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철도연, 1000km이상 운행 '대용량 액화수소열차' 개발 나서

'세계최초' 장거리노선 운행, 비전절화 구간서 디젤철도차량 대체 '탄소배출, 미세먼지 저감'

장병극 기자 | 기사입력 2021/04/21 [10:52]

철도연, 1000km이상 운행 '대용량 액화수소열차' 개발 나서

'세계최초' 장거리노선 운행, 비전절화 구간서 디젤철도차량 대체 '탄소배출, 미세먼지 저감'

장병극 기자 | 입력 : 2021/04/21 [10:52]

▲ 액화수소 충전 인프라 및 액화수소 기관차 개념도(사진=한국철도기술연구원 제공)  © 철도경제

 

[철도경제=장병극 기자] 철도 선진국을 중심으로 탄소 중립을 실현할 친환경 수소열차 개발에 나서고 있는 가운데, 한국철도기술연구원(이하 철도연)이 액화수소열차 개발을 시작했다. 

 

최고속도 150m/h급으로 한번 충전 시 1000km 운행하는 핵심기술을 확보, 완성하면 세계 최초로 디젤기관차를 대체할 수 있는 액화수소 기반의 수소기관차를 실용화시키는데 성공할 수 있을 것으로 기대된다.

 

총 연구비 186억원이 투입되는 '액화수소 기반 수소기관차 핵심기술 개발' 연구과제는 철도연이 주관하고 민간에서는 현대로템, 브이씨텍, 패리티 등이 참여한다.

 

액화수소열차는 에너지 변환 과정에서 오염물질을 전혀배출하지 않고, 고성능 필터로 공기 중의 미세먼지까지 걸러내기 때문에 친환경적이다.

 

또한 액화수소의 경우 수소를 영하 253도 이하의 초저온 상태로 액화시킨 것으로 기체상태의 고압 수소에 비해 압력이 훨씬 낮아서 안정적인 상태로 보관·운송할 수 있다. 또한 액화수소는 기체상태일 대보다 저장밀도가 약 2배 높고, 운송효율도 7배 이상 경제적이다.

 

철도연이 개발 중인 액화수소 열차는 외국의 700bar(바, 면적 1㎡ 당 10만 N의 힘을 받을 때의 압력) 기체수소 열차와 대비해 운행거리는 1.6배 향상시키면서 충전시간은 20% 단축시키는 것을 목표로 하고 있다.

 

특히 철도연이 개발하는 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.

 

철도연은 우선 상용 디젤기관차를 대체할 수 있도록 2.7MW(390kW/모듈기반)급 연료전지 추진기술 및 액화수소 공급기술부터 연구·개발 중이다.

 

이후 액화수소 하이브리드 추진시스템, 고단열 극저온 액화수소 저장기술 및 고속 충전기술 등을 개발, 오는 2022년 하반기경 트램에 장착해 시험할 계획이다.

 

마지막으로 대용량 기관차 구현을 위한 액화수소 기반 추진기술 및 액화수소 공급기술을 개발해 전차선이 없는 구간에서 운영할 수 잇는 액화 수소기관차 실용화를 진행할 예정이다.

 

▲ 해외수소철도차량 개발 및 실용화 현황(자료=한국철도기술연구원 제공)  © 철도경제

 

이미 독일, 프랑스, 일본 등은 수송 부문 탄소 배출량 규제에 대응해 친환경 수소 열차를 개발하고 있다.

 

우리나라도 지난 2019년 수소경제 활성화 로드맵 발표 이후, 올해 2월부터 세계최초로 ‘수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률(수소법)’이 시행되면서 수송수단에도 액화수소를 적용을 위한 기술개발에 속도를 내고 있다.

 

현재 국내에서 액화수소를 이용한 운송방식은 드론을 운전할 수 있는 1kg 미만 소용량에 국한되어 있으나, 철도연은 모듈당 70kg급, 총 420kg의 액화수소를 적용할 예정이다. 

 

철도연은 액화수소 공급·제어·저장에 대한 원천기술을 적용해 철도, 선박 등 대형 모빌리티 수소경제 생태계를 구축하고 지속 가능한 수소경제 시장을 확대할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

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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