‘수소 5만원’ 충전량, 전국 어디서나 같게 한다- 충전소별 정량 차이 해결하는 수소 유량 현장교정시스템, ㈜피디케이에 기술이전 성공

‘수소 5만원’ 충전량, 전국 어디서나 같게 한다- 충전소별 정량 차이 해결하는 수소 유량 현장교정시스템, ㈜피디케이에 기술이전 성공

 

2020-05-15관리자

 

‘수소 5만원’충전량, 전국 어디서나 같게 한다
- 충전소별 정량 차이 해결하는 수소 유량 현장교정시스템,
㈜피디케이에 기술이전 성공 -

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)은 강웅 책임연구원팀이 개발한 수소 유량 교정시스템 제작기술을 ㈜피디케이에 성공적으로 기술이전 했다고 14일(목) 밝혔다.

수소 유량 교정시스템은 수소충전소에서 정량의 수소가 충전될 수 있도록 유량계를 검증하는 기술이다. 해당 연구 기술은 국내 및 PCT 특허 2건이 출원됐으며, 향후 수소 상거래의 신뢰도 증진 및 수소차 시장 확대에 도움이 될 것으로 기대된다.

현재 수소충전소에서는 충전기 내의 유량계가 계량하는 수소기체의 질량값에 의해 금액이 부과된다. 그러나 수소는 석유 등과 달리 고압(700 기압)·저온(영하 40 ℃)의 가혹 조건에 놓여 있어 유량 측정이 매우 어렵고 결과가 불확실했다. 급속히 성장하고 있는 수소에너지 산업에 반해 수소 충전량 계량기술이 투명성을 확보하지 못한 것이다.

2018년 개정된 국제법정계량기구(OIML)의 규정에서는 수소유량계의 최대 허용오차를 1.5 % ~ 2.0 %로 정하고 있다. 하지만 현재 국내 충전소에서 사용하는 코리올리 유량계는 교정 시 상압, 상온에서 액체인 물을 이용한다. 정확도 검증과 향상을 위한 교정이 실제와 전혀 다른 조건에서 이루어져 오차가 얼마인지조차 파악하기 어렵다.

KRISS 강웅 책임연구원팀은 충전소에서 수소가 차량에 주입되는 방식처럼 수소유량계를 검증할 수 있는 수소 유량 현장교정시스템을 개발했다. 시스템의 저장탱크에 고압·저온 조건으로 수소기체를 충전하고, 수소기체의 질량을 국가측정표준으로부터 소급된 정밀저울로 측정하면 유량계의 정확도를 평가할 수 있다.

◦ 연구팀은 현재 실험실에서 해당 시스템으로 시중의 수소유량계를 평가*하고 있다. 이번 기술은 유량계가 설치된 수소충전기뿐만 아니라, 개별적인 유량계까지도 함께 평가할 수 있다.
* 현재 국내 법규상으로는 수소를 수소차 이외의 다른 곳에 충전할 수 없다. 이에 연구팀은 고압의 질소기체를 활용하여 실험했다. (2020년 현재 법안 개정 검토 중)

KRISS와 기술이전을 체결한 ㈜피디케이는 압력분야 전문회사로 고정밀급 압력교정기‧압력측정기 생산, 교정 및 생산시스템 개발에 주력하는 국내 강소기업이다. 1994년 설립한 회사로 꾸준한 연구개발을 통해 압력장비의 국산화, 해외 수출시장 개척에 앞장서고 있다.

KRISS 강웅 책임연구원은 “지금까지는 소비자가 수소 충전을 위해 일정 금액을 지불해도 진짜 그만큼 충전됐는지 의심이 가는 상황이었다”라며 “이번 기술을 통해 교정이 이루어지면 소비자와 수소충전소, 수소차 생산자에 이르는 연결고리에 높은 신뢰가 구축될 것”이라고 말했다.

㈜피디케이 한무필 대표는 “수소 유량 교정시스템의 상용화 구축이 1차 목표”라며, “이후 수소 유량 교정시스템 기술을 활용해 시스템의 소형화, 수소 유량계 국산화 개발, 수소 압력센서 국산화 개발 등 다양한 사업 분야에 활용할 계획”이라고 밝혔다.

 

붙임1
관련 연구성과 설명 및 ㈜피디케이 소개

○ 용어 설명

1. 교정(calibration)
- 국가측정표준체계에서 상위 단계와 하위 단계의 측정기술을 비교하여, 하위 단계의 수준을 상위 단계 수준으로 맞추는 것으로 정정(Correction)보다는 비교(Comparison)에 가까운 개념.
- 이번 기술은 국가측정표준체계에서 최상위 단계에 있는 질량표준(kg 원기)을 기반으로, 유량계가 측정하는 수소기체의 질량과 비교하여 정확도를 평가할 수 있다.

2. 수소충전소(hydrogen station)
- 수소차 내부 수소저장탱크에 고압(700 기압), 저온(영하 40도씨)의 수소기체를 충전하기 위한 설비로 수소스테이션이라고도 한다.

3. 수소충전기(dispenser)

▲ 수소충전기의 수소차 충전 이미지

- 충전 노즐을 수소차의 주입구에 연결하여, 수소기체를 차량의 저장탱크에 주입하는 장치로서, 충전기 내부의 수소유량계(코리올리식 질량유량계)를 통해 수소차로 주입된 수소 충전량을 계량한다.
4. 코리올리 유량계(Coriolis flowmeter)

▲ 코리올리 유량계

- 코리올리힘(Coriolis force)의 원리를 이용, 일정하게 진동하고 있는 배관에 흐르는 유체의 질량유량에 따라 배관의 비틀림현상이 비례하게 발생하는 방식으로 질량 유량을 측정하는 유량계.

