□ 방송일시 : 2024년 06월 25일 (화)
□ 진행 : 박귀빈 아나운서
□ 출연자 : 홍종섭 연세대 기계공학과 교수
* 아래 텍스트는 실제 방송 내용과 차이가 있을 수 있으니 보다 정확한 내용은 방송으로 확인하시기를 바랍니다.
◆ 박귀빈 아나운서(이하 박귀빈) : 어제 오전 경기도 화성의 한 리튬 전지 제조공장에서 화재 사고가 발생했습니다. 이 사고로 22명이 숨지고, 8명이 다치는 등 30여 명의 사상자가 발생했는데요. 당시 불이 시작된 곳은 건물 2층에 보관 중이던 배터리 셀이었습니다. 총을 쏘는 것 같았다 원자폭탄이 터지는 것 같았다 이런 증언들이 나오고 있어요. 사고 당시에 그 굉음도 엄청났다는 이야기인데요. 큰 인명피해도 발생했지만 리튬 전지에 난 불은 일반 화재와 달리 물로는 진화가 되지 않는다고 합니다. 리튬 전지 공장 화재를 쉽사리 진화하지 못한 이유가 있었던 건데요. 좀 관련해서 자세한 이야기 전문가와 알아보겠습니다. 연세대 기계공학과 홍종섭 교수 전화 연결하겠습니다. 교수님, 안녕하세요?
◇ 홍종섭 연세대 기계공학과 교수(이하 홍종섭) : 네. 안녕하세요. 연세대 기계공학과 홍종섭입니다. 반갑습니다.
◆ 박귀빈 : 네. 반갑습니다. 교수님도 이번에 화재 소식을 들으시고 좀 자세히 내용을 살펴보셨을텐데. 무엇보다 리튬 전지에 대한 관심이 높아졌습니다. 피해가 너무 컸고 또 일반 화재처럼 물로 끄는 것도 불가능하다 이런 내용이 알려지면서 더 그랬는데요. 리튬 전지의 어떤 특성 때문입니까?
◇ 홍종섭 : 우선 이번 화재 사고로 목숨을 잃으신 분들의 명복을 빌고 또 가족과 친지분들을 잃으신 유족분들께 먼저 심심한 위로의 말씀을 전합니다. 이번에 화재를 유발한 리튬 1차 전지는 내부 전극 물질의 하나로 금속 리튬을 사용하고 있습니다. 금속 리튬은 알칼리 금속계에서도 가장 반응성이 뛰어난 물질이고 공기 또는 물과 만나게 되면 폭발적인 발열 반응을 만들어냅니다. 특히 물과 반응할 시에는 수소가 발생하게 되는데 고온 고압 조건에서는 이런 수소도 산소와 만날 시에는 폭발적인 발열 반응을 만들어내기 때문에 2차적인 수소 연소 반응을 억제하기 위해서라도 리튬 1차 전지 화재 시에 물을 사용하는 소화가 어렵고 그래서 이번 화재도 방제 과정에 굉장히 오랜 시간이 걸렸던 이유 중에 하나라고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 리튬 전지라는 게 우리가 전자전기제품에서 일상에 많이 사용하고 있는 걸로 알고 있기 때문에 특히 이번 사고가 많은 분들이 더 좀 관심 있게 지켜보신 이유인 것 같습니다. 그럼 우리가 일상생활에서 사용하는 데는 문제가 없나 위험하지 않나 이 부분도 많이들 궁금하실 것 같은데요. 혹시 우리가 일상생활에서 사용하는 리튬전지에서 만약에 불꽃이 튄다 그러면 그럴 때는 어떻게 대응해야 됩니까? 뭐 물 같은 거는 사용하면 안 되겠네요.
