기고

글싣는 순서 1. 수소에너지- 기대와 성과 (김종원) 2. 태양광을 이용한 광화학적 수소제조기술의 동향 (이재성) 3. 생물학적 수소생산기술 개발동향 및 전망 (김미선) 4. 광바이오촉매 활용 수소제조기술(주현규) 5. 열화학적 물분해 수소제조기술 (박주식) 6. 저온 수전해 기술동향 (문상봉) 7. 고온수전해 수증기전기분해를 이용한 미래수소제조기술 (우상국) 8. 고압수소저장기술 (김종원, 정문선) 9. 수소저장 나노 소재개발 현황(김해진) 10. 수소저장용 수소저장합금과 금속수소화물 (조영환) 11. 화학수소화물 이용 수소저장기술 (남석우) 12. 수소리니어 동력발전 기술개발 동향 (이영재) 13. 수소센서 기술의 동향 (김종원, 정문선) 14. 수소안전기술의 동향 (김종원, 정문선) 수소 안전기술, 보급 확대 실마리 푼다 ||수소이용의 안전성 확보는, 여느 가연성 연료와 마찬가지로 보급을 위해 반드시 뒤따라야 하는 핵심기술이다. 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 수소는 폭발범위가 넓고 폭발화염 전파속도가 매우 빠른 가연성 가스로서 제조, 수송, 저장시 누출, 확산, 점화 및 폭발 등의 위험성이 존재한다. 수소와 같은 가연성 가스와 관련되어, 국내의 선례 사고인 대구도시가스 폭발사고, 부천 가스충전소 폭발사고, 천연가스 CNG 용기파열사고 사례들에서 알 수 있듯이 가스가 사고로 전이되면 폭발압력 및 폭굉파의 속도 등에 기인하여 통상 약 15~30배 정도로 그 피해규모는 가중되고 사망·상해로 인한 인적손실, 생산 가동정지 및 재투입 비용증가로 인한 경제적 손실 등은 치명적이다. 따라서 가스를 안전하게 생산, 운용하기 위해서는 다양한 사고사례 분석, 물리적 메커니즘 규명, 안전성평가 및 사고 차단기술 개발 등과 같은 정성적, 정량적 안전기술 개발이 필수적이다. 수소설비의 안전성확보를 위한 안전성평가 및 리스크 감소를 위한 안전관리기술, 폭발방지 및 차단기술, 방호장치 개발 기술, 그리고 수소설비에 대한 안전관련 지침이나 규격 등은 수소가스의 에너지 이용기술 기반구축을 위한 선결 과제라고 할 수 있다. 수소에너지사업단에서도 1단계(2003년10월-2006년3월)의 연구를 통하여 수소사고 사례를 통한 수소사고의 물리적 현상에 대한 이론적 정립과 수소의 이용과정에서 발생될 수 있는 누출, 확산, 점화 및 폭발현상에 대한 실험적 관찰로 수소사고의 물리적 메커니즘을 파악하고, 수소 생산설비 및 이용설비의 위험성 및 사고빈도를 정량화하며, 사고시의 피해정도를 분석한 후 위험성을 예측하고, 이에 대한 안전관리기술 및 대책을 정립하여 코드를 개발하고 위험감소 및 최적관리 시스템을 구축하는 일을 시행한 바 있었다. 이후 이 과제는 혁신 본부의 조정으로 주무부처인 당시 산업자원부로 이관되어 ‘신재생에너지 기술개발 사업’으로 계속 수행됐다. 이 사업으로 추진한 기술개발사업에서는 기술개발의 실용화를 지원하기위한 안전기준 개발, 안전한 수소제조보급을 위한 안전성 검사 및 안전체계 확립 등 제도적인 법령체계 정비, 연료전지시스템의 인증 및 설치기준, 수소연료전지차량 연료시스템의 인증 및 설치기준, 수소충전소의 안전성평가 및 설치기준 등의 시설 및 기술기준 개발을 목표로 하고 있다. ■수소가스 특성 국내 수소가스 사고사례를 보면, 용기를 취급하는데 있어서 부주의로 인한 사고 즉, 인적오류가 중요한 부분을 차지하고 있다. 석유화학공장에서의 수소가스사고는 수소를 원료로 사용하고 있는 공정에서 수소침투에 의한 취성, 침식, 취급상의 부주의, 그리고 재질선정 잘못으로 인한 사고들이 발생한다. 수소용기 수송중의 사고는 수송 중에 용기가 넘어진다거나, 용기주변의 화재 등으로 발생한 사고이다. 