수소(H2)의 유해성∙위험성

최근 화석연료를 대체할 에너지원 가운데 수소는 에너지원 보다는 에너지를 전달하는 매체로 가장 매력적인 것으로 여겨지고 있다. 현존하는 가스 가운데 가장 가벼운 수소는 상온에서 무색, 무취, 무미한 가연성 가스이고, 무독성가스로서 폭발범위가 매우 넓은 물질이다.

 

 

수소(H2)의 유해성∙위험성

 

산업현장에서 취급하는 위험물질의 화재 및 폭발 특성 파악은 공정의 안전 확보에 중요하다.

 

그 이유는 위험물질의 취급, 처리, 수송 등에 있어 기기의 불안전한 상태 혹은 인적오류에 의해 위험물질이 누출되는 경우 누출된 물질이 공기와 혼합하여 혼합기체를 형성하고 주위에 발화원이 존재한다면 화재 혹은 폭발이 발생될 수 있기 때문이다.

대표적인 화재 및 폭발 특성치로는 폭발한계, 인화점, 최소자연발화점, 최소산소농도, 최소발화에너지, 연소열 등을 들 수 있다.

 

수소는 연소 후 물이 생성될 뿐 오염물질이 만들어지지 않아 화석연료를 대체할 무공해 에너지원으로 각광받고 있다. 또 연소열도 커 발열량이 석유보다 약 3배가량 높은 효율적인 에너지이다. 이 때문에 적절한 조건으로 통제하면서 수소를 연소시키면 일반 가정에서도 에너지원으로 이용할 수 있다.

그러나 수소는 금속을 녹이는 성질과 저장과 운반이 매우 어렵고, 수소가 누출되면 엄청난 폭발이 일어나기도 하여 취급이 매우 까다로운 물질로 이를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.

수소는 석유화학이나, 석유정제 분야에 주로 사용되고 있으며, 고압가스안전관리법에 따라 고압가스로 규제 받고 있다. 또한 수소 충전 차량용기의 압력은 최고 700기압(70MPa)의 초고압이므로 밀폐공간에 가스가 누출될 때 큰 사고가 일어 날 수 있다. 따라서 수소를 생산, 수송, 저장하기 위한 제품의 개발과 더불어 안전 기술개발은 무엇보다 중요하므로 수소의 안전성 평가가 선행되어야 한다.

 

수소는 공기와 혼합되었을 때 폭발과 함께 화재를 동반할 수 있다.

하지만, 수소는 원자번호 1번, 즉 공기보다 14배 가벼운 기체이기 때문에 공기중에 누출시에 매우 급속도로 확산되며, 점화 온도(약 500°C)가 높아 자연적 발화 자체가 극히 낮다.

액체 수소(영하 253도 이하에서 액체화)는 극저온 유체로써 기체수소에 비해 부피기준 1/800 수준이기 때문에 약 10배 이상의 수소효율성이 예상된다. 액체상태의 수소를 직접 피부와 접촉하면 동상에 걸릴 수 있으나일반인이 직접 접촉하게 되는 경우는 매우 드물다.

수소는 또한 금속재료에 흡수되어 수취화(Hydrogen Embrittlement , 水素脆化)하는 특성이 있기 때문에, 어딘가 수소가 누출되면 수소 취성이 일어나거나, 균열이 가거나, 심할 경우에는 폭발할 가능성도 있다.

외부 공기와 접촉하게 된 수소 기체는 산소 등이 존재할 경우 폭발할 수 있는데 이 때 일어난 화재의 경우 매우 뜨겁고, 거의 보이지도 않아 우연치 않게 화상을 입을 수도 있다.

 

 

가. 유해성∙위험성 분류

○ 인화성 가스 구분1

○ 고압 가스 압축가스

나. 예방조치 문구를 포함한 경고 표지 항목

○ 그림문자:

○ 신호어: 위험

○ 유해∙위험 문구

H220 극인화성 가스

H280 고압가스 포함; 가열하면 폭발할 수 있음

○ 예방조치 문구

<예방> P210 열·스파크·화염·고열로부터 멀리하시오. – 금연

<대응> P377 누출성 가스 화재 시 누출을 안전하게 막을 수 없다면 불을 끄려하지 마시오. P381 필요하면 모든 점화원을 제거하시오.

<저장> P403 환기가 잘 되는 곳에 보관하시오. P410+P403 직사광선을 피하고 환기가 잘 되는 곳에 보관하시오.

<폐기> 자료없음

다. 유해성∙위험성 분류기준에 포함되지 않는 기타 유해성∙위험성

○ NFPA 위험등급(0~4) 보건: 1 화재: 4 반응성: 0

○ 위험제품 운송등급(TDG(Canada) 등급): 2.1

○ 작업장 위험물질 정보시스템(WHMIS) 등급: A, B1

 

수소의 물리화학적 특성

가. 외관 (물리적 상태, 색 등): 압축가스, 무색

나. 냄새: 무취

다. 냄새 역치: 자료없음

라. pH: 해당안됨

마. 녹는점/어는점: -259℃

바. 초기 끓는점과 끓는점 범위: -253~-253℃

사. 인화점: 인화성가스

아. 증발속도: 해당안됨

자. 인화성(고체, 기체): 자료없음

차. 인화 또는 폭발 범위의 상한/하한: 4~76vol%

카. 증기압: 760mmHg(-253℃)

타. 용해도: 1.82g/100ml(20℃)

파. 증기밀도: 0.07

하. 비중: 해당안됨

거. n-옥탄올/물 분배계수: 해당안됨

너. 자연발화 온도: 535.5℃

더. 분해 온도: 자료없음

러. 점도: 자료없음

머. 분자량: 2

분류	이원자 비금속	상태	기체
원자량	1.008	밀도	0.08988 g/L
녹는점	-259.16°C	끓는점	-252.879°C
용융열	0.117 kJ/mol (H2)	증발열	0.904 kJ/mol (H2)
원자가	1	이온화에너지	1312kJ/mol
전기음성도	2.2	전자친화도	72.8kJ/mol
발견	H. Cavendish (1766)
CAS 등록번호	1333-74-0

 

Reference : 1. 수소 물질안전보건자료(MSDS) (Linde)

               2. https://namu.wiki/w/%EC%88%98%EC%86%8C