▲ 지하 방호구조 설계를 위한 수소가스 폭발 실험 모습 (한국건설기술연구원 제공)  © 국토교통뉴스

[국토교통뉴스=변완영 기자] 한국건설기술연구원(건설연)은 수소도시 기반시설의 지하화가 가능한 설계기술을 개발했다고 밝혔다. 

건설분야에서 수소기반시설 구축은 탄소중립 달성을 위한 핵심 영역이다. 이를 위해서는 수소의 생산, 공급, 활용을 담당하는 기반시설의 건설 기술 개발이 필요하다. 특히 수소 인수기지, 수소공급 허브스테이션, 수소 거점기지는 대용량의 수소 공급을 위한 핵심시설이다. 

산업통상자원부에서 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’과 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 실현하기 위해서는 수소 공급시설(수소의 이송·저장·분배를 위한 시설)의 확충이 필요하다. 수소는 넓은 가연범위(4%~75%)를 가지고 있어, 수소 공급시설은 폭발에 대한 위험성을 항상 내재하고 있다. 따라서 저장시설의 안전성 및 수용성 확보가 우선적으로 해결돼야 한다. 또한 국내의 경우 국토 공간의 유한성과 고밀화된 도시 개발로 인해 지상 공간 확보에 어려움이 있고, 인접 주민 및 이해 관계자로부터 민원 발생의 우려가 있다. 

이에 건설연 수소인프라클러스터 연구팀은 수소 저장시설의 지하화에 필요한 지상-지하 입체화 방호구조 안전성 설계기술을 개발했다. 개발된 기술은 지하 깊이별 조건에 따라 방호구조 두께가 다르게 적정 기본하중 설계를 할 수 있도록 했다. 또한, 폭발 사고에 견딜 수 있는 방호재료를 적용하고 이러한 재료의 특성을 설계에 반영했다. 

개발 기술의 장점은 안전성 확보와 공간절약에 있다. 지하에 설치할 경우 지상에 비해 30% 이상 공간을 절약할 수 있다. 또한, 안전 설계를 통해 시설의 종합 위험도를 50% 이상 감소할 수 있다. 위험도를 50% 이상 감소한다는 것은 구조물이 파괴되어 발생하는 파편으로 인한 인명피해와 같은 피해 규모를 절반 가까이 줄일 수 있음을 의미한다. 

안전 설계를 위해 누출 상황 시 수소를 긴급 배출하는 환기제어시스템을 적용했다. 더불어 폭발압력을 70% 이상 낮출 수 있는 폭발 방산구(Explosion Venting)의 최적화 설계를 적용했다. 폭발 방산구란 낮은 폭발압력에도 쉽게 부서져 구조물 내부의 압력이 밖으로 방출될 수 있도록 설계되는 문, 창문, 패널 등을 말한다. 

만약 폭발 방산구가 없을 경우 구조물 내부에서 폭발이 발생하면, 내부 압력이 급속도로 상승하여 구조물 자체는 물론 내부 설비 등이 크게 손상을 받게 된다. 결과적으로 이러한 설계를 통해 시설의 종합 위험도를 50% 이상 감소할 수 있다. 

한편 개발된 설계기술은 2026년까지 2단계 사업을 통해 현장 시범 적용 예정이며, 현재 실용화 추진 단계에 있다.

김병석 원장은 “지하공간은 그 자체로 방호기능을 가지며 안전성을 획기적으로 개선할 수 있다.”며, “수소 저장시설의 지하화 설계기술 개발을 통해 주민 수용성이 대폭 개선될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.