◇ 홍종섭 : 일단 지금 이번에 화재가 난 주밀차지 같은 경우에는 물로 소화를 하는 경우는 어렵고요. 지금 말씀 나온 것처럼 모래를 사용한다거나 이런 특수한 리튬 전용의 소화 물질들을 사용을 해야 되는데 아직 국내에는 그런 법규나 이런 것들이 다 제도화되어 있지 않기 때문에 조금 어려운 부분들이 있고요. 그다음에 이제 사용하는 것에 있어서 그런 화재 사고에 대한 것들에 대한 가이드라인도 아직 명확하게 규정돼 있지 않은 상황이라고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 좀 궁금한 걸 하나씩 여쭤보겠습니다. 일단 이번에 화재가 발생한 공장에서는요 주로 리튬 1차 전지 생산한다고 합니다. 그러니까 이번에 화재가 발생한 거는 리튬 1차 전지군요.
◇ 홍종섭 : 네. 그렇습니다.
◆ 박귀빈 : 리튬 1차 전지와 2차 전지가 어떻게 다릅니까?
◇ 홍종섭 : 일반적으로 지금 알고 계신 배터리는 사실 2차 전지로 일반적인 전기차나 에너지 저장 장비로 쓰이고 있는 리튬이온 배터리인데요. 이런 리튬이온 배터리 2차 전지는 1차 전지와는 다르게 조금 아까 말씀드린 전극 물질을 리튬 대신에 흑연을 사용하고 있습니다. 금속 리튬의 과도한 반응성으로 안전 문제가 있었기 때문에 충방전을 안정적으로 진행하기 위해서 일반적인 2차 전지는 금속 리튬을 흑연으로 대체하여 사용하고 있는데 이에 반해서 이번에 화재가 발생한 1차 전지는 에너지 저장 용량을 일단 극대화하고자 좀 전에 말씀드린 것 같이 폭발적인 반응성을 지닌 금속 리튬을 전극 물질로 사용하고 있기 때문에 비정상적인 환경에 배터리가 노출되면 흑연을 사용하는 일반적인 2차 전지보다 발열 반응과 폭발성이 훨씬 크다고 할 수 있습니다.
◆ 박귀빈 : 그러니까 우리가 주로 전기차 휴대전화 노트북 뭐 이런 데 들어가는 리튬 전지는 2차 전지 리튬 이온 배터리라는 말씀이시군요. 그건 일상생활에서 이렇게 위험하지는 않습니까? 그러면?
◇ 홍종섭 : 상대적으로 지금 금속 리튬을 사용하고 있지는 않기 때문에 좀 더 안정적으로 사용 할 수 있고요. 그런 면에서 폭발성이 조금 더 덜하다고는 할 수 있습니다. 그렇지만 일반적인 전기차 화재를 보셨을 수도 있겠지만 2차 전지도 비정상 상황에 노출이 될 경우에는 충분히 폭발성이 있는 물질들을 사용하고 있기는 합니다.
◆ 박귀빈 : 그렇습니까? 그러면 일상적으로 우리가 사용하는 리튬 이온 전지라는 것, 2차 전지도 사용하는데 특별하게 유의해야 될 사항을 알아둘 건 없겠습니까?
◇ 홍종섭 : 사실 지금 2차 전지로 쓰이고 있는 리튬이온 배터리는 주로 전기차 또는 모바일 디바이스들이나 이런 것들이 활용이 되고 있는데 이런 장비들은 일반적으로 전기적 또는 기계적 열정으로 배터리를 안정적으로 운용할 수 있도록 어느 정도의 일종의 매니지먼트 시스템들이 갖춰져 있고요. 그렇기 때문에 사실 소비자분들이 그렇게 걱정하실 정도의 급격한 반응들은 사실 억제가 돼 있는 상황이고 그런 부분들을 일단 제조사들에서 다 신경 써서 만들어내고 있기 때문에 안정적인 구간에서 현재는 사용하고 있어서 크게 아주 염려하시지는 않아도 될 거라고 보이고 있습니다.
◆ 박귀빈 : 알겠습니다. 이번에 화재가 난 그 공장에서 보면 기사가 어떻게 나오냐면요. 완제품인 리튬 배터리를 검수하고 포장하는 그 과정에서 불이 났다고 그랬거든요. 그러니까 완제품에서 불이 난 거지 않습니까? 그러면 이 리튬 1차 전지는 주로 어디에 쓰입니까? 그 상태로 어디다 납품하려고 했었을 거 아니에요?