다행스럽게도 대부분 폭발·화재사고로서 수소 취급량이 적기 때문에 큰 피해를 유발하지는 않았다. 그러나 수소를 에너지 매개체로 이용할 경우 대량의 수소가스가 누출될 수 있고 이때에는 1983년 스톡홀름에서 발생한 수소 가스운(gas cloud) 폭발사고와 같이 큰 폭발 피해가 발생할 수 있다. 일반적으로 수소는 연료가스로 사용되고 있는 메탄이나 프로판에 비하여 화염의 전파속도가 훨씬 크기 때문에 증기운 폭발압력도 매우 높다. 수소는 다른 탄화수소계열의 가스와 비교하여 물리적 특성이 매우 다르기 때문에 그에 따른 안전관리 방안 및 방재기술도 달라져야 한다. 구체적으로 수소가스가 다른 가스와 물리적으로 다른 점은 다음의 세 가지로 요약될 수 있다. 첫째는 강력한 반응성(Strong Reactivity)으로 수소는 단위무게당 발열량이 매우 크기 때문에 화염의 온도가 매우 높고, 또한 다양한 연쇄반응경로를 가지고 있어서 화학반응속도가 매우 빠른 기체이다. 거기에다 발광특성이 매우 약하기 때문에 관측이 어려운 점도 사고의 위험성을 증가시키는 요인으로 작용하고 있다. 둘째는 빠른 확산성(Fast Diffusion)으로 수소는 가장 가벼운 기체이므로 공기중에서 연소될 경우 열에너지보다 물질의 확산이 약 3배 정도 빨리 진행된다. 따라서 화염면으로 유입되는 화학에너지가 전도를 통해서 손실되는 열에너지보다 크기 때문에 일단 연소가 진행될 경우 초과엔탈피 현상에 의해서 화염을 소염시키기 매우 어렵게 된다. 또한 지금까지 화염의 희박가연한계 (Lean Flammability Limit, LFL)가 균일한 혼합기에 대해서 주로 측정되어 왔으나, 수소와 같이 물질의 확산이 빠른 기체에서는 난류 또는 농도구배가 있는 경우 LFL 보다 훨씬 낮은 농도조건에서도 연소가 진행될 수 있다는 실험적, 이론적 연구결과가 최근에 속속 제시되고 있어, 새로운 안전기준이 설정될 필요가 있다. 마지막으로 수소는 가벼운 기체이기 때문에 누출 즉시 부양확산(Buoyant Dispersion)되므로 개방공간에서는 증기운이 매우 빠르게 소산되기 때문에 안전면에서는 큰 도움이 되는 메커니즘으로 작용한다. 그러나 폐쇄공간에서는 천장쪽에 증기운이 축적될 수 있으므로, 이에 따른 적절한 방재대책이 수립될 필요성이 있다. ||■수소가스 사고 막기 위한 최적 시스템 구축 통상적인 사고의 유형은 누출, 확산, 점화, 화재 및 폭발이 있다. 누출은 수소 장치나 시스템 내에서 주로 발생하며 액체로 누출되어 공기와 혼합될 때 큰 위험 상황이 발생할 수 있는데, 액체 수소가 대기 중의 열 공급으로 인해 안개(fog)상으로 변해 폭발이나 화재 영역이 넓어지기 때문이다. 주요원인으로는 가스켓(gasket)이나 실(seal)의 변형, 밸브 불량, 플랜지(flange)나 장치의 결함, 장치 재료 선택의 문제 등이 있다. 수소 누출을 검지하지 못할 경우 폭발로 이어질 수 있기 때문에 정기적인 수소누출 점검과 누출 차단 장치가 필요하다. 수소의 누출 시 만들어진 혼합물은 수평 확산이 제한적이고 부양하는 성질(buoyancy)을 지니고 있다. 비록 상온에서 포화 수소가 공기보다 무겁지만, 기화가 되면서 점점 가벼워지고 구름 형상으로 떠오른다. 이 구름상의 확산 바람의 속도, 방향에 의해 쉽게 영향을 받으며, 주위 구조물이나 대기 난류에 의해서도 영향을 받아 확산하게 된다. 저장 시설의 경우 많은 양의 수소가 누출되어 확산될 수 있으므로 많은 주의를 요한다. 따라서 누출을 지연, 억제 할 수 있는 안전장치는 필수적이다. 화재와 폭발은 수소 시스템의 다양한 점화원(ignition source)에 의해 발생한다. 대표적인 점화원으로는 급격한 밸브 차단으로 인한 스파크, 접지 불량, 전기장치에 의한 전하의 변화, 수소 장치 근처에서의 용접 및 절단 작업 등이 있다. 기상 수소는 누출되어 공기 중에 섞일 때 확산 속도가 크게 증가한다. 특히 액화 수소가 공기 중으로 누출될　때에는 빠른 속도가 증발되는데 이때 상당히 넓은 범위에서 가연영역(flammability area)을 형성한다. 수소는 모든 원소 중 가장 가볍기 때문에 장시간 사용 시 설비의 부식 및 취화의 가능성이 높다. 수소는 상온상압에서 금속재료에 대한 부식성은 없으나, 고온고압에서 강재 속의 탄소와 결합하여 탈탄작용을 일으킨다. 수소의 폭발사고 발생과정에 대한 보다 면밀한 물리적 특성을 이해함으로써 수소가스에 대한 새로운 안전기준을 설정할 필요가 있다. 또한, 수소 생산설비 및 이용설비의 리스크 감소 및 최적관리 시스템 구축을 위한 기반기술 확보가 필요하다. 수소안전기술의 도입에 있어서 보다 작은 재원으로 최대의 안전성을 확보하기 위해서는 보다 정교한 기술적 역량이 요구되며 이를 충족시킬 수 있는 기술개발이 요구되고 있다. || H2반응·확산성 커, 안전관리 시스템 구축 선결 수소E사업단, 안전인식 제고 위한 연구 집중 ■세계 기술개발 및 주요 동향 세계 유수의 자동차 회사들이 2015년경이면 연료전지자동차의 시장 출시를 공언하고 있고 이에 맞추어 수소충전소와 같은 인프라를 확충하려는 노력이 일본, 독일, 미국, 우리나라 등에서 진행되고 있다. 이러한 일은 안전지침이 만들어지고 또 이에 맞추어 진행되어야할 필요가 있다. 이를테면 연료전지의 검사 및 시스템의 안전설치, 수소충전소의 안전검사 및 안전설치, 연료전지차량 연료공급시스템의 안전검사 및 기술 기준 등에서 가이드라인이 필요하다. 이용기기 및 가스의 취급부주의와 가스 충전중 운전자 오발진 및 충전기 충돌 사고 등 기존 주유소에서 일어났던 일이 수소충전소에서도 일어날 개연성이 있기 때문이다. 국내에서 수소연료전지 활용제품 및 시설에서의 규제 법률은 대부분 한국가스안전공사의 가스관계법의 의한 적용대상이다. KS규격에 대해서도 기술표준원을 중심으로 국제표준기구인 ISO TC 197 및 IEC/TC 105에 대응하면서, 작업이 완료된 국제표준을 KS기준으로 도입하고 있다. 수소가스를 효율적 에너지원으로 이용 및 실용화하는데 필수 선결 과제인 안전관리 시스템을 구축하기 위하여 수소사고사례 분석, 물리적 메커니즘 규명, 정성적, 정량적 안정성평가 및 사고 차단기술 개발 등과 같은 분석을 수행할 필요성이 제기된다. 먼저 국내 동향부터 살펴보면 수소사고 차단기술로는 수소검지센서, 수소취성 방지를 위한 재질의 선정, 화염방지기 기술개발 등이 있으며, 수소가스의 물리적 현상에 관한 기술로는 수소의 화학적·물리적 특성을 중심으로 한 수소의 화재폭발에 관한 연구에 집중되고 있다. 한국가스안전공사(수소·연료전지 안전성연구 사업)에서는 수소기기 및 설비에 대한 기술개발과 관련 안전기준을 개발, 제공하여 제품을 제조하고 보급하기 위한 안전 인프라 구축을 위한 연구를 하고 있으며, 주로 수소 활용 기기기 위험요수 분석 및 평가시스템 구축 수소 기기 안전성 및 재해 RISK 평가, 수소 누출 검지 및 안전장치 위험성 검증, 안전성 평가기법 확립 및 안전관리 시스템 구축, 연료전지, 충전소, 연료전지차량 안전기준 최적화 등을 연차별로 연구하고 있다. 한국과학기술연구원(수소충전소 적정 안전거리 설정을 위한 수소누출 및 화재 특성 DB 구축사업)에서는 수소안전에 대한 물리적 이해를 기반으로 수소의 높은 가연성의 특징을 고려한 수소 충전소의 안전거리 설정에 대한 연구를 진행중에 있다. 