STELIA 항공우주 복합재, 수소 저장 기술 혁신 선도

STELIA 항공우주(STELIA Aerospace, 프랑스 툴루즈)는 ARCHES TP 프로젝트 열가소성 복합 동체 데몬스트레이터와 2019년 메올트 시설 투어로 CW 독자들에게 친숙합니다. 그러나 이 회사는 여러 거점, 부품, 공정에 걸친 깊은 복합재 전문성을 보유하고 있습니다. STELIA 항공우주 복합재(STELIA Aerospace Composites, 프랑스 살론)는 보르도 외곽에 위치하며 330명 직원, 40,000m² 작업장, 자체 통합 시험실을 보유합니다. 세 가지 핵심 사업 부문: 항공구조물, 항공기 객실 부품, 필라멘트 와인딩 가스 저장 시스템. 후자는 산소·질소·수소 등 다양한 가스 저장에 쓰이며 35년 이상 핵심 사업입니다.

항공우주 탱크 경험

STELIA 항공우주 자회사로 대부분의 제조 경험이 항공우주·방위용 압력 용기에 집중되어 있습니다. CTO 크리스토프 블루아(Christophe Blois)는 "최대 5,000리터 탱크용 산업용 필라멘트 와인딩 역량을 보유하며, 고객 기술 요구에 맞춘 탱크 완전 설계 전문성을 갖췄다. 사이징, 소재 테스트·선정, 유한요소해석(FEA) 모델링, 자격 시험(압력 사이클, 파열 등), 다양한 산업 표준·규제 인증 캠페인 모니터링까지 포함한다"고 설명합니다.

18개월 만에 우주 산업 자격 표준 준수 및 완전 최적화된 생산 비용으로 중요 위성 탱크 애플리케이션 설계를 완료했습니다. "자격 획득, 양산화 완료, 현재 4개 제조 시리즈 진행 중"이라고 블루아는 덧붙였습니다.

수소 탱크 발전

STELIA 항공우주 복합재는 2.4~143리터, 100~700bar 범위의 수소 저장용 복합 탱크를 생산해왔습니다. "탱크 설계 선두주자이며 매우 큰 생태계와 협력한다"고 블루아는 말합니다.

2016년 11월, 연료전지 전기차(FCEV) 주행거리 개선을 위한 140리터 카본 파이버/에폭시 복합 수소 저장 탱크 개발 발표. 이는 2021년 토요타 미라이(Mirai)와 혼다 클래리티(Clarity) FCEV의 수소 저장 용량과 유사합니다. 다만 클래리티만 단일 탱크를 사용하며, 미라이와 현대 넥쏘(Nexo)는 3개 탱크를 사용합니다.

포레시아(Faurecia)가 2017년 5월 STELIA로부터 복합 수소 탱크 IP와 공정 노하우 독점 라이선스 취득. 2018년 4일 파리 하이볼루션(Hyvolution) 행서에서 공동으로 첨단 수소 저장 탱크 프로토타입 전시. 포레시아는 2035년까지 500만 대 FCEV 운영 예측하며 연료전지 기술 리더를 목표로 했습니다.

수소 저장 기술 과제

압축 가스 탱크의 주요 과제는 수소 기체의 낮은 체적 밀도입니다. 700bar에서도 압축 가스(CGH₂) 탱크는 액체 수소(LH₂) 탱크보다 커야 합니다. 예: 5kg 수소 기체는 700bar 상온에서 125리터 탱크 필요, 액체 수소는 상압 -252.87°C에서 75리터 탱크 저장 가능(에어 리퀴드 자료). 이 때문에 항공업계는 LH₂를, 자동차업계는 CGH₂ 탱크의 공간·중량 문제 해결을 모색합니다. 높은 압력과 대형화로 탄소 섬유 복합재 소요량과 탱크 비용이 증가합니다.

포레시아 개발 69리터 탱크가 현행 3개 양산 FCEV보다 높은 질량 분율(저장 효율) 달성. BMW 개발 극저온 압축(CcH₂)/CGH₂ 하이브리드 프로토타입만 더 높은 효율 기록(2012~2015년 보고, 현재 양산차 미적용).

미래 수소 탱크 개발 논의

30년 근속 블루아 CTO와의 대담:

• 에어 리퀴드와 복합 탱크 개발 협력? "수소용 복합 탱크에 관심 있으며 협력 중. 일반적으로 복합재는 차량 주행거리에 필요한 수소량과 경량화 요구로 모바일 시스템에만 쓰인다. 정거장 용도는 저압(~200bar) 운용이 많아 금속 탱크로 충분하다."
• 대형 탱크 700bar 초과 압력 가능? "최대 1,000bar 고려 가능. 복합재 벽 두께는 사용 압력과 탱크 직경에 비례. 현재 벽 두께 한계 넘어가면 복합재 성능 저하 발생."
• 항공용 액체 vs 압축 가스 수소? "항공기엔 대량 수소 필요해 극저온 기체의 높은 밀도가 압축 가스보다 유리. 하지만 40~80K(-233~-193°C) 장시간 유지가 기술적 과제."
• 열가소성 복합재 수소 탱크 적용 가능성? "미래 탱크 구조체엔 가능하나 현재는 아니다. 700bar 대형 탱크에 열가소성 복합재로 용기 성능 달성 비효율적. 다만 열가소성 라이너(타입 IV 탱크) 기술이 탱크 성능에 핵심적이며, 미래엔 전열가소성 탱크로 재활용성·지속가능성 향상 가능."
• 향후 5~10년 복합 수소 저장 탱크 시장 전망? "초기 5년간 수소 기체 저장 탱크 작업 지속, 할 일이 많다. 항공기 수소 기체 저장 시험 시작됐으나 액체 수소 저장 기술 성숙엔 수년 소요."
• STELIA 항공우주 복합재의 향후 집중 분야? "핵심은 항공우주·우주. 하지만 제로 배출 전환 지원에 책임감을 느끼며 논의 열려 있다. 700bar 중량 양산 개시 역량 갖췄으며 모든 기회 평가 지속."