대표 친환경 에너지원으로 꼽히는 수소를 활용하는 산업이 확대되고 있습니다. 이산화탄소 배출을 줄이겠다는 세계적 추세에 따른 영향입니다.
코로나19로 해외여행이 막히면서 비행기 탈 일이 줄어든 가운데 한 항공기 제조업체가 수소항공기 콘셉트 모델을 공개했습니다. 세계 최대 규모 유럽 항공기 제조업체 에어버스는 2035년까지 상용화하겠다며 수소항공기 3개 모델을 선보였습니다. 3개 모델 모두 액체 수소를 연료로 사용합니다. 자동차를 중심으로 시작된 수소연료 열풍이 항공기로도 확산하는 분위기입니다. 세계 각국이 환경 오염과 기후 변화를 우려하기 때문입니다.
Q:수소항공기는 무엇인가요.
A:수소는 미래 청정 항공 에너지로서 뛰어난 가능성을 갖고 있습니다. 항공우주산업 및 기타 산업군 내 탄소중립 목표를 실현하기 위한 해결책으로 주목받고 있습니다. 수소항공기는 화석 연료 대신 수소연료를 사용합니다. 액체 수소를 사용하는 가스터빈 엔진이나 수소연료전지를 동력원으로 전기모터를 구동합니다. 수소연료전지의 경우 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하기에 물만 배출합니다.
운항거리 측면에서도 수소항공기는 다른 항공기보다 뛰어납니다. 액체수소의 경우 다른 연료에 비해 상대적으로 가벼워서 중량 제한이 있는 항공기에 적합합니다. 드론을 예로 들어볼 때 수소 연료를 활용하면 순수 배터리 드론보다 4~6배 오래 비행할 수 있습니다.
Q:외관상 일반 항공기와 다른가요.
A:수소항공기는 외관상 일반 항공기와 크게 다르지 않습니다. 제트연료 탱크 대신 수소탱크를 탑재한 것 외엔 크게 다를 게 없습니다. 필요에 따라 다양한 형태로 항공기를 제작할 수 있습니다.
에어버스가 공개한 수소항공기 3개 모델도 각각 다른 형태입니다. 터보 팬 디자인 콘셉트 모델은 2000해리(3704㎞) 이상 비행이 가능합니다. 제트 연료 대신 수소연료 사용을 위해 개조된 가스 터빈 엔진을 장착했습니다. 연료는 항공기 뒤쪽 압력 격벽에 위치한 수소탱크에 저장합니다. 120~200명 승객을 수용할 수 있습니다.
터보 프롭 디자인 콘셉트 모델은 약 1000해리(1852㎞) 비행할 수 있습니다. 수소연료 사용을 위해 개조된 터보 프롭 엔진은 프로펠러를 돌려 비행합니다. 100여명 승객까지 수용 가능하며 단거리 여행에 최적화된 성능을 갖췄습니다.
블랜디드 윙 바디 디자인 콘셉트 모델은 비행거리가 터보 팬 디자인과 동일한 1000해리입니다. 날개와 동체가 붙은 미래형 디자인입니다. 동체가 넓어 더 많은 수소연료 보관과 배급은 물론, 새로운 객실 구조 구성도 가능합니다. 최대 100명의 승객까지 수용할 수 있습니다.
Q:기술적 우려는 없나요.
A:과거에도 수소를 동력원으로 한 항공기가 있었습니다. 그러나 안전성이 확보되지 않아 역사 속으로 사라졌습니다. 1937년 독일에서 수소가스로 비행하던 항공기 LZ129 힌덴부르크선이 원인 미상의 화재로 폭발해 탑승자 97명 중 35명이 사망하는 사고가 발생했습니다.
수소는 가연성이 높고 불과 만나면 폭발할 위험성이 있습니다. 수소항공기 제작에서도 안전성 확보가 가장 우선돼야 하는 이유입니다. 항공기 제조업체는 액체 수소를 안전하게 저장할 수 있도록 항공기를 설계해야 합니다. 수소가 매우 낮은 온도에서 액화된다는 점에서 초저온 상태도 유지해야 합니다.
