독일 회사 'H2플라이', 동체 2개 달린 세계 최초의 수소 비행기 개발 성공

슬로베니아 마리보르에서 개조된 이중 동체 비행기 Pipistrel Taurus G4가 극저온 액화수소를 사용하여 역사적인 최초 비행을 위해 이륙하고 있다. [사진=H2Fly]

유럽에서 기존의 항공유 대신 액화수소를 사용하는 비행기가 개발되어 주목을 받고 있다. 최근 'H2플라이(H2Fly)'라는 독일 회사가 개발한 이 비행기는 세계 최초로 액화수소를 사용해 조종 비행을 한 후 무사히 착륙까지 마쳤는데, 무공해 청정 비행이라는 새로운 역사를 쓴 셈이다.

액화수소는 다루기가 매우 까다로운 공정 기술이지만 장거리 비행에서 탄소 배출이 전혀 없는 진정한 기회를 제공하는 몇 안되는 기술 중 하나다.

액화그린수소는 연소 시 물만 배출하는 청정연료로서, 연료전지(fuel cell)를 통해 즉시 전기모터에 전력을 공급할 수 있다. 이는 무게 기준으로 제트 엔진용 연료보다도 약 2.8배 많은 에너지를 생성한다. 무게가 1온스만 달라도 차이가 나는 항공기 세계에서 이 수치는 엄청난 규모가 아닐 수 없다.

그렇지만, 액화수소를 만드는 작업은 한마디로 죽을 맛이다. 생각만 해도 악몽이다. 왜냐하면 액화 상태는 절대온도 0도에 가깝게 유지해야 가능하기 때문이다. 주변 압력 수준을 고려할 때 액화수소는 절대온도 단위로 20켈빈(Kelvin), 즉 영하 -253°C에서 끓는다. 그리고 무게로 보면 높은 에너지 함량을 가질 수 있지만 부피로 보면 에너지 밀도가 매우 낮다. 따라서 동일한 양의 에너지를 운반하려면 일반 제트 연료 탱크보다 거의 4배나 더 큰 탱크가 필요하므로 무거운 장비라는 면에서 그 이점이 일부 상쇄된다.

그럼에도 불구하고 개발 회사인 'H2플라이' 측은 "모든 것을 고려하면 기체 상태의 수소 연료에서 액체 연료로 전환할 때 저희가 개발한 이중 동체의 집박쥐 모양의 '피피스트렐 타우러스(Pipistrel Taurus) HY4' 항공기의 최대 비행거리는 750km에서 1,500km로 두 배 늘릴 수 있다"고 설명한다. 이러한 수치는 오늘날 상대적으로 무거운 배터리 기술 보다도 가볍다.

독일 회사 H2플라이가 개발한 세계 최초의 액화수소 연료로 구동되는 항공기의 조종 비행을 준비하고 있다.[사진=H2플라이]

이 비행기는 보통 비행기와 모양새가 많이 다르다. 조종석이 오른쪽 동체에 있으며, 연료 시스템이 왼쪽 동체에 격리되어 실려있다. 그리고 전기 추진 시스템과 수소변환 연료전지는 모두 그 사이의 중앙 엔진실(nacelle)에 들어 있다.

이 회사는 이제 세계 최초의 액화수소 비행 뿐만 아니라 슬로베니아에 있는 마리보르 비행장에서 세 가지 임무를 더 완료했다고 밝혔다. 이번 시험 비행에서 여러 테스트를 거치며 안전하고 효율적인 작동을 확인했고, 시험비행 분석을 통해 H2플라이가 정해놓은 예상 범위 수치가 검증되었다고 한다.

H2플라이의 공동 창업자인 요셉 칼로(Josef Kallo) 교수는 “이번 성과는 수소를 항공기 동력으로 사용하는 분수령이 되는 순간"이라며, “우리는 파트너들과 함께 중ㆍ장거리 탄소 배출 제로를 실현하기 위한 액화수소의 실행 가능성을 입증함으로써, 이제 상업용 항공기의 탈탄소화라는 중요한 임무를 시작하면서 지역 항공기 및 기타 응용 분야에 대한 기술을 확장할 계획"이라고 말했다.

물론 H2플라이 단독으로 오롯이 이러한 비행 프로젝트를 수행한 것은 아니다. 피피스트렉 버티컬 솔루션즈(Pipistrek Vertical Solutions), 에어리퀴드(Air Liquide), EKPO 퓨얼셀 테크놀로지, 푼다시온 아이사(Fundacion Ayesa) 및 독일항공우주센터(German Aerospace Center) 등 여러 전문 기관들과 컨소시엄을 맺고 진행한 것이다. 또한 2개의 독일 연방 부처와 울름대학교(University of Ulm)에서도 펀드 자금이 추가되었다.

소형, 경량, 저고도 테스트 항공기에서 어느 정도 입증이 이루어진 기술을 바탕으로 H2플라이는 이제 상업용 승객 및 화물 운송과 관련된 규모까지 사업 확장을 모색하고 있다. 이 회사는 이를 위해 메가와트 규모의 전력 수요를 충족시키기 위해 차세대 모듈형 연료전지 전력장치를 개발 중이다. H2F-175라는 연료전지 시스템은 최대 8,200m(27,000피트)의 고도에서도 작동이 가능하도록 설계되었으며, 우선 좌석이 20~80석 정도인 지역 항공기를 대상으로 하고 있다.

하지만 이러한 장치를 개발하고, 완전한 테스트 및 합리적인 방식으로 기체에 통합하고, 무엇보다도 EASA, FAA 및 기타 항공 당국으로부터 안전 운항에 대한 인증을 받으려면 시간이 다소 걸릴 것으로 보인다. H2플라이는 이러한 중거리 항공기용 탄소제로 동력전달장치(powertrain)를 언제 상용 서비스에 투입할 것인지는 정확히 밝히지 않았다.

빠르면 2030년대 중반 쯤에나 수소를 사용하는 연료전지가 기존의 제트 연료를 대체해 상용화될 것으로 예상된다.

아무튼 그럼에도 불구하고 역사적인 순간과 엄청난 도전이 극복되었다고 볼 수 있다. 지구 온난화와 기후 위기를 극복하기 위한 탄소중립 및 탄소저감 노력이 하늘에서도 신속하게 이뤄지길 기대해본다.