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수소모빌리티 한 축 담당하는 ‘수소연료전지 드론’

세계 상업용 드론시장 연평균 약 30~40% 성장
정부, ‘수소경제 활성화 로드맵’ 통해 수소드론 개발 의지 표명
수소드론, 체공 시간 1~2시간…액화수소 이용 시 4~5시간 비행 가능
자이언트드론·두산·하이리움산업, 수소연료전지 드론 시장 ‘선도’


[월간수소경제 최형주 기자] 산업활용도가 무궁무진한 드론시장이 가파른 성장세를 보이자 정부도 드론 개발에 관심을 보이며 실증 과제 등을 통해 시장 육성의 의지를 표명했다.


특히 올해 1월 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’에서 드론의 짧은 체공시간을 해결할 수 있는 방법으로 ‘수소’를 내세우며, 장거리·장시간·원격비행을 위한 ‘수소드론’ 개발 의지를 적극 표명했다.


이와 함께 기존의 충전식 배터리 드론의 한계라고 인식됐던 짧은 체공시간을 극복한 국내 기업들의 수소드론 관련 기술들은 국내는 물론 세계의 수소·드론업계의 주목을 받고 있다.


지난 2016년 국내 드론업체인 자이언트드론의 수소연료전지 드론이 1시간 이상 비행하는 데 성공했고, 두산모빌리티이노베이션은 드론용 ‘연료전지 파워팩’을 공개했다. 또한 하이리움산업은 액화수소 드론 5시간 비행에 성공한 데 이어 최근에는 미국의 항공택시에 액화수소저장용기를 공급하는 등 해외시장 진출 소식을 알리기도 해 화제가 됐다.


연평균 30~40% 성장하는 드론 시장 

드론은 지형 등의 문제로 인간이 쉽게 가지 못하는 임무를 수행하기에 알맞다. 실제로 2011년 발생한 후쿠시마 원전 사고 당시 사람이 들어갈 수 없는 방사능 누출 지역에 일본 정부는 드론을 띄워 탐사를 진행했다. 당시 드론이 없었다면 사고 수습이 더욱 늦어졌을 것이고, 드론의 체공시간이 조금 더 길었다면 역으로 수습도 빨라졌을 것이라는 후문이다.


최근 국내에서도 산불감시, 송전선로 점검, 물류 배송, 현장 감시 등에 드론을 사용하기 위한 실증 과제를 진행 중이다.


미국의 경우 연방항공청의 상업용 드론 운행규정 ‘파트 107’ 발효로 드론의 비행을 제한했지만 건물 반경 및 지상 122m 이상의 운용을 허용한 이후로 발전소·공장·재난상황 등의 실시간 관제가 가능해져 미국의 상업용·산업용 드론 시장이 더욱 활기를 띄며 성장하고 있다. 


이렇게 드론 시장은 ‘활용 영역의 다각화’로 그 시장이 커지고 있다. 미국 컨설팅 업체 Teal Group의 발표에 따르면 세계 상업용 드론시장은 연평균 약 30~40%의 성장률을 보이고 있다. 중국 베이징 기관지인 경화시보는 2025년엔 세계 드론 시장의 총 가치 규모가 710억 달러 규모에 이를 것으로 전망했다.


정부, 수소연료전지 드론 산업 육성



이러한 상황에서 정부도 드론을 ‘4차 산업혁명 기술 집약체’라고 규정하고 지난 2017년 12월 ‘무인이동체 기술혁신과 성장 10개년 로드맵’을 발표했다. 


정부는 로드맵에서 세계 드론 시장 규모가 2030년에는 2,742억 달러로 성장할 것으로 전망하고, 2030년 세계시장 3위의 기술경쟁력과 10% 이상의 시장 점유율을 목표로 설정했다. 이를 통해 9만2,000개의 일자리와 160억 달러 규모의 수출도 창출할 계획이다.


현재 대부분의 드론 제품들은 충전식 ‘리튬 이온 폴리머’ 배터리를 활용하고 있다. 하지만 충전식 배터리를 사용한 드론은 셀 노화로 인한 성능 저하, 30분 내외 혹은 그 이하의 제한적 체공시간, 배터리 충전 시간 등의 한계를 극복하지 못하고 있다.


반면 수소연료전지 드론은 한 번 충전으로 체공 시간이 1~2시간에 달한다는 점에서 주목을 받고 있다.


이에 따라 올해 1월 정부는 드론 시장에 혁명을 가져다줄 요소로 ‘수소’를 내세우며, ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 수소드론을 개발하겠다는 의지를 적극 표명했다.


