전남소방, 전기車 화재 대응 능력 향상 특별교육
조립식수조 전기차 화재진압… 국내 첫실물 실험
유독성증기 최소화… 전기차 화재진압 시간 단축
배터리전해액은 양극재, 음극재, 분리막 4대소재
600개 셀 중 3개 진화실험 ‘소화기 뿌리면 활활’
4년69건화재 800℃ '열폭주'진화 물 1천ℓ도 부족
화석연료를 태우는 내연기관 원동력이 지구촌화를 이룬지 140년도 채 안돼 자연 섭리를 깨는 ‘지구온난화’ 현상을 가속화시키면서 지구상의 모든 탈것이 전기배터리 충전 전력을 사용하는 모터로 교체되고 있다.
배기가스가 없기 때문에 친환경 차로 불리는 ‘순수전기차’는 해마다 기하급수적으로 증가하는 차종으로 부상되고 있지만 최근 충격에 취약한 ‘배터리 셀’의 불안정하고 위험한 화재 발생 위험성도 동시에 도마 위에 올랐다.
2017년부터 2020년까지 25만 대가 넘게 보급된 전기차가 운행되면서 이미 69건의 화재가 발생됐고, 지난 4일 부산 남해고속도로 창원 방향 요금소 충격 흡수대를 충돌한 아이오닉5 전기차는 불길에 전소되면서 운전자 등 2명이 사망했기 때문이다.
접근조차 불허하는 전기차 배터리 화재에 대한 고열 불길 조성을 실험한 조사에서 밝혀진 배터리 전해액 ‘열 폭주 현상’ 산화력은 발화 즉시 1,100℃까지 치솟는 열과 함께 평균 800~900℃ 상태를 유지하는 것으로 조사됐다.
불길에 전소된 아이오닉5 전기차도 충격 흡수대를 타고 오르면서 하체에 깔린 ‘배터리 셀’ 케이싱에 충격을 가하면서 마치 배를 가른 상태에서 이런 화력이 발생된 것으로 알려졌다.
바른 착석과 올바로 착용하지 않은 ‘좌석 띠’도 치명적 사망요인이 된 것으로 전해진 가운데 이번 사고는 2020년 대 이후 최대의 현장 진압실험과 대응 매뉴얼 제작과 배포 등 소방본부 발걸음 재촉에 채찍을 가했다.
지난해 10월 충전 중이던 전기차가 화재에 휩싸인 여수시 지하 주차장에 이어 부산 남해고속도로 전기차 화재로 2명이 사망하면서 전남소방본부가 도내 20개 소방서 직원 170여 명에게 전기자동차 화재 대응 능력 향상을 위한 방수포 이용 등의 전문교육을 실시했다.
문제는 고속도로 화재진압에 나섰던 소방본부가 기대를 걸었던 이동용 수조 속에서도 불꽃은 재점화를 반복했고, 이 화학 불꽃이 아침 녘까지 이어지면서 경각심도 불러일으켰다.
충전 전기차 화재와 남해고속도로 전기차 화재사망 전남소방본부 나섰다
불이 나면 꺼지지 않는 전기차의 이런 화학 화재 특성은 전 세계 소방당국의 골칫거리가 됐지만 소방당국과 차량 제조사들은 아직 화재진압 문제를 해결할 뾰족한 수를 못 찾고 있다.
충돌로 배터리 분리막이 손상되면 양극과 음극이 닿으면서 불꽃이 튀고 발열이 가속되는 폭발적 열 폭주가 일어나면서 배터리 전체에 불이 확산되기 때문인데 더 아이너리한 점은 배터리 보호 차원에서 특별 고안된 밀폐형 고강도 셀 케이싱 위치가 운전시트 아래쪽과 차량 밑바닥 사이라는 거다.
‘물샐틈’ 없을 정도의 견고함 속에서 고압을 생성하는 ‘케이싱’ 주변에는 배터리 온도를 낮추는 ‘쿨링시스템과 고압선이 지나기 때문에 화재시 ‘소화약제’는 물론 ‘소방수’ 침투를 막는 장애 역할을 하게 된다.
이번 이틀간의 실 차 진압실험에서도 소방수 투입을 위한 케이싱 구멍 뚫기가 시도됐지만 계속 뜨겁게 달궈지는 열과 불길을 잡는 데는 공기 차단보다도 찬물로 열기를 식히는 게 효과적이라는 결과를 얻었지만 간이수조와 다량의 물 공급이 부담이다.