또한 대학 연구소를 중심으로 수소 설비에서의 정성적 위성 평가, 사고 빈도 분석 및 시나리오 개발을 정량적 위험성 평가, 수소 설비용 재료의 수소 환경 침입거동 등의 연구가 이루어지고 있다. 한국표준연구원에서는 수소안전동을 개소하여 수소안전 연구를 시작했으며, 수소안전관리기술에 대한 정보수집도 수행중이며, 수소안전 워크숍도 열고 있다. 해외에서는 우주산업의 발달로 수소를 취급한 경험이 많은 미국과 일본이 연구개발에 앞장서고 있다. 미국 에너지부(US-DOE)의 ‘수소·연료전지 및 기반기술’(Hydrogen Fuel Cell & Infrastructure Technologies : HFCIT)프로그램은 수소·연료전지 관련 연구 개발의 대표적인 사업으로 수소안전물성 데이터 구축과 더불어 수소 누출 감지기술 및 센서 개발에 역점을 두어 진행되고 있으며, 2010년까지 표준화 및 기술 규격 도입을 목표로 하고 있다. 주로 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)와 SNL(Sandia National Laboratory)을 통해 수행되고 있는데, 주요 내용으로는 수소안전센터 구축, 사고에 대비한 응급 대처 교육, 수소안전 교육 인프라 구축, 수소사용처에 대한 안전성 평가, 수소누출 시나리오에 대한 연구 등이 있다. 또한, 일본 NEDO에서는 수소안전이용 등 기술개발 사업을 실시하고 있으며, 여기에는 고압수소용기 및 연료전지자동차의 안전, 누출되는 가스의 유량제어로 누출여부를 신속히 검지하고 누출을 차단하는 방법, 수소 폭발 사고시 인근 건물의 안전, 자동차 충돌시 수소충전소의 방호구조, 수소기초물성·수소용재료 기초물성·고정식 연료전지의 안전성 연구, 수소 인프라의 안전, 열전대식 수소센서 연구개발 등이 포함된다. 수소연료전지실증 프로젝트(JHFC)에서는 수소재료/절비/기기 안전성 검사센터 (Hy-SEF) 구축 및 관련연구를 수행하고 있다. 유럽은 유럽 수소안전 전문가네트웍 프로젝트(Hy-Safe)가 진행되고 있으며, 유럽 12개국과 캐나다의 24개 연구기관, 100여명의 연구원이 매년 700만 유로를 지원받아, HyApproval, Hylights, HyWays, Roads2Hycom 등의 안전지침, 수송용 수소실증, 인프라 및 로드맵 작성 세부프로젝트를 포함하고 있다. ||■휘발유보다 안전한 수소車, 안전 인식 재고해야 수소안전에 관련된 연구는 수소의 위험성에 대한 우려를 제거하여 일반인의 수소에 대한 인식 제고와 수소의 보급확대, 안전기준, 표준화 등과 직접적으로 관련이 있는 중요한 과제이다. 21세기 들어 그동안 다루지 않았던 분야 즉, 대량 누출 사고에 대한 안전 대책, 수소스테이션 등 인프라에서의 안전 문제, 수소자동차 도입에 따른 자동차 측면에서의 안전 문제, 연료전지 등 가정용 보급시 안전문제 등이 심도있게 검토되고 다루어지고 있다. 수소자동차가 휘발유 자동차 보다 상대적으로 화재에 안전하다는 실험 사례도 보고되고 있으며, 트럭에서 저장탱크로 액체수소 이송중, 수소누출로 인한 발라드사의 수소 수송용 트럭의 폭발사고 분석 결과 휘발유나 LPG 사고시 예측되는 것보다 훨씬 덜한 피해라고 말하고 있으나, 안전훈련과 대처 등 안전의 중요성은 경시될 수 없다. 어떠한 사고에 대한 가능성도 제거해야 하며 소비자에 대한 배려도 잊지 않아야 한다. 따라서 먼저 수소에너지라는 신기술을 다룸에 있어 절차와 과정이 명시되어야 하며 수소안전을 위해 사용자 측면의 자동화와 안전을 우선적으로 고려되어야 할 것이다.

