1회 충전으로 600km 주행..열차도 친환경 수소시대로

철도기술硏 상반기내 성능검증 실시
노후 디젤열차 점진 대체 최종목표
구축비용 적고 감전사고 예방 효과

수소연료전지 하이브리드 철도차량 에너지 흐름도.[한국철도기술연구원 제공]

“이산화탄소 배출없는 친환경 수소열차, 국내에서도 탈 수 있을까?”

최근 전 세계적으로 이산화탄소 배출 등 환경규제가 강화되면서 새로운 친환경 교통수단 개발에 귀추가 주목되고 있다. 특히 항공기의 속도에 밀려 장거리 대량운송 수단에서 뒷전으로 밀려나버린 철도의 경우 친환경과 고속화에 포커스를 맞춘 기술혁신으로 돌파구를 찾고 있다.

디젤열차는 철도분야 탄소 및 미세먼지를 발생하는 주 오염원의 하나로 지적되고 있다. 신규 도입되는 디젤철도차량은 미세먼지 관리 종합대책에 따라 새로운 대기오염물질 배출허용기준을 준수해야 한다.

이 같은 이유에서 우리나라를 포함한 전 세계가 주목하고 있는 것은 바로 친환경 수소열차다. 이미 일본, 유럽, 중국, 미국 등 해외 선진국은 친환경 수소철도차량 개발 및 실용화에 매우 적극적으로 나선 상태다. 프랑스 알스톰사에서 개발한 수소열차는 지난 2018년 독일에서 상업운전을 시작했고 중국은 2019년말 수소트램을 개통했으며, 일본은 최근 수소열차 개발 프로젝트에 뛰어든 상태다.

한국철도기술연구원 류준형 박사 연구팀은 올해까지 250억원을 투입, 최고시속 110㎞, 1회 충전으로 600㎞ 주행이 가능한 수소열차 개발을 진행 중이다.

류준형 박사는 “수소열차는 전철화가 돼 있지 않은 구간을 운행하는 내구연한을 초과하는 디젤열차를 점진적으로 대체하는 것이 최종 목표”라면서 “가선 및 변전소가 필요없어서 구축비용, 유지보수, 감전사고 예방이 가능하다는 것이 장점”이라고 설명했다.

수소열차는 물 이외의 오염물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 차량으로, 전기차보다 이산화탄소를 적게 배출한다. 실제 기존 디젤철도가 19㎏/㎞의 이산화탄소를 배출하는데 비해 수소철도는 절반수준인 9.1㎏/㎞에 그친다. 또한 전차선, 변전소 등의 급전설비가 필요하지 않아 전력인프라 건설 및 유지비용을 절감할 수 있다는 것도 장점이다.

연구진은 수소연료전지-배터리 하이브리드 동력시스템, 고출력밀도 추진제어장치, 차량용 보조전원장치, 기술기준, 운영 및 관리방안 등 시스템 최적화 및 운영기술 개발에 한창이다.

지난해 말 기존 철도차량에 기술을 접목한 완성차량을 만들어 성능시험을 진행했고 올 상반기 충북 오송에 위치한 철도종합시험선로에서 5000㎞ 예비주행과 시운전 시험을 통해 성능검증을 실시한다는 계획이다.

류 박사는 “다만 아직까지는 수소연료전지의 가격이 높고 충전소 구축이 필요하다”면서 “수소자동차와 달리 수소열차는 아직까지 에너지원의 안전성 등을 규제할 수 있는 근거가 없어 이의 해결이 시급하다”고 말했다.

연구진은 오송 철도종합시험선로 제4터널 근처에 임시 수소충전소도 구축중이다. 2시간 내에 약 80㎏의 수소를 충전할 수 있는 규모다. 향후 대용량 급속 충전기술을 적용할 계획이다.

연구진은 수소열차 실용화와 신뢰성 확보를 위한 후속과제를 제안해 놓은 상태다.

류 박사는 “후속과제를 통해 실제 노선에서 시범운행을 통해 트랙데이터를 확보하고 유지보수하는 것도 테스트 해야만 한다”면서 “향후 수소연료전지 기술이 더 고도화되면 고속철도에도 적용이 가능할 것으로 본다”고 말했다.

구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com