탄소중립 위한 세계최초 액화수소열차 개발 시작

철도연, 대용량·장거리 운행이 가능한 친환경 수소기관차 개발 착수

액화수소 충전 인프라와 액화수소 기관차 이미지 ⓒKRRI

한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 한석윤)은 액화수소열차 개발을 시작했다. 최고속도 시속 150km, 한번 충전해서 1,000km 이상 운행하는 액화수소 기반 수소기관차 핵심기술을 개발 중이다.

철도연은 디젤기관차를 대체할 기술로 이 기술이 완성되면 세계최초 액화수소 기반의 수소기관차가 될 것이라고 밝혔다. 액화수소열차는 에너지 변환 과정에서 오염물질을 전혀 배출하지 않고, 고성능 필터로 공기 중의 미세먼지까지 걸러내기 때문에 친환경적이며, 안전하고 경제적이다. 액화수소는 수소를 영하 253도 이하의 초저온 상태로 액화시킨 것으로 기체상태의 고압 수소에 비해 압력이 훨씬 낮아서 안정적인 상태로 수소를 보관 운송할 수 있다. 또한, 액화수소는 기체상태일 때보다 저장밀도가 약 2배 높고, 운송효율도 7배 이상 경제적이다.

철도연이 개발 중인 액화수소 열차는 외국의 700 bar* 기체수소 열차 대비 운행거리 1.6배 향상, 충전시간 20% 단축을 목표하고 있다.

*bar(바) 단위: 면적 1㎡ 당 10만 N의 힘을 받을 때의 압력

현재 상용 디젤기관차 대체가 가능한 2.7MW(390kW/모듈기반)급 연료전지 추진기술 및 액화수소 공급기술을 연구개발 중이다. 액화수소 하이브리드 추진시스템, 고단열 극저온 액화수소 저장기술 및 고속 충전기술 등을 개발하여 2022년 하반기 트램에 장착하여 시험할 계획이다. 이후, 대용량 기관차 구현을 위한 액화수소 기반 추진기술 및 액화수소 공급기술을 개발하여 전차선이 없는 구간에서 운영할 수 있는 액화 수소기관차 실용화를 진행할 예정이다.

세계 최초로 수소로 운행하는 열차가 독일에서 선을 보였다 ⓒ게티이미지뱅크

독일, 프랑스, 일본 등 선진국을 중심으로 수송 부문 탄소 배출량 규제에 대응하여 친환경 수소 열차가 개발되고 있다. 2019년 수소경제 활성화 로드맵 발표 이후, 올해 2월부터 세계최초로 ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률(수소법)’이 시행되면서 수송수단에도 액화수소를 적용을 위한 기술개발이 가속화되고 있다.

현재 국내에서 액화수소를 이용한 운송방식은 드론을 운전할 수 있는 1kg 미만 소용량에 국한되어 있으나, 철도연은 모듈당 70kg급, 총 420kg의 액화수소를 적용할 예정이다. 철도연이 개발 중인 장거리 운행이 가능한 대용량 액화수소 기반 기관차 및 관련 핵심기술이 개발되면 세계 최초가 된다.

해외의 수소철도차량 개발 및 실용화 현황 ⓒKRRI

개발 중인 액화수소 추진기술은 배터리 공급방식으로 한계가 있는 장거리운행 노선에 강점이 있으며, 전철화가 되어 있지 않은 구간을 운행하는 디젤 철도차량을 점진적으로 대체하여 탄소 배출과 미세먼지를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 액화수소 공급·제어·저장에 대한 원천기술을 철도, 선박 등 대형 모빌리티 수소경제 생태계를 구축하고 지속 가능한 수소경제 시장을 확대할 것으로 기대된다.

연구책임자인 김길동 철도연 스마트전기신호본부장은 “세계 최초로 액화수소 기관차를 개발하여 노후 디젤기관차의 수입 대체효과와 철도 인프라가 낙후된 남북철도 및 유라시아 대륙횡단용 장거리 열차로 활용될 수 있도록 노력하겠다”고 말했다. 한석윤 철도연 원장은 “액화수소 열차 기술이 철도교통을 친환경 수소생태계로 전환하기 위한 디딤돌이 되고, 2050년 탄소중립 실현을 위한 핵심기술이 될 수 있도록 최선을 다하겠다”고 전했다.

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