자동차용 고압 연료 탱크, 복합소재가 대세

-수소차 양산, CNG차 확대 등으로 연료탱크 주목
-고압 견디고 가벼워야...금속제론 한계 있어

자동차용 고압 연료탱크가 복합소재 분야에서 각광을 받고 있다. 수소전기차 양산과 CNG 화물차 확대 등 수요 확대가 기대되고 있어서다.

14일 개막한 복합소재 전시회 JEC 아시아 2018에선 올해 2월 출시한 현대차 수소차 넥쏘에 장착된 수소 연료탱크가 주목을 받았다. 세계 최초 양산형 수소전기차인 현대차 투싼 FCEV가 하나의 대형 탱크를 장착했던 것과 달리 넥쏘는 세 개의 작은 탱크를 차 후면 하단에 탑재했다. 넥쏘의 수소연료탱크는 700바 압력으로 50ℓ 이상의 수소를 주입해도 견딜 수 있도록 제작됐다. 탱크 무게는 37㎏에 불과하다. 플라스틱과 탄소섬유 등 복합 소재로 만든 덕분이다.

CNG 고압 연료탱크 역시 최근 주목 받는 분야다. 상용차 업계에서 디젤 대안으로 CNG에 주목, 유럽 시장을 중심으로 점차 판매를 확대하고 있어서다. CNG 연료탱크 역시 높은 안전성이 요구된다. 250바 이상의 압력을 버텨야 하고, 사고 발생 시 폭발 위험에도 대비해야 한다. 금속제 용기가 여름철 고온에 압력이 상승, 폭발 위험이 크다는 지적이 잇따르며 최근 운송용 CNG 탱크 역시 탄소섬유 소재를 사용한 타입4가 대세로 자리 잡았다.

가스 저장용 연료탱크는 소재와 강도에 따라 타입1~4 등 네 가지로 구분한다. 교통안전공단 CNG 내압용기 장착검사 매뉴얼에 따르면 타입1은 (철)강 또는 알루미늄으로 만든 금속제 용기다. 타입2는 금속제 라이너 위에 탄소섬유나 유리섬유를 감아서 만든다. 타입3은 타입2와 구조는 유사하지만 금속제 라이너가 얇다. 압력의 대부분을 섬유가 부담하는 형식이다. 타입4는 플라스틱 등 비금속 재료로 만든 라이너 위에 수지로 적신 탄소섬유나 유리섬유를 감아 만든 용기다. 타입1은 난방이나 취사용으로 사용하는 LPG 가스탱크가 대표적이다. 수소연료탱크는 타입4에 해당한다.

타입4는 금속제 탱크 대비 60% 이상 가볍다. 여기에 탄성이 있어 여러 차례 연료를 주입하고 소모해도 버틸 수 있는 복원력을 갖췄다. 안전성에서도 복합소재의 탄성은 중요한 역할을 한다. 마치 펌프가 작동하는 것처럼 탱크가 파손됐을 때 수소 등 연료가 빠르게 퍼져나갈 수 있는 추진력을 제공해서다.

박수형 도레이첨단소재 복합재료 테크니컬센터 대리는 "자동차 OEM에서 요구하는 내압 기준이 700바지만 넥쏘의 연료탱크는 일반적인 상황에서 1,750바까지 버틸 수 있도록 설계됐다"며 "2만회 이상 연료를 주입해도 문제가 없고, 탱크 손상 시 폭발하지 않고 빠르게 공기 중으로 희석시킬 수 있도록 분출할 수 있는 물성은 탄소섬유를 비롯한 복합소재가 아니면 만들어내기 어렵다"고 설명했다.

안효문 기자 yomun@autotimes.co.kr

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