최근 수정 시각 : 2024-11-23 07:38:12

수소 열차

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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

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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]
  • 2018년 5월 - 영국이 2040년까지 디젤 열차를 퇴출하고 수소 열차를 도입하기로 했다. #
  • 2021년 3월 - 영국IT컨설팅업체 플렉스테크는 가선전차가 제일 친환경적이고, 무가선으로 디젤열차가 다니던 노선에 한해 배터리/수소 열차로 대체되므로, 최종적으로 영국 기준 85%(가선) 8%(수소) 5%(배터리)가 될 것이라고 예측했다. #
  • 2021년 11월 - 한국이 2030년까지 디젤 열차를 퇴출하고 수소 열차를 도입하기로 했다. #
  • 2022년 7월 - 호주 Arcadis와 영국 Smart Ports는 "호주 브리즈번~멜버른(약 1700km)에 디젤 열차보다 수소 열차가 저렴하다"고 결론내렸다. #
  • 2022년 9월 - 캐나다 루프에너지는 "디젤엔진 열차시스템보다 수소연료전지 열차시스템이 저렴하다"고 결론내렸다. #

기존 디젤 열차가 갖는 효능을 비슷하게 갖게 되며, 다음과 같다.[4]
  • 전차선이 없는(무가선) 구간 주행 - 전차선이 있는(전철화된) 구간에선 전기 열차(전기 기관차, 전기동차)를 도입하는 것이 경제성으로도 에너지 소비 효율로도 좋다. 하지만 세계적으로 전철화율은 높지 않다.[5] 가선이 없는 곳에 쓰이는 내구연한이 다 된 노후한 디젤 기관차[6] 및 디젤동차의 대체를 위해서, (1) 바로 수소열차를 투입하는 것, (2) 바로 배터리(무가선)열차를 투입하는 것[7], (3) 전차선과 전기열차(가선)를 투입하는 것, 셋이 검토되고 있다.[8]
  • 전차선 없는 도심 내 트램 건설 - 도시의 미관을 위해 트램은 무가선 방식이 선호되는데, 배터리트램과 수소트램은 각각 일장일단이 있다.
  • 기존과 다른 형태의 철로 설계에 유리 - 수소 열차는 터널-교량 공사비가 저렴해지고[9], 2층 열차를 창의적으로 도입하기도 자유롭다. 또한 가선 때문에 속도가 제한되는 고속열차를, (1) 열차 하단에서 무선급전하는 방식과, (2) 자기부상열차와, (3) 하이퍼루프와, (4) 수소 열차가 경쟁할 수 있다.
  • 전차선 전압이 다르거나 없는 지역과 왕래에 유리 - 국가마다(예컨대 남북한[10], 유럽) 운영회사마다(미국, 호주 등 영토가 큰 국가 내) 전철 가선의 전압이 다르다. 따라서 가선 전압이 다른 지역을 왕래할 때는 양쪽의 전압을 모두 사용할 수 있는 전기 열차를 이용하거나, 디젤 열차를 이용하는데, 이 디젤 열차의 위치를 수소 열차가 대체할 수 있다. 전철화된 지역과 전철화가 안 된 지역 간의 왕래를 맡던 디젤 열차의 위치도 수소 열차가 대체할 수 있다.
  • 지상 - 지하 복합구간 운행 가능 - 내연기관을 사용하는 기관차/동차는 유해 배기가스 문제로 지하 구간 진입이 제한된다. 대표적으로 디젤 기관차의 지하철 구간 진입은 전동차의 갑종회송이 아니고서는 매우 드물며, 그 역시 거의 대부분 영업을 하지 않는 심야 시간에 이뤄진다. 그에 반해 인체에 악영향을 주는 배기가스가 아닌 오직 물(수증기)만을 배출하는 수소 열차는 대도시의 전철화 구간과 비전철화 구간을 합친 구간에서의 영업 운전도 자유롭게 가능하다. 예를 들어 지상 비전철인 교외선과 지상 전철인 경의선, 지하철도인 용산선을 이은 영업 노선도 얼마든지 만들어 운영할 수 있다.[11]

