세계 최초로 운행하는 유인 액체 수소 비행기 이륙
World's first launch of manned liquid hydrogen aircraft
슬로베니아의 작고 조용한 마리보르 공항에서는 독일 수소 추진 스타트업 H2FLY가 여름 동안 영공에서의 제로 배출 항공의 중요한 이정표에 도달하기 위해 조용히 노력해왔습니다. 그리고 그 모든 노력이 성과로 이어졌습니다. 세계 최초의 유인 석유수소 항공기 비행이 성공적으로 완료되었습니다.
애정하는 항공 역사 애호가가 “Tupolev Tu-155은 어떻습니까?”라고 말하려 하지만, 35년 전 소련은 액체 수소를 연료로 사용해보았지만 세 개의 엔진 중 하나만 사용했습니다. 반면에 H2FLY의 HY4는 이제 액체 수소(기체 수소와 대조되는)만을 연료로 사용하며, 전체 비행에서 수소 연료 전지 동력계에 완전히 의존합니다.
이번 주 목요일, TNW 기자는 시리즈 중 네 번째 시험 비행에 참여했습니다. 이 이벤트는 항공기에서 액체, 저온 수소 사용의 실현 가능성을 보여주기 위한 EU 기금 지원 파트너십인 HEAVEN 프로젝트의 정점을 나타냈습니다. (즉, 액체 수소로 연료를 공급받는 고밀도 고출력 연료전지 시스템을 사용하는 고도 비행 승객 운송 차량을 위한 액체 수소로 연료를 공급받는 것을 줄여서 말하면 HEAVEN입니다.)
항공기 연료로서 액체 수소 대 기체 수소
어제의 시연 비행은 약 10분 정도 지속되었지만, 그보다 몇 일 전에 HY4와 두 명의 조종사는 3시간 1분 동안 공중에 머무르며 10kg의 수소가 필요한 기술적 업적을 달성했습니다. 항공기의 24kg의 전체 저장 용량을 사용한다면 8시간 동안 비행할 수 있습니다.
한 명의 조종사인 Johannes Garbino-Anton은 비행 후 “정말 놀라운 느낌이 들고, 완벽한 팀워크가 실현되는 것”이라고 말했습니다. 그는 이 기술이 “완벽하게 작동한다”고 덧붙였으며, 일반 항공기와 가장 큰 차이점은 진동과 소음의 부재라고 말했습니다. 그리고 이산화탄소 배출의 부재입니다.
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H2FLY의 추진 시스템은 수소 저장, 120kW 연료전지 에너지 변환기 및 전기 엔진으로 구성됩니다. 이번 여름 동안 H2FLY는 8차례의 비행 시험 캠페인을 실시했습니다. 수소 전기 HY4는 2016년부터 비행을 하고 있지만, 이번 여름의 큰 업적은 수소 대신 액체 수소를 사용하는 것입니다.
액체 수소는 기체 수소보다 에너지 밀도가 높습니다. 이는 훨씬 낮은 탱크 무게와 체적이 필요함을 의미합니다. 항공 운송 분야에서는 특히 기존 비행기를 개조할 때 승객 좌석을 많이 제거하거나 화물 공간, 즉 페이로드를 줄일 필요가 없다는 것을 의미합니다.
그러나 더 중요한 것은 훨씬 더 큰 비행 거리를 가능하게 한다는 것입니다. HY4 시험 비행기의 경우, 기체 수소로는 750km를, 액체 수소로는 1,500km를 비행할 수 있습니다. 즉, 거리가 두 배가 됩니다. 반면에 액체 수소는 저온(-253°C 정도)을 필요로 하기 때문에 운송 및 주유의 복잡성이 증가합니다.
기존 기체에 수소 연료 전지 추진 시스템을 개조
유리 섬유와 탄소 섬유로 만들어진 HY4는 상업 생산에 사용되지 않을 것입니다. H2FLY의 다음 단계는 연료전지 시스템을 메가와트 규모로 확장하는 것입니다. H2F-175 시스템은 더 긴 비행 거리뿐만 아니라 최대 27,000피트까지의 고도를 가능하게 할 것입니다. Deutsche Aircraft과의 파트너십을 통해 두 회사는 30석 Dornier 328 데모 비행기에 H2FLY 수소 전기 연료 전지를 개조하고 2025년까지 시험 비행을 시작할 계획입니다.
회사의 일정은 경쟁 업체보다 약간 더 제한적이지만, H2FLY의 공동 창업자이자 CEO 인 Josef Kallo 박사는 이 10년 동안 2,000km의 거리를 갖는 40석 지역 비행기를 구동할 수 있는 확장된 시스템이 가능할 것이라고 전망하고 있습니다.
“공학자로서 말할 수 있는 것은 40석 수소 동력 항공기는 돈과 시간 문제입니다. 그 후에는 비전적인 것이 됩니다,”라고 Kallo는 말했습니다.
하지만 그는 지금까지의 실험 결과로부터 4MW + 4MW 동력전달장치로 확장할 수 있다는 것을 암시했으며, 이는 80~100명의 승객을 태우는 큰 항공기를 추진할 수 있습니다. 그는 또한 혼합익 날개 등 새로운 제조업체로부터 완전히 새로운 항공기 설계를 배제하지 않는다고 말했습니다.
액체 수소는 상업용 항공에 대한 ‘게임 체인저’의 잠재력
청정 연소, 수소 동력 항공의 미래를 위해 필요한 것은 실제 연료 외에도 보급 인프라입니다. H2FLY는 Project HEAVEN을 위해 Air Liquide와 협력하고 있습니다.
또한, 미래 에너지 믹스의 일환으로 녹색 수소에 대한 큰 기대를 가지고 있는 프랑스 산업용 가스 공급업체에게는 실현 가능성을 증명하고 산업 수요를 확보하는 것이 중요합니다. Air Liquide Advanced Technologies의 혁신 책임자인 Pierre Crespi는 “이번에 상업용 공항에서 액체 수소를 보급하게 된 것은 처음입니다”라고 말했습니다.
액체 수소 자체는 슬로베니아 당국의 엄격한 안전 요구 사항을 따라 트럭으로 마리보르에 도착했습니다.
“기술 자체에 대한 중요성을 강조할 수 없습니다”라고 말한 것은 Pipistrel Vertical Solutions의 비행 시험 엔지니어인 Marco Rizzatto입니다. 그는 크라이오젠 연료 탱크의 통합을 지원했습니다. “액체 수소는 상업용 항공을 위한 게임 체인저의 잠재력을 가지고 있습니다.”
H2FLY는 2015년 독일 항공우주센터(Stuttgart)와 울름 대학교에서 5명의 엔지니어에 의해 설립되었습니다. 회사는 추진 시스템 전체에 대해 작업하며, 필요할 때 개별 구성 요소도 개발합니다. 2021년 H2FLY는 전기 수직 이착륙 탑승 공중 택시 서비스를 운영하기 위해 전기 수직 이착륙 탑승 차량(eVTOL)을 개발 중인 캘리포니아 기반의 Joby Aviation에 인수되었습니다.
