전기자동차, ESS 등의 리튬이온배터리로 인한 화재를 효과적으로 진압·대처할 수 있는 소화 장치가 최근 개발돼, 관련업계의 관심을 모으고 있다.

한국전력공사 제1호 연구소 기업인 한국에너지솔루션(주)(대표 송일근)은 전기자동차 및 충전시장, 그리고 ESS 등 급격한 보급 확대로 리튬이온배터리의 사용량 급증으로 인한 화재의 발생이 늘어나고 있고, 이로 인해 사회적 문제가 발생되고 있어 이를 획기적으로 방지·차단 할 수 있는 관련 기술을 개발 했다고 밝혔다.

이 회사가 개발한 제품은 침윤제(수계)의 소화약제로 리튬이온 셀 내부까지 침투가 잘 되는 냉각소화형 국내 최초 가압식 소화장치이다.

특히 소화장치의 소화액은 한국소방산업기술원(KFI) 공식인증의 침윤제 소화약제(약20-4)로 ,약제 개발 업체와 협업한 ‘전기자동차 전용 소화장치‘이며 한국방재시험연구원의 테스트를 거쳐 화재진압 성능 인증의 국가 공인 시험 성적서를 획득 했다.

이번 개발된 전기자동차 전용 소화장치는 전기자동차 화재 발생 시 신뢰성 있는 초기진압을 통해 골든타임(약 3분 내외)을 확보하여 2차 피해 및 대형화재 예방이 가능하다.

한편 전기자동차용 리튬이온배터리와 별도로, 산업통상자원부 국정감사에서 “2017년부터 2022년 9월까지 모두 38건의 ESS 화재가 발생할 정도로 빈번한데, 배터리가 설치된 곳이 2,731곳에 이르고 다중이용시설 설치개소도 적지않다”고 밝혔다.

연도별 ESS 배터리 설치 사업장과 설치량은 2017년 257곳 707MWh, 2018년 975곳 3,836MWh, 2019년 479곳 1,807MWh, 2020년 589곳 2,866MWh까지 증가했다가 REC 보조금 일몰로 급감해 지난해 127곳 2,690MWh, 2022년 9월 현재 41곳 2,731MWh를 나타냈다. 용도별로는 태양광이 1,725곳 5,405MWh로 가장 많고 뒤이어 피크저감용 917곳 4,267MWh, 풍력 26곳 267MWh, 비상발전용 63곳 182MWh 순이며, 누적 설치량은 2,731곳 1만121MWh에 달한다. 지난 5년간 ESS 투입된 보조금은 ESS 특례요금 할인 9,239억원, ESS REC 정산액 720억원, ESS 설치보금 215억원 등 모두 1조 174억원이다. 다중이용시설 ESS 화재는 제2의 카톡사태를 넘어 대규모 인명피해를 야기할 우려가 크므로 철저한 화재 안전조치 마련이 필요하다.

한국에너지솔루션(주)는 국내 최초의 리튬이온배터리 전용 가압식 소화장치를 개발하여 공공기관, 자동차회사, 연구기관 및 충전소 등에 꾸준히 보급중에 있다고 밝혔다. 산업안전분야의 솔루션 제공 기술을 가진 연구소기업으로 한국전력공사가 특허기술을 현물 출자하고, 민간 중소기업 3개사가 공동으로 현금을 출자하여 설립됐다.

전기자동차(리튬이온배터리) 전용 소화장치 조기 구축 필요

정부는 “제4차 친환경자동차 기본계획”, “2050 탄소중립 정책” 등의 정책들을 발표하여 탄소중립을 가속화하기 위해 충전인프라의 선제적 구축 및 전기자동차 300만 시대를 앞당기기로 발표하였다.

2025년까지 전기자동차 113만 대(32만 8천대/2022년 8월 기준), 급속충전기 1.2만기, 완속충전기 50만 기로 늘려나갈 계획이다. 2021.12.7. 기준, 국내 공용전기차 충전기는 103,089기(완속 및 급속) 설치되어 있으며, 시간당 7㎾급으로 충전 완속충전기는 8만8631기, 50㎾·100㎾급 급속충전기는 1만4458기로 집계됐다.