정부는 수소경제 로드맵에서 올해 전력설비 진단 등 공공분야 실증을 통해 안정성·신뢰성을 확보하고 올해 말 제품 출시 및 2020년 이후 양산(연간 100대)을 추진한다는 계획을 밝혔다.


2020년부터 농·임업 분야에서 광범위한 지역의 작황 파악 및 병해충 예찰, 2022년부터는 물류 분야에서 도서산간 지역 배송시간 단축 및 비용 절감을 꾀하고 안전 분야에서는 재난 발생 시 인명수색 등 초동대응용으로 수소연료전지 드론을 상용화할 계획이다.


특히 국내 기업들이 가진 세계 최고의 연료전지 및 수소저장탱크 기술력이 이러한 정부의 활시위에 불을 붙인 셈이다.




자이언트 드론, 수소연료전지 드론 1시간 비행

지난 2016년 국내 드론업체 ‘자이언트드론’의 ‘알바 트로스 p1200’ 모델이 1시간 이상 비행을 하는 데 성공했다.


나날이 발전하는 에너지 저장 기술에도 기존 리튬 이온 혹은 리튬이온폴리머 드론들의 체공시간은 30분 내외에서 좀처럼 늘지 않았다. 이러한 이유로 드론 산업엔 한계가 명확해 보였다.


그런데 이런 상황에서 수소드론인 알바트로스 p1200은 1시간 이상을 비행했고, 최대 약 2시간 가량의 비행이 가능하다는 말에 드론업계가 들썩였다.


당시 알바트로스는 3L급 수소용기에 300bar로 압축된 수소를 사용했으며, 이후 알바트로스는 개량을 거듭했다. 현재의 GD-알바트로스 모델의 경우 10L급 수소용기에 350bar로 압축된 수소가 충전·사용된다.


현재 알바트로스의 체공 시간은 약 100분을 넘어 섰으며, 30km 이상 원거리 비행이 가능하다. 자이언트드론 측에 따르면 2시간 이상도 비행이 가능하고, 액화수소 적용을 통해 10시간까지도 체공비행이 가능하다.


현재의 GD-알바트로스 모델은 축간 거리가 1,500mm에 높이가 614mm다. 중량은 짐벌 및 카메라를 포함해 19.5kg이다. 여기에 초기화재 감지가 가능한 열화상 장비가 장착돼 있고, 목적지까지 충돌회피 비행이 가능하며, 14m/s 이상 강풍에도 비행할 수 있다.


이러한 드론의 비약적 성능 개선과 함께 현재 자이언트드론은 각종 국가과제를 실증 중이다. 특히 4시간 이상 장기체공이 가능한 인명구조용 고정익 수소드론을 산업부 R&D과제로 개발 중이며, 성공적으로 개발·실증이 이뤄지면 100km 이상 원거리 비행도 가능할 것으로 보인다.


더불어 최근 발표된 영월군의 산불감시 드론 실증 사업에도 자이언트드론의 제품이 투입될 예정이다.  알바트로스는 국토교통부 무인기 시범 사업에도 참가해 수소연료전지 드론을 조기 상용화하고 법·규제 사항을 발굴하는 과제 역시 진행 중이다.


이용우 자이언트드론 대표는 “수소연료전지드론은 장기체공과 원거리 비행이 최대 강점”이라며 “수십 km 이상의 하천 조사, 산악 지형의 송전탑 점검, 육지와 먼 해상 지역 순찰 및 물품 배송 등이 가능해 배터리 드론의 한계를 넘어설 수 있다”고 밝혔다.





두산, ‘드론용 수소파워팩’ 해외시장 진출 준비

두산모빌리티이노베이션(이하 두산모빌리티)은 지난 6월 20~22일 ‘드론의 본고장’ 중국 심천의 ‘국제 UAV 엑스포’를 통해 수소연료전지드론을 공개했다. 특히 지난해 ‘드론쇼 코리아’에서도 ‘수소연료전지 파워팩’이 탑재된 드론 ‘DT20’을 공개하고 2시간 이상의 체공 성능을 과시해 화제가 된 바 있다.


이두순 두산모빌리티이노베이션 대표는 본지 인터뷰를 통해 “사실 우리의 핵심 사업은 드론이 아닌 수소연료전지 파워팩”이라며 “최적화된 ‘탄소섬유 와인딩’ 기술을 적용해 Type 4 수소용기인 2kW, 3kW급 연료전지 파워팩을 자체 개발했다”고 밝혔다.




350bar의 압력으로 수소 충전이 가능한 두산모빌리티의 수소파워팩은 스택 구조설계를 통해 셀(Cell) 간 균일한 출력을 확보, 안정적으로 높은 출력을 유지할 수 있다.


