[서울=뉴스핌] 정영희 기자 = 액화수소를 활용한 철도 추진시스템 상용화 가능성이 한층 커졌다.

10일 한국철도기술연구원(이하 '철도연')은 철도 모빌리티를 위한 액화수소 공급시스템 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 전일 액화수소를 추진에너지로 활용할 수 있는 하이브리드 추진시스템 시연회를 열었다. 현대로템 등 철도산업계와 유관기관 관계자 30여명이 참석했다.

철도연은 그동안 액화수소 기반 수소 전기기관차의 핵심기술인 연료전지 병렬 제어기술, 전력제어 기반 추진기술, 온보드 일체형 액화수소 저장·공급시스템 기술 등을 개발해왔다.

이번에 개발된 온보드 일체형 액화수소 저장·공급시스템은 단열 및 기화 성능을 극대화하고 일체형 설계를 통해 차량 탑재를 위한 소형·경량화를 구현한 것이 특징이다.

개발 시스템은 극저온 액화수소를 장시간 안전하게 보관하기 위한 고단열 저장용기와 연료전지에 기체를 안정적으로 공급하는 기화시스템으로 구성된다. 저장용기에는 케블라 소재를 활용한 열차단 구조가 적용됐다.

기화시스템에는 고효율 판형 열교환기와 탱크 내부 자기가압(PBU) 기술이 적용됐다. 기존 관형 열교환기 대비 약 75% 수준의 부피 절감과 기화시스템 소형·경량화를 실현했다.

액화수소 공급기술은 -253℃의 극저온 액화수소를 상온의 기체수소로 빠르게 변환하고, 12∼17바(bar) 범위에서 압력을 제어해 연료전지에 공급하는 기술이다. 철도·선박 등 대용량 모빌리티 추진시스템 적용을 목표로 개발됐다.

개발 시스템은 세계 최초로 100킬로와트(kW)급 연료전지 4대를 병렬 제어하는 구조로 구성됐다. 300kW급 전압 안정화 장치 2기, 150kWh 배터리팩 2기, 온보드 일체형 액화수소 공급시스템, 600kW 부하장치 등도 포함됐다.

철도연은 향후 부하 변동 시험과 고장 대응 시험 등 다양한 성능 시험을 계속 수행할 예정이다.

현재 국내에는 액화수소 활용을 위한 세부 법령이 아직 마련되지 않아 규제 샌드박스를 통한 실증이 필요한 상황이다. 철도연은 2021년 12월부터 규제 샌드박스 준비를 시작해 2023년 7월 정부 승인을 획득했다. 이후 2단계 안전관리계획에 대해 산업통상자원부와 한국가스안전공사의 승인을 완료했다.

철도연은 공인 시험절차 및 안전관리계획 승인에 따라 액화수소 모빌리티용 핵심기술 성능을 검증하기 위해 액화수소 저장탱크부터 DC(직류)-DC 컨버터, 부하기까지의 조합시험을 추가 수행할 예정이다.

이번 연구는 국가과학기술연구회 산하 철도연의 기본사업인 '온보드 액화수소 공급시스템 소형·경량화 기술 개발'을 통해 이뤄졌다. 개발 시스템을 열차에 적용할 수 있는 것은 물론 수소트램 적용뿐 아니라 노후 디젤열차의 액화수소 추진시스템 전환을 앞당길 것으로 기대하고 있다. 기존 수소열차의 1회 충전 최대 주행거리 600km도 2배 이상 길어질 것으로 본다.

사공명 철도연 원장은 "이 시스템을 통해 철도와 선박 등 대용량 연료를 사용하는 모빌리티 분야에서 액화수소 활용 가능성이 크게 확대될 것"이라며 "탄소중립과 기후변화 대응을 위한 다양한 K-수소철도 기술 개발에 더욱 힘쓰겠다"고 말했다.

Q. 철도연이 이번에 개발한 기술은 무엇인가요?

A. 철도 모빌리티를 위한 액화수소 공급시스템 기술입니다. 액화수소를 추진에너지로 활용할 수 있는 하이브리드 추진시스템 시연회도 열었습니다.

Q. 온보드 일체형 액화수소 저장·공급시스템의 특징은 무엇인가요?

A. 단열 및 기화 성능을 극대화하고 일체형 설계를 통해 차량 탑재에 적합하도록 소형·경량화한 것이 특징입니다. 극저온 액화수소를 장시간 안전하게 보관하는 고단열 저장용기와 연료전지에 기체를 안정적으로 공급하는 기화시스템으로 구성됩니다.

Q. 액화수소 공급기술은 어떤 방식으로 작동하나요?

A. -253℃의 극저온 액화수소를 상온의 기체수소로 빠르게 변환한 뒤, 12∼17바 범위에서 압력을 제어해 연료전지에 공급하는 기술입니다. 철도와 선박 등 대용량 모빌리티 추진시스템 적용을 목표로 개발됐습니다.

Q. 이번 시스템은 어떤 장비들로 구성됐나요?

A. 세계 최초로 100kW급 연료전지 4대를 병렬 제어하는 구조로 구성됐습니다. 300kW급 전압 안정화 장치 2기, 150kWh 배터리팩 2기, 온보드 일체형 액화수소 공급시스템, 600kW 부하장치 등도 포함됐습니다.

Q. 액화수소 시스템이 열차에 적용되면 어떤 효과가 기대되나요?

A. 수소트램 적용뿐 아니라 노후 디젤열차를 액화수소 추진시스템으로 전환하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 기존 수소열차의 1회 충전 최대 주행거리 600km도 2배 이상 길어질 것으로 보고 있습니다.

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