지난해 4월 미 텍사스주 휴스턴 외곽에서 2명을 숨지게 한 자율주행모델 테슬라 S의 가로수 충돌 화재 현장 진화에서 가장 이상적 진화법인 화재 차량을 수조에 넣어 불을 끄는 데 소요된 물의 양은 약 10만ℓ 정도나 됐기 때문이다.
미국 소방관들은 “아무리 물을 부어도 되살아나는 불씨 때문에 7시간이나 끊임없이 쏟아부은 물은 미국 가정에서 평균 2년 정도 사용하는 소비량과 맞먹는 10만 6,000ℓ(2만 8,000갤런)나 됐다”고 했다.
이런 물 폭탄 투하방식은 휘발유 차 화재진압 대비 100배에 달하는 물 소모가 뒷받침되는 오랜 시간 진압에 따른 대규모 소방 장비와 인력을 묶게 되는 상황 등이 단점으로 드러났다.
충격 약한 리튬이온 셀 보호하는 케이싱이 물 투입 차단...수조 담기가 최상
2020년 12월 서울 용산소재 아파트 주차장에서 발생한 테슬라 모델X 충돌·화재 사고도 20~30분 간격으로 재발하는 불꽃 때문에 소방관들이 5시간 동안 진화 작업을 강행하면서 ‘리튬이온 전해질’이 가장 위험한 화재 물질이라는 것을 다시 한번 상기했다.
불꽃의 핵이 되는 ‘배터리 전해액’은 셀 내부 양극재와 음극재 사이에서 이온제 이동을 돕고, 양극과 음극 표면을 안정시키는 중요 역할을 하는 양극재와 음극재, 분리막 등 4대 소재 물질 중 하나로 중요한 역할을 한다.
게다가 배터리 수명과 충전 시 셀 특성을 향상시키는 이 물질을 뒤섞는 발화 충격을 받게 되면 생성된 가스로 자신을 태우면서 자폭하는 ‘화재 핵’으로 돌변한다.
이런 특성 때문에 ABC형 소화기 제어와 진화가 어렵고 오직 대량의 물 사용과 장시간 진화에 의존할 수밖에 없는 데도 정부와 국토부·환경부는 전기차 보급 10년이 지난 이 시점까지 안전 운행교육과 지침을 비롯한 화재 초기진화에 필요한 안전 대응법을 찾지 못하고 있고 제조사와 소방당국 또한 최선의 구인과 구난·진화 대책을 강구하지 못하고 있다.
취약한 ‘배터리 화재’ 해결 방법을 조속하게 찾지 못해 사용자들 불안감이 고조된다면 결과적으로 ‘지구온난화’ 감축을 위한 정부의 전기차 이용 확대 열기에 찬물을 끼얹는 격, 다시말해 이용자에게 큰 부담을 지우는 회색 보급정책 전락도 예단해 보지 않을 수 없다고 판단된다.
오는 2025년 연간 2,500만 대에 가까운 글로벌 판매가 전망되는 미래 모빌리티 전기차는 현재 약간의 난관을 겪고 있는 ‘수소차’와 달리 수년 내 내연기관을 지구상에서 사라지게 할 대체 차량으로 인식되고 있기에 더 그렇다.
또 하나는 우리 산업계와 정부가 잡은 전기차 주도권은 내연기관에서 배제됐던 종주국 위치를 확립할 수 있다.
전기차 국제경쟁력 ‘리튬이온 배터리 셀’의 안전과 40% 가격 낮춤이 관건
하지만 신 교통 패러다임 전환을 이끄는 새로운 전기차 모빌리티에서 안전 관련 분야는 아직 ‘산 넘고 강 건너’야 하는 힘겨운 정진의 길은 멀기만 하 다.
한마디로 보강과 보완돼야 할 점이 많은 ‘리튬이온 배터리 셀’의 안전 부분 개선을 비롯한 전기차 가격 비중 40%를 차지한 ‘리튬이온 배터리’ 가격 인하 등의 선제적 해결만이 국제경쟁력 석권을 거머쥘 수 있다는 뜻이다.
또 하나는 장거리 주행과 고성능 전기차에서 전력을 높여 주는 직렬식 셀 수량 추가의 보완이 필요하다.
전압과 전력손실도 줄이고, 모터 출력을 키우지만 다량의 배터리 셀 적재 기반은 화재진압을 어렵게 하기 때문이다.