특히 ‘퀵커플러’ 형태를 적용해 별도의 안전교육 이수 없이 누구나 쉽게 수소용기를 탈부착할 수 있어 충전소를 방문하지 않아도 교체만으로 간편하게 수소연료 사용이 가능하며, Shell 타입의 드론 기체에 통합하는 방식으로도 이용이 가능하다.


두산모빌리티 관계자는 “파워팩을 비롯한 최적화 드론 1종이 오는 10월부터 양산에 들어간다”며 “올해 봄에는 파워팩 적용 드론이 2시간 호버링 비행을 성공적으로 수행한 바 있다”고 밝혔다.


또한 파워팩 양산 이후부터는 두산모빌리티의 웹 사이트나 모바일 앱을 통해 파워팩을 구매할 수 있게 된다. 사용한 용기는 두산모빌리티 측에서 수거하는 형태로 판매가 이뤄질 것이라는 설명이다.


아울러 두산모빌리티는 드론·임무장비·수소파워팩의 실시간 데이터를 LTE 기반 Cloud 서버에 저장·관리하는 디지털 플랫폼을 구축했다.


이를 기반으로 사용자가 필요한 비행 데이터의 분석과 파워팩의 예방 및 정비가 가능하며, 장시간· 장거리 비행시에 고객이 처한 문제를 해결하기 위한 솔루션도 제공한다.


이두순 대표는 “수소파워팩이 단순한 장시간 동력원의 역할을 넘어 고객이 처한 문제를 해결하는 서비스까지 제공할 것”이라며 “수소파워팩만 제공한다면 산업의 성장 측면에서도 한계가 있어 토탈 솔루션을 제공하는 것을 목표로 한다”고 설명했다.


두산모빌리티는 현재 한전의 ‘송전선로점검 실증’ 사업과 산업부의 ‘물류 드론 과제(도서산간지역 드론 배송)’, 국토부의 현장감시 및 모니터링 드론 샌드박스 과제 등도 동시에 수행하고 있다.


하지만 언급했듯 두산모빌리티는 드론 자체보다 ‘수소파워팩’에 중점을 두고 있다. 두산모빌리티 파워팩이 적용된 자이언트드론의 알바트로스 모델에서도 확인할 수 있듯 파워팩 공급을 적극 공략한다는 전략이다.


항공기 시장까지도 넘보는 ‘액화 수소’ 드론

이처럼 수소연료전지가 드론의 새로운 동력원으로 각광받고 있는 가운데 액화수소가 드론에 적용돼 드론업계는 더욱 극적인 진화를 시작했다.


바로 국내 최초 액화수소 전문기업 하이리움산업이 지난해 7월 액화수소를 연료로 하는 무인항공기용 드론 시연에서 세계 최초로 5시간 비행에 성공했다고 밝힌 것이다. 하이리움산업이 선보인 산업용 액화수소 드론은 지도제작, 군사용, 측량용, 산업용 등 다양한 용도에 따라 200가지 이상의 장비를 장착할 수 있고 GPS를 통한 자동비행도 가능하다.


특히 하이리움산업이 개발한 드론용 액화수소 연료전지 파워팩은 초경량 액화수소 연료탱크와 연료전지 스택 기술이 탑재됐으며, 이 파워팩을 드론에 탈·부착하는 방식으로 간편하게 사용할 수 있다.




하이리움산업의 액화수소 기술은 항공택시에도 적용돼 크게 주목받고 있다. 미국 알라카이 테크놀러지는 지난 5월 29일 수소전기 항공택시 ‘스카이’ 를 공개하며 드론·수소업계뿐만 아니라 전 세계의 주목을 받은 바 있다. 이 항공택시에는 하이리움산업의 액화수소 저장탱크가 적용됐다.


알라카이의 항공택시는 전기모터 6개가 사용되는 데, 이에 필요한 고출력을 위해 액화탱크를 사용한다. 스카이는 최대 4시간·640km를 비행할 수 있을 것으로 예상된다. 기존의 드론 산업에선 꿈도 꾸지 못했던 이러한 성능은 액화수소이기에 가능했다.


김서영 하이리움산업 대표는 본지와의 인터뷰에서 “미국은 50년 전부터 액화수소로 로켓을 쏘아 올린 선진국”이라며 “이러한 미국 기업(알라카이)에서 자국 제품이 아닌 대한민국의 작은 벤처기업의 제품을 핵심기술로 사용했다는 것은 하이리움산업의 기술 우수성을 인정받은 결과”라고 말했다.




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