액체 수소 연료전지 비행기…미래 친환경 항공기 대세 될까? [고든 정의 TECH+]

갈수록 심각해지는 기상 이변과 지구온난화 문제 때문에 전 세계적으로 지속 가능성과 탄소 중립에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 자동차 업계는 이미 발 빠르게 대응해 전기차 전환이 빠르게 이뤄지고 있습니다. 하지만 항공기나 선박은 전동화가 어려워 업계의 고심이 커지고 있습니다.

특히 항공기의 경우 배터리 무게 때문에 전기 비행기 전환은 소형 항공기 이외에는 사실상 불가하다는 문제점이 있습니다. 지금 시점에서 가장 현실적인 대안은 지속 가능 항공연료(SAF)를 사용하는 것입니다. 지속 가능 항공연료는 폐식용유, 생활폐기물, 산업부생 가스 같은 대체 원료를 이용해 만든 항공유로 기존의 항공유와 성분이 비슷해 특별한 개조 없이 항공기에 사용할 수 있습니다. 하지만 기존 항공유 수요를 100% 대체하기에는 생산량이 턱없이 부족합니다.　

또 다른 대안은 수소를 사용하는 것입니다. 수소는 에너지 밀도 면에서 배터리는 물론이고 화석 연료보다도 높기 때문에 적은 연료로도 먼 거리를 비행할 수 있습니다. 수소는 사실 자동차보다 비행 거리나 무게에 민감한 항공기에 더 적합한 대체 연료입니다.

수소를 항공기 연료로 사용하는 데는 크게 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 기존의 항공기 엔진을 개조해 수소를 연료로 태우는 것이고 두 번째는 수소 연료전지를 이용한 전기 비행기를 만드는 것입니다. 후자는 수소 자동차의 항공기 버전으로 연료 효율이 훨씬 높기 때문에 이 방식이 주목받고 있습니다. 따라서 에어버스 같은 대형 항공기 제조사들도 수소 연료전지 항공기 개발에 뛰어든 상황입니다.

하지만 의외로 최초의 유인 수소 연료전지 항공기의 타이틀은 작은 스타트업 기업이 가져갔습니다. 독일의 수소 연료전지 스타트업인 H2Fly는 최근 슬로베니아의 마리보르 비행장에서 세계 최초의 액체 수소 연료전지 유인 항공기 비행에 성공했다고 발표했습니다. H2Fly는 엔진을 가운데 두고 2인승 동체 두 개가 연결된 독특한 형상의 수소 연료전지 항공기를 개발하고 있는데, 본래 전기 비행기용으로 개발된 피피스트렐 타우러스(Pipistrel Taurus) G4를 개조한 것입니다. 4인용 경비행기에 상대적으로 큰 전기 모터 프로펠러를 장착한 것은 앞으로 더 대형 수소 연료 전지 비행기를 염두에 두고 개발 중인 프로토타입이기 때문입니다.

피피스트렐 타우러스 G4 프로토타입은 본래 고압 수소 탱크를 이용해 비행했으나 이번에는 영하 253도의 액체 수소를 특수 저온 탱크에 싣고 하늘을 날았습니다. 액체 수소의 높은 에너지 밀도와 연료전지의 뛰어난 효율 덕분에 항속거리는 1500㎞에 달한다는 것이 H2Fly의 설명입니다.

액체수소를 공기 중의 산소와 결합해 전기로 바꾸는 일은 H2F-175 연료전지가 담당합니다. 자동차에 사용되는 연료전지와 달리 항공기용 연료전지는 산소 농도가 희박한 높은 고도에서 작동하기 때문에 이를 감안한 설계가 필요합니다. H2F-175 연료전지는 8200m 고도에서도 작동을 보장해 일반적인 프로펠러 항공기의 비행 고도를 생각하면 충분한 성능을 보장합니다.

H2Fly의 목표는 프로토타입 기체에 사용된 연료전지, 엔진, 수소탱크를 이용해 20~80인승 사이의 중소형 항공기 시장에 도전하는 것입니다. 이를 위해 H2Fly는 40인승 트윈 터보프롭 비행기인 도르니에 328를 수소 연료전지 항공기로 개조하고 있습니다. 대형 여객기는 무리지만, 현재 기술 수준으로 중형 항공기라면 기술적으로 가능하다고 보는 것입니다. 반면 에어버스는 A380 같은 대형 항공기에 보조로 탑재할 수 있는 수소 연료전지 엔진을 개발하고 있습니다. 그런 만큼 개발과 상용화에 시간은 더 걸리겠지만, 성공하기만 하면 친환경 항공기 시장에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 하지만 수소 연료전지 항공기의 미래가 밝기만 한 것은 아닙니다.

최종적으로 물 이외에 다른 물질을 배출하지 않는 깨끗한 항공기라는 장점에도 수소라는 다루기 힘들고 까다로운 연료를 사용하는 것에 대한 우려는 여전히 존재합니다. 기술적 장벽과 비용 문제도 수소 연료전지 항공기가 전기차처럼 대중화될 수 있을지에 대한 의구심을 더하고 있습니다. 이 문제를 극복하고 수소 연료전지 항공기를 위한 노력이 시장에서 의미 있는 성과를 거둘 수 있을지 미래가 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com