한국자동차연구원에 따르면 전기차 100대당 주요국의 전기차 충전기 수는 영국이 318기, 독일 230기, 미국은 185기였다. 일본도 153기로 전기차 2대당 충전기 1.4기를 이용하는 한국에 비해 월등히 높은 편이다. 이는 미국·유럽·일본보다 충전인프라 접근성이 뛰어나다고 볼 수 있다. 전기차의 보급과 전기차 충전소 시장은 점차 증가되고 있지만, 화재 및 안전대책은 미흡한 실정이다. 최근 리튬이온배터리의 사용량이 급격히 늘어남에 따라 배터리 화재의 위험성이 증가되고 있으며, 전기자동차의 충전 중 화재는 매년 증가하고 있다(2021년 23건, 2022년 6월까지 17건)

한편, 전기자동차용 리튬이온배터리와 별도로, 산업통상자원부 국정감사에서 "2017년부터 2022년 9월까지 모두 38건의 ESS 화재가 발생할 정도로 빈번한데, 배터리가 설치된 곳이 2,731곳에 이르고 다중이용시설 설치개소도 적지않다"고 밝혔다. 연도별 ESS 배터리 설치 사업장과 설치량은 2017년 257곳 707MWh, 2018년 975곳 3,836MWh, 2019년 479곳 1,807MWh, 2020년 589곳 2,866MWh까지 증가했다가 REC 보조금 일몰로 급감해 지난해 127곳 2,690MWh, 2022년 9월 현재 41곳 2,731MWh를 나타냈다.

용도별로는 태양광이 1,725곳 5,405MWh로 가장 많고 뒤이어 피크저감용 917곳 4,267MWh, 풍력 26곳 267MWh, 비상발전용 63곳 182MWh 순이며, 누적 설치량은 2,731곳 1만121MWh에 달한다. 지난 5년간 ESS 투입된 보조금은 ESS 특례요금 할인 9,239억원, ESS REC 정산액 720억원, ESS 설치보금 215억원 등 모두 1조 174억원이다. 다중이용시설 ESS 화재는 제2의 카톡사태를 넘어 대규모 인명피해를 야기할 우려가 크므로 철저한 화재 안전조치 마련이 필요하다.

리튬이온배터리 화재 특징은 가연물과 산소가 없어도 1,000℃ 이상의 열폭주 현상으로 접근이 어렵고, 폭발 및 가연성 유독가스가 동시에 발생하며, 인근 셀로 화재 전이 후 연쇄 폭발한다. 그리고 160도 이상에서 자연 발화 현상이 있으며, 질식소화방식인 기존의 분말소화기 및 가스소화기로는 리튬이온배터리의 적응성이 없고, 전기자동차가 주행중, 주차중 및 충전중 모두 배터리 화재가 발생하고 있다. 특히 주행 중 화재 발생시는 인명피해가 예상되며, 지하 주차장에서 화재 발생시 대규모 재산 피해와 인명피해로 이어질 수 있다.

문제는 다중이용지역(예, 고속도로 휴게소, 대형건물 지하 주차장 등)에서 전기자동차 충전이 주로 발생되고 있다는 것이다.‘환경친화적 자동차의 개발 및 보급 촉진에 관한 법률(약칭:친환경자동차법)시행령일부개정’에 따르면, 신축시설은 총 주차대수의 5%(현행?0.5%), 기축시설은 2%로 강화하였으며,관할시·도가 지역별 전기자동차 보급 대수 등을 고려하여 필요시 조례로 상향할 수 있도록 개정하여 급속충전기 설치가 급증할 것으로 예상된다.

이로인해서 향후 충전소 부근의 배터리 화재 발생 가능성이 커서 화재안전 강화가 필요하며, 적응성 있는 소화장치 구비의 법제화가 필요하다. 현재 환경부 산하 한국환경공단에서는 급속충전기 구매규격서에 고체에어졸 분말소화기 구비를 하도록 되어 있으나 2021년 9월 30일 소방청 고시에는 고체에어졸 분말소화기 사용 금지를 발표한바 있다. 하지만, 현장에서는 기존 방식의 소화기를 사용중에 있어 예산 낭비는 물론, 사용중 리튬이온배터리 화재 진압 성능이 없는 소화기 사용으로 인해서 소화기 사용자가 화재 안전 사고 발생 가능성이 커지고 있다.

즉 기존의 분말형 또는 가스형 소화기로는 리튬이온배터리의 화재 진압이 불가능하다는 인식이 전기자동차 운전자가 스스로 알고 있어야 한다.

