[뉴스워커_산업기획] 미래의 에너지 ‘수소연료전지’ 기관차에 주목하라
[뉴스워커_산업기획] 미래의 에너지 ‘수소연료전지’ 기관차에 주목하라
  • 염정민 기자
  • 승인 2019.02.25 11:33
  • 댓글 0
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[뉴스워커_산업기획] 지난 2018년 9월 독일 Niedersachsen(니더작센) 주에서는 수소연료전지 기관차인 ‘Coradia iLint(코라디아아일린트)’가 시범운행을 시작했다.

해당 수소연료전지 기관차는 니더작센 주의 쿡스하벤 시와 쿡스테후데 시 구간에서 운영되고 기존의 디젤 기관차를 대체할 예정이며, 독일 철도 관계자들은 2021년까지 수소연료전지 기관차가 디젤 기관차를 완전히 대체할 수 있을 것으로 전망했다.

프랑스 알스톰 사에서 제작된 이 수소연료전지 기관차는 최고속도 140km/h를 낼 수 있으며 1회 완전 충전으로 1000km까지 주행이 가능한 것으로 알려졌다. 또한 수소연료전지 기관차는 주행 중에 수증기와 물만 배출하게 되므로 대량의 이산화탄소를 배출하던 기존의 디젤 기관차에 비해 환경면에서도 이점을 가지고 있다는 평가를 받고 있다.

▲ 그래픽_뉴스워커 황성환 그래픽 1다망

독일을 포함한 유럽 철도 회사와 철도 기관들이 수소연료전지 기관차에 주목하고 있는 이유로는 환경적 요인 외에 경제적 요인도 있는 것으로 분석된다.

기존 디젤 기관차를 대체하는 방법으로는 수소연료전지 기관차를 도입하는 것 외에도 철도를 전철화 하는 방법을 고려할 수 있다.

그러나 유럽 기준으로 철도에 전력 공급 장비를 설치하는 비용은 대략 1km당 120만 유로(약 15억 3000만 원)로 쿡스하벤 시와 쿡스테후데 시 구간을 전철화 한다면 1500억 원 정도가 소요되는 것으로 알려져 있다.

반면 시범 사업에 투입될 수소연료전지 기관차를 12량 제작하는 비용은 800억 원 안팎으로 동일 구간을 전철화 비용의 절반 정도만 요구될 것으로 전망되어 유럽의 철도 관련 회사, 기관들의 관심을 받고 있다.

◆ 한국에서도 수소연료전지 기관차 필요성 존재

한국 철도 시설 공단의 자료에 의할 때 2017년 기준으로 한국의 전철화율은 73.62%로 OECD 가입국가와 비교했을 때 낮은 수준은 아니지만, 한국은 전철화 되지 않은 구간이 여전히 존재하고 재난, 전쟁 등의 이유로 전력 공급이 불가능한 경우를 대비하여 기관차의 동력만으로 주행이 가능한 디젤 기관차를 도태시키지 않고 있다.

지난 2017년 10월 20일 더불어 민주당 이원욱 의원실이 배포한 보도 자료에 의할 때 한국 철도 공사는 디젤 기관차를 287량, 디젤동차를 169량 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 이 중 상당수가 기대 수명을 넘긴 노후차량으로 파악됐다.

특히 한국은 전시 등 전력 공급이 중단될 수 있는 특수한 상황에서도 운행이 가능한 기관차를 보유해야할 필요성이 제기되므로 전국 철도망을 전부 전철화 한다고 해도 외부에서 전력공급 없이도 자력운행이 가능한 기관차를 보유해야할 필요가 있다.

따라서 노후화된 디젤 기관차, 디젤동차를 교체하기 위해 자력운행이 불가능한 전기 기관차가 아닌 디젤 기관차 혹은 수소연료전지 기관차의 수요가 발생한다고 볼 수 있는데, 디젤 기관차는 이산화탄소 등 환경오염물질을 배출하므로 친환경 기관차로 교체를 결정한다면 수소연료전지 기관차로 교체할 수밖에 없다.