◇ 홍종섭 : 네 일반적으로 지금 1차 전지라고 하는 건 아시다시피 충방전이 다시 일어나는 것이 아니기 때문에 한 번 일반적인 마트에서 구매하시듯이 쓰고 버리는 형태의 제품들을 얘기하는데요. 그러다 보니까 이제 고용량의 배터리를 쓰려고 하는 일반적인 장기적인 어디든지 활용이 될 수 있는데 사실 1차 전지는 소비자들이 보시기에는 그게 그렇게 아주 친밀한 제품들은 아니고 우리가 일반적으로 보고 있는 2차 전지가 오히려 현재 더 친밀한 배터리라고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 알겠습니다. 완제품에서 지금 불이 붙어서 이게 15초 만에 막 폭발하면서 이게 엄청난 참사가 벌어진 거지 않습니까? 어떤 상황을 추정하십니까? 왜 완제품인데 불이 붙었을까요?
◇ 홍종섭 : 아직 소방당국에서 조사 중
◆ 박귀빈 : 그건 맞습니다만 전문가가 보시기에 어떤 경우에 그런 일이 있을 수 있습니까?
◇ 홍종섭 : 일단은 배터리가 이런 화재 상황이 벌어지는 경우들을 저희가 열폭주라고 부르게 되는데요. 열폭주 현상은 일반적인 리튬 배터리가 열적이나 전기적 또는 기계적인 비정상 상황에 노출될 경우에 배터리 내부에서 이제 통제되지 않는 부가적인 반응이 발생하게 되고요. 이 과정에서 굉장히 큰 양의 열이 발생하고 가스가 생성되고 또 배터리 내부 압력이 증가하고 그걸 통해서 급속한 연소반응이 일어나는 과정을 말합니다. 그래서 만약에 배터리 내부에 결함이 있었거나 아니면 큰 강도의 기계적인 충격을 받았거나 또는 주변에서 열 관리가 적절히 되지 않아서 배터리 온도가 상승할 경우에는 정상적인 작동 환경이라면 내부적으로 접합되지 않아야 할 양극과 양극이 내부적으로 접촉하게 되고 앞서 말씀드린 이런 통제되지 않는 이런 발열 반응이 마치 폭주 기관차처럼 급속도로 발생하게 됩니다. 그래서 그게 이제 배터리의 폭발로까지 이어진다고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 열폭주 현상 때문에 15초 만에 이렇게 큰 불이 난 건데 열폭주가 될 수 있는 조건이라고 하면 아까 처음부터 만들어질 때 잘못 만들어졌거나 큰 충격이 가해졌거나 이런 경우를 지금 추정할 수 있다는 것이죠.
◇ 홍종섭 : 네 맞습니다. 일반적으로 저희가 이제 배터리 열폭주의 그런 기작들을 얘기할 때 제조 단계에서 이런 결함이 내부적으로 있었거나 또는 외부에서 충격이 가해져서 배터리가 파손이 됐었거나 또는 배터리가 열 관리가 제대로 되지 않아서 그 자체의 온도가 굉장히 높아지게 될 경우에는 통제되지 않는 이런 열폭주 반응이 일어나게 됩니다.
◆ 박귀빈 : 보통 이 열폭주 현상이 나타날 때 그러면 어떤 전조 증상이라든가 미리 감지할 수 있는 어떤 그런 신호 같은 거는 있을 수가 없습니까? 갑자기 일어납니까?
