현대로템의 수소전기트램이 ‘2024 산업기술 R&D 종합대전’에서 대국민 온라인 투표로 선정한 산업부의 ‘R&D 대표성과 10선’으로 선정됐다. 2024 산업기술 R&D 종합대전은 국내 최대의 정부 연구개발 성과 전시회로 지난 2024년 11월 27일부터 29일까지 서울 강남구 코엑스에서 열렸다. ‘민간이 끌고 정부가 미는 역동적 R&D’를 주제로 사흘간 열린 이 행사는 우수한 성과를 창출한 산업기술인을 격려하고 글로벌 기술 경쟁에서 우위를 점하기 위한 민관 협력 방안을 모색하기 위해 기획됐다.

이 행사에서 현대로템은 국내 기술로 확보한 주력 산업 초격차 기술 10선에 선정된 수소전기트램을 소개하는 한편, 수소사회 디오라마와 수소연료전지 모형 등을 전시하여 수소사회 구현에 대한 비전을 관람객들에게 선보였다.

탈탄소 시대의 미래 성장동력, 수소에너지

현대로템은 최근 수소연료전지 기반의 수소전기트램 개발을 마무리하며 수소사회 진입을 위한 광폭 행보를 보이고 있다. 2024년 산업통상자원부 주관 수소전기트램 실증사업을 통해 핵심부품 개발 및 실증 주행시험을 완료하고 대전 도시철도 2호선 수소전기트램 34편성 수주계약을 체결했다. 수소전기트램 개발 및 실증을 시작으로 수소기관차, 수소고속열차 등 수소모빌리티의 미래 로드맵을 구상해 연구개발에도 힘을 싣는 중이다. 수소에너지가 지속 가능한 세상, 그리고 미래 철도산업을 책임질 유일한 솔루션이라는 확고한 신념 때문이다.

글로벌시장조사기관 맥킨지앤드컴퍼니는 2022년 발표한 ‘장거리 화물운송을 위한 수소전력 활용(Unlocking hydrogen’s power for long-haul freight transport)’이라는 보고서에서 전 세계 기후 목표를 달성하기 위한 핵심 솔루션으로 수소에너지를 꼽고, 향후 모든 산업 분야에서 수소가 화석연료를 대체할 수 있을 것으로 내다봤다. 이미 수소에서 전기에너지를 생산하는 수소사회로의 전환은 조금씩 진행 중이다. 주요 선진국들은 수소 밸류체인의 모든 단계에서 완성도를 높이기 위해 막대한 시간과 비용을 투자하고 있다. 맥킨지의 또다른 보고서인 ‘미국 수소경제 로드맵(Road map to a US hydrogen economy)’는 2050년경 수소가 전 세계 에너지 수요의 18%를 차지하고, 수소사회 진입 효과로 연간 60억톤의 온실가스 배출량을 줄일 수 있다고 예측했다. 또한 2.5조달러 규모의 새로운 수소시장이 생겨나고 전 세계적으로 약 3,000만개에 이르는 새로운 일자리가 창출될 것으로 내다봤다. 수소사회로의 진입은 환경뿐 아니라 경제 관점에도 지속 가능성을 더해주는 새로운 성장동력이 될 것이라는 의미다.

수소가 지닌 미래 에너지로서의 가능성을 미리 예측하고 발빠르게 움직인 기업은 한국에도 있었다. 현대자동차는 30년 전부터 수소 에너지에 대한 연구개발을 시작하고, 현재는 현대자동차그룹 차원으로 확대되어 전개되고 있다. 현대자동차는 기존 수소연료전지 브랜드인 ‘HTWO’를 최근 수소 밸류체인 사업 브랜드로 확장했다. 현대자동차 그룹사의 역량을 결합해 수소 생산부터 저장, 운송 및 활용에 이르는 모든 단계에서 고객의 다양한 환경적 특성과 니즈에 맞춰 단위 솔루션(Grid)을 결합한 최적화된 맞춤형 패키지를 제공한다는 목표다. 현대로템도 현대차그룹의 HTWO 비전을 공유해 수소의 생산부터 활용까지 미래 에너지 전환의 한 축을 담당하고 있다. 특히 본격적인 수소열차를 선보이기 앞서 바이오가스 기반 수소추출기인 Hy-Green 300를 비롯해 수소충전소, 수소출하센터 등 수소인프라 구축에 필요한 기술도 확보했다.

현대로템이 수소전기트램 개발에 발벗고 나선 이유

현대로템은 2021년 수소전기트램(Hydrogen Fuel Cell Tram) 콘셉트카 개발에 성공한 후 2021년 7월 산업통산자원부가 주도하는 ‘해외수출형 수소전기트램 연료전지 핵심기술 개발 및 실차 검증 사업’ 참여를 통해 수소전기트램 상용화 모델의 개발을 본격적으로 시작했다. 현대로템이 총괄하고 한국자동차연구원, 한국철도기술연구원, 울산테크노파크 등이 참여해 약 3년동안 진행된 이 사업을 통해 국내/외 수소 철도차량 시장에서 경쟁우위를 확보하고 사업화에 대응할 수 있는 역량을 갖추게 된 것이다.