5. 국제법정계량기구(OIML, International Organization of Legal Metrology)
- 계량기 사용 시 발생하는 행정상, 기술상의 문제점을 해결하기 위해 설립된 정부 간 국제기구로 법정 계량(Legal Metrology) 제도의 국제적 통일을 도모한다.

○ 연구성과 이미지 및 상세 설명

▲ 수소 유량 현장교정시스템의 개념도

· 수소 유량 현장교정
- 수소충전소에서 수소전기차에 수소를 주입하는 동일한 방법으로 저장탱크에 수소를 충전하고, 충전된 수소기체의 질량을 국가측정표준(질량표준)으로부터 소급된 정밀저울을 이용하여 계량하는 방법. 이를 통해 수소충전기 내부의 수소유량계로 측정된 충전량과 비교하여 계량정확도를 검증할 수 있다.
- 또한 수소저장탱크 전단에 개별적인 수소유량계를 설치한다면, 저장탱크의 수소충전량과 개별 수소유량계의 측정된 수소충전량의 비교를 통해, 수소유량계를 교정할 수 있다.

▲ 수소 유량 현장교정시스템의 상세 개념도

▲ 수소 유량 교정시스템을 이용한 수소유량계 교정결과(고압질소기체 사용)
- 계량 정확도에서 오차가 있음을 확인함.

○ 이번 기술 뭐가 다른가?

- 기존의 충전조건과 다른 유체상태, 다른 압력·온도조건에서 수소유량계를 교정하는 방식이 아닌, 국가측정표준으로부터 소급된 KRISS 수소유량 현장교정시스템을 통해 수소충전소에서의 수소차로의 실제 충전조건에서의 수소충전량 계량정확도를 검증하는 기술을 개발했다.
○ 어디에 쓸 수 있나?

1. 수소스테이션 수소충전기의 계량정확도 검증
- 현재 수소차의 충전에 사용되는 수소충전기의 계량정확도를 검증하여 수소충전소 운영자와 수소차 생산자, 수소차 소비자 간의 수소 상거래의 공정성을 확보할 수 있다.

2. 수소스테이션 인프라 성능 개선 연구
- 고압 및 저온의 수소기체의 안전하고 효율적인 충전을 위해 적용되고 있는 수소충전 프로토콜(SAE J2601) 검사를 통해 국내 수소충전소의 성능을 개선할 수 있다.

3. 수소유량계 국산화 연구
- 현재 국내 수소충전소의 충전기에 설치된 유량계는 전량 독일산 코리올리 질량유량계로, 수소 유량 현장교정시스템을 국내에서 연구, 개발되는 수소유량계의 성능평가에 사용한다면, 계량기 핵심 요소부품인 수소유량계의 국산화를 도모할 수 있다.

○ ㈜피디케이 소개

1. 설립 연도: 1994년

2. 연간 매출: 약 70억 원 ~ 100억 원

3. 사업 분야: 압력제품 개발, 계측/제어 시스템 개발, 교정 및 측정장비 판매

- 압력제품 개발: 수입에만 의존하던 고정밀 압력교정기, 압력측정기 등을 생산 및 수출
- 계측/제어 시스템 개발: 국내 압력분야 교정기관 및 압력센서 개발 및 생산하는 기업 (기관)에 필요한 교정 및 생산시스템을 개발하여 공급
- 교정사업: 압력/질량/진공 분야 KOLAS 인정 기관으로 활동, 현재 유량 분야 준비 중으로 2021년 인정 취득 예정
- 교정 및 측정장비 판매: Fluke, Scanivalve, Additel 등의 다양한 국외 제품의 대리점 역할을 수행, 특히 Fluke 압력장비에 대해서는 국내 공식서비스센터 역할을 수행

붙임2
사진 자료

 

▲ KRISS 박현민 원장(좌), ㈜피디케이 한무필 대표(우)가 기술이전 협약식을 체결하고 있다.

 

▲ 수소 유량 현장교정시스템 기술이전 협약식

 

 

▲ KRISS가 개발한 수소 유량 현장교정시스템

 

▲ KRISS 열유체표준그룹 강웅 책임연구원(오른쪽)팀이
수소 유량 교정시스템으로 유량계 평가를 하고 있다.

 

 

 

붙임3
강웅 책임연구원 프로필

1. 인적사항
○ 성 명 : 강웅
○ 소 속 : 한국표준과학연구원 물리표준본부 열유체표준그룹
○ 직 위 : 책임연구원

 

2. 경력사항
○ 2009.3 ~ 2011.1 삼성중공업 조선해양연구소 책임연구원
○ 2011.2～현재 : 한국표준과학연구원 열유체표준그룹 책임연구원

3. 수상실적
○ 2013 : 한국가스학회 추계학술대회 우수논문상
○ 2018 : 한국유체기계학회 하계학술대회 우수발표논문상
○ 2018 : 한국수소및신에너지학회 추계학술대회 우수논문상
○ 2019 : APMP(아시아·태평양 측정표준 협력기구) 젊은 과학자상
○ 2020 : 제53회 과학의날 과학기술정보통신부 장관 표창
○ 2020 : 한국표준과학연구원 이달의 KRISS 인상

4. 전문 분야 정보
○ 기체유량 국가 측정표준시스템 개발 연구
○ 수소 충전 유량 측정 기술 연구
○ 온실가스 배출 유량 측정기술 연구

5. 발표논문 및 특허
○ “The impact of geometric parameters of a S-type Pitot tube on the flow velocity measurements for greenhouse gas emission monitoring” Flow Measurement and Instrumentation 67, 10-22, 2019 등 SCI급 19편
○ "열식 질량 유량계 및 열식 질량 유량 측정 시스템" 등 국내외 특허 12건