▲ 철도연 김길동 박사 ‘액화수소 핵심기술개발’ 연구팀이 충남 당진 ㈜패리티 공장에서 380kW 연료전지 동작 시험을 하고 있다.

한국철도기술연구원(원장 한석윤)이 디젤기관차를 대체할 액화수소 기관차의 핵심 기술을 개발해 수소경제 실현을 앞당길 것으로 기대된다.

한국철도기술연구원(이하 철도연)은 액화수소 기관차용 핵심기술을 개발해 국내 최초로 개발 기술의 조합시험을 진행한다고 5일 밝혔다.

개발된 액화수소 핵심기술은 철도 기관차의 추진인버터 제어기술, 하이브리드 추진기술, 액화수소 저장 기술과 기화 장치이다.

철도 기관차 추진인버터 제어기술은 지금까지 수입에 의존하던 것을 국산화한 것이다. 기관차 7천 대에 해당하는 추진기술로 기존 기술을 대체할 수 있는 추진제어장치 기술이다.

390kM 모터를 1개의 인버터로 1개의 모터를 제어하는 방식(1C1M)으로 개발했다. 현재 견인력 및 가속력을 시험 중이며, 10월에 시험인증을 수행할 계획이다.

하이브리드 추진기술은 연료전지, 직류 전압을 변환하는 장치(이하 DC-DC 컨버터)와 배터리팩으로 이루어져 인버터에 전원을 공급한다.

세계 최초로 대용량 병렬 제어 구조이고 △연료전지 400kW △배터리팩 300kW △DC-DC 컨버터 600kW로 구성돼 있다. 현재 △견인력 시험 △부하변동 시험 △컨버터 고장대체 시험 △가혹한 동작 조건에서 다양한 시퀀스 시험을 진행하고 있다.

액화수소 저장 기술과 기화장치는 -253℃의 액화수소를 저장 용기에 저장하고 고효율로 기화할 수 있는 장치다. 연료전지에서 수소을 사용하기 위한 조건인 영상 이상의 수소온도 제어 및 17bar까지 압력 제어가 가능하도록 기화장치가 설계됐다.

현재 국내는 액화수소를 사용하기 위한 세부 법령이 부재한 상태로 규제 샌드박스를 통한 진행이 필요하다. 진행 중인 연구개발은 2021년 12월부터 샌드박스를 준비하여 2023년 7월 정부 승인을 받았고, 2단계 안전관리계획으로 가스안전공사 및 산업부 승인을 받았다.

이후 공인 시험절차와 안전관리계획 승인에 따라 액화수소 기관차용 핵심기술 성능을 검증하기 위해 액화수소 저장 용기부터 연료전지, DC-DC 컨버터, 추진인버터, 부하기까지의 조합시험을 11월 중 수행할 예정이다.

연구책임자인 김길동 철도연 박사는 “70kg급 액화수소 저장탱크, 380kW급 연료전지로 이루어진 모듈 6개를 기관차에 탑재하면 2.7MW급 상용 디젤기관차의 추진기술을 대체할 수 있을 것”이라며, “개발된 핵심기술이 수소기관차 및 액화수소 트램 등에 탑재될 수 있도록 실용화 연구개발사업 확대를 위해 노력할 계획”이라고 전했다.

한석윤 철도연 원장은 “액화수소 기관차는 디젤기관차를 대체할 시스템으로 장거리 노선에 강점이 있다”며, “기후변화 변화를 위한 다양한 K-철도기술 개발을 위해 더 노력하겠다”고 말했다.