"15초 만에 삼켰다"…1000도 치솟는 리튬 열폭주, 피해 키웠다 [화성 리튬공장 참사]

중앙일보

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24일 오전 경기 화성시 서신면의 일차전지 제조 업체 공장에서 불이 나 소방 당국이 진화에 나섰다. 사진은 연기가 치솟는 공장 건물. 연합뉴스

24일 오전 경기 화성시 서신면의 일차전지 제조 업체 공장에서 불이 나 소방 당국이 진화에 나섰다. 사진은 연기가 치솟는 공장 건물. 연합뉴스

24일 경기 화성 전곡해양산업단지에 위치한 리튬 일차전지 공장 화재로 22명이 숨지고 중상자 2명을 포함 8명의 부상자가 발생했다. 이처럼 인명 피해가 컸던 건 가열되면 폭발·연소하는 금속물질 리튬의 특성인 ‘열폭주(thermal runaway)’ 현상 때문이란 분석이 나오고 있다.

소방당국에 따르면 이날 화재는 아리셀 공장 3동 건물 2층에 있던 리튬 배터리가 폭발하면서 발생한 것으로 추정된다. 불은 리튬 전지 완제품을 검수하고 포장하는 이 공장 3동 2층에서 발생했다. 화재가 발생한 공장에는 높이 45㎝, 지름 30㎝ 원통형 등 다양한 크기의 리튬 배터리 3만5000개가 보관돼 있던 것으로 소방당국은 파악하고 있다. 불이 난 아리셀은 ‘스마트 그리드(지능형 전력망)’ 계량기 등에 사용하는 리튬 일차전지를 제조·판매하는 업체로 알려졌다.

일반적으로 리튬 전지 화재는 ‘열폭주(thermal runaway)’ 현상으로 인해 발생한다. 리튬 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해액 등으로 구성된다. 분리막이 손상되면 양극과 음극이 접촉해 과열되면서 화재와 폭발이 일어나는 식이다. 이 과정에서 열 발생 에너지가 제어되지 않아 열이 증폭되면서 연쇄적으로 폭발이 일어날 수 있다. 현장에 있던 목격자들은 “타닥타닥하다가 꽝꽝 터지는 소리가 1시간은 났다. 불난 공장에서 불꽃놀이 하듯 불꽃이 날렸다”, “마치 원자폭탄이 터지는 것만 같았다”고 말했다. 백동현 가천대 소방방재학과 명예교수는 “리튬 배터리 화재가 발생하면 온도가 600~1000℃ 이상까지 오르는 등 진압이 쉽지 않다”고 말했다.

24일 화재가 발생한 아리셀 제품 카탈로그. 회사 홈페이지

24일 화재가 발생한 아리셀 제품 카탈로그. 회사 홈페이지

리튬 배터리는 불에 타면서 산소와 수소 등 가연성 가스 등이 다량 분출돼 물이나 분말·질식 소화기로는 화재 진압이 어렵다. 이 때문에 소방당국도 모래와 팽창 질석을 준비했지만 소방 인력이 현장에 도착했을 땐 이미 배터리가 연소한 상태였다고 한다. 화재가 발생한 지 얼마 되지 않아 인명피해가 일어났을 가능성이 제기되는 부분이다.

실제 화재 발생 직후엔 현장에 근무하던 작업자들이 소화기를 이용해 화재를 진압하려 했으나 리튬 특성상 일반 소화기로 화재가 진압되지 않았던 것으로 파악됐다. 조선호 경기소방재난본부장은 이날 오후 “폐쇄회로(CC)TV 확인 결과 배터리에서 흰 연기가 피어오르다 급격하게 발화하면서 작업실 전체를 뒤덮는데 약 15초 밖에 걸리지 않았다”며 “처음엔 당황하던 작업자들이 소화기를 가져와서 불을 끄려고 했지만, 리튬이다 보니 잘 꺼지지 않았던 것으로 파악된다”고 설명했다.

이에 소방 인력은 인근 공장 등 주변으로 화재가 번지는 것을 차단하는 데 주력하기 위해 물과 소화액을 사용해 건물에 붙은 불길을 잡는데 애썼다. 김 과장은 “화염분출 과정에서 복사열이 옆 건물에도 지속적으로 가하면 추가 화재발생이 가능한데 그 중간을 물로 냉각작업 해서 열을 식히는 것으로 확산을 막았다”고 말했다.

리튬 배터리가 폭발하는 과정에서 벤젠·불화수소 등 유해가스가 다량 배출된 것도 피해를 키운 요인으로 지목된다. 현장 소방대원들도 각종 유해가스 분출과 건물붕괴 위험 등을 우려해 화재 발생 4시간여가 지난 오후 2시 30분까지도 건물 내부로 구조 인력을 투입하지 못했고, 안전진단을 마친 뒤인 오후 3시 무렵에야 내부로 진입해 수색작업을 벌였다.

24일 경기 화성시에 위치한 일차전지 제조 공장 아리셀에서 화재가 발생했다. 화재 현장에서 소방관계자들이 이동하고 있다. 장진영 기자

24일 경기 화성시에 위치한 일차전지 제조 공장 아리셀에서 화재가 발생했다. 화재 현장에서 소방관계자들이 이동하고 있다. 장진영 기자

소방·경찰은 정확한 화재 원인을 규명하기 위해 오는 25일 합동감식을 할 예정이다. 김진영 화성소방서 화재예방과장은 “배터리 셀 하나에서 폭발적으로 연소가 시작됐다는 증언을 바탕으로 화재 원인을 조사 중”이라고 밝혔다. 남인호 중앙대 화학공학과 교수는 “리튬 배터리 화재는 다양한 원인이 있을 수 있지만 배터리 자체의 발연성이 워낙 좋다 보니 고온이나 고압, 수분이 높은 상황 등에 노출됐을 때 쉽게 발화가 일어날 수 있다”고 설명했다.

회사 측에 따르면 아리셀이 제조·판매하는 리튬 1차 전지는 주로 스마트그리드에 쓰이는 스마트미터기, 원격 검침기의 전원으로 사용된다. 흔히 전기자동차, 휴대전화, 노트북 등에 주로 쓰이는 배터리는 아리셀에서 제조하는 일차전지와 소재는 같지만 이들 제품과는 달리 충전과 재사용이 가능한 리튬 이차전지다.

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