수소는 탄소중립 시대를 이끄는 핵심 에너지원입니다.

그러나 수소는 초고압, 고확산성, 수소취성, 방폭 요구 환경이라는 까다로운 특성을 동시에 가지는 에너지원입니다.

따라서 수소 생산, 저장, 운송, 충전 전 과정에서는 일반 산업용 계측기가 아닌 고신뢰성, 고안전성 압력 계측 솔루션이 필수적입니다.

노바인스트루먼트는 수소 어플리케이션에 최적화된 압력 센서 및 트랜스미터 솔루션을 통해 수소 인프라 전반의 안전성과 운영 신뢰성을 지원합니다.

 

 

 

수소는 차세대 청정 에너지원으로 주목받고 있지만, 그 특성상 기존 산업용 가스와는 전혀 다른 수준의 기술적 요구사항을 가지고 있습니다. 특히 수소를 생산·압축·저장·충전하는 전 과정에서는 압력이 핵심 관리 변수로 작용하며, 일반적인 산업용 압력 센서로는 장기적인 신뢰성과 안전성을 보장하기 어렵습니다.

 

첫째, 수소 시스템은 초고압 환경에서 운전됩니다. 수소충전소의 경우 350 bar 또는 700 bar 충전이 일반적이며, 저장 단계에서는 900 bar 이상의 압력이 상승합니다.이러한 고압 조건은 반복적인 압력 사이클과 급격한 압력 변동을 동반하므로, 센서는 높은 기계적 강도와 장기 안정성을 동시에 갖추어야 합니다. 미세한 오차나 응답 지연은 곧 안전 문제로 이어질 수 있기 때문에, 고정밀·고내구성 설계가 필수적입니다. 

 

둘째, 수소는 금속 내부로 침투하여 재질을 약화시키는 '수소 취성(Hydrogen Embittlement)'특성을 가지고 있습니다. 적절하지 않은 재질을 사용할 경우, 시간이 지남에 따라 균열이나 파손이 발생할 위험이 있습니다. 따라서 수소 어플리케이션에 적용되는 압력 계측기는 수소에 적합한 재질을 사용하고, 용접 구조와 씰링 방식까지 고려한 특수 설계가 요구됩니다. 이는 단순한 내압 설계를 넘어, 장기적인 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 조건입니다.

 

셋째, 수소는 인화 범위가 넓고 점화 에너지가 매우 낮아 폭발 위험이 높은 기체입니다. 따라서 수소 설비는 대부분 방폭 구역에 해당하며, 계측기 또한 국제 방폭 규격과 안전 인증을 충족해야 합니다. 압력계측기는 단순한 모니터링 장비가 아니라, 이상 상황 발생 시 자동 차단 및 인터록 시스템과 연동되는 안전 장치로 기능해야 합니다. 이러한 이유로 방폭 설계와 안전 무결성 수준(SIL) 대응 능력은 필수 요소가 됩니다. 

 

마지막으로, 수소 인프라는 점점 더 디지털화되고 있으며, 운영 효율과 유지보수 최적화를 위해 정밀하고 안정적인 데이터 수집이 요구됩니다. 압력 계측기는 실시간 공정 제어 뿐만아니라, 장기 트렌스 분석과 예지보전을 위한 핵심 데이터 소스가 됩니다. 따라서 정확도, 반복성, 온도 보상 성능 등 전반적인 계측 성능이 매우 중요합니다. 

 

결론적으로, 수소 어플리케이션의 압력 계측은 단순한 센서 선택의 문제가 아닙니다. 초고압 환경, 수소 취성, 방폭 요구, 그리고 고신뢰 데이터 확보라는 복합적인 조건을 만족해야 하며, 이를 위해서는 수소 환경에 최적화된 특수 압력 계측 솔루션이 반드시 필요합니다. 