글싣는 순서 1. 수소에너지- 기대와 성과 (김종원) 2. 태양광을 이용한 광화학적 수소제조기술의 동향 (이재성) 3. 생물학적 수소생산기술 개발동향 및 전망 (김미선) 4. 광바이오촉매 활용 수소제조기술(주현규) 5. 열화학적 물분해 수소제조기술 (박주식) 6. 저온 수전해 기술동향 (문상봉) 7. 고온수전해 수증기전기분해를 이용한 미래수소제조기술 (우상국) 8. 고압수소저장기술 (김종원, 정문선) 9. 수소저장 나노 소재개발 현황(김해진) 10. 수소저장용 수소저장합금과 금속수소화물 (조영환) 11. 화학수소화물 이용 수소저장기술 (남석우) 12. 수소리니어 동력발전 기술개발 동향 (이영재) 13. 수소센서 기술의 동향 (김종원, 정문선) 14. 수소안전기술의 동향 (김종원, 정문선) 안전한 수소시대 앞당기는 수소센서 기술 ||수소는 다른 가연성기체와 마찬가지로, 대기 중의 산소와 결합할 때 자연발화하거나 폭발하는 성질이 있다. 이 때문에 수소의 생산, 보관, 사용 과정에서 제반의 안전조치를 강구하여 수소의 누출을 방지하고 검지할 수 있는 시스템이 갖추어져야 수소연료의 광범위한 사용을 촉진할 수 있다. 앞으로 수소의 중요한 사용처가 될 것으로 보이는 수소연료전지차량의 안전시스템은 고압가스로 저장되는 수소의 누출을 감지하는 센서, 온도와 압력을 감지하는 센서 외에 수소저장탱크의 메인 밸브를 자동차단하는 장치를 장착하여 후방충돌 등 위험 상황이 발생할 때에 차량 운전자와 승객을 보호할 수 있도록 하고 있다. 특히, 수소 연료 자동차의 상용화 연구가 고압으로 압축된 수소를 자동차에 적재하는 방향으로 추진되고 있기에 수소 누출을 검지할 수 있는 수소센서의 역할은 그 중요성이 더욱 커지고 있다고 할 것이다. 즉, 수소 저장용기를 높은 내구성과 내충격성을 가지도록 안전설계를 한다고 하더라도, 저장용기와 연료전지 본체 사이와 같이 수소가 지나가는 연결부위는 취약할 수밖에 없기 때문에 수소 누출의 우려가 있는 각 부분에 센서를 장착하여 수소 농도를 모니터하는 시스템을 갖출 필요가 있는 것이다. 수소센서에 대한 미 에너지부의 기술적인 목표는, 농도 범위 0.1~10%에서 작동, 작동온도 -30~80℃, 응답시간 1초이내, 정확도 5%, 수명 10년, 수소이외의 가스, 수증기, 온도 등에 영향을 받지 않아야 한다. 이외에, 대량생산, 작은 크기, 낮은 소모전력, 저렴한 가격 조건 등을 고루 갖출 것을 요구하고 있다. ■수소센서의 종류와 특징 수소의 사용 환경 즉, 수소의 생산 방법 및 공정, 저장 방법, 수송수단, 이용 방법에 따라 적합한 규격이 정해진다. 현재 많이 연구 개발되고 있는 수소센서는 △반도체식 △접촉연소식 △FET(field effect transistor)방식 △전해질식(전기화학식) △광섬유식 △압전식 △열전식 등이 있다. 이러한 센서의 측정 농도범위, 사용온도 범위, 압력범위, 불순물에 의한 간섭효과에 따른 선택성, 고 정밀도의 민감성, 짧은 응답시간, 재현성, 장기 안정성, 수명, 가역성, 크기, 및 사용 환경에 따른 적절한 가격 등을 고려하여 새로운 센서가 개발되고 있다. TC197/WG13에서 개발 완료된 ISO 26142/2010 ‘수소감지기’는 그동안 가연성 가스 감지기 관련에 대해서는 과 같이, 여러 규격이 있으나, 수소감지기에 대한 전용규격은 없기 때문에 생겨난 것이다. IEC61779와 ISO/WD 26142와의 차이는 수소감지기 제품으로서 필요한 측정범위, 선택도, 피독성, 시험 방법 등 일부 주요 성능에 대한 시험 항목인데, IEC 61779에는 결여되어 있다. ISO 26142는, 충전소가 주 적용대상으로 정치형에 한정하여 적용한다. ||일반적인 가스감지기는 휴대용과 정치용으로 구분되고 있으나, 수소감지기의 경우 차량용이 별도로 추가된다. 