[환경일보] 김인성 기자 = 전 세계는 화석연료에 기반한 산업의 한계를 극복하고 지속가능한 산업 발전을 위해 다양한 에너지 개발에 힘쓰고 있다.

특히 수소 연료는 탄소중립, 탄소 제로를 위한 새로운 에너지원으로 부상하고 있다. 항공 산업 역시 소음, 공기질 등 환경에 미치는 영향을 고려해 수소 연료에 기반한 항공기, 무인기가 미래 항공 산업의 나아갈 방향이 되고 있다.

수소 연료는 친환경적이면서 배터리에 비해 높은 밀도와 에너지 효율을 가지고 있어 청정에너지원으로써 항공용으로도 주목받는 있다. 또 수소는 고고도 장기체공 무인기에 가장 적합한 연료로, 국가 안보를 위해 최우선으로 투자해야 할 기술 분야 중 하나다.

이에 정부에서도 수소연료 추진 기반의 항공기 체계 개발 및 다목적 중대형 무인기 기술개발 등을 미래항공 분야의 주요 핵심기술로 보고 단계적으로 개발 방안을 모색해 가고 있다.

작년 7월 언론을 통해 공개된 바와 같이 북한의 중대형 무인기는 우리 안보에 심각한 도전으로 다가오고 있다. 이러한 위협에 대응하기 위해 더 높은 곳에서, 더 오랜 시간 동안 감시‧정찰할 수 있는 첨단 무인기 확보가 매우 중요해지고 있다.

우리나라 역시 항공‧우주 시대에 대비해 기술개발을 꾸준히 추진한 결과 전투기 독자개발, 군 독자 정찰 위성 등의 개발에 성공한 바 있다.

이처럼 뉴 스페이스 시대를 맞이해 본격적으로 항공‧우주 시대가 펼쳐지면서 항공 산업의 발전에 대한 관심이 부각되는 있다.

항공산업, 국내 미래 선도할 중요 신성장 동력

지난 25일 성일종‧강훈식 의원 주최, 국방과학연구소, 국방기술품질원, 국방기술진흥연구소 주관으로 국회에서 열린 ‘수소산업과 미래항공 발전 방안’ 토론회에서 성일종 의원은 “항공산업은 국내 미래를 선도할 중요한 신성장 동력이자 고도의 기술이 집적된 종합산업으로서 타 산업과의 연계 및 파급효과가 매우 큰 산업”이라고 언급했다.

그러면서 항공산업 자체의 특성상 기체 운용 시 필연적으로 발생하는 문제점을 지적하며, 이를 해결하기 위한 민‧군 지역상생 대책 역시 시대의 흐름에 맞게 구체적이고 의미 있는 방안을 모색해야 할 때라고 강조했다.

실제 우리 경제의 미래 먹거리로서 발돋움하고 있는 미래 항공산업은 포스트 코로나 시대에 급성장하고 있는 전도유망한 첨단 산업이다.

KDB 미래전략연구소의 ‘항공산업 현황과 육성방향’에 따르면, 세계 항공산업 규모는 2030년 약 9281억 달러까지 지속해서 성장할 것으로 보인다. 특히 무인기, UAM(도심항공교통) 등이 미래 항공산업의 새로운 성장 동력으로 부상할 것으로 전망하고 있다.

기술 수준과 부가가치가 높은 항공산업의 특성상 많은 선진국이 항공산업 주도권을 두고 경쟁하고 있다. 무인기, 드론 등으로 대표되는 안보 자산의 첨단 무기화가 가능하기 때문에 국가 안보와 직결돼 있는 제일 중요한 전략산업으로 뽑히기도 한다.

다만 “아직 미래 항공산업의 절대강자는 없다”고 강조한 강훈식 의원은 “항공산업의 발전과 안보 구축을 위해 에너지인 수소연료 기술 현황 및 발전 방향을 공유하고, 민‧군이 빠르게 협력한다면 글로벌 시장에서 선두를 확보해 경제와 안보를 동시에 잡을 수 있다고 강조했다.

