수소 경제 어디까지 왔을까? 요즘 주목받는 수소 기술 BEST

올해 가장 많은 관심을 받은 친환경 에너지는 단연 수소 에너지입니다. 수소는 석유와 석탄 등 화석원료를 대체하는 에너지원이자 지구에 가장 많은 물질, 공해 배출이 거의 없는 친환경 에너지로 주목받고 있죠. 작년까지 수소가 호기심의 대상이었다면, 2020년 수소는 연료전지기술과 함께 다양한 산업에서 본격적으로 시너지를 내기 시작했습니다.

수소가 에너지로서 많은 관심을 받는 이유는 친환경 에너지라는 장점뿐만 아니라 빠른 충전, 한 번 충전으로 오랜 시간 작동 가능한 점이 있을 텐데요. 이러한 장점을 기반으로 수소 기술은 차세대 모빌리티 분야에서 약진하고 있습니다. 오늘 현대로템 블로그에서는 갓 컨셉이 공개된 따끈따끈한 기술에서 상용화를 앞둔 기술까지 함께 소개합니다.

인명 구조에 투입되는 ‘수소 드론’

수소 연료전지는 일반 배터리보다 활동 시간이 길다는 장점을 살려 드론에 활용되고 있습니다. 기존의 리튬이온배터리 드론은 20~30분 비행이 한계였지만, 수소 연료전지를 장착한 드론은 배터리 드론의 4배 이상 긴 비행이 가능하고 비행시간도 점차 늘어나는 추세입니다.

기존 드론의 체공 한계를 극복한 수소 드론은 최근 응급물품 배송과 인명 구조 등 해상/산악 안전 분야에 적극 활용되고 있습니다. 지난 11월 30일에는 제주 서귀포항에서 수소 드론을 활용한 해상 실종자 인명구조 훈련이 진행되며 주목을 받았죠.

▲ 11월 30일 진행된 수소 드론 해상 인명구조 비행 훈련 모습(출처: 두산픽처스 유튜브)

이국종 아주대 교수와 함께한 인명구조 훈련은 ‘서귀포 인근 섬에서 낙상사고로 낚시를 하던 여행객 실종자가 발생했다’는 가정하에 진행되었습니다. 이 훈련에서 수소 드론은 사고 지역을 수색해 실종자를 발견하자 구조 튜브를 내리고 현장 영상과 GPS 신호를 해경에 전달했습니다. 해경은 이 위치 정보를 토대로 신속하게 실종자를 구조했으며, 이국종 교수는 드론 스테이션에서 실종자 상태를 확인해 원격으로 응급 처치 내용을 지시했습니다.

응급 상황에서는 ‘골든 타임’으로 불리는 초기 대응이 가장 중요한데요. 이번 수소 드론 시연은 수소 연료전지와 수소 드론의 높은 성능 신뢰도뿐만 아니라 각종 구호 활동에 사용될 수 있는 가능성을 입증했습니다. 특히 즉각적인 구조 활동이 어려운 해상 사고에서 수소 드론이 중요한 역할을 하게 될 것으로 기대됩니다.

올해 최대 이슈 ‘수소 트럭’

▲ 세계 최초로 양산되어 수출에 성공한 엑시언트 (출처: 현대자동차그룹 공식 유튜브 채널)

쉽게 구할 수 있고 성능도 뛰어난 수소는 무거운 화물을 싣고 장시간 달려야 하는 화물트럭에 가장 적합한 연료일 것입니다. 수소 트럭은 2020년 모빌리티 시장과 주식 시장을 뜨겁게 달군 화두 중 하나였죠. 수소 트럭과 같은 상용차는 수소 연료로 생산된 전기로 주행한다는 점에서 수소차와 유사하지만, 용량 특성상 연료전지-배터리 하이브리드 또는 주행거리 연장형(RE-EV, Range-Extended electric vehicles) 등으로 구현됩니다.