◇ 홍종섭 : 이게 리튬이온 배터리 내부 상태 진단하거나 열폭주 현상을 조기에 파악하기 어려운 이유가 아시다시피 배터리를 마트에서 구매해보시면 알겠지만 완벽히 밀봉된 형태의 폐쇄형 시스템입니다. 이런 구조적인 특징 때문에 외부에서 배터리 상태를 진단하거나 이렇게 모니터링할 수 있는 지표가 배터리 전압과 온도밖에 없는데요. 이런 제한된 정보 때문에 열폭주를 조기에 진단 예측하기가 굉장히 어려운 상황이고요. 그런 이유로 일단은 현재는 배터리를 최대한 정기적 열적으로 안정적인 구간에서만 사용하도록 지금은 하고 있습니다.
◆ 박귀빈 : 제가 찾아보니깐요. 리튬 1차 전지에 의한 사고가 그동안에도 종종 있었더라고요.
화재 사고 같은 경우요 그러면 그런 사고들이 그동안 쭉 이제 발생된 적이 있었는데 이렇게 공장에서 이렇게 큰 사고로 이번에도 역시 이어질 수 있었던 건 이거 예방하거나 이런 게 좀 어렵습니까?
◇ 홍종섭 : 당연히 관리를 잘 해서 배터리를 안정적인 환경에 놓거나 아니면 운영 단계에서의 조금 제한된 범위에서 운영을 한다면 크게 문제되지는 않는데요. 아까 말씀드린 바와 같이 배터리 내부 상태를 저희가 들여다보고 있을 수가 없습니다. 완벽하게 밀봉이 된 상태이기 때문에 배터리가 현재 내부적인 결함이 있는지 아니면 온도가 올라가고 있는지 아니면 그 안에서 어떠한 부가적인 반응들이 내부적으로 일어나고 있는지를 밖에서 볼 방법이 없기 때문에 현재로서는 최대한 관리 가이드라인이나 아니면 운용 가이드라인을 따라서 안정적인 이런 작동을 할 수 있도록 하는 것밖에는 현재로서는 방법이 없다고 보시면 좋을 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 그렇군요. 이번에 리튬 전지 화재로 인한 이 독성 물질 확산에 대한 우려도 상당히 많이 나오고 있습니다. 이 배터리 화재가 나면 뭐 다량의 독성 가스가 나옵니까?
◇ 홍종섭 : 배터리 내부에는 전극물질 이외에도 전액이라는 유기용 용매가 있는데요.
액체 물질인데 그 부분이 고온으로 노출되고 그다음에 그 과정에서 주변에 있는 산소나 수소들을 만나게 될 경우에는 지금 알려진 바와 같은 굉장히 인체에 해로운 독성 물질들이 발생을 하게 됩니다. 아마 언론에서 가장 많이 나왔던 뉴스가 불산가스 얘기들이 많이 나왔을 텐데 전액 내부에 지금 플로린이라는 성분이 있습니다. 이게 열폭조 상황에서 수소랑 만나게 되면 플루오린화 수소라는 불산을 생성하게 되고 이 불산이 아시다시피 굉장히 부식성과 독성이 강하기 때문에 현재 인체에 굉장히 해로운 가스가 발생할 수 있는 상황입니다.
◆ 박귀빈 : 말씀을 들어보면 이 리튬 1차 전지는 그럼 상당히 위험한 물질이 아닌가 이런 생각이 들어서 말이죠. 혹시 리튬 1차 전지를 대체할 만한 조금 더 안정적인 대체재를 개발한다거나 뭐 그럴 필요성은 없겠습니까?
◇ 홍종섭 : 지금 언론에 많이 나오고 있듯이 사실 리튬이온 배터리의 열적 안정성 문제들 때문에 내부적으로 포함된 리튬 금속을 대체하고 그다음에 전액 물질을 대체하기 위한 이런 전고체 배터리 또는 상고체 배터리 지금 개발이 되고 있습니다. 이런 것들이 개발이 되고 있는데 충분히 열적 안정성이 리튬 이온 배터리나 리튬 1차 전지보다는 우수한데 아직 상용적인 수준에서 대량의 생산을 할 정도의 기술 개발이 진행되지 않아서 아마 단기간에 리튬 1차 전지나 2차 전지를 대체하기는 좀 어려울 것으로 보고 있습니다.