미 에너지부(DOE)의 지원을 받아 안전용 및 공정제어용 등으로 개발되고 있는 수소센서의 사양은 와 같다. ||반도체식의 경우에는 고농도의 수소기체 상태에서 포화되어 높은 농도의 수소기체를 검지하는 것이 불가능하며, FET 타입과 광섬유식, 압전식은 공통으로 수소기체를 잘 흡착하는 팔라듐을 사용하는데, 고농도의 수소기체에 반복해서 노출될 경우 성능저하 등의 단점을 가지고 있다. ||■기술개발 및 주요업체 동향 수소에 대하여 고감도의 검지 성능을 유지하기 위해서는 일반적으로 수소센서용 검지물질의 나노크기 합성 및 전도도 조절이 매우 중요하다. 현재 검지 물질의 나노입자 합성에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있지만 넓은 범위의 수소농도를 검지하고, 작은 크기, 낮은 전력소모, 저렴한 가격 등을 고루 갖추기 위해서는 MEMS 기술을 이용한 센서 구조체(structure)의 제작이 요구된다. 수소 흡착에 따라 광투과도가 변화하는 가스채색 물질을 사용한 광센서는 센서에 직접 전기가 흐를 필요가 없기 때문에 전기방전에 의한 수소 폭발의 위험이 없다. 또한 센서 물질과 센서회로사이에 빛이 통하기만 하면 되기 때문에 원격적인 수소검출이 가능하고, 또한 센서 물질과 센서회로를 광섬유로 연결할 경우 센서부의 크기를 광섬유의 직경 정도인 수 mm 이하로 소형화할 수 있다는 장점이 있다. 대표적인 가스채색 물질인 산화텅스텐, 산화바나듐, 산회루테늄이 수소 광센서로 연구 대상이 되고 있는데, WO3는 음극 채색물질이고, V2O5나 RuO2는 양극채색물질이다. 수소 센서 연구는 선진국인 미국, 일본, 독일 등의 국가에 의해서 주도적으로 연구되고 있다. 미국의 경우에는 에너지부(DOE)의 지원 하에 NASA의 Lewis Research Center, Oak Ridge National Lab. (ORNL), National Renewable Laboratory (NREL), Sandia National Lab. 등의 연구 기관에서 광섬유형 수소센서, Micro-Electro -Mechanical System(MEMS)에 기초한 팔라듐 합금과 열판 결합형 수소센서, 수소를 연료로 사용하는 자동차의 연료 라인에 이용 가능한 Pd/Ag 합금 고체상 수소센서, MEMS에 기초한 접촉연소식 수소센서, Pd 게이트 FET 수소센서 등의 연구가 수행됐다. DOE의 수소센서 부문연구과제에는 Intelligent Optical Systems, Inc. (Torrance, CA), University of California (Irvine, CA)도 참여하고 있다. 일본의 경우 New Energy and Industrial Technology Development (신에너지 산업기술 종합개발 기구, NEDO)의 지원 하에 ‘수소 안전 이용 등 기반기술 개발사업’을 실시하여 Kyushu대학교, Tokyo대학교, Osaka 공업시험소, New Cosmos사 등의 연구기관에서 반도체 및 고체 전해질형 수소센서 등의 연구와 액화수소의 누출, 확산, 폭발 현상의 시험분석 및 시뮬레이션에 대한 연구가 수행됐다. 일본의 New Cosmos사에서는 반도체식의 센서를 생산하고 있으며, 수소에 대한 선택도를 높이기 위해 가스와 접촉하는 외부는 선택적 분리막으로 코팅되어 있다. 독일의 SWB, 프랑스의 CNRS 등도 수소 검지에 대한 연구를 진행하고 있다. 국내의 경우 1985년부터 1990년까지 과학기술부 지원 하에 한국과학기술원에서 Pd/LaF3 고체전해질 게이트 FET를 이용한 수소기체검지 센서 개발에 관한 연구와 1996년에 전력연구원의 지원 하에 경북대 센서기술연구소에서 Pd/Pt 게이트 MISFET 혹은 Pd/NiCr 게이트 MISFET를 이용한 수소센서를 변압기의 유중가스 검지용으로 개발한 연구가 보고 됐다. 