글로벌 컨설팅 그룹 맥킨지의 수소 산업 보고서 ‘Hydrogen meets digital’에 따르면 100km 이상 장거리부터 수소전기트럭의 비용 효율성이 배터리 전기트럭보다 높아지는 것으로 나타났습니다. 전기차는 주행거리와 적재중량을 높이려면 배터리의 용량을 늘려야 하지만, 그만큼 충전 시간이 길어져 운행 가능 시간이 줄어든다는 단점을 지닙니다. 하지만 수소전기트럭은 차고지 등 정해진 노선에 수소 충전소를 설치하면 운행이 수월하기 때문에 상용차 시장에서 경쟁력을 가질 수 있습니다.

▲ 현대자동차의 수소 전용 대형트럭 콘셉트카 HDC-6 넵튠(출처: 현대자동차)

보쉬와 다임러트럭, GM 등 많은 제조사들이 수소 트럭 생산에 뛰어들고 있는 상황이지만, 글로벌 시장의 선두주자로는 현대자동차가 꼽힙니다. 현대자동차는 수소전기 대형트럭인 엑시언트 FCEV의 양산체제를 세계 최초로 구축했을 뿐만 아니라 유럽 시장에 10대를 수출하며 수소전기 상용차 시장을 리드하기 시작했습니다.

한편, 현대자동차는 수소 전용 대형트럭 콘셉트카인 ‘HDC-6 넵튠’을 지난 2019 북미 상용차 전시회와 2020 수소모빌리티+쇼에서 공개하며 수소사회를 향한 모빌리티 비전을 드러내기도 했습니다. 넵튠은 현대자동차의 수소전기 파워트레인 기술과 인간 공학적 설계를 바탕으로 미래 수소 모빌리티의 방향성을 제시했다는 평가를 받았습니다.

탄소 배출 절감을 위한 ‘수소비행기’ &‘수소선박’

▲ 에어버스가 공개한 수소동력 항공기 ZEROe(출처: 에어버스)

수소 에너지는 지상을 넘어 하늘과 바다에서도 연료로써 가능성을 인정받기 시작했습니다. 바로 항공과 해상 운송 업계에도 수소 연료전지를 적용한 친환경 모빌리티가 등장하기 시작한 것이죠.

항공 분야에서는 에어버스 등 글로벌 항공기 제작사와 항공사들이 탄소배출 50% 절감을 위해 수소비행기 상용화 계획을 발표했습니다. 주요 국가들의 항공우주산업 탄소중립 목표 실현을 위해 수소비행기는 여러 가지 의미를 갖습니다. 기존의 비행기는 연료를 태우는 연소반응으로 엔진을 돌리며 공해물질을 배출했지만, 수소비행기의 연료전지 안에서는 수소차와 같은 전기화학반응이 일어나 물만 배출하게 됩니다. 운항 거리 측면에서도 수소비행기는 기존의 항공기보다 뛰어나다는 특징이 있습니다. 액체수소가 타 연료보다 상대적으로 가볍다는 점에서 중량의 제한을 크게 받는 항공기에 적합하죠. 에어버스는 제트연료 탱크가 아닌 수소탱크를 탑재한 수소비행기를 2035년까지 상용화 가능할 것으로 예측하고 있습니다.

▲ 미국 최초의 연료 전지 페리로 개발 중인 Water-Go-Round 프로젝트(출처: Water-Go-Round)

조선업계 역시 탈탄소화를 위해 수소를 연료로 사용하는 친환경 선박을 준비하고 있습니다. 국내에서는 울산, 부산 등 지자체와 조선업계, 학계가 힘을 모아 수소선박 기술을 개발하기 위한 산ㆍ학ㆍ연ㆍ관 협의체를 출범했습니다. 한편 페리나 보트와 같은 소형 선박은 이미 수소 연료를 적용해 국내외에서 상용화를 앞두고 있는데요. 지금까지 공해물질 배출로 많은 비판을 받아온 항공/선박 여행도 친환경으로 변화할 수 있을지 귀추가 주목됩니다.

