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[IT뉴스]1회 충전에 600㎞ 친환경 수소열차시대

온카뱅크관리자

2026-07-27 11:37:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 수소로 전기공급, 非전철화 노선도 가능 디젤열차 대비 오염은 절반, 효율은 2배 세계시장 年25% 성장, 2035년 38조원 경원·교외선 시험후, 2028년 상업운행 “연료전지 고도화, 고속철도까지 적용” 
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 한번 충전으로 서울~부산을 왕복할 수 있는 이산화탄소 배출없는 친환경 수소열차 상용화가 급물살을 타게 될 전망이다. 최근 전 세계적으로 이산 화탄소 배출 등 환경규제가 강화되면서 새로운 친환경 교통수단 개발에 귀추가 주목되고 있다. 특히 항공기의 속도에 밀려 장거리 대량운송 수단에서 뒷전으로 밀려나버린 철도의 경우 친환경과 고속화에 포커스를 맞춘 기술혁신으로 돌파구를 찾고 있다.
 기존 디젤열차는 철도분야 탄소 및 미세먼지를 발생하는 주 오염원의 하나로 지적되고 있다. 신규 도입되는 디젤철도차량은 미세먼지 관리 종합대책에 따라 새로운 대기오염물질 배출허용기준을 준수해야 한다.
 ▶물 이외 오염물질 배출 제로=이 같은 이유에서 우리나라를 포함한 전 세계가 주목하고 있는 것은 바로 친환경 수소열차다. 수소열차는 수소저장용기에 저장된 수소를 연료전지에 공급해 전기를 생산하고, 전동기를 구동해 추진력을 얻는 미래형 친환경 열차다. 전차선을 통한 외부 전력 공급이 필요 없어 전철화가 어려운 비전철노선 지역에서도 철도 접근성을 획기적으로 개선할 수 있다.
 특히 수소열차는 물 이외의 오염물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 차량으로, 전기차보다 이산화탄소를 적게 배출한다. 실제 기존 디젤철도가 19㎏/㎞의 이산화탄소를 배출하는데 비해 수소철도는 절반수준인 9.1㎏/㎞에 그친다. 또한 전차선, 변전소 등의 급전설비가 필요하지 않아 전력인프라 건설 및 유지비용을 절감할 수 있다는 것도 장점이다.
 류준형 한국철도기술연구원 박사는 “전기철도는 전차선, 변전소, 급전계통을 필요로 하지만 수소철도는 차량 내 수소저장용기와 연료전지, 배터리, 전기추진시스템을 이용해 자체적으로 전기를 생산 사용한다”면서 “외부 전력 공급 없이 운행이 가능해 전철화가 어려운 비전철 노선의 접근성을 높일 수 있고 디젤열차 대비 에너지 효율이 2배 이상 경제적”이라고 설명했다.
 세계 수소열차 시장은 연평균 25% 이상 성장해 2035년 264억 달러(37.6조원) 규모에 이를 것으로 전망되며, 세계 각국도 시장 선점을 위해 수소열차 개발과 상용화에 적극 나서고 있다.
 프랑스 알스톰사에서 개발한 수소열차는 지난 2018년 독일에서 상업운전을 처음 시작했다. 독일은 국가수소전략을 통해 90억유로를 투자하며 철도 인프라까지 포함한 수소 생태계 구축에 나섰다. 스코틀랜드는 2030년을 목표로 디젤 열차를 단계적으로 퇴출하는 로드맵을 추진 중이다. 중국은 2019년말 수소트램 개통, 일본도 전동차 방식의 수소열차를 운행하고 있다. 미국도 상용화에 속도를 내고 있다. 캘리포니아에서는 지난해 9월 여객용 수소 열차가 첫 상업 운행을 시작했다.
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 ▶2027년 실증, 2030년 운행 목표=우리나라도 수소열차 상용화를 위해 기존 운영 노선에 수소 인프라를 구축하고 시범운행하는 ‘수소전기동차 실증 ’R&amp;D 사업‘에 뛰어들었다.
