기체 아닌 액체상태 수소로 움직이는 기관차 개발
1회 충전에 최대속도 시속 150km, 이동거리 1000km 이상 기대
노후 디젤기관차 대체, 남북철도 및 유라시아횡단열차 활용전망

전기로 움직이는 초고속열차 KTX가 운행하지 않는 지역을 오가는 디젤기관차를 대체할 친환경 수소기관차가 2025년에 선보일 전망이다.

한국철도기술연구원 연구팀은 한 번 충전하면 최고 속도 시속 150㎞로 서울~부산을 왕복하고도 남는 1000㎞ 이상 거리를 운행할 수 있는 액화수소열차 개발을 시작한다고 20일 밝혔다.

연구원은 현대로템 등 민간기업과 함께 2024년 12월까지 총 186억원을 투입해 액화수소 기반 수소기관차 핵심기술 개발에 나선다. 수소열차는 에너지 변환과정에서 오염물질을 배출하지 않고 고성능 필터로 공기 중 미세먼지를 걸러내는 기능까지 할 수 있어 친환경적이고 경제적이라는 평가를 받고 있다. 이 때문에 독일, 프랑스, 일본, 중국 같은 일부 국가들도 수소열차 개발 중이거나 실제 운행하는 곳도 있지만 수소자동차처럼 기체 상태의 수소를 이용하고 있다. 이 때문에 고압의 수소가스를 저장하기 위한 연료저장 탱크가 필요하다.

그렇지만 이번에 국내에서 개발하려는 수소열차는 수소를 영하 253도 이하의 초저온 상태로 액화시킨 액화수소를 이용한다. 고압의 기체상태 수소보다 저장압력이 낮아 안정적으로 수소를 보관, 운송할 수 있다. 실제로 액화수소는 기체상태보다 저장밀도가 약 2배 높고 운송거리도 7배 이상 길다.

연구팀은 현재 사용되는 디젤기관차를 대체할 수 있는 2.7㎿(메가와트)급 연료전지 추진기술, 액화수소 공급기술을 개발해 외국의 기체 수소열차 대비해 운행거리는 1.6배 늘리고 충전시간은 20% 단축을 목표로 하고 있다.연구팀은 우선 액화수소 하이브리드 추진시스템, 고단열 극저온 액화수소 저장기술, 고속 충전기술을 개발해 내년 하반기에 트램에 장착해 시험할 계획이다. 이후 대용량 기관차를 움직일 수 있는 액화수소 기반 추진기술, 액화수소 공급기술을 개발해 전차선이 없는 구간에서 운영할 수 있는 액화수소 기관차 실용화를 진행할 계획이다.

디젤 기관차의 경우 최대속도 시속 120~150㎞인데 이번에 개발되는 액화수소 기관차는 최고 속도가 시속 150㎞로 전기선이 없어 고속열차가 다니지 못하는 구간을 대체할 수 있을 것으로 전망된다.

연구를 이끌고 있는 철도연 김길동 스마트전기신호본부장은 “현재 전철화가 돼 있지 않은 구간을 운행하는 디젤 철도차량을 점진적으로 대체해 탄소배출과 미세먼지를 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라며 “세계 최초로 액화수소 기관차를 개발해 노후 디젤기관차를 대체하고 장기적으로는 철도인프라가 낙후된 남북철도, 유라시아 대륙횡단용 장거리 열차로 활용할 수도 있게 될 것으로 기대한다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr