일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
제로부터 도전하는 전기항공기
형상∙모터 등 과제 산적, CO₂ 반감이 중요한 열쇠

엔진 대신에 전기의 힘으로 하늘을 나는 전기항공기의 개발 구상이 눈에 띈다. ‘하늘을 나는 자동차’로 화제를 모았던 소형기뿐만 아니라, 대형 여객기까지 시야에 넣고 있다. 전기자동차(EV)가 가져온 전동 혁명이 훈풍으로 작용하고 있으나, 하늘을 나는 것이 간단하지 않다는 냉엄한 현실도 드러나고 있다.

객실은 날개의 일부로 되어있으며 날개 뒷부분에는 여러 개의 전동 팬이 즐비하게 늘어서 있다. 우주항공연구개발기구(JAXA)를 중심으로 IHI 및 가와사키(川崎)중공업, 미쓰비시(三菱) 등이 참여하는 ‘항공기 전동화 컨소시엄’이 2050년대에 실현을 꿈꾸는 전기항공기의 모습이다.

기다란 동체에 날개가 달린 현재의 항공기 모습과는 전혀 다르다. 전동으로 하기 위해서는 설계를 크게 바꾸지 않으면 어렵기 때문이다. 그러나 이상적인 모습을 만들어 낼 수 있는 기술은 아직 없다. 컨소시엄은 우선 기존 타입의 항공기로부터 전동화한다는 등의 미래 비전을 2018년 말에 정리했다.

-- ‘2030년대 정도에’ --
하늘을 나는 자동차 등 소형기의 뒤를 이어, 2030년대경부터는 전기 여객기가 등장할 것이다. 점차적으로 모터를 추가해 추진 팬의 동력에 사용한다. 2040년대부터는 보다 큰 여객기에서 다수의 모터를 엔진과 겸용한다. 100~400석 급의 기체도 더 이상 꿈이 아니다.

해외에서도 대형 유럽 항공기 회사인 에어버스가 2030년~2040년대에 100석 급을 목표로 하는 등, 미국 항공 우주국(NASA) 및 미국 대형 항공기 업체인 보잉도 큰 관심을 보이고 있다.

항공기 연료 사용을 10% 줄이는 것만으로 전세계에서 연간 1조 6,000억엔의 비용 절감 효과가 있다고 한다. 항공기 운송 수요는 앞으로 20년간, 약 2배 이상 늘어날 전망. 전기항공기에 거는 기대는 높다.

그러나 JAXA 등의 미래 비전에서 보여지는 것은 장미빛 미래만 있는 것은 아니었다. 오히려 기술 개발의 어려움이 눈에 띈다. “여객기에 관해서는 현재의 기술과 목표 사이에 현격한 차이가 있다”.

먼저, 가로막고 있는 것은 ‘중력과의 사투’이다. 모터 및 배터리의 성능을 높이는 것뿐만 아니라, 얼마나 가볍게 할 수 있을 지가 강권이다. ‘두 마리 토끼를 쫓는 전략’이 필요하다. 전기자동차의 기술이 발달되었다고는 하지만, JAXA의 니시자와(西沢) ‘제로 에미션’(Zero Emission)’ 항공기술 팀장은 말한다.

모터 및 배터리가 지금과 같은 성능일 경우, 전기항공기는 ‘그림의 떡’이다. 모터나 인버터 등의 장치는 무게 1kg당 10~15㎾의 출력이 요구된다고 한다. 대형 여객기일 때는 20㎾ 이상이 이상적이다. 현재의 모터 등은 5㎾ 정도에 머물러 있다.

배터리 용량도 상당히 부족하다. 전기항공기라고는 하지만, 배터리만으로 하늘을 나는 것은 아니다. 엔진과 배터리를 겸용하는 것이 최적의 방법이다. 엔진에서 발전기를 회전시킨다고는 하나, 기체에 장착되는 배터리는 1㎾당 450~800㎾/시(h)의 에너지를 필요로 한다. 현재로서는 150㎾/시 정도에 불가해, 앞으로 대폭적인 기술 혁신이 전제가 된다.

극복해야 할 과제는 그 밖에도 많다. “고도 1만미터 상공을 날기 때문에 우주선과의 충돌이 걱정이다” (대형 전자기기). 우주로부터 쏟아져 내리는 우주선이 전자기기와 부딪혀 오작동의 위험이 있다. 모터 등의 과열을 염려하는 전문가도 있다. 미래 비전을 검토한 히타치(日立)제작소에 따르면, 자동차의 전장 부품에서 고장 원인의 절반 이상이 ‘온도 상승’이었다.

항공기에서의 안전 기준도 과제이다. 이와 같이 난제가 많이 있지만 관계자의 사기는 꺾이지 않고 있다. 지금 시대는 기술 개발의 속도가 빨라지고 있다고 생각되기 때문이다. “항공기의 추진계를 전동화하는 시도는 최근 20년간 출력이 20배로 늘어났다”(니시자와 팀장).

-- 온난화 대책에 --
기술 개발에 시간을 들일 여유는 없다. 세계가 전기항공기 개발에 나선 커다란 이유가 온난화 대책이기 때문이다. “온난화 가스 배출에 패널티를 부과한다면 항공기의 운항에 차질이 생긴다”. 국제민간항공기관 등은 ‘국제항공운송에 따른 이산화탄소의 배출을 2050년에 2005년보다 절반으로 줄인다”라고 말한다.

목표 달성은 이산화탄소를 거의 배출하지 않는 대책을 요구하고 있다. 현재 기술의 개선 및 바이오 연료로의 전한 등으로는 이렇다 할 도리가 없다. 무모하다고 할 수 있는 전동화 전환이 가장 의지할 수 있는 방책인 것이다.

그런데도 불구하고 희망의 끈을 놓지 않는 것은 기업들의 높은 관심 때문이다. “비즈니스 찬스가 될 수 있다고 생각한다”(미쓰비시 전기), “(과제를 해결할) 답은 많이 있다”(IHI)라는 의견들이 올라오고 있다.

유럽과 미국이 패권을 쥐고 있는 항공업계에 있어서 “전기항공기의 세력도는 아직 결정되지 않았다”(니시자와 팀장). 지금부터 달리지 않으면 뒤처질 수 있다는 위기감 때문에 서둘러야 할 것이다.

 -- 끝 --