직렬 셀 연결 등의 리튬이온 밀도는 형성된 고전압만큼 화재 시 자폭 형태의 가스상 물질 방출을 통해 대폭발을 방지하는데 반해 비화된 ‘열 폭주 현상’이 8시간 이상 물을 뿌리는 진화나 가스상 물질이 다 소진될 때 까지 거대한 수조에 담가 열을 식혀야 한다.
이렇게 심각한 충격이나 압력 등에 의한 분리막 파손을 비롯한 여러 가지 심각한 열적 특성 반응을 나타내는 리튬 액체 전해질 위험은 11년 가까이 무관심에 가려지면서 ‘전기차 화재’를 잠재시켜 왔고 이로 인해 인명 보호 대응 시점을 놓친 실수가 많았다.
물론 1회 충전거리 200km 남짓한 전기차 성능이나 적은 보급이 잠재된 화재 사고를 표출하지 않았지만 500km 주행에 도전한 현재의 전기차 안전은 달라져야 한다.
즉시 이용자 대상의 안전 운행 방법을 홍보하고 교육 등을 위시한 정확한 대응 방법과 행동 지침을 담은 매뉴얼 제작·배포 등에 솔선하는 기반을 구축해서 방치해 온 전기차 안전 회복을 만회의 기회로 삼아야 한다.
700V 상당 고전압 감전방지 절연보호장구와 사용자 안전수칙 매뉴얼 절실
전기차를 다루는 전문가에 의하면 모델별로 다르지만 가장 우선해야 할 안전 수칙은 메인 전원 플러그를 뽑는 건데 고압배터리를 연결하는 단자 위치가 차마다 다르기 때문에 절대 손을 댈 수도 없고 근접해서도 않된다.
700V 상당의 고전압 감전 방지를 위해 절연 처리된 ‘작업복’을 비롯한 ‘장갑’ ‘앞치마’ ‘고글’ ‘신발’은 필수 착용물인 만큼, 구난 기사들이 사고 전기차로부터 인명을 구하고 이동 조치할 때도 이 점을 중시해야 하고 현장 소방관들도 마찬가지다.
현대와 기아차만 보닛을 열면 메인 플러그를 확인할 수 있지만 외국차들은 보닛을 열어도 보이는 게 없을 뿐 아니라 개·폐 라인이 전자화 돼 있어 외부에서 12V 전력 주입으로 작동돼야만 열 수 있는 맹점도 있다.
전기차를 이용하는 운전자에게도 응급조치와 안전 이용을 위한 특별한 매뉴얼 숙지는 아주 중요할 뿐 아니라 충전을 자주하기 때문에 ‘절연장갑’ 정도는 구매·사용하는 게 바람직하다.
새 차 구입 시 대부분이 내연기관차 매뉴얼을 보지 않기 때문에 전기차는 출고 때 ‘영상 매뉴얼’을 담은 ‘소형 USB’를 비치해야 내 차의 취약점과 피해야 하는 중요 사항을 전달할 수 있다.
험프·과속방지턱, 보도와 도로 연결용 높은 이음새 하복부 셀 케이싱 충격
먼저, 전기차 급소인 배터리케이싱이 마무리하고 있는 하복부 바닥 높이는 타이어보다 약간 높지만 항상 험프와 돌출된 바닥은 물론 경계석과 부딪칠 가능성은 여전히 높다.
보도와 도로 연결 사이의 편차 큰 연석도 배터리 셀 케이싱을 공략하지만 속도 제어를 위해 도로법상 도로부속물로 설치되는 과속방지턱 높이 규정 역시 위해 요인이다.
국토교통부 표준규격 설치 높이는 10cm, 설치 길이 3.6m로 지정했지만 콘크리트 구조물인 경우는 이보다 높고 닿는 폭까지 좁아 뾰족해진 마찰 면은 속도를 낮춰도 하체에 주는 충격량을 상대적으로 크게 한다.
바닥 전체에 배터리 셀을 품고 있는 전기차 입장에서는 작은 충격이라도 누적되면 배터리 셀에 영향을 미치고 수냉 쿨링시스템 또한 위협 요인이 되는 만큼 운전자는 서서히 서고 천천히 출발하는 게 좋다.
이런 일상 관리가 인명 탈출에 필요한 ‘골든타임’을 초월할 정도로 빠르게 확산되는 1,000℃이상 치솟는 열 폭주 현상으로 이어지는 예기치 않은 화재예방에 도움이 될 수 있다.
