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해상클레임 예방가이드
선박에서의 전기차 화재 대응
[586호] 2022년 07월 04일 (월) 13:14:40 한국선주상호보험 komares@chol.com

지난 2월 유럽에서 미국으로 향하던 자동차운반선에서 화재가 발생했다. 선적된 차량은 약 4,000대로 피해를 입은 차량과 선박의 손실 가액이 얼마나 클지 가늠이 안되는 상황이다. 정확한 화재 원인은 아직 조사되지 않았지만, 일부 매체에 따르면 선박에 실린 전기동력자동차(이하 ‘전기차’라 한다) 배터리를 화재의 원인으로 언급하거나 화재가 확산되는 과정에서 전기차에 옮겨 붙어 화재진압에 난항을 겪은 것으로 알려졌다.
전기차는 기후변화 등 환경문제에 대한 중요성이 증가하면서 친환경 모빌리티의 대표 주자로 발돋움, 그 시장 역시 빠르게 성장하는 추세이다. 한 글로벌 시장조사업체의 ‘2021 글로벌 전기 자동차 시장 전망’에 따르면, 오는 2030년까지 전 세계 전기자동차 시장 규모가 7조 달러까지 성장할 것으로 예상된다.


그러나 이렇게 전기차 시장이 빠르게 성장하면서 그간 시장의 성장성에 가려졌던 문제점들이 하나 둘 수면위로 올라오고 있다. 전기차의 핵심을 이루는 배터리 안정성 문제가 대표적이다. 전기차는 내연기관차와 비교해 화재 발생률은 낮으나 화재 발생시 진행 속도 및 진압이 쉽지 않아 위험성은 더 큰 것으로 평가된다. 특히 이러한 위험은 대량의 차량을 국가 간 운송하는데 널리 사용되며 화재 대응에 제한적인 선박에서 더 클 수밖에 없다.
이번 호에서는 전기차 화재의 일반적인 특성과 해상운송 중 발생할 수 있는 선박 내에서의 화재를 예방 또는 대응하기 위한 방안에 대해 검토하고자 한다.

 

<전기차 화재 특성>
전기차는 배출가스 저감, 연비향상 및 주행성능향상 등을 목적으로 고전원의 전기를 동력원으로 사용하는 자동차를 말하고, 하이브리드(HEV), 플러그인 하이브리드(PHEV), 전기자동차(EV), 수소연료전기차(FCEV)가 있다1).
이러한 전기차는 고전원배터리2), 모터 등 기존 내연기관과 다른 구조와 특징에 따른 위험성을 지니고 있는 반면에 또한 자동차이기 때문에 일반적인 자동차의 위험성도 상존하고 있다.
일반적인 차량 화재는 엔진 본체, 냉각장치, 윤활장치, 연료장치, 배기장치, 브레이크, 타이어, 기타 부속장치의 하자나 과열로 생긴 발화원이 주변의 가연물과 접촉되면서 발생하거나, 전장부품이나 배선의 접촉 불량, 열화, 과부하, 과전류, 압착, 손상 등으로 전기적 회로가 단락(short circuit)되거나 절연이 파괴되면서 발생하고 있다.


화재 특성으로는 내연기관이 혼재된 하이브리드차량의 경우 연료(휘발유, 경유, LPG 등)에 착화되어 연소 확대가 급격히 진행되어 연료지배형 화재의 패턴으로 연소된다. 또한 플라스틱 내장재 및 시트 등 차량내부의 화재하중이 높아 순식간에 플래시오버(Flash Over)3)에 도달한다. 이외에도 차량 보닛 내부에 엔진 등 발화와 관련한 주요부품이 위치하기 때문에 직접 주수되어야 할 부분이 폐쇄되어 소화가 힘들고, 대부분의 화재와 마찬가지로 매우 유독한 가스를 생성한다.
전기차의 경우에 상기 일반적인 차동차 화재의 원인 외에 대부분 배터리 팩의 손상으로 발생한다. 배터리 팩에 손상을 줄 수 있는 원인으로는 과충전, 단락, 화재 노출, 기계적 충격 및 진동 등이 있다.


