새로운 분야 개척하기: Empa의 연구가 수소 연료 전지 차량 개발을 진전시키는 과정

새로운 분야 개척하기: Empa가 수소 연료 전지 차량 개발을 진전시키는 과정

스위스연방재료과학기술연구소(Empa)는 매일 첨단 연구를 실시하고 있으며, 이 중 상당수가 스위스 경제의 탈탄소화에 중점을 두고 있습니다. Empa의 “이동” 차량 시험기는 이러한 노력의 핵심 요소로, 교통업계가 배터리로 구동되는 전기차, 수소 연료 전지로 구동되는 전기차, 합성 연료로 구동되는 차량 등 유망한 신기술을 활용할 수 있는 방법을 연구하는 데 집중적으로 사용되고 있습니다.

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“저희의 목표는 연구를 상용화가 가능한 혁신으로 탈바꿈하는 것입니다,”라고 Empa의 이동성/에너지/환경 부서 책임자 Brigitte Buchmann 박사가 말했습니다. “저희 연구진은 스스로 연구와 애플리케이션 사이를 연결하는 다리 역할을 한다고 생각합니다.”

수소 차량은 "이동"과 관련하여 엄청난 주목을 받고 있는 주제입니다. 수소 저장/사용 분야에 대해 연구를 실시하는 것을 제외하고, 이들의 사명에 포함된 핵심 목표는 과학을 토대로 신기술 보급을 지원할 수 있도록 돕는 것입니다. 이러한 상황에서 스웨즈락이 고압 설치를 위해 개발한 신규 피팅 기술은 관련 안전 기관 Suva의 협조 하에 "이동" 시설에서의 최초 사용 여부에 대한 평가를 받았습니다. 이 평가로 인해 스위스의 기존 설치 규정이 개정되었고, 이로써 이 새로운 피팅 기술은 스위스 시장에서 상용화될 수 있었습니다.

Empa와 스웨즈락은 1960년대부터 협업해 왔으며, 이러한 관계는 Empa가 신기술 분야의 개척에 나서면서 계속 발전했습니다. Empa와 “이동”이 급성장 중인 수소 교통 분야에서 지속적으로 발전하기 위해 어떤 준비를 하고 있는지 알아보려면 이 글을 계속 읽어 보십시오.

수소의 선천적인 문제 극복하기

필요한 에너지 밀도를 달성하려면 반드시 수소를 압축하여 고압 상태로 저장해야 합니다. 수소를 차량의 실린더에 충전하면 수소 실린더의 온도가 크게 상승합니다. 실린더 재질의 급속한 노화를 방지하려면 충전하기 전에 수소를 -40°C까지 미리 냉각시켜야 합니다. Empa는 다른 유입 기하학에 대한 시뮬레이션을 상세히 실행하고, 열역학 분석을 상세히 실시함으로써 이러한 사전 냉각을 위한 대안을 평가하고 있습니다. 

“수소 실험을 설계하고 실행할 때는 안전이 최우선입니다,”라고 Empa의 차량 전동장치 기술 실험실 책임자 Christian Bach가 말했습니다. “이러한 상황에 따라 저희는 스웨즈락처럼 고품질의 컨설팅 및 제품을 제공해 주는 산업 파트너와 협력하는 것에 매우 큰 관심을 기울이고 있습니다.” Empa는 애플리케이션에서 수소 설치의 안전한 성능을 위한 일반 요건 및 테스트 방법이 포함된 여러 가지 규정과 표준을 반드시 준수해야 합니다.

FK 시리즈 피팅은 용접된 연결부의 강도에 맞먹는 기계식 강도와 더불어 누설 없는 성능을 영구적으로 제공했습니다.

Empa는 안전 문제를 방지하고 안전 요건을 준수하기 위해, 스웨즈락이 다음을 제공하기 전부터 용접된 콘 및 나사 연결부를 사용해 왔습니다. Swagelok^® FK 시리즈 피팅(수소 애플리케이션용으로 특수 개발됨). FK 시리즈 피팅은 용접된 연결부의 강도에 맞먹는 기계식 강도와 더불어 누설 없는 필수 성능을 제공했습니다. 또한 FK 피팅은 정비하기가 더 쉽기 때문에 전반적인 인건비와 유지보수 비용을 줄여 줍니다.

“FK 시리즈는 Empa의 수소 저장 요건에 잘 부합했습니다,”라고 스웨즈락 스위스 상무 이사 Thomas Freund가 말했습니다. “가장 큰 장점은 설치 용이성, 더욱 강화된 안전, 신뢰성, 누설 방지 등이었습니다.”

발전하는 미래를 위한 전폭적인 지원

Empa는 수소 연료 전지 기술 관련 솔루션의 개발을 계속하는 한편, 제품 선택 이외의 분야에서도 스웨즈락과 긴밀히 협력하고 있습니다.

Empa는 연구 기관으로서 “이동”에서 시스템 및 기술을 사용하기 위해 적절한 교육을 받아야 하는 대학생들을 정기적으로 가르치고 있습니다. “대학교의 매 학기 초마다 튜브 피팅 설치, 튜브 벤딩 및 기타 현장 교육의 기초에 관한 안전 세미나에 학생들을 초대하고 있습니다,”라고 Freund가 말했습니다. “이는 Empa가 현장 안전과 시스템의 신뢰성을 확보하는 과정의 일환입니다.”

이 외에도 Empa는 수소를 “이동” 실험실에 보관할 때 안정적인 사전 조립 서브시스템을 이용하기 위해 스웨즈락의 현지 설계 및 조립 서비스를 받고 있습니다. 이러한 서비스에는 저장 탱크 어셈블리 및 가스 매니폴드가 포함되어 있어, “이동”이 시간을 소모시키는 시스템 어셈블리가 아닌 연구 관련 활동에 보다 집중할 수 있습니다.

"우리의 산업 파트너들이 새로운 문제를 해결하면서 우리와 함께 신기술을 사용할 수 있다는 것은 중요한 사실입니다,”라고 Bach가 말했습니다. “가능한 한 최상의 시스템을 구축하려면 있는 그대로 정확한 정보를 얻어야 하는데, 우리는 스웨즈락으로부터 그러한 정보를 받고 있습니다.”

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