펠리시티 에이스호 사고, 불 끄려다 배 침몰시킨 딜레마 존재
밸러스트 탱크·격벽 활용…선원 안전·선박 복원성 동시 확보
한국선급 안전 등급과 일치…PCTC 시장 ‘사실상 표준’ 선점
▲700대 이상의 전기 자동차를 싣고 운항 중 알래스카 아닥(Adak)에서 남쪽으로 약 483km 떨어진 해상에서 화재가 발생한 영국 선박 관리 회사 조디악 마리타임(Zodiac Maritime)의 자동차·트랙 운반선(PCTC) 모닝 미다스(Morning Midas)호. 사진=연합뉴스
HD한국조선해양이 전기 자동차(EV) 해상 운송의 최대 난제였던 '배터리 화재' 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기술을 확보했다. 선박의 평형수 탱크와 특수 격벽을 이용, 화재가 발생한 전기차의 배터리만 정확히 물에 잠기게 해 냉각시키는 시스템에 대한 특허 기술로, 순수 자동차·트럭 운반선(Pure Car and Truck Carrier) 시장을 위협하고 있는 '화재 진압 시 선박 침몰'이라는 딜레마를 해결할 '게임 체인저' 기술로 평가된다.
11일 본지 취재 결과 HD현대의 조선 부문 중간 지주회사 HD한국조선해양은 2022년 10월 출원한 PCTC의 전기차 화재 진압에 대한 기술 특허를 올 8월 지식재산처(구 특허청)로부터 최종 획득한 것으로 확인됐다. 이 기술의 핵심은 배터리 열 폭주에 의한 화재를 '물의 확보'와 '정밀한 사용'이 가능토록 함으로써 해결하는 것으로, 기존 PCTC 설계 방식을 뒤엎는 것이다.
▲선박의 무게 중심을 무너뜨리는 '자유 표면 효과'(좌측)와 화재 진압 인력이 드릴 랜스를 이용해 화재 현장의 배터리에 구멍을 뚫고 물을 주입하려는 모습(우측). 사진=한국선급(KR)·현대글로비스 제공
이 기술이 주목받는 이유는 PCTC 업계의 오랜 악몽이었던 전기차 화재의 특수성에 있다.
전기차의 리튬 이온 배터리는 한번 불이 붙으면 열 폭주 현상으로 온도가 1000°C 이상 치솟고, 불길이 삽시간에 번져 PCTC가 전소되는 사례도 종종 생겨난다. 이산화탄소 등을 이용한 일반적인 질식 소화 방식은 통하지 않아 막대한 양의 물로 냉각시키는 것만이 현재의 유일한 해법이다.
하지만 치명적인 딜레마가 존재한다. 2022년 펠리시티 에이스호와 2023년 프리맨틀 하이웨이호의 침몰에서 보듯, 화재 진압을 위해 갑판에 쏟아부은 막대한 소화수는 선박의 무게 중심을 무너뜨리는 '자유 표면 효과'로 이어져 오히려 배를 침몰시키는 복원성 상실의 원인으로 작용했다. 불을 끄려다 배를 가라앉힌 셈이다.
이 문제를 해결하기 위해 최근 현대자동차그룹의 물류 계열사 현대글로비스가 'EV 드릴 랜스'를 도입하는 등 업계의 노력이 있었으나, 이는 근본적인 한계가 있었다. 드릴 랜스는 선원이 유독 가스와 폭발 위험이 도사리는 화재 현장에 진압 인력이 직접 접근해 배터리에 구멍을 뚫고 물을 주입하는 수동식 도구다.
▲자동차 운반선(PCTC)의 측면도(좌측 상단)·전기차가 적재되는 차량 갑판에 격벽이 마련된 확대 정면도(좌측 하단)·차량 갑판에 설치된 소화 시스템(우측). 사진=HD한국조선해양·한국선급(KR) 제공
반면 HD한국조선해양의 특허 기술은 이 모든 문제를 설계 단계에서 해결한다는 점을 강조한다. 이는 '격벽(Bulkhead)'을 이용한 '정밀 침수' 기술로, 화재 감지 시 시스템은 불이 난 차량 주변에 즉시 격벽을 설치해 '수밀 구획'으로 격리한다. 이후 해당 구역에만 물을 투입해 화재가 발생한 전기차의 배터리가 물에 잠길 높이까지만 물을 채운다.
이 경우 격벽을 통해 물의 이동을 화재 구역으로 제한해 선박 복원성을 해치지 않고도 배터리를 냉각시킬 수 있다. 동시에 화재가 발생한 차량 외의 차량의 침수를 최소화 함으로써 2차 피해를 방지한다. 이 모든 과정은 자동화 시스템이나 원격 제어로 이뤄져 선원의 안전을 확보할 수 있다.
이를 위해 HD한국조선해양은 선박의 균형을 잡기 위해 사용하는 평형수를 담는 거대한 '밸러스트 탱크(Ballast Tank)'를 화재 진압에 필요한 수만 리터의 '즉각적인 비상 소화수조'로 활용한다는 방침이다. 또한 확보된 물을 차량 하부의 배터리로 직접 분사하거나 측면 탱크에서 중력을 이용해 대량으로 쏟아붓는 제2·3의 소화 시스템을 두는 것이다.
업계에서는 HD한국조선해양의 특허가 PCTC 시장의 사실상의 표준을 선점했다는 데에 큰 의미가 있다고 평가한다. 마침 한국선급(KR)은 전기차 해상 운송 안전성 강화를 위해 2023년 11월 'AFP-C(EV)'라는 새로운 안전 등급을 도입했고, 이는 HD한국조선해양의 특허 기술과 일치한다.
실제 한국선급의 이 등급은 이산화탄소 배출 시스템의 제한성을 고려해 관에 물을 공급하기 위한 비 영구적 연결을 제안한다. 이는 이산화탄소 고갈 또는 시스템 고장 시 크레인 없이 자체 동력으로 선적하고 하역할 수 있도록 설계된 로로나 차량 구역을 냉각하는 보조 수단으로 사용된다.
또한 해상인명안전협약(SOLAS)과 국제해사기구(IMO)가 채택한 화재안전장치(FSS) 코드 요구 사항의 한계를 인식해 전기차가 있는 곳에서의 연기와 열을 효과적으로 감지하기 위해 폐쇄 회로(CC) TV와 휴대용 열화상 카메라 등 복합형 감지기가 필요하다고 명시하고 있다.
HD한국조선해양 연구진은 “기존 내연 기관에 대한 소화 시스템으로 진압이 불가능한 전기차에 대한 화재를 효과적이고 신속하게 진압할 수 있다"고 말했다.
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