[투데이에너지 최인영 기자] 연료전지를 동력원으로 하는 무인항공기가 11시간 비행에 성공했다. 해안선, 내수면, 환경모니터, 산업인프라 감시 등에 쓰일 것으로 기대하고 있다.
과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관 한국재료연구원(KIMS)은 재료디지털플랫폼연구본부 항공재료연구센터 양철남 박사 연구팀이 1kW 용량의 PEMFC(고분자전해질연료전지)를 자체 설계 재작해 윙스팬 7.2M 길이의 무인기에 적용한 뒤 11시간 연속 비행, 비행거리 770km 공중 실증을 완료했다고 13일 밝혔다.
연구팀은 내연기관 엔진과 리튬전지의 단점을 극복하기 위해 1kW급 연료전지를 개발하고 배터리와 하이브리드 전원으로 구성해 무인기에 적용했다고 설명했다. 12시간 이상 장시간 체공과 임무 수행이 가능한 무인기용 연료전지 동력원을 개발한 셈이다.
1kW 연료전지의 전기출력과 리튬폴리머 이차전지의 조합으로 짜여져 있으며 무인기의 이륙과 공중에서의 급격한 전기출력에 대응하기 위해 최고 출력 4,200W 이상을 낼 수 있도록 구성했다.
해당 기술은 기존 무인기에 적용되던 이차전지의 낮은 에너지 밀도를 극복할 수 있어 장시간 체공을 요구하는 전동 추진 무인기에 적합한 것으로 평가받고 있다.
현재 민수용 연료전지 추진 무인기 기술은 캐나다 BPS사와 아프리카 정부 지원을 받은 FLY H2 에어로스페이스가 공동으로 9시간 600km를 비행하는 수준을 개발하고 있다.
국내 시장규모는 초기 단계로 학교나 벤처기업에서 해외 연료전지를 도입해 무인기에 적용하는 수준이다. 대부분 해외 연료전지 시스템 업체에 의존하고 있어 개발 자유도도 낮을 수밖에 없다. 이번 연구성과가 기술자립뿐 아니라 수입대체 효과도 가져올 것으로 전망하고 있다.
양철남 책임연구원은 “개발한 연료전지 동력원을 적용해 11시간 이상 비행함으로써 민수용으로는 세계 수준에 도달했다고 본다”며 “민·군 겸용으로 활용할 수 있는 수준을 목표로 24시간 연속 비행 가능한 연료전지를 개발하는 동시에 무인기 적용 실증연구를 이어갈 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과기정통부 지원을 받아 재료연구원 기본사업인 ‘항공기용 연료전지 동력원 개발 및 실증 기술 개발’ 과제를 통해 이뤄졌다.
기존 무인기에 적용되던 내연기관 엔진의 경우 장시간 체공에는 유리한 반면 소음, 진동, 열 감지, 배기가스에 의한 대기오염, 낮은 에너지효율 등의 문제를 지니고 있다.
최근 전동 추진 방식이 대세를 이루면서 무인기용 전동모터 에너지원으로 이차전지인 리튬전지가 사용되는 추세지만 전지의 낮은 에너지밀도 등으로 인해 임무 수행시간에는 제약을 받고 있다.