 2027년까지 총 321억원을 투입, 한국철도공사(코레일)와 한국철도기술연구원이 주관기관으로 참여한다. 또한 현재 운영 중인 비전철 노선에 수소 충전소와 차량 검수시설 등 수소열차 인프라를 구축하고, 수소전기동차와 함께 운영하여 운행 시설의 성능과 적합성을 검증한다. 아울러 수소열차의 원활한 도입을 위해 수소열차 기술기준과 운영ㆍ관리 규정을 마련하고, 수소열차 지원을 위한 각종 제도 개선과 불합리한 규제 해소도 함께 추진한다.
 교외선과 경원선에서 시험 운행을 거쳐 2028년부터 상업 운행에 들어갈 예정이며, 대전·울산 등에서도 수소 트램 공사를 하고 있다.
 실증 차량은 출력 1.2㎿, 최고운행속도는 ITX와 같은 150㎞/h(설계속도 165㎞/h), 1회 충전 주행거리 600㎞ 이상, 2칸 1편성을 목표로 한다. 2027년에 차량을 제작하고 철도차량 형식승인 등 안전성 검증을 거친 뒤 실증 노선에서 운행하며, 수소충전소·검수시설·기술기준·운영관리 규정도 함께 검증할 계획이다.
 실증 노선 후보지로 경원선(연천~백마고지역 21㎞), 교외선(대곡~의정부역 30.3㎞) 등이 검토되고 있으며, 국토부는 2027년부터 약 1년간 2칸 1편성 수소전기동차를 투입해 7만㎞ 이상 시험운행을 하고, 실증 이후에는 수소전기동차 3편성을 추가 투입해 노후 디젤열차를 대체할 계획을 제시했다. 연천역에는 수소열차·수소버스·승용차가 함께 사용할 수 있는 다목적 수소충전소도 구축될 예정이며, 충전설비는 시간당 160㎏급 3기, 하루 최대 1300㎏ 공급 규모에 달한다.
 류준형 박사는 “현재 수소자동차는 규제, 법령이 마련돼 있지만 수소모빌리티 산업생태계 구축을 위한 제도적 기반 마련이 필요하다”면서 “향후 수소연료전지 기술이 더 고도화되면 고속철도에도 적용이 가능할 것으로 본다”고 말했다.
 ▶주행거리 2배 액화철도 개발도=한국철도기술연구원은 일반 수소열차보다 주행거리가 2배 이상 높은 ‘액화수소 열차’ 개발에도 나서고 있다.
 내구연한이 도래한 노후 디젤기관차를 대체해 비전철화·혼합구간에서 승객과 화물을 운송할 수 있는 독립전원 방식 수소전기기관차 개발을 목표로 한다.
 액화수소는 -253도 이하의 초저온 상태로 액화시킨 것으로 기체상태 고압 수소에 비해 압력이 훨씬 낮아서 안정적인 상태로 수소를 보관 운송 할 수있다. 철도연은 기체수소보다 저장밀도가 높고 운송효율이 높다는 장점을 근거로 장거리 수소기관차에 적용했다.
 철도연이 개발중인 액화수소열차는 외국 외국의 700bar(면적 1㎡ 당 10만 N의 힘을 받을 때의 압력) 기체수소 열차 대비 운행거리 1.6배 향상, 충전시간 20% 단축을 목표하고 있다.
 철도연은 액화수소 철도 차량용 핵심기술 ‘온보드(일체형) 액화수소 공급시스템’을 개발했다. 이 시스템은 압력, 유량, 온도 제어 등 다단계 제어 기술을 하나로 통합한 ‘컴팩트 제어 장치’가 적용되어 개별 모듈의 과거 방식 대비, 부피를 10% 줄이고 무게도 5% 경량화하였다. 이로 인하여 기존 수소열차의 1회 충전 시 주행거리보다 2배 이상의 효율 향상이 가능해졌다.
 개발 시스템은 95㎾급 연료전지 4기(총 380㎾)를 안정적으로 구동할 수 있도록 설계됐으며, 실제 철도차량 추진용으로 적용할 수 있는 수준에 도달했다. 개발된 온보드 액화수소 공급시스템은 열차에 즉시 적용이 가능하며, 이를 통해 노후 디젤열차의 액화수소 추진시스템 전환을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
 김길동 한구철도연구원 수석연구원은 “이번 핵심 기술 개발을 다양한 시험을 통해 성능을 검증할 계획”이라며 “해당 추진 시스템을 기존 수소 트램에 적용하여 액화수소 기반 실증 연구로 이어갈 계획”이라고 밝혔다.
 구본혁 기자
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