 

 

 

수소 인프라는 생산부터 최종 충전까지 여러 단계의 공정을 거치며, 각 단계마다 압력은 공정 안정성과 직결되는 핵심 변수입니다. 압력 계측은 단순한 수치 확인이 아니라, 설비 보호와 안전확보, 그리고 효율적인 운전을 위한 필수 요소입니다.

 

 

1. 수소 생산 단계

수전해 설비나 개질 설비와 같은 수소 생산 공정에서는 반응기 내부 압력과 가스 분리 구간의 압력이 안정적으로 유지되어야 합니다. 압력이 비정상적으로 상승할 경우 설비 손상이나 안전 사고로 이어질 수 있으며, 반대로 압력이 낮아질 경우 공정 효율이 저하됩니다. 이 단계에서의 압력 트랜스미터는 반응기와 배관의 압력을 실시간으로 모니터링하고, 설정 범위를 벗어날 경우 자동 제어 시스템과 연동되어 공정을 조정하거나 차단 신호를 전달합니다. 즉, 생산 설비의 안정 운영을 보장하는 1차 안전 장치 역할을 수행합니다.

 

2. 압축 단계

생산된 수소는 저장 및 충전을 위해 고압으로 압축됩니다. 이 과정에서 압축기 흡입 압력과 토출 압력의 정확한 관리가 매우 중요합니다. 흡입 압력이 불안정하면 압축기 성능 저하나 손상이 발생할 수 있으며, 토출 압력이 과도하게 상승하면 배관이나 저장 시스템에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 압력 계측기는 각 압축 단계에서 압력 상승 과정을 감시하고, 이상 발생 시 자동 정지 또는 경보를 발생시켜 설비를 보호합니다.

압축 단계에서의 압력 트랜스미터는 설비 보호와 동시에 압축 효율 분석을 위한 핵심 데이터 제공 장치로 가능합니다. 

 

3. 저장 단계

수소는 일반적으로 Low, Mid, High Bank와 같은 다단계 저장 시스템에 보관됩니다. 각 저장 탱크의 압력은 충전 전략과 직결되며, 특히 캐스케이드(Cascade) 방식 충전에서는 저장 압력 데이터가 충전 순서를 결정하는 기준이 됩니다. 압력 계측기는 각 저장 뱅크의 잔압을 지속적으로 모니터링하며, 과압 발생 시 즉시 인터록을 작동시켜 시스템을 차단합니다. 또한 저장 압력 데이터를 기반으로 운영자는 저장 용량을 효율적으로 관리할 수 있습니다. 이 단계에서의 압력 계측은 단순 감시를 넘어 충전 효율을 최적화하는 운영 데이터로 활용됩니다.

 

4. 수소충전 단계

수소충전소의 디스펜서 구간은 가장 민감한 공정 단계입니다. 차량 탱스에 수소를 주입하는 과정에서는 SAE 충전 프로토콜에 따라 압력과 온도를 정밀하게 제어해야 합니다. 압력 트랜스미터는 충전 라인의 압력을 실시간으로 측정하여 과충전을 방지하고, 설정된 목표 압력에 도달하면 자동으로 충전을 종료하도록 제어 시스템에 신호를 제공합니다. 만약 급격한 압력 상승이나 비정상적인 변동이 감지될 경우 즉시 충전을 차단하여 차량과 사용자의 안전을 확보합니다. 이 단계에서 압력 계측은 고객 안전과 직결되는 최종 보호 장치라 할 수 있습니다. 

 

5. 전체 시스템 관점에서의 역할

수소 공정 전방에서 압력 게측은 다음과 같은 공통적인 기능을 수행합니다.

- 공정 안정성 확보

- 과압 및 저압 보호

- 자동 제어 시스템 연동

- 설비 보호 및 수명 연장

- 데이터 기반 운영 최적화 

 

수소 인프라의 안전은 정밀한 압력 계측에서 시작됩니다. 공정별 특성을 고려한 맞춤형 솔루션을 통해 수소 설비의 운영 효율과 안전성을 동시에 확보해 보시기 바랍니다.