세계 최초 유인 액체수소 비행기 이륙

슬로베니아 마리보르에 있는 다소 작고 소박한 공항에서 독일의 수소 추진 스타트업인 H2FLY는 지난 여름 무배출 항공 분야에서 중요한 이정표를 조용히 구축해 왔다. 그리고 모든 노고가 결실을 맺어 세계 최초의 유인 액체수소 동력 비행이 성공적으로 완료되었다. 

항공 역사에 열광하는 사람이라면 "그런데 투폴레프 Tu-155는 어떻습니까?"라는 말을 하고, 소련은 35년 전에 액체 수소를 연료로 시험했지만 세 가지 엔진 중 하나만 사용했다. 이와 대조적으로, H2FLY의 HY4는 이제 (기체 종류가 아닌) 액체 수소만을 연료로 사용하여 전체 비행 동안 수소 연료전지 파워트레인에만 의존하여 작동했다.

목요일에 이 TNW 기자는 일련의 테스트 비행 중 네 번째에 참석했다. 이번 행사는 항공기에 액체 극저온 수소를 사용하는 타당성을 입증하기 위해 EU가 자금을 지원하는 파트너십 프로젝트인 Project HEAVEN의 정점을 의미했다. (액체 수소로 연료를 공급하는 공중 여객 차량용 고전력 밀도 FC 시스템의 약어이다. 참고로 말씀드리겠다.)

항공기 연료로서의 액체수소와 기체수소

어제의 시범 비행은 약 10분 정도 지속되었지만 며칠 전 HY4와 두 명의 조종사는 3시간 1분 동안 공중에 머물렀다. 이는 10kg의 수소가 필요한 위업이다. 항공기의 전체 저장 용량인 24kg을 모두 사용하면 8시간 동안 유지될 수 있다. 비행 후 조종사 중 한 명인 요하네스 가르비노-안톤(Johannes Garbino-Anton)은 "정말 놀랍습니다. 완벽한 팀워크가 생생하게 구현됩니다."라고 말했다. 그는 이 기술이 “완벽하게 작동한다”며 일반 항공기와 가장 큰 차이점은 진동과 소음이 없다는 점이라고 덧붙였다. 그리고, 이산화탄소 배출이 부족하다. 

일련의 4번의 성공적인 시험 비행 이후 분위기는 분명히 환호했다. 출처: Linnea Ahlgren/TNW

H2FLY의 추진 시스템은 수소 저장 장치, 120kW 연료전지 에너지 변환기 및 전기 엔진으로 구성된다. 전체적으로 이번 여름은 H2FLY의 8회 비행 테스트 캠페인이었다. 수소 전기 HY4는 2016년부터 비행해 왔지만 올 여름의 획기적인 발전은 가스로서의 수소가 아닌 액체 수소로 비행기를 운행하는 것으로 구성된다. 

액체수소는 기체수소보다 에너지 밀도가 더 높다. 이는 훨씬 더 낮은 탱크 중량과 부피가 필요하다는 것을 의미한다. 항공 운송의 세계에서, 특히 비행기를 개조할 때 이는 많은 승객 좌석을 버리거나 화물 공간(예: 탑재량)을 줄일 필요가 없는 것과 같다. 

하지만 아마도 더 중요한 것은 훨씬 더 넓은 범위를 열어준다는 점이다. HY4 테스트 항공기의 경우 이는 기체 수소의 경우 750km, 액체의 경우 1,500km 또는 두 배의 거리에 해당한다. 반면, 액체수소는 극저온(약 -253°C)을 필요로 하여 운송 및 재급유가 복잡해진다. 

기존 기체를 수소 연료전지 추진 시스템으로 개조

유리섬유와 탄소섬유로 만들어진 HY4는 상업생산에 들어가지 않을 예정이다. H2FLY의 다음 단계는 이제 연료 전지 시스템을 메가와트 용량으로 확장하는 것이다. H2F-175 시스템은 더 긴 범위뿐만 아니라 최대 27,000피트의 고도까지 잠금 해제한다. 두 사람은 Deutsche Aircraft와 협력하여 30석 Dornier 328 실증기에 H2FLY 수소전기 연료전지를 장착하고 2025년까지 시험 비행을 시작할 계획이다. 

회사의 일정은 일부 경쟁사보다 약간 더 제한되어 있지만 H2FLY의 공동 창업자이자 CEO인 Josef Kallo 박사는 업그레이드된 시스템이 약 2,000회 운항할 수 있는 40석 용량의 지역 비행기에 동력을 공급할 수 있을 것이라고 예측한다고 말한다. 

“엔지니어로서 40인승 수소엔진 비행기는 돈과 시간의 문제라고 말할 수 있다. 그 후에는 환상적이 됩니다.”라고 Kallo는 말했다.

그러나 그는 또한 지금까지의 테스트를 통해 80~100명의 승객을 수용할 수 있는 더 큰 항공기를 추진할 수 있는 최대 4MW + 4MW 파워트레인까지 확장할 수 있다는 것을 보여주었다고 덧붙였다. 그는 또한 예를 들어 혼합 날개 몸체를 포함하여 새로운 제조업체의 완전히 새로운 항공기 디자인을 배제하지 않다. 

상업용 항공 분야의 액체수소 잠재력 '게임체인저'

청정 연소, 수소 동력 항공의 미래에 필요한 또 다른 것은 실제 연료 외에 연료를 공급하는 인프라입니다. Project HEAVEN을 위해 H2FLY는 Air Liquide와 협력해 왔다. 

미래 에너지 믹스의 일부로 녹색 수소에 크게 투자하고 있는 프랑스 산업용 가스 공급업체의 경우 이는 생존 가능성을 입증하고 산업 수요를 강화하는 것이기도 한다. Air Liquide Advanced Technologies의 혁신 이사인  Pierre Crespi는 “상업 공항에 연료를 공급하기 위해 액체수소를 가져온 것은 이번이 처음입니다.”라고 말했다 .

수소 자체는 슬로베니아 당국의 엄격한 안전 요구 사항에 따라 트럭으로 마리보르에 도착했다. 

극저온 연료 탱크 통합을 지원한 Pipistrel Vertical Solutions의 비행 테스트 엔지니어인 Marco Rizzatto는 “기술 자체 측면에서 성과의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.”라고 말했다. “액체수소는 상업용 항공기의 판도를 바꿀 잠재력을 갖고 있습니다.” 

H2FLY는 슈투트가르트의 독일 항공우주센터와 울름 대학교의 엔지니어 5명이 2015년에 설립했다. 회사는 추진 시스템 전체를 연구하고 있지만 필요한 경우 개별 구성 요소도 개발한다. 2021년에 H2FLY는 항공 택시 서비스를 운영하기 위해 전기 수직 이착륙 차량(eVTOL)을 개발하는 캘리포니아 소재 회사인 Joby Aviation에 인수되었다.