◆ 박귀빈 : 학계에서도 많은 연구가 이루어지고 있다고 말씀을 하셨는데 교수님도 관련해서 같이 연구하고 그런 것도 있으세요?
◇ 홍종섭 : 네. 저희 연구실은 지금 현재 열폭주 또는 열전파 현상을 정밀하게 규명해서 이를 조기에 진단 억제 또는 해소할 수 있는 기술을 개발하고 있고요. 열폭주 반응 메커니즘 또는 열전파 인자를 규명해서 리튬이온 배터리 상태를 정밀 진단할 수 있는 진단 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이런 걸 통해서 배터리 열안정성을 조기에 진단하고 배터리를 안전하게 운용할 수 있는 기술을 개발 중인데요. 이런 걸 통해서 어쨌든 저희가 하고자 하는 바는 리튬이온 배터리의 열적 안정성이 개선돼서 소비자들의 인식이 조금은 개선될 수 있는 방향으로 저희 연구비를 기여하려고 하고 있습니다.
◆ 박귀빈 : 리튬 1차 전지가 지금 많이 쓰입니까?
◇ 홍종섭 : 1차 전지도 많이 쓰이고요. 1차 전지도 생각보다 아마 마트에서 구매하실 정도로 굉장히 많이 쓰이는 제품이라고 생각하시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 그러면 항상 이 어떤 조건이 됐을 때 열폭주 현상이 일어날 수 있는 위험성은 항상 있는 거 아닙니까?
◇ 홍종섭 : 그래서
◆ 박귀빈 : 제가 여쭤보고 싶은 건 뭐냐 하면 그러니까 우리가 일상적으로 우리가 생활 속에서 그럴 리는 없겠지만 사실은 공장에서는 생산 공장은 여전히 위험한 거잖아요.
직접적으로 그거를 제작하고 만드는 곳이기 때문에 훨씬 더 위험성에 노출될 가능성이 크기 때문에 평소에 좀 어떤 좀 예방책 이런 것들이 만들어져야 될까요?
◇ 홍종섭 : 사실 아직 배터리의 안정성에 대해서는 활용 단계 즉 소비자들이 활용하시는 부분에 대해서는 굉장히 신경을 많이 쓰고 있는데요. 제조 공장에 대해서는 사실 그렇게 엄격한 운영 가이드라인 같은 게 제정돼 있지는 않다고 봅니다. 그래서 현재로서는 지금 제작 단계에서도 굉장히 수분이나 공기 이런 것들을 만나지 않도록 잘 제어하고 또는 주변의 온도를 최대한 높지 않도록 제어하려는 노력들을 많이 하고 있는데요. 이번에 화재가 난 것과 같이 완제품 그러니까 완벽하게 배터리가 제조된 다음 단계에서 사고가 났는데 이런 부분들은 검수를 조금 더 신경을 많이 썼었거나 아니면 내부적으로 주변에 있는 환경을 조금 제어할 수 있는 가이드라인을 조금 정립해야 되지 않나라는 생각이 듭니다.
◆ 박귀빈 : 청취자분들도 궁금한 게 많으신 것 같습니다. 솔직히 이 건전지라든가 리튬 전지라든가 우리가 일상에서 아까 말씀하셨지만 마트에서도 쉽게 구매할 수 있는 거기 때문에 집에 폐 건전지 모아놓은 거 다 버려야 하나요? 예전에 쓰던 휴대폰 배터리나 건전지들도 터질 위험이 있다는 얘기잖아요. 이런 질문을 주셨어요.
