그렇게 날아가도 30분이면 툭…드론 '배터리 한계' 깼다

캐리어 드론 시연 모습/자료사진=KIST

드론(무인기) 12대를 실어 날라 ‘하늘 위 항공모함’이라 불리는 ‘캐리어 드론’의 실물이 국내 최초로 공개됐다.


28일 동대문디자인플라자(DDP)에서 개막한 ‘2020 그린뉴딜엑스포’에선 대형 모(母)-드론(Mother-Drone) 1대와 소형 자(子)-드론(Baby-Drone) 12대로 이뤄진 캐리어 드론이 첫선을 보여 관람객들의 눈길을 모았다.

그린뉴딜엑스포 에너지기술존에서 첫 선을 보인 '캐리어 드론'/사진=류준영 기자

현재 드론은 30분 이내의 짧은 비행시간으로 인해 장거리·장시간 임무수행에 한계가 있는 데 이 문제를 해결할 대안으로 개발된 것이다. 이를테면 자-드론이 주어진 임무를 수행하다 전력공급이 필요해지면 근처에 있는 모-드론으로 귀환, 배터리를 충전한다. 모-드론에는 암모니아 탱크가 달려 있고 여기서 추출한 수소로 전기에너지를 발생시킨다. 소형드론의 전력공급은 무선충전시스템으로 이뤄진다. 시중에 판매 중인 스마트폰 무선충전기 방식과 유사하다.

이를 개발한 한국과학기술연구원(KIST) 이택진 박사 연구팀은 “캐리어 드론은 설계하기에 따라 20대, 30대 이상의 소형드론을 실어 이동·보관시킬 수 있다”며 “군부대가 산악지대를 정찰하거나 초고층 건물에 화재가 발생했을 때 피해 상황을 빠르게 파악해 조난자를 구조하는 용도로 활용될 것”이라고 설명했다.

수소·풍력·태양열 등 신재생에너지 기술 개발 동향을 들여다보고, 우수 기술을 기업에 이전·산업화하는 ‘그린뉴딜엑스포’에는 과학기술 분야 정부출연연구기관들이 개발한 100여 개 신(新)기술을 선보이며 ‘신기술 각축전’을 벌였다. 이번 행사에서 떠오른 4대 신기술을 꼽아봤다.
"액체수소엔진, 전동킥보드에 쓸 수 있나요" 문의 쇄도이날 한국기계연구원(이하 기계연) 부스엔 관측·통신용 드론 제조업체와 함께 전동킥보드 공유서비스업체들의 문의도 쇄도했다. 기계연은 이날 개발 중인 ‘드론·로봇용 액체수소엔진’의 테스트 모델을 처음 내놨다. 이는 기존 휘발유를 연료로 쓰던 항공 소형엔진을 수소연료를 쓸 수 있게 개량한 것이다.


이를 개발한 박철웅 기계연 책임연구원은 “수소가 지닌 특성 때문에 나타날 수 있는 이상 연소 반응 등을 제어할 수 있는 ‘직접분사식 수소엔진 파워팩’ 등을 적용, 높은 수준의 비출력(무게 대비 출력)과 온도 안정성, 경량화를 이뤘다”고 설명했다.

드론에 적용할 경우, 약 8~10시간 운용이 가능하다. 또 이 엔진은 전동킥보드와 같은 퍼스널 모빌리티(PM, 개인형 이동수단)에도 응용 가능하다. 박 책임연구원은 “길거리에서 볼 수 있는 전동킥보드는 매일 충전을 해야 하는데, 이번에 개발한 액체수소엔진은 기존 리튬배터리보다 에너지 밀도가 높고 장시간 고출력이 가능해 대략 2~3일 정도 충전 없이 쓸 수 있다”고 말했다.

직접분사식 수소엔진 파워팩/사진=류준영 기자

유조차로 수소 실어나른다?…LOHC로 가격차별화 이끈다 한국화학연구원 차세대수소자원화연구단은 수소를 안전하게 저장·운송할 수 있는 ‘액상유기수소저장체(LOHC)’ 기술을 소개했다. 현재 지역 제철소 등에서 생산된 수소를 수도권과 충청권에 위치한 수소충전소에 실어 나르기 위해 수소 전용 이송 특수 차량인 튜브 트레일러를 이용하고 있다. 이는 막대한 운송비가 들어 수소연료비를 늘리는 주된 요인으로 작용한다. LOHC는 이 같은 특수차량 대신 현재 사용 중인 대형 유조차로도 옮길 수 있다.

연구원 관계자는 “수소차 이용자가 늘수록 더 복잡하고 큰 튜브 트레일러가 필요한데, 이런 특수차를 계속 만들면 수소연료의 가격경쟁력을 확보하기 힘들다”고 지적했다. 그러면서 “LOHC는 기존 석유화학 인프라를 그대로 활용하므로 가격 차별화를 위해 반드시 확보해야만 하는 기술”이라고 강조했다. 이뿐 아니라 수소저장용량도 상대적으로 높다.

예컨대 LOHC 200리터(ℓ) 드럼통 하나면 120바(Bar) 가스실린더 27통을 채울 수 있다. 수소를 추출한 LOHC는 지역 제철소로 다시 가져가 재활용 가능해 친환경 기술로 통한 데다 안전성도 지녔다. 관계자는 “고열에도 강해 이동 중 폭발할 염려가 없다”고 말했다. 이 기술은 국내외 14여 건의 출원 및 등록을 마쳤고, 파일럿 규모의 실증 기술을 확보한 상태다.

수소를 안전하게 저장·운송할 수 있는 ‘액상유기수소저장체(LOHC)’/사진=류준영 기자

친환경 미래도시 완성 '양방향 수전해 플랜트'…신재생에너지 수급안정 이끈다 신재생에너지를 총망라한 R&D(연구·개발)를 주도하고 있는 한국에너지기술연구원은 ‘양방향 수전해(물전기분해) 플랜트·수소에너지저장시스템·차세대 도심형 태양광 기술·대형 풍력발전시스템·수소도시 타운하우스형 주거 모델 기술’을 토대로 한 미래 친환경 도시 종합 시스템을 선보였다.

이 시스템은 이렇게 운영된다. 먼저 도심에서 나온 각종 플라스틱 폐기물을 SRF(고형연료)발전소에서 태워 발생하는 열과 증기를 이용해 양방향 수전해 플랜트에서 수소를 만들고 수소에너지저장시스템에 이송시켜 저장한다. 친환경 도시에서 주로 사용하는 기본 전력은 태양광·풍력 발전 등을 통해 얻되 부족 시 이 저장시스템에서 수소를 다시 끌어와 전력을 보완하는 방식이다.

이 솔루션은 신재생에너지의 가장 큰 취약점인 전력 공급의 불안정성을 해소했다는 평가를 받는다. 양태현 에너지기술연 미래에너지연구본부장은 “해상풍력으로 생산한 전기가 만약 수요를 넘어설 경우 이를 처리하는 데도 비용이 많이 든다”며 “이때 남은 전력을 수소에 저장해 비축해 뒀다가 부족시 꺼내쓰는 이른바 스마트그리드 기술은 수소사회로 가는데 없어서는 안 될 필수 기술”이라고 말했다.

한국에너지기술연구원의 '미래 친환경 도시 종합 시스템'/사진=류준영 기자