도심항공교통(UAM) 기체를 위한 친환경 추진 시스템

1. 미래 항공 모빌리티와 친환경 추진 시스템의 필요성

도심항공교통(UAM)은 기존 항공기보다 훨씬 소형화되고, 전기 기반이라는 특징을 가지고 있음에도 불구하고, 운항 빈도와 도심 밀집도에 따른 환경 부담이 무시될 수 없다. 따라서 UAM 기체에 적용되는 추진 시스템은 단순히 기능적 성능을 넘어, 친환경성과 지속 가능성이라는 요소를 반드시 포함해야 한다. UAM의 친환경 추진 시스템으로 가장 주목받는 기술은 전기 배터리 기반 추진 방식이다. 이는 기존 내연기관과 비교하여 이산화탄소(CO₂) 배출이 없으며, 소음도 현저히 낮아 도심 내 운항에 적합하다.
하지만 아직까지 배터리의 에너지 밀도, 충전 속도, 운항 거리의 한계가 상용화의 장애물이 되고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 연구자들은 고체 전지(Solid-State Battery), 리튬황(Li-S) 배터리, 그래핀 기반 차세대 전지 등 새로운 전력 저장 기술을 활발히 개발 중이다. 그 외에도 연료전지 기반 수소 추진 시스템이 미래형 친환경 추진 기술로 각광받고 있다. 수소 연료전지는 수증기만을 배출하며, 운항시 소음과 진동이 적어 도심에서의 민원 발생 가능성도 낮아진다. 다만 수소의 생산, 저장, 운송 등의 인프라 문제가 해결되어야만 실제 상용화가 가능하다. 최근 유럽연합과 미국은 수소 항공기의 UAM 적용을 위해 시범사업과 기술 실증에 착수하고 있다.

 

2. 전기 및 수소 기반 추진 기술의 적용 사례와 기술 진화

전기 추진 방식은 현재 UAM 개발 기업들이 가장 활발히 채택하고 있는 시스템이다. 예를 들어, Joby Aviation은 완전 전기식 eVTOL을 통해 1회 충전 시 최대 240km를 운항할 수 있는 기술을 실현했으며, Archer Aviation, Lilium 등도 고효율 전기 프로펠러 추진 시스템을 적용한 기체를 선보이고 있다. 이들은 대부분 분산형 전기 추진 시스템(Distributed Electric Propulsion) 구조를 채택하고 있는데, 이는 다수의 전기 모터를 기체 양쪽에 배치함으로써 추진력의 안정성과 안전성을 동시에 확보하는 방식이다. 한편, 수소 추진 기술은 아직 실증 단계에 있으나, 장기적인 친환경 목표를 달성하기 위한 핵심 에너지원으로 떠오르고 있다.

영국의 Vertical Aerospace와 프랑스의 Airbus는 수소 연료전지를 통한 UAM 기체 개발을 병행하고 있으며, 이들은 기체 무게를 줄이고 추진 효율을 극대화하기 위해 수소 저장 탱크의 초경량화, 고압 저장 기술, 고온 연료전지 기술 등을 도입하고 있다. 또한 최근에는 하이브리드 시스템도 주목받고 있다. 전기와 수소 또는 전기와 소형 가스터빈 엔진을 병행하여 배터리 효율 저하 문제를 보완하면서도 친환경성을 유지하는 방식이다. 이 하이브리드 추진 시스템은 도심 구간에서는 전기로 조용히 비행하고, 장거리 또는 고출력이 필요한 구간에서는 보조 연료 기반 시스템이 작동하는 식으로 구성된다. 이러한 기술은 특히 상업화 초기 단계에서 현실적 타협책으로 활용될 가능성이 높다.

 

3. 친환경 추진 시스템의 인프라와 정책 지원 과제

기체의 친환경 추진 시스템이 아무리 고도화되더라도, 이를 실제 도시 환경에서 운용하기 위해서는 반드시 에너지 인프라 구축이 선행되어야 한다. 전기 추진 UAM의 경우, 초고속 충전 인프라, 전력 공급 안정화, 도심 내 충전 네트워크 구축이 핵심 과제로 부상하고 있다. 특히 버티포트(Vertiport) 내에 고출력 전력 공급 장치와 냉각 시스템을 갖춘 충전 스테이션이 필수적이며, 기체 회전율을 높이기 위해 20분 이내 급속 충전이 가능한 기술 개발이 요구된다. 수소 기반 추진 시스템은 더욱 복잡한 인프라 문제를 안고 있다. 수소의 저장은 고압, 저온, 안전성 측면에서 까다롭기 때문에, 수소 생산시설, 공급 파이프라인, 이동형 수소 충전소 등을 연계한 전국 단위 에너지 체계 구축이 필요하다.

또한 수소는 폭발 위험이 있으므로 항공용 수소 저장소는 고도화된 안전 기술과 모니터링 시스템이 병행되어야 한다. 정책적으로도 UAM의 친환경 추진 시스템 도입을 위한 제도적 기반이 시급하다. 정부는 전기·수소 항공기 인증 기준을 마련하고, 친환경 추진 기체에 대해 세제 혜택, 인프라 구축 비용 지원, 시범 사업 운영 공간 제공 등 다양한 지원 정책을 동시에 추진해야 한다. 뿐만 아니라 각 지자체는 자율적으로 UAM 친환경 공역 및 전용 항로 설정, 탄소 배출 저감형 버티포트 건립 등을 통해 UAM을 친환경 도시 교통 시스템의 일환으로 안착시킬 수 있도록 노력해야 한다.

 

<본문 요약>

• 전기 배터리와 수소 연료전지는 UAM의 대표적인 친환경 추진 기술이며, 기술 성숙도는 점차 높아지고 있다.
• 하이브리드 추진 시스템은 초기 상용화에 현실적인 대안이 될 수 있으며, 인프라 연계도 중요하다.
• 초고속 충전소, 수소 충전소, 친환경 버티포트 등 에너지 기반 인프라와 정부 정책 지원이 병행되어야 한다.