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수소 열차

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철도차량 관련 정보
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1. 개요2. 원리3. 효능4. 대한민국 검토 노선5. 동향
5.1. 동차 급
5.1.1. 미국 커민스5.1.2. 캐나다 발라드파워5.1.3. 중국 CRRC5.1.4. 대한민국 한국철도기술연구원5.1.5. 대한민국 현대로템5.1.6. 일본 토요타5.1.7. 독일 프로톤모터5.1.8. 러시아 RZD
5.2. 기관차 급
5.2.1. 대한민국 한국철도기술연구원5.2.2. 캐나다 CP5.2.3. 미국 왑텍5.2.4. 미국 캐터필러5.2.5. 중국 CRRC5.2.6. 기타
5.3. 수소충전소5.4. 암모니아 연구 팀
6. 관련 문서

1. 개요

水 素 列 車 / Hydrogen powered train, Hydrogen fuel cell train, Hydrail, Hydrolley

수소를 연료로 하는 기관차, 동차, 트램이 현재 모두 개발중이므로 부득이 '수소 열차'로 묶어 서술한다. 영문 위키는 열차는 Hydrail, 트램은 트롤리 버스에서 파생한 Hydrolley라는 표현으로 분리해 서술하기도 한다.

2. 원리

수소탱크와 연료전지를 두어 전기를 만든다.[1] 만들어진 전기를 축전지에 공급하고, 축전지의 전기는 인버터를 거쳐 모터에 공급하여 열차를 움직인다. 최고속도는 연료전지의 성능으로 결정되고, 주행거리는 수소탱크의 용량으로 결정된다고 보면 쉽다. 고압의 기체 수소가 담긴 트레일러 형태가 일반적이나, 대한민국에서 액화수소를, 독일에서 암모니아를 연료로 쓰는 방식도 개발중이다.

수소를 연소시키는 엔진 또는 터빈을 이용하여 동력을 만드는 방식도 존재하지만[2], 이는 2030년대 이후에나 가능할 것으로 보인다. JR 도카이 주도로 수소엔진 방식 열차 개발을 시작하긴 했으나 실제 도입까지 이어질지는 미지수. 자동차든 열차든 마찬가지이고 현재 나무위키 문서 및 언론기사에서 수소 XX라 하면 연료전지를 이용하는 방식을 의미한다.

3. 효능

기존 디젤 열차의 대체가 주 목적이다.[3]
기존 디젤 열차가 갖는 효능을 비슷하게 갖게 되며, 다음과 같다.[4]
열차의 1량당 차량가격을 비교하면 다음과 같다.[13]

4. 대한민국 검토 노선

해외 노선의 경우 하단 '동향' 문단에 다룬다. 사실상 한국에 트램이 놓일 곳들 및 비전철 구간들은 거의 한번씩 검토되고 있다.

5. 동향

5.1. 동차 급

주체 도입연도 연료 연료전지 최고속도 수소탱크 주행거리 축전지
프랑스 알스톰 2016 기체수소 250 kW[43] 140 km/h 250 kg 1000 km 220 kWh
중국 CRRC 2017 기체수소 200 kW 70 km/h 12kg[44] 40 km 130 kWh[45]
한국 철기연- 우진산전 2021 기체수소 200 kW 110 km/h 84kg[46] 600 km 190 kWh
일본 JR 동일본 2022 기체수소 240 kW 100 km/h 25 kg[47] 140 km 240 kWh
한국 현대로템 2023 기체수소 400 kW 80 km/h 40 kg 150 km 260 kWh

수소 열차 영문 위키에 정리되어 있듯, 2002년 캐나다, 2006년 일본, 2007년 대만, 2009년 미국, 2010년 인도네시아, 2011년 스페인, 2012년 덴마크, 영국, 남아프리카공화국 등에서 시범도입이 있었다. 하지만 2014년 9월 프랑스 알스톰의 '코라디아 아일린트(Coradia iLint)' 모델의 상업화부터 본격적으로 관심을 받기 시작한다.

최종 서술 시점 기준 기술장벽이 높은 연료전지 및 수소 보관 기술을 중심으로 정리했다. 연료전지 기술이 성숙해 저렴해지면 철도차량제작사 중심으로 문서가 재정리될 수 있다.

5.1.1. 미국 커민스
2016년~, 프랑스 알스톰의 "코라디아 아일린트 (Coradia iLint)"

코라디아 아일린트(Coradia iLint) 영문 위키

2016년 9월, 프랑스 알스톰에서 코라디아 아일린트 차량모델 및 제원을 공개했다. # 코라디아 아일린트 모델의 납품 실적은 다음과 같다. [48]
2019년, 두 차례의 인수합병이 있었다. 알스톰은 캐나다 하이드로제닉스(Hydrogenics)의 연료전지를 이용하는데, 1월, 프랑스 에어리퀴드(Air Liquide)가 약 230억원의 지분을 인수했다. # 곧이어 6월, 미국 커민스가 약 3350억원의 지분을 인수해서 대주주가 되었다. #

2023년 2월, 우크라이나 전쟁으로 인한 납품지연, 영하 10도 이하에서 작동이 불가능하므로 운영절차 미비 등으로 독일에 노선 적용이 지연된다. # 10월, 프랑스 알스톰이 이탈리아 FNM그룹-트레노로드와 협업하여 2024년에 기존 브레시아~에돌로 노선의 '코라디아 스트림' 차량을 수소열차로 대체하겠다고 밝혔다. 탑승객 260석, 주행거리 600km다. #

2024년 7월, 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교 연구팀이 오카나간밸리 344km 구간에 코라디아 모델로 노선운영 방안을 연구했다. #

5.1.2. 캐나다 발라드파워

중국 중국중차와의 협업은 다음과 같다.
영국 버밍엄 대학교와의 협업은 다음과 같다.
스위스 슈타들러 레일과의 협업은 다음과 같다.
독일 지멘스와의 협업은 다음과 같다.
인도와의 협업은 다음과 같다.
스페인과의 협업은 다음과 같다.
미국 SERA와의 협업은 다음과 같다.

5.1.3. 중국 CRRC

5.1.4. 대한민국 한국철도기술연구원

파일:우진산전 수소 열차.jpg
한국철도기술연구원 수소동차

5.1.5. 대한민국 현대로템
2021년~, 한국 현대로템의 "수소전기트램"

1세대(2013년, 투싼 FCEV) 다음인 2세대(2018년, 현대 넥쏘) 연료전지부터 열차 활용 논의가 활발해진다. 현대로템은 현대자동차 연료전지를 활용해 철도차량을 만들고 있는데, 도시철도 쪽을 주로 목표한다.

5.1.6. 일본 토요타

1세대(2014년, 토요타 미라이) 다음인 2세대(2020년) 연료전지부터 열차 활용 논의가 활발해진다.

일본 JR 동일본과의 협업은 다음과 같다.
스페인 CAF와의 협업은 다음과 같다.

5.1.7. 독일 프로톤모터

5.1.8. 러시아 RZD

5.2. 기관차 급

주체 도입연도 연료 총 출력 최고속도 연료탱크 주행거리
중국 중국중차 2021 기체수소 0.7 MW[52] 80 km/h 600(추정) kg 627 km
캐나다 캐네디언 퍼시픽 2022(목표) 기체수소 1.2 MW[53] 80(추정) km/h 600(추정) kg 600(추정) km[54]
한국 철기연 2030(목표) 액화수소[55] 3.0 MW[56] 150 km/h 1000(추정) kg 1000 km[57]
호주 포테스큐 2030(목표) 암모니아[58] - - - -

5.2.1. 대한민국 한국철도기술연구원

5.2.2. 캐나다 CP

5.2.3. 미국 왑텍

5.2.4. 미국 캐터필러

5.2.5. 중국 CRRC

5.2.6. 기타

5.3. 수소충전소

2020년 7월, 린데(Linde)가 세계 최초의 "고정된" 열차용 수소 충전소를 건립해, 2021년 중반 완공한다. 기존의 열차용 수소 충전은 모두 "모바일" 충전, 쉽게 말해 트럭으로 가져와 충전하는 형태였다. 하루에 1600kg을 충전할 수 있는 시설로, 알스톰 열차 14대를 충전하기로 한다. #

2022년 9월, 한국철도기술연구원이 충북 오송에 한국 첫 열차용 수소충전소를 완공했다. #

5.4. 암모니아 연구 팀

암모니아를 연료로 이용하려는 팀들은 MW급 이상의 출력인 기관차, 선박, 항공에 고루 사용하려 한다.[61] 암모니아 문서 참고.

6. 관련 문서

지구 온난화
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[1] 충돌이나 사고 등으로 수소탱크로부터 수소가 누설될 경우, 수소는 공기보다 가벼워 위쪽으로 향한다. 따라서 주로 열차의 상단에 수소 탱크를 둔다. 이는 천연가스버스의 천연가스통이 상단에 있는 이유와 같다. 고압 또는 저온의 배관길이를 최소화하기 위해 연료전지는 수소탱크와 근접해 배치한다. 발전된 전기를 열차의 타 부위로 옮기는 전선의 길이는 상대적으로 중요도가 떨어진다. [2] 상단의 종류들 중 디젤 기관차, 디젤 동차는 엔진(내연기관)을 사용하고, 증기 기관차, 가스터빈 기관차는 터빈(외연기관)을 사용한다. 이들은 화석연료를 연소하므로 탄소가 배출되는 것에 반해, 수소를 연소하면 탄소배출이 없어 친환경적이다. 다만 수소는 연소과정이 폭발적이고, 물이 만들어지며 증기팽창도 있어 개발이 어렵다. 또한 이산화탄소는 발생하지 않으나 대기 중의 질소가 내연기관에서 반응하여 생성되는 질소산화물이 발생한다. [3] 처음엔 탄소 중립이 목적이었으나, 이후 디젤보다 수소가 경제성이 좋다는 근거들도 제기되었다. 같은 목적으로 이차 전지 기반의 무가선 전기열차도 개발되고 있지만 고중량일수록 연료전지가 배터리에 비해 효율이 좋은데다 기본적으로 역과 차량기지 등의 대규모 고정 인프라를 요구하는 철도의 특성상 수소 시스템과 궁합이 맞아 배터리도 만만치 않은 세력을 구축한 자동차와는 달리 배터리보단 수소 열차 위주의 발전이 예상된다. [4] 여담으로, 으레 따라 논의되는 '저상' '굴절' '이층' 'n량' 등은 동력(가선, 수소, 배터리, 디젤...) 논의와는 별개의 것이다. [5] 각국의 전철화율은 대략 다음과 같다. 스위스 100%, 벨기에 90%, 북한 60%, 대한민국-일본-스웨덴-오스트리아-이탈리아-불가리아-네덜란드 75%, 스페인-포르투갈-폴란드-중국 65%, 유럽평균 60% 러시아 50%, 영국 40%, 브라질 30%, 호주 10% 등. 아메리카 대륙이나 기타 개발도상국은 전철이 없다고 봐도 무방하다. 영문위키 [6] 한국철도공사 기준 4400호대 (중형), 7300~7500호대, 7600호대 (특대형) 등이 현역으로 운영중인 디젤 기관차들로, 2018년 기준 265대다. 아직 모든 디젤 차량을 퇴역시킬 수 없는 것이, 한국은 엄연히 휴전 상태인 만큼 인프라 파괴에 어느 정도 대비를 해야하기 때문이다. 이로 인해 관련 법령도 있고 이 규정에 따라 한국은 일정 수량 이상의 디젤 기관차를 반드시 구비해두어야 한다. 그러나 이 규정을 충족하면서 환경오염도 줄일 수 있는 게 바로 수소 기관차로, 이 기관차들은 기존의 디젤 차량들을 교체해야 한다. [7] 배터리 기술도 발전중이다. 2021년 9월 미국은 기관차에 수소가 아닌 배터리를 이용해 2년 뒤 선보이겠다는 연구가 진행중. # [8] 비전철 구간에서 수소열차가 돌아다니다가 그 사이에 전차선을 놓게 되면 수소열차는 비상용으로만 남게 된다. [9] 발전차 역시 디젤 발전차가 사라지면 수소연료전지발전차로 교체될 전망이다. 수소연료전지기관차에도 HEP 객차전원공급장치를 달 수는 있다. 수소연료전지기관차에 HEP가 안정화되지 못하면 (구)7000호대 디젤전기기관차와 같은 일이 터진다. [10] 전차선이 필요한 전기기관차-전기동차의 터널-교량 건설은 전차선이 설치될 부피까지 포함해야 하며, 수 km마다 변전소도 두어야 한다. 이는 지하철의 1km당 1400억원에 달하는 막대한 건설비 논쟁에 주로 언급된다. 