◇ 홍종섭 : 일단 일반적으로 지금 현재 사용 중이신 배터리는 일단 크게 열적으로나 기계적으로 파손된 상태에 보관을 하시지 않는 거라면 크게 문제되지는 않을 거고요. 그리고 저장 용량 자체가 아마 일반 소비자들이 쓰시는 제품들은 굉장히 작기 때문에 내부에 있는 소재 물질도 작을 것이고 그런 면에서 폭발성이 굉장히 작다고 보시면 될 것 같습니다. 그리고 완전히 방전이 끝난 제품들은 오히려 훨씬 더 폭발성이 더 줄어드는 상태로 변하게 되고요. 그렇기 때문에 완충 상태의 배터리를 보존하고 있는 게 아니시라면 완전히 방전이 끝난 상태의 배터리를 보존하고 계신 거라면 크게 문제되지는 않을 거라고 보고 있습니다.
◆ 박귀빈 : 네. 물리적 충격 가능성이 있다는 얘기면 배터리 잘못 떨어뜨렸을 때 화재가 날 수도 있다는 소리 아닌가요? 이런 질문 주셨네요.
◇ 홍종섭 : 그 정도로의 충격은 사실 배터리에 크게 손상이 되지 않고요. 저희가 말씀드리는 배터리의 충격은 외부에서 굉장히 날카로운 물질로 배터리를 뚫고 들어가거나 아니면 이렇게 꺾여서 이렇게 흔히 말해서 배터리가 꺾였거나 하는 등의 이슈로 인해서 배터리 내부의 물질들이 서로 접촉하게 되는 경우들이 발생하게 되는데 일반적인 소비자분들이 배터리를 떨어뜨리는 정도의 강도로는 외부에 있는 그런 케이스가 보호를 하고 있기 때문에 충분히 손상되지 않는 정도의 범위라고 보시면 될 것 같아.
◆ 박귀빈 : 만약에 집에 있는 물건에서 이렇게 배터리에 불 나면 당장 어떻게 해야 하나요?
물 뿌리면 가스가 나오니까요라고 하셨는데 집에 있는 배터리도 어떤 불이 나거나 그러면 물 뿌리면 가스 나옵니까?
◇ 홍종섭 : 충분히 가스가 발생할 수 있는 상황이고요. 내부적으로 지금 리튬이 존재하는 상황이라면 언제든지 가스가 발생할 수 있고 그걸 떠나서 배터리 내부에 있는 전액에서도 충분히 가스가 발생할 수 있기 때문에 일반적인 그런 물이나 이런 것들로 소화를 하시기보다는 현재로서는 사실 아까 말씀드린 바와 같이 최대한 주변에서 산소가 공급되는 걸 억제할 수 있는 정도로밖에 할 수가 없어서 주변에 있는 일반적인 돌활성 물질들을 덮어놓거나 아니면 전문적으로 설치돼 있는 리튬 전용 소화기를 사용을 해야 되는데 일반 가정집에 아직 그런 제품들이 구비가 되어 있지 않기 때문에 현재로서는 최대한 물이나 산소 이런 것들을 피하시고 최대한 모래나 아니면 주변에 불활성 물질들, 불이 타지 않는 물질들로 주변부를 덮어주는 형태로밖에는 현재 할 방법이 없다고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 네. 교수님 끝으로 이번에 리튬 전지 화재 사고 예방하기 위해서 또 우리 청취자분들이 굉장히 우리 일상 속에서 종 걱정이 많으신 것 같아요. 짧게 한 말씀 좀 부탁드릴게요. 당부하고 싶은 말씀 있으시면요.
◇ 홍종섭 : 여러 가지 화재로 아마 걱정이 많으실 텐데 리튬이온 배터리는 안전한 운용 가이드라인만 정립이 잘 된다면 큰 화재 사고 없이 본연의 기능을 잘 발휘할 수 있습니다.
그래서 제가 보기에 이제는 학계 산업계 민간 모두가 배터리 안전 운용 저장 기술들의 역량을 집중해서 조금 안정성을 확보하고 그다음에 배터리에 대한 소비자들의 두려운 마음을 해소해서 배터리가 우리 사회에 잘 정착될 수 있는 과정이라고 봐야 될 것 같습니다.
◆ 박귀빈 : 알겠습니다. 지금까지 연세대 기계공학과 홍종섭 교수였습니다. 고맙습니다.
◇ 홍종섭 : 감사합니다.
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