전기차 화재 진압실험에 착수한 세계 소방청이 갖가지 실험 기반으로 진압 방법을 찾고 있고, 전기차 업체들도 화재 원인 규명과 해법 찾기에 골몰하고 현대차그룹은 특수 소화 기능을 가진 원자재를 배터리 셀 속에 주입하는 등 다양한 시험 중이라 머지않아 골든타임을 크게 늘리거나 초기진화에 희망을 주는 분위기다.
국내 소방청은 전기차와 수소전기차 구난·구조 매뉴얼 보강을 준비하고 있지만 현재로서는 불타는 전기차를 수조에 담그거나 단단한 배터리 케이싱과 모듈을 뚫어 냉수를 순환시키는 물 투입을 최선으로 삼고 있다.
골든타임 없는 1,000℃ 열 폭주현상 화재진압 온도 낮추는 게 급선무
지난 2020년 12월 국립소방연구원에서 실험한 전기차 배터리 화재 진압에서 ABC 소화기 약재로는 진압이 불가능하다는 결과를 토출했을 뿐 확실한 방법은 못 찾았다.
배터리 단품 실험에서 1시간 정도 온도를 올리자 표면이 부풀면서 하얀 가스가 피어오르면서 불기둥을 형성해 일반 소화기로 집중포화 했지만 꺼지는가 싶던 불길은 15초 만에 다시 살아나 폭발했고, 2차와 3차 화염을 향해 소화기를 계속 뿌려봐도 소용없었다.
냉각소화 효과가 전혀 없는 일반 분말형 ABC급 소화기 분사로는 전기차 리튬이온 배터리 안에서 급격한 열전달과 급상승상시키는 '열폭주'현상을 저지할 수 없기 때문이다.
배터리셀 도달못하고 열 차단 없는 ABC소화기는 무용지물...신속대피 중요
불길을 향해 ‘분말소화기’와 ‘물 진화’를 강행한 이 실험에서 분말소화기 진화 는 형체를 알아볼 수 없게 ‘리튬이온 셀’이 다 탔지만 물로 진화한 배터리는 형상이 남아 있었다.
안전한 케이싱과 분리된 상태의 단품 배터리 화제 실험을 통해 얻게 된 결과는 화재 전이를 막는 방법은 ‘냉각소화’뿐이라는 해석으로 굳어졌다.
더 중요한 것은, 케이싱으로 밀폐된 전기차 배터리 셀은 6백 개 이상이지만 실험에서는 단품 배터리 6개에 불을 붙였는데도 상당한 양의 물이 필요했던 만큼 해외에서 사용 중인 불 난 전기차를 수조에 빠뜨리는 진화는 물 사용이 많은 당연한 논리다.
촌각을 다투는 배터리 화재의 빠른 진압은 가장 시급한 근본적 해결책이지만 미 교통안전위원회가 지적했던 것처럼, 구체성이 떨어지고 화재진압에 부적합하다는 ‘제조사 지침 평가’와 크게 다르지 않다고 했다.
탁월한 조립식수조 현장진화 ‘황화수소’ ‘유독성 증기’ ‘오염수처리’ 가능
전기차 화재 선제적 대응과 효율적 진압대책 연구를 위해 일산소방서는 지난달 27일부터 이틀간 고양시 킨텍스 주차장에서 전기차에 물을 뿌려 1차 진압 후 불타는 차를 조립식 수조에 담는 실험을 연동했다.
불이 붙자 배터리 온도가 1,100℃까지 치솟는 열 폭주 현상이 나타나자 이를 제압하기 위해 소방수를 뿌렸지만 2~3분이 지나자 40℃까지 떨어졌던 배터리 온도는 다시 200℃까지 상승했다.
이어서 불타고 있는 전기차를 조립식 냉각수조에 넣고 배터리 등의 상태를 약 51분간 지켜보고 연기 등이 발생하지 않는 것을 확인한 후 실험은 마무리됐지만 ‘현장 활동 대응 매뉴얼’에서는 배터리 전소 후에도 1시간 이상 냉각상태와 연기 발생 여부를 모니터링하도록 규정하고 있다.
이번 실험에서 운반과 보관이 간편한 조립식 수조의 현장 투입은 가장 효과적인 전기차화재 진화 방법으로 입증됐다.
소방서 관계자는 “리튬이온 배터리에서 유출되는 ‘황화수소’ 등의 ‘유독성 증기’ 확산을 방지하고 전량 회수와 정화 가능한 오염 수조 내 소화수도 친환경적 처리가 가능하다”고 밝혔다.
아울러 “소방력과 장비, 용수, 활동 시간을 대폭 줄일 수 있는 진압 장비가 될 것을 기대한다”고 덧붙였다.