트램(Tram)은 1880년대부터 국내외에 존재했던 교통수단으로, 자동차가 증가한 1960년대 말 이후 자취가 희미해졌지만 1980년대부터 유럽 도시들을 중심으로 부활해 도심형 대중교통수단으로 자리잡았다. ^*국내에서도 22개 도시(35개 노선, 총연장 456.33km)가 트램 도입을 추진하고 있다. 대전, 울산, 제주가 수소연료전지 트램 도입을 결정했으며 오는 2028년 국내 최초로 대전 도시철도 2호선에서 수소전기트램이 영업운행에 들어갈 계획이다. 대전 도시철도 2호선에 수소전기트램을 도입하기로 한 결정은 수소전기트램 시스템의 경제성과 안전성 그리고 현대로템의 수소 모빌리티 기술력의 우위를 확인할 수 있는 계기가 되었으며, 이를 통해 향후 트램 도입을 검토중인 다른 지자체들에 파급 효과가 기대되고 있다. 

^{* sources : 월간 수소경제, ‘수소트램, 친환경 도시 대중교통으로 부상’, 2024.10.21.} 

대전∙울산 도심 달릴 수소전기트램의 특징  

현대로템이 개발한 수소전기트램은 5모듈 또는 3모듈 트램으로 구성할 수 있다. 5모듈 트램은 이번 실증사업을 통해 개발이 완료되었으며, 이 차량을 기반으로 현재 대전 도시철도 2호선 트램의 설계가 진행되고 있다. 차량 총 길이는 35m, 높이는 3.7m(확장형은 4.0m)이며 설계 최고속도는 70km/h다. 최소 곡선반경은 25m이며 구배(선로의 경사) 60퍼밀 수준의 선로에서도 주행 가능하다. 쉽게 말해 최대 6%의 경사를 오르내릴 수 있다는 뜻이다.

차량은 저상형에 알맞게 각종 기계장치들을 차량 상부에 배치하고 최대 축중을 경량화하는 설계로 최적의 성능을 구현했다. 또한 국내 유일한 회전식 구동 대차를 적용해 복잡한 도심에서도 최상의 성능을 발휘한다. 회전식 구동대차는 곡선주행성이 뛰어나고 레일과 마찰 각도를 줄여 소음 저감 효과가 있다. 

수소충전과 관련한 안전대책도 착실하게 챙겼다. 수소충전 안전장치는 수소충전 설비와 차량의 수소 리셉터클(receptacle, 충전 커넥터)간 적외선 통신을 통해 수소충전 설비에서 수소탱크의 압력 및 온도 등 상태를 모니터링한다. 여기에 수소탱크 내부와 수소 공급단 사이의 압력차를 감지해 과충전을 방지하는 수소 과충전 방지장치가 안전성을 더한다. 

2023년 iF 디자인 어워드 본상을 수상한 디자인은 스타일링에 치중되지 않은 목적과 기능, 안전을 우선시하는 철학을 기반으로 미래 수소모빌리티의 비전을 담았다. 넓은 전면창으로 운전자 시야각을 확보하는 한편 수소가 지닌 지속가능한 미래 확장성을 표현한 시그니처 라이트로 다이내믹하고 하이테크적인 감성을 구현했다. 전면 커버 역시 보행자 추돌시 물리적 상해를 최소화하는 형상으로 디자인되었다.

실내공간은 승객 및 운전자의 편의와 안전을 먼저 생각했다. 객실 레이아웃은 승객 승하차와 이동 편의성을 고려해 디자인하고, 천장 전역에 면발광 조명을 배치해 밝은 객실 분위기를 연출했다. 객실 내엔 다양한 크기의 수화물을 비치할 수 있는 다목적 공간이 마련돼 있으며, 객실 내 설비는 모서리를 둥글게 처리해 승객 안전까지 고려했다. 또한 운용 및 유지보수 편의성을 위해 세척 및 방역 활동에도 용이한 디자인을 구현한 것이 눈길을 끈다.

운전실은 모니터와 조작 스위치 모듈의 크기를 최소화해 넓은 운전자 시야각을 확보하고, 사각지대 시야를 확보하기 위한 전측후방 카메라가 설치되었다. 비상 스위치 등 자주 쓰이는 기능은 물리 버튼을 적용해 운행효율성을 높이고, 운전자를 위한 수하물 트레이를 마련해 편의공간도 확보했다. 또한 운전실 디자인은 국제철도연맹 철도차량 운전석 레이아웃 규격(UIC-651)을 준수하고 있다.

