[핵잼 사이언스] 액체 수소 연료전지 비행기, 친환경 항공기의 미래될까?

수소 연료 전지는 21세기 청정에너지 기술로 주목받고 있다. 화석 연료와 달리 산소와 반응시키면 순수한 물 이외에 다른 부산물이 없어 친환경적일 뿐 아니라 직접 전기로 전환되기 때문에 에너지 전환 효율이 내연 기관보다 월등히 뛰어나기 때문이다. 따라서 친환경 연료 전지 차량 개발이 한창이다.

그런데 연료 전지 기술은 자동차에만 국한된 것이 아니다. 대규모 에너지 저장 시스템부터 항공기까지 그 범위를 확장하려는 시도가 이어지고 있다. 일리노이 대학, MIT, 보잉, 제네럴 일렉트릭(GE), 미 공군 연구소 등 미국 내 다기관 합동 연구팀은 '치타'(Center for Cryogenic High-Efficiency Electrical Technologies for Aircraft)라고 명명된 수소 연료 전지 기반의 전기 항공기를 개발 프로그램을 진행 중이다. 미 항공우주국(NASA)은 치타에 600만 달러의 초기 자금을 지원했다.

치타 프로그램에 앞서 에어버스, 지멘스, 롤스로이스를 비롯한 유럽 컨소시엄은 전기 및 하이브리드 항공기 개발 로드맵을 발표한 바 있다. 이 전기 및 전기 하이브리드 항공기는 리튬 이온 배터리를 사용한다. 하지만 아직 리튬 이온 배터리의 에너지 저장 밀도는 화석 연료보다 매우 낮다. 다시 말해 비행에 필요한 에너지를 공급하기 위해서는 많은 양의 배터리를 사용해야 한다. 자동차보다 무게에 민감한 항공기에는 적지 않은 부담이다.

치타 프로그램의 핵심은 액체 수소를 이용해 에너지 저장 밀도를 획기적으로 늘리는 것이다. 액체 수소의 에너지 저장 밀도는 사실 화석 연료보다 높은 데다 고효율의 연료 전지를 사용할 경우 연비가 획기적으로 높아진다. 문제는 수소는 매우 낮은 온도에서 액화 된다는 것이다. 따라서 개발 성패를 좌우하는 문제는 액체 수소를 안전하게 보관하는 것과 제트 엔진에 견줄 만한 성능을 지닌 전기 터보팬 엔진을 개발하는 것이다.

치타 프로그램은 현재 초기 개발 단계로 앞으로 갈 길이 먼 상태다. 무엇보다 액체 수소라는 다루기 까다롭고 위험한 연료를 어떻게 다루는지가 핵심이 될 것으로 보인다. 이 프로젝트가 성공할지는 미지수지만, 무공해 친환경이라는 시대적 과제는 항공기라고 해서 예외가 아니다. 따라서 항공기용 수소 연료전지 기술은 앞으로 상당 기간 주목받을 가능성이 크다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com