유니버설 하이드로젠, 항공 탈탄소화 가속할 건식 브레이드 탄소 프리폼 탱크 공개

에어버스 SE(네덜란드 레이던)와 유나이티드 테크놀로지스(미국 코네티컷주 파밍턴) 전 CTO 폴 에레멘코가 공동 설립한 유니버설 하이드로젠(미국 캘리포니아주 로스앤젤레스)이 수소 항공 인프라 구축에 나섰다. 항공 여행은 전 세계 온실가스 배출의 약 2.5%를 차지한다. 에어버스와 프랑스 정부는 2035년까지 최초 탈탄소 상용기 운항을 목표로 수소 추진 항공기 3가지 예비 설계를 발표했다.

핵심 과제는 인프라, 기존 컨테이너 물류망 활용

"핵심 과제는 인프라입니다." 유니버설 하이드로젠 CTO J.P. 클라크는 말했다. "파이프라인과 특수 수소 수송 시스템 구축에 드는 시간과 비용 대신, 기존 컨테이너 화물 운송 인프라와 새로운 고효율 기술을 결합해 저자본 솔루션을 제공하려 합니다. 우리 트윈 캡슐 모듈은 충전·운송·항공기 탑재가 용이하고 배터리보다 훨씬 가볍습니다. 이 접근법은 확장성도 갖췄습니다. 수요가 늘면 순환 모듈 수만 늘리면 되니 진입 장벽이 낮습니다."

터보프롭 항공기 개조로 시장 진입

회사는 ATR과 대시 8 쌍발 터보프롭 지역 항공기를 수소 연료전지 추진으로 개조해 시장을 열 계획이다. 이 항공기용 트윈 캡슐 모듈은 850바 실린더를 사용하는데, 저투과성 멤브레인 위에 다층·경량 최적화된 연속 탄소 브레이드 프리폼을 감아 고압 수소 기체를 저장하거나, 액체 수소용 단열 금속 탱크 2개를 쓴다. 모듈은 고압 기체로 400해리, 액체 수소로 550해리 항속거리를 제공한다.

최대 3개 모듈을 보조형 인증(STC) 개조를 통해 약간 넓힌 서비스 도어로 후방 동체에 적재한다. 수소는 동체 외부를 통해 내셀로 배관되며, 각 내셀은 터보프롭 엔진을 2메가와트 연료전지 스택(프로펠러 구동용 전기모터)과 보조 동력용 소형 모터로 대체한다. 연료전지는 수소를 연료로 써 수증기만 배출하며, 이는 운항 조건에서 컨트레일이 생기지 않을 때 수집·배출해 환경 영향을 최소화한다. 내셀 라디에이터를 포함한 열관리 시스템이 연료전지와 모터를 냉각한다.

개조 설계는 위 항속거리를 유지하면서 항공기 성능을 유지하지만, 트윈 탱크 모듈 수용을 위해 좌석 2열을 제거해야 한다. 후방 갤리도 전방으로 이동해 좌석 2석이 추가 감소, 총 40석이 줄어든다. 그럼에도 유니버설 하이드로젠은 가용 좌석 마일당 비용 기준 운영 경제성이 대략 동일할 것으로 추산한다.

현재 수소는 제트연료보다 비싸지만, 발표·계획된 대량 생산이 가동되면 비용 하락이 예상된다. 에레멘코는 연료전지-전기 파워트레인이 연소 엔진 대비 유지보수·오버홀 비용을 최소 25% 개선할 것으로 본다.

비즈니스 모델, 일정, 파트너십

유니버설 하이드로젠은 대시 8과 ATR 항공기 개조용 수소 연료 모듈과 개조 키트를 제공하며 2024년 운항 개시를 목표로 한다. 에레멘코는 지역 항공사에 수소 개조를 보조해 '저비용 내지 무비용 개조'를 제공하고 장기 수소 연료 계약을 체결하는 모델을 구상 중이다.

초기 단계 후에는 중소형 항공기 개발자(도심 항공 모빌리티부터 커뮤터 항공기까지)가 커스터마이징할 수 있도록 개조 설계를 오픈소스로 공개할 계획이다. ATR, 드 하빌랜드 캐나다, 보잉, 에어버스 등 지역·대형 수송기 OEM과 협력해 수소 채택 결정을 지원한다.

유니버설 하이드로젠은 파워트레인과 연료 모듈 시연을 2021년까지 마치고 실험 비행 시험과 인증을 거쳐 나갈 예정이다. 병행해 수소 물류망을 성숙시키고 연료 모듈 양산 체계를 갖춘다. 현재까지 창업자와 파트너들이 약 500만 달러를 자체 조달했으며, 최초 매출까지 약 3억 달러가 소요될 것으로 추산한다.

수소 연료전지 항공기 추진에 집중하지만, 같은 연료 모듈은 개조 제트엔진에서 수소를 연소시키는 항공기에도 쓸 수 있다. 전 에어버스 CEO 톰 엔더스(현 자문역)에 따르면, 회사가 표적하는 중거리 단일통로 항공기는 전 세계 항공편 대다수를 차지해 시장 잠재력이 크다.