이에 한국에너지솔루션(주)에서는 침윤제(수계)의 소화약제로 리튬이온배터리 셀 내부까지 침투가 잘되는 냉각소화형 가압식 소화장치를 개발하였다. 본 소화장치의 소화액은 한국소방산업기술원(KFI) 공식 인증의 침윤제 소화약제(약20-4)로, 약제 개발 업체와 협업하여 “전기자동차 전용 소화장치”를 국내 최초(가압식)로 한국방재시험연구원의 화재진압 성능 인증의 국가공인시험성적서를 획득하였다. 전기자동차(리튬이온배터리) 침윤제 약제는 현재까지 KFI가 인증한 국내 유일의 배터리 약제이며, 강력한 화원침투와 심부화재 소화가 가능하다.

환경친화적 소화약제로 A급, B급 화재에도 적응성이 있으며, 표면장력이 15dyne/ (물은 75dyne/ )으로 침투능력, 분산능력 및 유화능력 등이 매우 우수한 특징을 가지고 있다. 침윤제 소화약제는 물보다 5배의 우수한 표면장력으로 리튬이온배터리 셀 내부까지 소화약제가 침투하여 화재를 진압할 수 있다. 사용시에는 분진발생이 없어 시야 확보가 용이하기 때문에 2차 피해를 방지할 수 있다. 또한 가압식 분사 방식으로 약제 소진시까지 분사 압력이 일정하며,?-20℃ ~ 50℃의 폭넓은 기후 조건에서도 사용이 가능하고, 화재대응이 가능하다.

 전기자동차 전용 소화장치는 전기자동차 화재 발생 시 신뢰성 있는 초기진압을 통해 골든타임(약 3분 내외)을 확보하여 2차 피해 및 대형화재 예방이 가능하다. 냉각 소화방식중 하나인 물을 사용하면, 리튬이온배터리 화재를 진압 할 수 있지만 많은 양의 물을 필요로 한다.

 유럽(독일, 네덜란드 등)의 경우 대형 컨테이너에 물을 채워 전기자동차를 잠기도록 하는 방식을 사용하고 있다. 미국 캘리포니아 지역에서 전기자동차 화재가 발생한 테슬러 x모델의 경우, 소방관 8명이 화재 진압시 7시간 정도 소요되었고 사용한 물의 양은 106,000L의 물을 쏟아부어 화재를 진압하였다.(10.6만L의 물은 미국 평균 가정의 2년 치 사용량과 같다. / 일반 내연기관 자동차 화재진압시 사용되는 물의 100배 이상의 물을 사용함). 따라서, 물보다 성능이 우수한 수계 타입의 침윤제 소화약제를 개발 사용하여 리튬이온배터리 화재를 진압하는 것이 더욱더 효과적이며 현실적인 방법이다. 현재 전기자동차의 화재는 0.018% 정도로 자동차 보급 대수가 증가함에 따라 화재 점유율이 증가할 가능성은 매우 높다.

전기자동차(리튬이온배터리) 전용 소화장치에 사용한 침윤제 소화약제는 약제의 물성변화가 없어 사용 기한이 길며, 약제의 재충전을 통해서 소화장치의 용기 재사용이 가능하다. 또한, 사용자의 폐 소화기 처리가 불필요하므로 친환경적 사용이 가능하다.

 대용량의 경우 52.25kg 무게로 사용자의 편의를 위해 하단에 바퀴를 설치하였고, 소화장치의 호스를 길게(5m) 하여 소화장치의 이동은 최소화하고, 사용 길이는 최대화하였다. 긴급 상황시를 대비하여 밸브 형태의 간단한 사용방식으로 사용자의 안전성과 편의성을 고려하여 제작하였으며, 실외의 경우 외함과 고정형으로 설치하여 도난 방지를 고려하였다.

한국에너지솔루션(주)는 국내 최초의 리튬이온배터리 전용 가압식 소화장치를 개발하여 공공기관, 자동차회사, 연구기관 및 충전소 등에 꾸준히 보급중에 있다. 산업안전분야의 솔루션 제공 기술을 가진 연구소기업으로 한국전력공사가 특허기술을 현물 출자하고, 민간 중소기업 3개사가 공동으로 현금을 출자하여 설립된?한국전력공사 제 1호 연구소기업이다.