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[미네르바의 눈] 미래의 철도 모빌리티 ‘수소연료전지 열차’, 현대로템과 철도기술연구원에서 개발 중
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2023.07.17 00:30
ㅣ 수정 : 2023.07.17 00:30
[기사요약]
독일, 세계 최초로 수소연료전지 열차 운행 중
캐나다도 수소연료전지 열차 도입 추진, 이탈리아 및 중국도 도입 박차
소음 적고 기존 철로 이용 가능, 충전소 설치 제약 적은 점 등 이점 많아..
우리도 현대로템과 철도기술연구원에서 개발 중
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 독일은 지난해 8월에 세계 최초로 수소연료전지 철도를 운행하기 시작했다. 2019년 기준 유럽연합의 철도 이용객 수는 연인원 4150억명으로서 미국의 약 320억명에 비해 13배 수준이다.
독일의 수소연료전지 철도는 독일 북부 니더작센주에서 내년까지 2년간의 시범운전을 거칠 예정인데 지난해 말까지 쿡스하펜, 브레머하펜, 벅스테후데를 연결하는 총 100km의 구간을 운행하는 열차 14대가 모두 수소연료전지로 구동되기 시작했다. 이 사업에는 8500만유로가 투입되었다.
• 독일, 프랑스 알스톰사를 통해 세계 최초로 수소연료전지 철도 운행 시작
그러나 이 열차는 독일에서 제작된 것이 아니라 프랑스의 알스톰사에서 2014년부터 개발해 온 것으로 명칭은 코라디아 아이린트(Coradia iLint; 이하 아이린트)이며 개발자금 800만유로를 독일 연방정부로부터 지원받았다.
알스톰은 아이린트를 전력이 공급되지 않는 지역의 기존 디젤 열차 126대를 모두 대체하는 것을 목표로 하여 최대 시속 140km(일반 운행 속도 80~120km), 좌석 배치에 따라 150~200명의 승객을 운송할 수 있다고 공표하였다.
물론 수소연료전지 열차는 기존 디젤열차에 비해 비용이 더 든다. 그럼에도 유지보수 비용의 절감 등을 통해 15년 정도 운행 이후에는 디젤보다 비용이 절감될 것으로 예상하는데 독일 연방정부는 약 430만유로를 투입하여 수소 충전소를 구축하였다.
아이린트는 약 270kg의 수소를 약 15~20분에 걸쳐 충전한 후 수소 탱크 한개로 약 1000km를 운행할 수 있다. 독일은 디젤 기관차 비중이 약 20%를 차지하고 있으며 궁극적으로 2500~3000대의 디젤 기관차를 수소연료전지 기관차로 대체할 계획이다.
• 프랑스 알스톰社가 선두주자, 이탈리아와 중국도 추진 중
알스톰社는 이외에도 유럽 각지에 여러 프로젝트를 진행하고 있다. 먼저 프랑크푸르트 수도권에 27대를 주문받은 상태이며 프랑스는 12대, 그리고 이탈리아 북부 롬바르디아 지역은 6대를 도입할 예정이다.
유럽의 컨설팅 기업인 롤랜드 버거(Roland Berger)는 향후 2035년까지 유럽 전역에서 약 15~20%가 수소연료전지 기관차로 채워질 것으로 전망하고 있다.
한편 독일의 거대기업 지멘스 역시 2024년 출시를 목표로 지난해 5월 국영철도회사인 도이치반과 공동으로 수소연료전지 열차의 시제품을 공개한 바 있다.
이탈리아도 코로나 팬데믹 이후 국가 복구 및 복원력 계획에 따라 약 3억유로를 투입하여 전국 6개 지역에서 디젤 열차를 수소연료전지 열차로 교체하는 프로젝트를 진행할 예정이다.
투입 자금 가운데 2400만유로는 철도 차량 구입에, 그리고 나머지 2억7600만유로는 수소 생산, 저장 및 공급 장비에 사용된다.
철도가 커버할 지역은 북부 롬바르디아와 남부 캄파니아, 칼라브리아 및 풀리아와 시칠리아와 사르데냐 섬 등 6개 지역이 해당되는데 완공은 2026년 6월 30일로 예정하고 있다.