현대로템은 2026년 하반기 최초 1편성을 시작으로 2028년 상반기까지 순차적으로 대전 도시철도 2호선에 5모듈 수소전기트램 34편성 제작을 완료해 신호 및 검수 시스템과 함께 납품할 예정이다. 대전시와 현대로템은 2024년 7월 25일 최종계약을 체결하고 8월 26일 수소전기트램 차량 제작 착수 대시민 보고회를 개최했다. 2028년말 정식 개통 계획인 대전 도시철도 2호선은 지선과 순환선을 아우르는 총연장 38.8km 노선에 대전 5개 자치구를 순환하는 정거장 45개소 및 차량기지 1개소를 건설하게 된다. 단일 트램노선으로는 세계 최장이 되는 이 노선은 완전 무가선 방식으로 건설될 예정이다. 무가선 트램은 선로 위에 전차선(가선)을 설치하지 않아 환경 문제와 도시 미관 등에서 유리하다.

대전시는 2024년 12월 11일 착공식을 개최하고 대전 도시철도 2호선 트램 건설을 본격화했다. 착공식에서는 현대로템이 제작 중인 수소전기트램 디자인 초안이 최초 공개되고 시민 선호도 조사도 진행되었다. 대전시는 전문가 자문, 2차 시민 선호도 조사와 공공디자인 심의 과정을 거쳐 2025년 2월 수소전기트램 최종 디자인을 확정한다는 계획이다.

한편, 울산시는 현대로템이 개발한 수소전기트램으로 2023년 10월부터 2024년 3월까지 총 5,000km 이상의 실증 주행을 마치고 같은 해 4월 11일부터 5월 10일까지 종합성능검증, 시험선 운영 등 실증사업과 홍보를 위한 시승체험을 진행했다. 해당 시승행사에는 울산시민, 기업체, 학계, 지역사회 관계자 등 약 3000명이 참여해 새로운 친환경 교통수단을 직접 경험할 수 있었다.

울산시는 2027년에 정식 개통하는 울산 남구 태화강역~울산항역 4.6km 구간에 수소전기트램을 먼저 투입할 계획이다. 국제정원박람회 유치 및 울산 남구 장생포 고래문화마을 관광 활성화를 위해 기획한 것으로, 개통 후에는 울산항역~장생포 고래특구 간 1.9km 구간이 추가로 설치할 계획이다. 이후에는 2029년 개통을 목표로 하는 울산 도시철도 1호선에도 수소전기트램이 투입될 것으로 전망된다. 울산 도시철도 1호선은 울산 남구 태화강역~공업탑로터리~울산대~신복교차로간 약 11km 구간(정거장 15개)을 잇는 사업으로, 국내 특∙광역시 중 유일하게 지하철(도시철도)가 없는 울산시의 교통불편 해소에 크게 기여할 것으로 기대된다.

수소전기트램 시작으로 수소동력급행열차까지 이어지는 현대로템의 수소모빌리티 로드맵

성공적으로 수소전기트램 상용화에 성공한 현대로템은 최근 레일솔루션연구소를 중심으로 수소전기트램의 추진시스템에 기반한 동차(動車, 객차 또는 화차가 스스로 동력원을 가지고 움직일 수 있는 철도차량)부터 고용량 수소연료전지 시스템으로 노후화된 디젤기관차를 대체하는 수소전기기관차와 수소고속열차 개발 등에 전격적으로 나서고 있다.

현대로템의 수소 철도차량은 해외진출도 검토 중이다. 현대로템은 BuTX에 적용한 모델과 출력은 같지만 객차는 1칸 늘어나 7량 1편성 구성인 모델을 사우디아라비아 철도청(SAR)에 제안했다. 공기저항을 많이 받는 지하터널에서 운행되어 탑승객 수에 제약이 있는 BuTX와 달리 사우디아라비아 노선은 지상에서 운행되어 객차 추가가 가능하다.

이밖에 현대로템은 60kW 이상 출력을 내는 수소연료전지 발전시스템을 기존 전기버스에 트레일러 형식으로 연결해 버스 주행거리를 연장하는 주행거리 확장형 수소연료전지 트레일러(FC-REEV) 개발도 진행 중이다. 2024년 11월 트레일러형 연료전지 시스템의 연속출력 및 운전효율 평가를 마쳤으며, 현재 창원 시내에서 5,000km이상 실증 주행 및 내구성 평가를 진행하고 있다. 내구 성능 검증은 2025년 상반기 내에 마무리될 전망이다.

완전한 수소사회로의 전환은 화석연료에 기반해 성장해온 현대사회를 송두리째 바꾸어가는 과정인 만큼 먼 미래까지 내다본 정교하고 종합적인 접근이 필요하다. 현대로템은 2018년 수소인프라 사업 검토에 착수한 이래 6년여 만에 세계 최초 수소전기트램 상용화까지 성공했다. 2050년까지 탄소배출 제로화를 달성한다는 탄소중립 전략을 수립한 현대로템은 대규모 수송이 가능한 수소모빌리티 및 수소공급망 구축 사업에 역량을 집중해 탄소중립 시대의 철도산업을 선도해간다는 계획이다.