화재의 특성으로는 고전원배터리의 구성요소(양극, 음극, 전해액, 분리막) 중 전해액은 유기용제 성분으로 고온에 의해 가연성 가스를 생성하기 때문에 화재 시의 고온으로 생성된 셀내 가연성 가스 압력에 의해 폭발할 수 있고 이때 가연성가스는 화재확산에 영향을 미친다. 또한 외부충격 등으로 분리막이 손상되면 다량의 리튬이온이 이동하여 급격한 열이 발생(열폭주 현상 등), 폭발로 이어질 가능성 있다. 또한 고전원배터리는 충격 등에 대비하여 하드케이스로 보호되어 있는데 이 때문에 소화가 어렵고 거의 차량침수 수준의 물 사용이 필요하다. 그리고 화석연료를 사용하는 내연기관은 연료에 수분이 함유될 경우 재발화 우려가 낮아지는 반면에, 고전원배터리는 열과 수분에 취약하기 때문에 화재가 발생하여 영향을 받은 고전원배터리의 안전성은 급격히 낮아져 재발화 및 폭발의 우려가 있다. 이외에도 소화요원의 감전 위험성이 상존한다.

 

<해상 운송>
1. 화재 위험

자동차운반선(PCC), 자동차 및 트럭 운반선(PCTC)은 글로벌 자동차 물류 네트워크에 필수적으로 많은 수의 자동차를 국가 간 운송하는데 이용된다. 이러한 선박들 중 가장 큰 선박은 약 8,000대 이상의 차량을 운송할 수 있으며, 최대한 많은 수의 자동차를 운송하기 위하여 화물 갑판에 차량 간격을 매우 좁게하여 선적한다.
이는 화재가 발생하였을 때 화재의 확산을 쉽게 하고 동일 화물 갑판 내의 많은 차량으로 대형화재로 이어질 수 있다. 특히 전기차의 경우에 소화하기 어렵고 소화에 오랜 시간이 걸리거나 재발화하는 경우도 있어 더욱 위험성이 크다.
다음은 선박에서 전기차 운송 시 발생할 수 있는 주요 잠재적 위험 시나리오이다.

 

가.선박에서 전기차 충전 중 배터리 화재
나.주변 화재로 고온의 영향으로 인한 배터리 화재
다.화물 적양하 작업 또는 악천우 중 선박의 움직임으로
    발생한 우발적인 충격으로 인한 배터리 화재
라.충격으로 인한 내부 단락으로 배터리 열폭주 또는
    배터리 내부 안전매커니즘이 동작을 멈췄을 때 화재로
    이어지는 배터리 품질 불량 문제

 

또한 주변 화재로 인해 150°C 이상의 온도에 노출된 리튬이온배터리는 발화 가능성과 함께 유독 가스를 방출하기 시작할 수 있다. 수소연료전기차의 경우에는 주변에서 화재가 발생하면 외부 온도 상승으로 인해 수소 탱크의 압력이 상승할 수 있다. 그러면 상당한 양의 수소가 가연성 혼합물을 형성하여 탈출, 램프 및 팬과 같은 비방폭 장비에 의해 점화될 수 있다.

 

2. 예방 대책
가. 차량 식별

선박은 차량을 선적하기 전에 송하인으로부터 전기차의 유형 및 취급 방법에 대한 정보를 제공받아야 한다. 선원은 제공된 정보를 기반으로 신속하게 차량의 유형을 식별할 수 있어야 한다.

 

나. 운송 조건
전기차는 국제해상위험물규칙(IMDG CODE)를 준수하는 경우에만 선적이 허용되어야 한다. 특히 차량에 장착된 리튬 배터리가 손상되거나 결함이 있는 경우 배터리를 제거해야 하며, 그렇지 않은 경우에는 차량을 선적하지 않는 다. 전기차가 외부적으로 손상된 것으로 확인되었으나, 배터리가 손상되었는지 여부가 불분명한 경우 배터리가 손상된 경우로 간주하여 차량을 선적하지 않는 것이 권고된다.
또한 고전압배터리에 대한 여하한 작업이 있었던 경우에 그러한 작업의 종료시각과 선적사이에 최소 24시간의 대기시간을 갖도록 하며, 선적 당시 시동이 걸리지 않는 임시 충전을 시행하지 말고 다음 선박에 선적하는 것이 권고된다.
이외에도 배터리 분리 스위치 작동 및/또는 운송 모드로 전환하거나 필요시 수동으로 배터리를 분리(특히 중고차량)하여 화재를 예방할 필요가 있다.