또 실제로 운항하려면 각국 공항에서 항공기가 수소연료를 공급받을 수 있도록 인프라가 구축돼야 합니다. 국제 공조가 필요하다는 설명입니다.
Q:수소연료는 어떻게 얻을 수 있나요.
A:수소 생산 방법에 따라 부생수소 포집, 화석연료 개질, 수전해 등으로 나뉩니다. 부생수소는 석유화학 제조공정 중 부산물로 수소를 얻는 방식입니다. 개질수소는 천연가스를 고온·고압에서 분해해 얻습니다. 부생수소는 저렴하게 생산이 가능한 데 생산량이 제한돼 있습니다. 현재 수소생산에서 개질수소가 90% 이상을 차지하고 있습니다.
궁극적으로 친환경을 추구한다면 수전해 비중을 늘려야 합니다. 수전해는 잉여전력으로 물을 전기분해 해 수소를 얻는 방식입니다. 다만 가격 경쟁력을 확보하기 쉽지 않습니다. 촉매로 효율과 내구성이 다른 물질보다 월등히 좋은 백금을 사용해야 하기 때문입니다.
여러 연구기관이 백금을 대체할 촉매를 연구하고 있습니다. 최근 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단의 유성종 박사팀은 비백금촉매의 한계였던 내구성 문제를 극복해 장기적 안정성을 확보한 전이금속소재 촉매를 개발했다고 밝혔습니다.
Q:수소에 주목하는 이유는 무엇인가요.
A:이동수단 중 이산화탄소를 가장 많이 배출하는 건 항공기입니다. 유럽환경청(EEA) 자료에 따르면 항공기를 탄 승객 1명이 1㎞를 이동할 때 배출하는 이산화탄소의 양은 285g입니다. 이는 104g인 자동차의 2배, 14g인 기차보다는 20배 정도나 많습니다.
그러나 먼 거리를 가장 효율적으로 이동할 수 있는 교통수단인 항공기 수요는 지속 증가해왔습니다. 해외여행에 대한 수요가 커졌고, 사업도 자국뿐 아니라 글로벌에서 이뤄지기 때문에 출장도 잦아졌습니다. 올해 코로나19로 주춤한 듯한 모습을 보이지만 향후 회복이 예상됩니다.
에어버스는 수소항공기를 통해 탄소배출을 최대 50% 감축할 수 있다고 예상했습니다. 세계 각국이 탄소배출을 줄이기 위해 안간힘을 쓰고 있다는 점을 고려한 조치입니다. 유럽연합(EU)은 2050년까지 탄소배출 제로 달성을 목표로 규제하고 있습니다. 전기·수소전기차뿐 아니라 선박, 항공기도 탄소배출을 줄여야 이룰 수 있는 목표입니다.
주최: 전자신문 후원:교육부·한국교육학술정보원(KERIS)
◇수소에너지 백과사전, 이원욱·이승훈 지음, KPBooks
청소년 수준에 맞춘 수소에너지 입문서다. 책은 수소경제 정의, 수소경제 실현, 수소경제 구축이 낳는 미래 등 수소경제의 모든 것을 담고 있다. 저자인 이원욱 국회의원은 에너지의 문제를 통해 인류의 문제를 해결하고자 책을 저술했다.
◇수소사회, 오동희·최석환·황시영·장시복·김남이 지음, 머니투데이
기자들이 세계 수소사회를 직접 돌아보며 취재한 현장 리포트다. 이 책에는 왜 우리가 수소사회로 가야 하는지, 전 세계 수소사회의 움직임은 어떻게 돌아가고 있는지, 대한민국이 수소 선진국으로 가기 위해 해결해야 할 과제는 무엇인지를 꼼꼼히 소개했다.
박진형기자 jin@etnews.com
