장거리 수소 연료 전지 항공기를 위한 동력 시스템 및 액체 수소 저장 시스템

 

(Credit: Universal Hydrogen)

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자동차와 달리 선박이나 항공기의 전동화는 매우 어려운 과제입니다. 한 번에 엄청난 양의 에너지를 충전해야 하기 때문에 배터리의 무게와 부피가 엄청나게 커지고 일반적인 비용으로는 감당히 힘들어지기 때문입니다. 따라서 수소 연료 전지가 대안으로 제시된 가운데, 관련 스타트업 가운데 하나인 유니버셜 하이드로겐 (Universal Hydrogen)이 메가와트급 전기 모터와 연료 전지, 그리고 모듈식 액체 수소 탱크 시스템을 공개했습니다.

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이 회사는 자체 개발한 수소 연료 전지 시스템과 전기 모터를 이용해 중형 터보프롭 여객기인 대쉬 - 8 (Dash - 8)을 개조해 실제 비행에 성공했습니다. 이는 수소 연료 전지 비행기 가운데 가장 큰 것입니다. 하지만 이를 위해서 본래 56인승이던 항공기의 좌석 16개를 들어내고 여기에 관련 시스템을 장착해야 했습니다. 항속 거리도 740km로 줄어 비슷한 급의 항공기의 75% 수준에 불과했습니다. 따라서 경제성이 낮을 수밖에 없습니다.

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(Universal Hydrogen First Flight Mini-Documentary)

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이 한계를 극복하기 위해 유니버셜 하이드로겐은 새로운 메가와트 모터와 연료 전지, 그리고 모듈형 액체 수소 탱크를 개발했습니다. 중간에 진공으로 단열한 이중 수소 탱크 모듈은 과거 고압 수소 탱크와 달리 영하 253도에서 수소를 액체 상태로 만든 후 저장하기 때문에 에너지 밀도를 크게 높일 수 있습니다. 각각의 수소 탱크 모듈은 200kg의 액체 수소를 저장하며 항공기용 컨테이너에 넣어 쉽게 교체가 가능합니다.

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이 새로운 파워트레인과 수소 탱크 모듈을 적용할 경우 ATR-72 여객기의 경우 항속 거리가 926km에 달하며 좌석을 크게 줄이지 않아도 되기 때문에 더 실용적인 수소 연료 전지 비행기가 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

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(First End-to-End Demo of Liquid Hydrogen from a Module to Power Megawatt-Class Fuel Cell Powertrain)

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다만 이 모두가 실제로 비행 테스트를 통과하더라도 경제성이라는 문제는 여전히 남습니다. 전기 모터는 제트 엔진보다 비싸지 않겠지만, 연료 전지는 매우 비싼 장치이며 액체 수소 역시 절대 영도에 가까운 낮은 온도로 유지해야 하기 때문에 매우 다루기 힘들고 유지비가 많이 들어가는 연료입니다. 이 부분에서 비용을 절감하고 위험도를 낮춰야 수소 연료 전지 항공기가 상용화될 수 있을 것으로 생각합니다.

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참고

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https://newatlas.com/aircraft/megawatt-liquid-h2-powertrain-aviation/

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https://www.businesswire.com/news/home/20240227993365/en/Universal-Hydrogen-Successfully-Powers-Megawatt-Class-Fuel-Cell-Powertrain-Using-Company%E2%80%99s-Proprietary-Liquid-Hydrogen-Module

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