그렇다고 해도 고속으로 운행하는 경우 엇갈림에 따른 상호간의 충격 문제가 있어서 이를 해소할 수 있을 정도는 여유를 두고 터널을 뚫어야 한다. # [11] 대한민국은 25000V 60Hz의 교류 전압, 그리고 터널 및 지하철 등에선 1500V의 직류 전압을 쓴다. 북한은 3000V 직류 전압을 쓴다. # [12] 다만 수소 열차라해도 환기가 되지 않으면 겨울철에 김이 서린다. [13] 출처: 2017년 국정감사에 한국철도공사가 제출한 디젤-전기 열차의 가격 #, 2016년 프랑스 알스톰이 상업화시킨 수소동차의 가격 등 [14] 아랍에미리트에서 개최된 2020 두바이 엑스포에 공개된 km당 건설비가 250~450억원으로 추정되었다. # [15] 자기부상열차는 통상 전기열차보다 차량가격은 10%, 소모전력은 20-30% 비싸다. 장점은 더 빠른 속도. # 2002년, 시속430km의 상하이 자기부상 시범운영선 33km 노선에 4500억원이 투입되었다. 2021년 중국은 시속600km의 자기부상열차를 선보이며 상하이-선전 노선 설치를 예고한다. # [16] 2016년 프랑스 알스톰의 상업화된 수소동차의 가격이 독일에서 500~550만유로, 한화로 68~74억원에 납품되었다. 프랑스에선 1400만유로, 한화로 192억원에 납품되었다. # 하지만 유럽이 대한민국보다 물가가 비싸다는 점을 감안해야 한다. 프랑스 알스톰사의 수소동차의 가격은 디젤동차 가격보다 고작 10-20% 비싸다고 하다. # 디젤동차 가격보다 20% 정도 비싸다면 전기동차 가격 정도다. [17] 지자체들의 도시철도 차량이기도 하다. [18] 제주 도시철도 담론 과정에 67억원으로 공개되었다. 종점 수소충전소 건설이 90억원이지만, 이는 수소버스/수소트럭들과 공용으로 모빌리티 허브로 사용가능하다. [19] '무가선 저상 트램'이란 명칭으로 알려졌다.( 위키피디아) 부산 오륙도선에 차량당 39억원에 책정되었으나, 서울 위례선에선 이 가격에 아무 기업도 입찰하지 않는다. 철도차량 제작사들은 45~50억원은 돼야 사업성이 있다고 말한다. # # 결국 사업비가 배로 증가했다. # 제주 도시철도 담론 과정에는 차량가격이 43억원이지만, 5년마다 배터리교체에 3억원이 든다는 점이 지적되었다. [20] 2011년 KAIST의 지면무선급전 OLEV 기술이 당연히 가선보다는 비싸서, 대전 2호선 도입 검토만으로도 논란이 일었다. # [21] 배터리트램에서 배터리가 차지하는 비용은 10% 미만이므로 추정가격. # [22] 보조금을 제외한 일반적인 18m 기준. 트램의 수송량은 버스의 8~10배고, 가격도 버스의 8~10배이다. 도시계획 상 여객 수요가 매우 많은 곳은 중전철이나 AGT 경전철을, 많은 곳은 트램을, 중간인 곳은 간선급행버스체계(BRT, 중앙버스전용차로)를, 적은 곳은 그냥 버스를 도입하는 식으로 접근할 수 있겠다. [23] 2022년 1월, 정부-경기도가 검토 # # [24] 2호선(검단지선), 영종트램, 송도트램, 주안송도선, 부평연안부두선, 제물포연안부두선. 2022년 4월, 박남춘의 국토부 신청 # 2023년 10월 시점 수소트램여부를 떠나 모든 트램노선 계획들 자체가 무기한 연기 # [25] 2023년 10월 시점에 강원도 내 트램 관련 논의 전무 상태 # [26] 전철화를 할지, 수소기관차를 놓을지, 아예 논의가 없음. [27] 2020년 9월, 허영 제안 # [28] 2020년 9월, 허영 제안 # [29] 2022년 2월, 지자체 용역 # [30] 2022년 5월, 이광재 제안 # [31] 2021년 2월, 최문순 제안 # 2022년 1월, 단선전철로 결정. [32] 2021년 1월, 허성무 제안 # 이후 수소트램 방식 선정이 유력 검토되나 2023년 2월 시점까진 공식적으로는 미정. # [33] 2023년 2월, 김정호 제안 # 이후 수소트램 방식 선정이 유력 검토되나 2023년 8월 시점까진 공식적으로 미정. # [34] 2020년 9월, 울산광역시 발표 #. 