세계 최초 ‘액화수소 열차’ 움직일 핵심기술, 국내에서 나왔다

한국철도기술연구원 기술
내년 수소트램 시험 적용

수소공급 및 연료전지 시스템 시험 모습. /한국철도기술연구원 제공.

한국철도기술연구원(철도연)이 액화 수소를 연료전지에 공급해 전기에너지로 출력 제어하는 조합시험에 성공했다. 이는 수소기관차 운용에 필요한 핵심기술로, 철도연은 이듬해 이 기술을 수소 트램에 적용해 시험 진행할 계획이다. 트램은 도로에 지어진 레일을 따라 움직이는 도시철도의 일종이며 노면전차, 시가전차라고도 불린다.

31일 철도연에 따르면 이번 기술은 190킬로와트(㎾) 연료전지에 액화수소를 공급해 만들어낸 전기에너지 출력량을 하이브리드 제어장치로 조절하는 기술이다. 전기에너지로 60% 충전된 배터리를 충전, 방전시키면서 300㎾ 출력까지 제어한다.

연료전지는 수소와 산소를 반응시켜 전기에너지를 만드는 발전장치다. 에너지를 만드는 과정에서 전기, 물, 열 이외에는 아무 것도 발생하지 않아 미래 청정기술로 평가 받는다.

철도연은 이 기술을 수소 트램에 적용, 내년부터 시험 진행에 들어갈 계획이다. 또 2024년까지 70킬로그램(㎏)급 액화수소 탱크, 380㎾급 연료전지로 이뤄진 모듈을 개발할 예정이다. 개발 모듈 6개를 기관차에 탑재하면 디젤기관차를 대체할 수 있을 것으로 철도연은 보고 있다.

철도연 기술이 상용화되면 이는 세계 최초의 액화수소 기반 수소기관차가 된다. 액화수소는 수소를 영하 253도 이하 초저온 상태로 액화시킨 것으로 기체 상태 고압 수소 대비 압력이 훨씬 낮아 안정적인 상태로 수소를 보관 운송할 수 있다.

액화수소는 기체 수소보다 저장밀도가 약 2배 높고, 운송효율도 7배 이상 높다. 액화수소 열차는 에너지 변환과정에서 오염물질을 배출하지 않기 때문에 기후변화에 가장 최적화된 철도차량이다.

앞서 지난 8월 독일은 니더작센주 브레머뵈르데시 노선에 수소 열차를 투입, 세계 최초로 한 노선 전체를 수소열차로 운용하는 국가가 됐다.

이 수소열차는 프랑스 철도 회사 알스톰이 개발한 것으로, 액화수소가 아닌 기체 수소를 사용한다. 열차 지붕에 있는 탱크에서 나오는 수소를 공기 중 산소와 직접 반응시켜 전기를 만든다. 이 전기를 배터리에 저장해 열차 동력으로 활용한다.

이 열차는 수소 연료 1㎏로 디젤 연료 4.5㎏에 해당하는 동력을 확보, 연료 탱크 1회 주입으로 최대 1000킬로미터(㎞)까지 달릴 수 있다. 액화수소는 같은 용량의 탱크에 기체 수소보다 더 많은 양을 주입할 수 있어 이보다 더 효율적인 연비가 나올 것으로 기대된다.

철도연은 현재 액화수소 하이브리드 추진시스템, 액화수소 공급 및 고속 충전 시스템 등을 개발 중이다. 대용량 극저온 액화수소를 공급하고 제어·저장하는 기술을 철도차량에 적용하는 연구는 세계 최초다. 이 기술은 열차 뿐만 아니라 선박, 비행기 등 다른 교통수단에도 활용될 전망이다.

한석윤 철도연 원장은 “액화수소 기관차는 디젤기관차를 대체할 시스템으로 장거리 철도노선에 강점이 있다”며 “기후변화를 해결하는 명품 K-철도 기술로 철도교통의 새로운 패러다임을 열어가겠다”고 전했다.

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