 

다. 배터리 충전상태4)
배터리 충전상태(State of Charge, SoC)는 배터리 화재 시 방출되는 총 에너지에 영향을 미치지 않는다. 하지만 충전상태가 높을수록 극도로 높은 값의 열 방출률을 나타내는 경향이 있다. 또한 충전상태는 열폭주 발생과도 관련이 있다. 즉, 값이 낮을수록 열폭주의 가능성이 크게 감소하고 30% 이하에서는 열폭주 가능성이 매우 낮다는 것을 의미한다는 점에 유의하여야 한다. 다만 이는 배터리의 실제 충전상태를 말하며 차량에 표시되는 충전상태와는 다르다.
상기 사항을 고려하여 전기차가 선박에 선적될 때 권장되는 최대 충전상태 값에 주의하여야 한다. 이는 제조업체, 자동차 모델 및 최종 목적지까지의 기간에 따라 다를 수 있다. 일반적으로 선박에서의 불필요한 충전, 항구에서의 대기기간, 선박의 적양하 작업을 포함하는 최소한의 운전 및 작동 등을 고려하여 20~50% 충전상태가 권고된다.

 

라. 낮은 지상고 차량
전기차의 배터리는 일반적으로 2개의 차축 사이 차량의 하부에 위치한다. 이에 따라 낮은 지상고(ground clearance)를 가진 차량은 선적 중 램프 또는 화물갑판 간 이동 시 배터리 부분이 바닥과 접촉하여 손상될 수 있다.
따라서 선적 중 바닥 접촉 및 그로 인한 배터리 손상을 방지하기 위하여 또는 손상 방지 조치를 사전에 하기 위하여 낮은 지상고를 가진 차량은 화물 부킹 시 신고하도록 하거나 관련 정보(브레이크 등)를 입력하도록 한다.

 

마. 선상 충전
선상에서 전기차를 충전하는 행위는 허용하지 않아야 한다. 선상 충전은 배터리가 방전된 전기차를 양하해야 할 때만 허용될 수 있으며, 이 경우에도 일등항해사의 승인을 받아 담당 전문 하역인부가 수행해야 한다. 이때 전기 플러그, 충전 장치 및 케이블은 사용하기 전에 주의 깊게 검사해야 하며, 승인된 장비만 사용해야 한다.

 

바. 운전자
선적 작업 시작 전 하역인부 책임자와 협의하여 차량 선적을 진행하는 운전자가 차량에 대하여 이상한 점을 알게 되는 경우 즉시 선원에게 알리도록 협의하여야 한다.

 

사. 적부 및 고박
차량은 가능한 한 앞뒤 방향으로 정렬되어야 한다. 통로나 소방설비 또는 배수구를 방해하는 방식으로 적부되어서는 안 된다. 물분무식방화막설비(water spray fire curtain)가 설치된 경우에는 차량을 그 위에 주차해서는 안 된다.
항해 중 차량 간의 접촉은 배터리에 영향을 주는 정도까지 차량을 손상시킬 수 있다. 따라서 모든 차량은 선박의 승인된 화물고박지침서에 따라 고박되어야 하며 고박장비 상태가 양호한지 주기적으로 확인하여야 한다. 각 차량의 주차 브레이크 또는 그러한 기능이 있는 경우에는 이를 적용해야 하며 가능한 한 차량을 기어 상태로 유지해야 한다. 차량에 전자식 주차 브레이크가 장착된 경우 배터리를 분리하기 전에 이를 적용해야 한다.

 

아. 교육 및 훈련
지속적인 훈련은 신속한 소집, 의사 결정 및 효과적인 팀워크를 통하여 화재가 확산되기 전에 신속하게 통제할 수 있는 가능성을 높인다. 특히 훈련은 1)화재 종류 2)화재 규모 3)화재 발생 위치에 따른 접근성 4)화재 현장에 도착하는 데 걸리는 시간 등 다양한 조건에 따른 화재 시나리오에 따라 반복적으로 시행하는 것이 좋다. 훈련은 가능한 현실적이어야 하며 화재 진압의 성공과 실패에 대한 시나리오를 모두 다뤄야 한다. 훈련 시행 후 평가는 선원 모두로부터 의견을 들어야 하며, 이는 다음 훈련에 반영될 수 있도록 한다.
비상상황에 가장 잘 대비하기 위해서는 선원들이 선박에 있는 모든 주요 장비의 위치와 사용법을 완전히 숙지하는 것이 중요하다. 여기에는 자장식호흡구, 환기설비의 차단, 차량갑판 주변의 이동용 소화설비, 고정식소화설비 작동방법, 특정 구역을 격리하기 위한 방법 등을 포함한다. 또한 선원들이 차량의 종류에 따른 위험을 알고 개인보호장비 착용, 초기 대응 조치를 할 수 있도록 적절한 교육도 필요하다.