환경까지 생각하는 교통수단 ‘수소전기트램’

▲ 2019 부산국제철도기술산업전에 전시된 현대로템 수소전기트램 시험용 컨셉 차량

수소 자동차가 지닌 우수성을 열차에 적용한 ‘수소전기열차’ 역시 주목받는 친환경 교통수단의 하나입니다. 현대로템에서는 수소 연료전지에 독보적인 기술을 지니고 있는 현대자동차와 협업으로 수소에너지의 장점을 접목한 수소전기열차 개발에 박차를 가하고 있는데요. 개발 초기에는 한 번에 많은 승객과 짐을 운반해야 하는 철도차량의 특성상 주행 속도 저하 등 운행에 차질이 생기는 것에 대한 우려의 시선도 존재했습니다. 하지만 현대로템에서 저상형 트램 형태의 새로운 플랫폼을 선보이면서 이러한 우려가 기대의 시선으로 바뀌기 시작했습니다.

지난해 부산 벡스코에서 열린 국제철도기술산업전에서는 현대로템 수소전기트램 시험용 컨셉 차량의 모습을 확인할 수 있었는데요. ‘달리는 공기 청정기’라는 별명으로도 널리 알려진 수소전기트램의 친환경성과 효율성은 전시회를 찾은 관람객들의 눈길을 사로잡기 충분했습니다. 성능시험 플랫폼의 모습을 보니 이제 정말 수소전기열차가 우리 곁에 찾아올 날이 머지않았다는 생각이 드네요!

▲수소열차에서 수소충전소까지, 현대로템 수소 프로젝트 총정리(바로가기)

▲ 현대로템 의왕 수소리포머 공장(H2 설비조립센터) 전경

현대로템은 수소충전설비 사업에도 도전장을 내밀었습니다. 천연가스에서 수소를 추출하는 장치인 수소리포머의 원천기술을 이전받고 수소충전소 구축에 필요한 설계, 구매, 시공까지 아우르는 토탈 솔루션 제공에 나선 것인데요. 이렇게 구축된 수소충전 설비는 수소 버스뿐만 아니라 지역 내 수소 활용처에 다양하게 공급될 예정입니다.

이와 더불어 지난 10월 현대로템 의왕연구소 부지에 수소리포머 공장을 건설하고 수소 경제 사회로의 진입이 본격화되었음을 알렸는데요. 이번 수소리포머 공장의 착공으로 의왕시에 자리 잡고 있는 현대자동차그룹 연구소와 함께 협업을 통해 수소 충전인프라 및 모빌리티 관련 연구개발에 속도를 낼 수 있을 것으로 기대됩니다.

▲현대로템, 수소리포머 의왕공장 구축(바로가기)

최근 수소 경제로의 진입을 앞당길 수 있는 반가운 소식이 또 한 번 들려왔는데요. 정부의 '2050 탄소중립 선언'에 맞춰 그린수소 등 생산 인프라 예산이 약 160억 원 정도 대폭 증액된 것입니다. 수소차 보급과 수소충전소 건립 확대에 필요한 재원도 신규 편성을 앞두고 있어 수소 경제의 조기 구현에 대한 기대감이 높아지고 있습니다.

오늘 현대로템 블로그에서는 다가오는 수소 경제 사회의 모습을 미리 만나보았습니다. 이제는 ‘미래의 기술’이라는 말이 무색할 정도로 수소 에너지가 이끌어갈 우리 경제의 모습이 눈앞으로 성큼 다가와 있음을 체감할 수 있는 것 같습니다. 수소 에너지가 지닌 장점과 가능성이 상당한 만큼, 앞으로 관련 기술이 꾸준히 개발되어 하루빨리 ‘내일’의 기술이 아닌 ‘오늘’의 기술로써 수소 에너지를 마주할 날이 오기를 기대해봅니다!

참고 자료

▲한국산업기술평가관리원
▲에어버스
▲현대자동차
▲두산모빌리티이노베이션
▲맥킨지 ‘Hydrogen meets digital’