2022년 12월, 경전철로 계획 변경 검토. [35] 2022년 2월, 지자체 정부 공동건의 # 이후 구체적 논의 없음 [36] 2024년 5월, 지자체 정부 공동건의. 국도 7호선을 확장시키는 방식. # [37] 전철화로 요구되고 있음. 점촌역~ 김천역 구간은 전철화 개량이 확정되었다. [38] 2021년 2월, 강기정 광주광역시장 후보가 제안, 시장 당선 후 재검토해 이 구상은 취소. [39] 2022년 6월, 강기정 시장이 2단계 건설을 제안. 하지만 여론조사상 반대가 높자 2022년 11월 보류 선언. 광주 도시철도 2호선/논란 문서 참고. [40] 2021년 9월, 광주도철이 제안 # 2022년 6월, 광주시가 미반영 결정 [41] 2023년 8월 전철화 결정. [42] 2021년 8월, 원희룡 제안 # 2023년 9월, 수소 열차로 추진 결정 # 아직 용역-설계 단계. [43] 총 출력은 390kW [44] 350bar [45] 축전지 20 kWh 2개, 슈퍼캐피시터 45 kWh 2개 [46] 700bar [47] 700bar의 기체수소 1000L [48] 철도뉴스 기사에 따르면 기술 문제로 사업을 철수할 예정이라고 한다. [49] 국내 언론들이 이를 '세계 최초'라고 잘못 알렸다. '도시/광역철도'가 아닌 '일반철도'에 놓인 거로 최초이긴 하다. [50] 기존 통근형 전동차의 DT-50 에어스프링 대차가 아닌, 간선형이나 고속차량에 적용되는 링크암 대차가 적용되었다. [51] 해당 페이지에 나와있는 사진 중 수소전기동차는 GTX-A 차량 기반, 수소전기기관차는 7600호대 디젤기관차 기반, 수소전기고속열차는 KTX-이음 기반이다. [52] 총출력이 700kW, 연료전지는 400kW. [53] 200kW 6대를 사용한다. 2022년 1월 19일, 200kW 연료전지 8대가 발주되었다. # [54] 앨버타주가 구매했으므로, 놓일 노선은 "재스퍼 - 프린스 루퍼트 노선"으로 추측된다. 약 1160km 거리를 32시간 40분 동안 달리며, 중간의 "프린스 조지"역에서 정차(주박)해 연료를 충전하여 달리는 노선이다. 비아 레일 문서 참고. [55] 기체수소보다 저장밀도 2~4배 가량. # [56] 대체하려는 7600호대 디젤기관차가 2.6~7MW급이므로, 그 이상의 출력을 목표한다. [57] 입환 (비전철구간에서 전철구간으로 화물 수송), 비전철구간 무궁화호 대체 등이 예상된다. 경부선을 기준으로 500km 이상의 주행거리로 만들 것이 예상된다. [58] 액화수소보다 저장밀도 1.5~2배 가량. # [59] 앨버타주가 구매했으므로, 놓일 노선은 "재스퍼 - 프린스 루퍼트 노선"으로 추측된다. 약 1160km 거리를 32시간 40분 동안 달리며, 중간의 "프린스 조지"역에서 정차(주박)해 연료를 충전하여 달리는 노선이다. 비아 레일 문서 참고. [60] 연료전지 400kW, 총출력 700kW 밖에 안 돼서, 5000톤을 운반할 수 있는지 의심스럽다. '견인력'을 말한다면 총출력 2600kW의 7600호대 디젤기관차의 견인력이 542kN 즉 54톤에 불과하다. '견인중량'을 말한다면 화차 1량이 43.5t이니까 견인정수가 115가 나온다는 건데, 일반적인 견인정수가 10~50이므로 말이 안 된다. [61] 호주 포테스큐 등. 암모니아가 액화수소보다 저장밀도 1.5~2배 가량임에 주목한다. 연료만 그러하고, 전체 시스템의 경제성-안정성도 연구되어야 한다. #

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