 

3. 화재 감지
가. 화재 감지 시스템

전기차 운송을 위한 로로구역(roro space) 또는 특수분류구역(special category space)에는 적절한 화재 감지 설비가 설치되어야 한다. 특히 가스 또는 가스 혼합물 감지기는 결함이 있는 배터리를 최대한 빨리 식별하여 화재를 초기 단계에서 찾아 진압할 수 있도록 한다. 리튬이온배터리 차량은 화재 시 발생되는 가스 중에 CO2와 CO가 가장 많은 비중을 차지하는 한다. 수소연료전기차는 폐쇄형 또는 반개방형 갑판에서 수소가 누출되면 쉽게 폭발 후 화재가 발생할 수 있다. 이에 CO 계열 감지기 및/또는 수소 감지기를 설치하는 방안도 고려할 필요가 있다.

 

나. 순찰 및 모니터링
선적된 차량의 이상 여부를 알기 위해서는 차량 갑판의 순찰 및 모니터링이 필수적이다. 화재 순찰 업무를 수행하는 선원은 전기차의 기본 특성 및 안전적인 측면을 숙지하여야 한다. 순찰요원은 휴대용 적외선 열화상 카메라를 사용하고 순찰 중 가스 누출이 의심되는 경우에 가스 감지기를 사용해야 한다. 순찰요원은 일반적인 화재의 징후 외에도 소리나 냄새 등 의심되는 사항에 대하여 주의를 기울여야 한다. 화재 순찰은 출항 직후 1~2일 이내에는 가능한 한 잦은 주기로 시행한다. 또한 선교에서 화물구역을 모니터링 할 수 있는 CCTV를 설치하는 것도 모니터링의 한 방법일 수 있다. 

 

4. 화재 대응
가. 비상대응매뉴얼

선박은 위험성평가 등을 통하여 식별된 위험 사항에 대하여 비상대응매뉴얼을 마련하여야 한다. 비상대응매뉴얼에는 다음의 사항이 포함되어야 한다.

 

- 전기차 등과 관련한 화재로 인하여 발생하는 모든 측정
   가능한 위험에 대한 완화 조치
- 소방요원의 고정식 및 이동식 소화설비 종류, 수량, 용량
- 화재 현장의 연기에 대한 소방 전략
   (소방팀 운영, 화재확산 방지, 로로구역의 유형 고려)
- 화재 진압 전략
- 유독 가스가 있는 공간에 진입할 가능성
- 고정식 소화 설비의 작동
- 재발화 방지를 위한 사후 화재 대응
나. 차량 식별
화재의 최초 발견자가 가장 중요하게 고려해야 할 사항 중 하나는 사고 차량이 내연기관 차량인지 전기차인지 여부를 확인하는 것이다. 차량 유형에 대한 식별이 불가능한 경우에는 전기차로 간주하고 대응을 한다.

 

다. 고정식소화설비
전기차 화재의 경우에 중대형 이상의 화재로 발전 가능성을 초기에 추정하는 것도 중요하다. 만약 중대형 이상의 화재로 발전할 가능성이 있을 시 화재장소에서 대피 후 고정식소화설비를 작동하는 것을 우선한다. 다만 고정식소화설비는 특수분류구역이나 개방된 차랑 갑판에는 적합하지 않을 수 있다.
고정식소화설비를 작동하기 전에 차량 갑판의 환기설비를 폐쇄하는 것은 중요한 일이다. 영국해난사고조사기관(MAIB)의 몇몇 사고조사보고서에 따르면, 선원들이 차량 갑판의 환기설비를 폐쇄하는 법에 대하여 정확한 절차나 소요 인원 등을 알지 못하는 경우가 많았다.