중국 역시 수소연료전지 철도차량의 도입을 추진 중이다.
2021년 중국 최초의 수소연료전지 열차를 개발한 중국의 철도차량 제작회사인 중국중차고분유한공사(中國中車股份有限公司; CRRC(China Railway Rolling Stock Co. Ltd.), 이하 CRRC )의 닝동 기관차는 270kg의 수소를 바탕으로 190시간 연속 운행이 가능한데 CRRC에 따르면 중국 전역에 존재하는 7800대의 디젤 기관차 가운데 90% 이상을 수소연료전지 기관차로 대체할 계획으로 알려져 있다.
• 수소연료전지 기관차 소음 감소, 이산화탄소 배출 저감 등 이점 많아..
수소연료전지 기관차는 기존 디젤 기관차에 비해 소음이 적으며 이산화탄소 배출이 거의 없는 등 여러 장점이 있는 것으로 알려져 있다.
독일의 사례를 보면 수소연료전지 기관차 1대는 매년 약 4400톤의 이산화탄소 배출 감소 효과를 갖고 있다.
특히 수소연료전지 자동차가 전국 각지에 수소충전소를 필요로 하는 반면 수소연료전지 기관차는 기점과 종착역 등 거점역에 수소연료전지 충전설비를 갖추기만 하면 될 뿐만 아니라 기존의 철도기지 부지를 활용할 수 있어서 정부와 철도회사의 의지에 따라 도입 속도가 가속화될 수 있다.
또한 기존 전기 기관차가 터널 및 교량 건설에 있어서 전차용 전선이 설치될 부피까지 포함해야 하며 수 km마다 변전소도 두어야 하는 데 반해 수소연료전지 기관차는 터널 및 교량 공사비가 더 저렴하며 2층 열차를 보다 다양하게 설계할 수도 있다.
뿐만 아니라 전차선 전압이 다르거나 전차용 전선이 없는 구간에도 적용 가능하며 지상/지하 복합구간에도 운행이 가능하다.
<기업 및 국가별 수소연료전지 기관차 상세 스펙>
• 현대로템, 트램으로 수소연료전지 기관차 개발 중
국내에서는 철도기술연구원과 우진산전이 공동으로 지난 2021년 최고속도 시속 120km, 주행거리 600km의 수소연료전지 기관차를 개발한 바 있다.
또한 철도차량 전문업체인 현대로템에서 2019년 1월부터 트램용으로 개발을 시작하여 2021년 4월 시제품을 공개한 바 있다. 이 시제품은 3모듈 1편성으로 구성된 수소연료전지 트램 플랫폼 차량이다.
한편 2021년 7월부터 현대로템, 한국자동차연구원, 철도기술연구원 및 울산시 등 4개 주관기관이 중심이 되어 지자체, 비영리기관 및 기업 등 총 22개 기관이 참여하여 산자부 주관의 ‘수소전기트램 실증사업’을 진행 중이다. 이 사업의 성과물은 최고속도 시속 70km, 수소 1회 충전 시 최대 150km이 주행거리를 목표로 하고 있다.
우리나라는 프랑스 알스톰의 고속철도 떼제베(TGV)를 도입하여 이를 바탕으로 KTX를 완성하여 2004년 개통한 바 있다. 프랑스가 우리 기술력을 폄훼하였으나 거의 리버스 엔지니어링을 통한 국산화를 성공시킨 것이다.
현대로템은 이미 2016년 호주 뉴사우스웨일즈주와 시드니에 전동차 512량을 납품한 것을 시작으로 7월 초에는 1조2천억원 규모의 전동차 공급 사업을 따내는 등 세계적 경쟁력을 보유하고 있다.
따라서 전동차에 이어 수소연료전지 열차 분야에서도 성과를 내기를 기대해 본다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
◀ 곽대종(Daejong Gwak) ▶ 한국외국어대학교 경제학박사 / 산업연구원 연구위원 / (전) 한국자동차산업협회 환경·기술분과 위원 / (전) 국가과학기술위원회 평가위원 / (전) 산자부 연구개발사업 평가위원 / (전) 규제개혁위원회 전문위원
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