 밀어내는 효과가 있어서 불꽃이 꺼지는 경우가 많다고 한다.
현대차가 실험한 결과에서도 실제로 그런 소염 효과가 관찰됐다. LPG나 도시가스는 퍼지면서 주변 산소와 섞여 폭발을 유도하는 성향이 있는데, 수소는 위로 확산되면서 그런 상황이 잘 안 만들어진다고 한다.
그러니까, 잘못된 조건이 겹치지 않으면 오히려 폭발보다는 “꺼진다”는 쪽이 더 가까운 상황이다.
폭발 조건
이렇게 안전하다고 말해도, 수소도 폭발 구간이 있다. 공기 중 농도가 4~75%일 때는 폭발 가능성이 존재한다. 그리고 수소는 착화 에너지가 낮아서 불꽃이 생기면 바로 반응할 수 있다. 그래서 관리와 정비는 매우 중요하다.
하지만 이런 조건은 대부분 인위적이거나, 설비 고장이 겹쳐야 가능한 일이라서 현실적으로는 잘 발생하지 않는다. 결국, 인간의 ‘경험 부족’이 공포를 부추긴 거다. 익숙해지면 그 두려움은 많이 줄어든다.
가솔린차가 나왔을 때도 악마가 씌인 위험한 차라고 손찌검 받았던 시절이 있었다. 전기차도 마찬가지인데 지금 잘만 타고 다니지 않나.
관련 정보
[출처]
수소충전소 성능 및 안전성 평가 절차에 관한 연구