방위사업청은 항공기의 심장인 첨단 엔진 개발을 통해 항공 산업을 한층 더 발전시킬 준비를 하고 있다. 새로운 에너지원을 기반으로 하는 항공산업 발전의 중요성을 인지하고 다양한 정부 출연기관과 협력해 관련 기술 개발에 힘쓰겠다는 계획이다.

방위사업청 엄동환 청장은 “대규모 투자가 요구되고 민간의 기술수준이 빠르게 변화하고 있는 환경에서 항공산업 기술 도약이 국방 분야만의 힘으로 홀로 발전할 수 없다”며 이에 방위사업청은 민간과 국방의 역량을 결집해 시너지 효과를 낼 수 있도록 협력 체계를 구축해 나가겠다는 의지를 나타냈다.

‘수소’ 기반 고고도 장기체공 무인기 기술 확보 박차

국방과학연구소 역시 수소 기반 고고도 장기체공 무인기 등 첨단 무인기 핵심기술 확보에 박차를 가하고 있다.

이날 박종승 국방과학연구소장은 수소 기반 무인기 연구 시설 확충, 액화수소 생산 및 충전 시설 구축 등 수소 인프라 확보를 위해 민‧관‧군과 함께 노력해 나갈 것이라고 전했다.

액체 수소의 항공 적용 특징으로 기체수소에 비해 에너지 밀도가 매우 높으므로 장치의 장시간 고출력 운용에 적합하다.

회전익 드론 동력원을 액체수소로 바꾼다면 1kWh 출력, 기본 페이로드 기준으로 배터리 운용시간은 20~30분, 압축 기체수소 운용 시간은 3~4시간에 불과하지만 액체수소는 8~10시간에 달한다.

또 미 해군연구소가 개발한 ‘이온타이거’ 파워 시스템별 실제 운용 결과, 고정익의 경우 액체수소를 사용했을 때 2일 이상의 초창기 운용이 가능하다는 결과가 나왔다.

‘항공용 수소엔진 적용 전망’에 대해 최영 한국기계연구원 모빌리티 동력연구실은 “배터리보다 무게당 에너지 밀도가 높은 연료를 활용하고 배터리 사용 드론의 짧은 비행시간을 극복하기 위해 다양한 전력 장치를 활용한 드론을 개발 중”이라고 밝혔다.

“수소연료 추진 및 저장시스템 기술 필요”

대한항공, Quaternium, 탑플라이트 등은 가솔린 엔진 하이브리드 드론을 개발 중이며, 두산모빌리티이노베이션, 자이언트드론, 에스퓨얼셀 등은 수소연료전지 드론 개발을 추진하고 있다. 한국기계연구원은 5kW급 수소엔진 고속발전기 하이브리드 파워팩을 개발해 초도 성능을 검증했다.

최 연구원은 충분한 해상도의 실시간 상시 영상정보 획득·처리 및 유비쿼터스 통신환경 구현을 위해 미래형 통신 인프라 구축에 있어 고고도 장기체공 무인기(HALE UAV) 운용이 필요하다고 봤다.

국방과학연구소 항공기술연구원 지철규 1부장은 고고도 장기체공 무인기는 비행선, 태양광, 화석연료, 수소연료 무인기와 같이 에너지원 종류에 따라 형태가 다양하다고 설명했다.

아울러 현재 실용적으로 활용되고 있는 HALE UAV는 탄소중립 실현을 위한 좋은 대안이라고 부연했다.

항공기용 수소 추진 시스템은 1950년대부터 개발돼 왔다. 지 부장은 “현재 HALE UAV용으로 고려할 수 있는 수소 추진 시스템은 수소 연료전지, 수소 연료엔진”이라며 수소 추진 HALE UAV 개발을 위해서는 생산, 저장, 전환, 공급 체계와 같은 수소 인프라 구축이 병행돼야 하며, 수소연료 추진 및 저장시스템에 대한 핵심기술 확보가 중요하다고 당부했다.