 

라. 스프링클러 또는 미분부 소화 설비
스프링클러 설비를 사용한 테스트에서 여러 스프링클러 중 첫 번째 스프링클러가 화재 시작 4분 이내에 활성화된 바 있다. 하지만 스프링클러 설비는 갑판 상부에 위치하여 차량의 하부에 위치한 배터리 화재의 소화에는 미미한 영향을 미쳐 화재를 진압하는데 효과가 없었다.
하지만 상기 테스트에서 해당 설비가 화재를 진압할 수 없었음에도 불구하고 활성화된 설비는 화재가 인접한 차량으로 번지는 것을 성공적으로 방지하고 소방요원이 화재를 진압할 시간을 제공할 수 있었다는 것에 주목할 필요가 있다.

 

마. 소화요원에 의한 진압
현재 전기차 화재가 발생했을 때 가장 효과적인 방법은 대량의 물로 냉각소화하는 게 최선이다. 그러나 차량의 외부에서만 냉각할 수 있는 경우 화재 진압 또는 냉각 시간이 길어지고 몇 분이 아닌 몇 시간이 걸릴 수 있으며 이를 위해서는 많은 양의 물5)이 필요하다.
현재까지 기존의 소화방법들을 보완할 방법들을 검토한 결과, 1)질식소화포6)로 차량을 덮어 연기와 화재확산을 감소시키고 2)물분무방사기(water fog applicator)로 차량 하부에서 냉각을 하거나 물분무창(Water Mist Lance)7)을 이용하여 차량을 관통하여 살수하며 3)차량 주변에서 이동식 냉각수조를 조립하여 물을 빠르게 채워넣어서 차량을 잠기게 하는 것이 유효한 방법으로 판단된다.
그러나 상기는 소화요원이 화재 차량에 안전하게 접근이 가능한 경우로 차량과 차량 간격이 매우 좁으며 화재로 인하여 연기가 시야를 가린 상황에서 이를 적용하기에는 한계가 있다.

 

바. 사후 확인
화재가 완벽히 진압되기 전까지 소화작업을 중단하면 안 된다. 배터리 냉각이 너무 빨리 중단되고 배터리 팩의 내부 내용물의 온도가 고온을 유지하면 연기가 계속 방출될 수 있으며 이로 인하여 다시 발화할 수 있다.
고정식소화설비로 화재를 진압한 경우에는 충분한 시간을 두고 화재가 발생한 갑판에 진입하여야 한다. 또한 진입 시 화재장소에 유독가스가 존재한다는 사실을 명심하고 충분히 환기를 시행한다.

 

사. 사고 차량 처리
소화가 진압된 후 원인이 된 배터리를 처리하고 관리하는 것은 중요하다. 여전히 배터리 팩이 폭발할 가능성이 있기 때문이다.
또한 화재가 발생한 주변의 차량에서도 상당한 시간 뒤에 배터리 손상 등으로 추가 화재가 발생할 수 있는 것도 주의하여야 한다. 이 문제는 특히 1차 사고에서 고정식 포말 또는 이산화탄소가 소진되어 후속 화재에서 사용이 어려울 수 있기 때문이다.


 앞서 언급하였듯이 기존 내연기관차량이 친환경차량으로 대체되는 속도가 매우 빠른 것으로 예상되며 이는 해상에서 자동차운반선으로 운송되는 차량들도 이러한 친환경차량이 지배할 것으로 보여진다.
전기차의 배터리 화재가 계속해서 이슈가 되고 있어 제조사 또는 관련 산업의 노력으로 배터리의 안정성이 개선될 것으로 예상되지만 화재의 위험이 완전히 제거되지는 않을 것이다. 따라서 자동차운반선에 탑재된 차량 갑판의 구역, 화재 감지 및 화재 진압 설비, 화재 진압 전술 등도 발전할 필요가 있다.


그러나 불행히도 해사 업계의 규정은 발전하는 자동차 시장 동향에 느리게 대응하는 경우가 많고 현존선에 대한 실질적인 개선에 한계가 있음도 염두하여야 한다. 이에 선박소유자 및 선원들은 전기차 등 친환경차량의 운송에 대하여 신중한 정책을 펼치고, 화재예방과 신속한 화재감지가 더욱 중요하다는 점을 인지하는 것과 배터리의 이상적인 충전상태, 화재 감지, 신규 소화설비의 적용, 차량 적부, 교육 및 훈련 등의 다양한 조합을 통하여 자체적으로 효율적인 대응 프로그램을 수립 및 이행하는 것이 권고된다. 

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