이와 같은 배경에서 한국 정부는 2022년까지 수소연료전지 열차를 개발한다는 로드맵을 설정하고 수소연료전지 기관차 관련 기술 개발을 지원할 예정으로 알려졌다.

◆ 산업용 드론 포함한 다양한 부문에서 수소연료전지 주목

현재 영화 촬영을 비롯한 광범위한 산업 분야에서 드론이 활용되고 있는데 기존 배터리 장착 드론의 경우 비행시간이 30분 남짓으로 짧고 무거운 중량의 화물을 운송하는 것에는 약점이 있는 것으로 평가받고 있다.

이는 배터리 장착 드론이 장시간동안 비행을 하고 무거운 중량의 화물을 운송하기 위해서는 높은 출력이 필요하며 이를 위해서는 대용량 배터리 탑재가 필수적인데, 현재 판매 중인 대용량 배터리 무게가 가볍지 않아 대용량 배터리를 탑재하는 것에 한계가 있기 때문이다.

따라서 업계에서는 배터리 장착 드론의 한계를 극복하기 위해 드론에 수소연료전지 기술을 적용하는 시도를 계속하고 있다.

액체수소 전문기업인 ‘메타비스타’는 2019년 1월 23일 자체시연에서 390g 정도의 액체수소가 저장된 6L 특수탱크를 수소연료전지 드론에 탑재하여 10시간 50분 이상 비행하는데 성공했다고 밝힌 바 있다.

메타비스타 외에 ‘두산모빌리티이노베이션’도 2019년 1월 24일 ‘2019 드론 쇼 코리아’에서 수소연료전지를 이용하는 드론을 출품했는데 출품된 연료전지는 수소용기 1회 충전으로 드론을 2시간 이상 비행하게 하는 것이 가능하며 배터리 대비 에너지 밀도가 2~3배 높은 것으로 알려졌다.

해당 드론은 탄소섬유가 적용된 수소용기를 탑재하여 드론의 무게를 경량화 하는데 성공했지만 리튬 이온 배터리에 비해 높은 가격은 해결해야할 점으로 지적됐다.

장시간 비행, 무거운 화물을 운송할 수 있는 고출력 산업드론은 단기적으로 드론을 이용한 소규모 택배 산업을 활성화시킬 수 있고, 장기적 관점에서는 경비행기를 활용한 산업까지 드론으로 대체할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

기관차, 드론 외에 항공기 분야에서도 수소연료전지를 적용하려는 시도는 지속되고 있는데, 싱가포르 ‘HES 에너지시스템’은 2018년 10월 2일 ‘엘레멘트 원(Element One)’이라는 수소연료전지를 탑재한 4인승 항공기에 대한 개념도를 발표했다.

개념도에 의하면 엘레멘트 원은 수소를 기체, 액체로 저장하는 방식에 따라 500km~5000km의 긴 항속거리를 가질 예정이며, 연료전지와 수소용기를 통째로 바꾸는 방식을 채용하여 연료 충전시간을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 전망된다.

최근 수소 경제에 대한 로드맵이 발표되자 일각에서 2차 전지 산업에 집중하고 수소 경제에 투자하는 것에 회의적인 주장이 제기되는 것은 사실이다.

현재 시점에서 수소 생산, 저장 인프라의 부족, 수소를 저렴하게 대량생산하는 방법의 부재 등 수소 산업이 극복해야할 문제가 존재하는 것은 사실이지만, 연료충전 시간이 배터리충전 시간보다 적다는 점, 에너지 밀도가 리튬 이온 배터리의 2~3배 정도라는 점 등 수소 산업이 가지고 있는 장점 또한 분명하므로 수소 경제를 회의적으로 보는 시각에 동의하기는 어렵다.

오히려 한국만 수소 경제에 진입하려고 하는 것이 아니며 유럽, 일본, 중국 등을 중심으로 수소 경제에 진입하려는 시도는 분명히 지속되고 있기에 퍼스트 무버(First Mover)로서 지위를 확보하기 위해 연구 개발은 지속적으로 지원되어야할 필요가 있다고 볼 수 있다.


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