국내의 수소검지 연구는 이와 같이 Pd/Pt 게이트 FET형뿐만 아니라 수소에너지사업단의 과제로, 보다 넓은 수소기체농도를 검지 할 수 있는 MEMS 접촉연소식 수소센서, 광센서 등 다양한 분야에 폭넓은 적용이 가능한 센서가 개발되어 왔다. 검지물질 합성 및 전도도 조절 ‘핵심’, 美·獨·日 연구 주도 수소E사업단, 접촉연소식·광학식 등 다양한 센서 개발 ■수소E사업단의 연구과제와 성과 수소에너지사업단의 1단계(2003.10-2006.3) 및 2단계 사업(2006.5-2009.3)을 통하여 세주엔지니어링(www.safe-drive.com)은 접촉연소식 수소센서를 위한 전극/히터(Heater) 구조체를 MEMS공정으로 만들고, 여기에 수소 선택성을 가지며 방폭기능이 있는 수소 Sieve형 패키지 개발을 접목시켜 저전력(50mW이하)으로 장기간 안정하게 사용할 수 있고 극미량-고농도 범위의 수소가스를 검출할 수 있는 수소센서 및 탐지기를 개발했다. 개발된 접촉연소식 수소센서는 2.4mm×2.4mm의 실리콘 기판 상에 600㎛×600㎛ 의 면적을 갖고 감지소자 및 보상소자 2쌍이 구성되어 있다. 보상소자와 감지소자의 촉매층의 물질 종류만을 달리하고는 4개의 소자구조는 완전히 동일한 구조를 이루고 있다. 이와 같은 4개의 감지소자와 보상소자는 [그림 1]과 같이 칩 상에서 휘스톤 브릿지 구성을 이루고 있으므로 그 사용에 있어서 별도의 보정을 위한 노력이 들지 않는다는 장점이 있다. ||개발된 수소센서는 [그림 2]와 같은 4인치 실리콘웨이퍼로 가공되어 만들어지며, 이를 이용하여, 시제품으로 [그림 3]과 같이 휴대용 및 부착형 수소 감지기를 제작했는데, 부착형은 일정 농도 이상 감지시 경고음과 함께 정성적인 수치를 LED로 나타낸다. ||||또한, 같은 기간 수소에너지사업단의 지원으로 서강대 정현식 교수팀은 수소의 흡착에 따른 색깔의 변화를 이용한 광학식 센서를 개발됐다. 광센서는 특히 수소의 누출 시 폭발의 위험성이 있는 응용분야에서는 절대적 우위를 차지하며, 타 응용분야에 있어서도 경쟁력이 있으므로 당면한 기술적 장애를 극복하면 핵심기술 중 하나로 자리 잡을 것으로 예상된다.||이상 거론한 바와 같이, 통상 수소센서는 반도체식, 접촉연소식, MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor), SAW (surface acoustic wave), 열전식, 기체 열전도식 등 다양한 방식이 있다. 센서 종류마다 작동원리에 따른 고유한 특징이 있다. 접촉연소식은 연소열에 의한 저항 변화를 감지하는 방식이기 때문에 산소가 있는 환경 하에서만 수소의 검출이 가능한 방법이다. 흡착을 이용하는 방식은 다시 탈착을 하여 재생하는 과정이 필요하기에 실시간 계측이 어렵다. 응답속도도 빠르고, 유지보수가 쉬우면서 환경에도 강한 센서를 만들려는 노력은 지금도 계속되고 있다. 일례로 초음파를 이용하는 방식은 가스의 종류에 따라 음속이 다르다는 특성을 이용한 것이다. 예를 들면, 수소는 20℃에서 음속은 1310m/sec, 온도계수는 2.2m/s.℃이다. 반면 공기중에서는 20℃에서 음속은 344m/sec, 온도계수는 0.607m/s.℃로 수소 중에서의 음속이 공기에 비해 4배 가까이 크다. 따라서 수소농도를 초음파의 검지시간과 온도, 습도 보정치로 계산하여 표시하며, 100ppm ~100%까지 검지 가능하다고 말하고 있으나, 계측 오차를 낼 수 있는 다양한 외부 인자들을 해결하여야 사용화가 가능할 것이다. 현재 경쟁적으로 개발되고 있는 여러 종류의 센서기술 중 단일 기술만이 생존할 가능성은 낮으며, 적용범위에 따라 여러 종류의 센서를 병행해서 사용할 가능성이 높다.