열차의 1량당 차량가격을 비교하면 다음과 같다.[12]
  • 고속열차: 하이퍼루프 (세계 사례 없음)[13] > 자기부상열차 400~450억원[14] > 수소 (세계 사례 없음) > 전기(가선) 동차(KTX 등) 350~400억원
  • 기관차: 수소 (세계 사례 없음) > 전기(가선) 64.0억원 > 디젤 57.5억원
  • 동차: 수소 (국내 사례 없음)[15] = 전기(가선) 13.7억원[16] > 디젤 9.5억원
  • 트램: 수소 60~70억원[17] = 배터리(무가선) 60~70억원[18] > 전기(하단 무선급전) 40~50억원[19] > 전기(상단 가선) 35~45억원[20]
  • 버스[21]: 수소 6~7억원 > 배터리 3~4억원 > 디젤 1~2억원

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[42] 140 km/h 250 kg 1000 km 220 kWh
중국 CRRC 2017 기체수소 200 kW 70 km/h 12kg[43] 40 km 130 kWh[44]
한국 철기연-우진산전 2021 기체수소 200 kW 110 km/h 84kg[45] 600 km 190 kWh
일본 JR 동일본 2022 기체수소 240 kW 100 km/h 25 kg[46] 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.
  • 독일: 2014년 9월, 세계 최초 상업화 계약했다. # 2018년 9월, 독일 슐레스비히홀슈타인에 도입했다. # 2022년 8월, 독일 니더작센주 브레머뵈르데시에 도입했다.[47] #1, #2
  • 영국: 2018년 12월, 영국 리버풀에도 도입했다. # 2019년 1월, 에버숄트레일(Eversholt rail) 사가 수입을 결정했다. # 2021년 11월, 에버숄트레일 사가 10대를 추가 주문했다. #
  • 프랑스: 2021년 3월, 프랑스국영철도가 도입을 결정했다. # 2021년 9월, 시범운전했고, 2022년 투르-로슈 노선에 도입했다. #
  • 폴란드: 2021년 7월, 폴란드 브로츠와프에 도입했다. #
  • 스웨덴: 2021년 9월, 스웨덴 외스테르순드에 도입했다. #
  • 체코: 2022년 12월, 알스톰과 미국 에어프로덕츠(Air-Products)가 체코에 수소열차 도입 양해각서를 체결했다. #
  • 캐나다: 2023년 1월, 퀘백의 노선에 투입되었다. # 2023년 7월, 100명을 태우고 주행했다. # 2023년 10월, 지금까지의 실증 결과를 종합 발표했다. #
  • 이탈리아: 2023년 10월, 2024년말 무렵 260석의 수소 열차를 공급할 계획을 밝혔다. #

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.
  • 2017년 4월, 칭다오시의 12정거장짜리 8km 노선과 탕산시의 4정거장짜리 14km 노선에 66석(최대 366명 탑승)짜리 수소 트램을 상업화한다. 충전시간 15분, 최고속도 70km/h, 350bar의 수소탱크 12kg, 주행거리 40km, 캐나다 발라드파워의 FCveloCity 연료전지 100kW 2개, 축전지 20kWh 2개, 슈퍼캐피시터 45kWh 2개 등의 스펙을 가진다. # 2022년까지 개량 모델을 내놓겠다고 했다.
  • 2022년 12월, 청두시에서 중국중차-창춘과 청두철도그룹이 협업해 푸싱(Fuxing)을 개조한 수소열차가 선보였다. 슈퍼 커패시터도 함께 쓰이며, 최고시속 160km, 1회충전 주행거리 600km, 정원 1502명, 5G에 기반한 자율주행 기능 등을 주장했다. #

영국 버밍엄 대학교와의 협업은 다음과 같다.
  • 2018년 12월, 발라드파워가 포터브룩과 버밍엄대학교가 연구하는 HydroFLEX 프로젝트에 연료전지를 제공하기로 했다. 350bar 기체수소통, 400kW 연료전지, 400kW 배터리가 목표다. #
  • 2019년 8월, 2량짜리 폐 동차(Class 319)에 발라드파워 100kW급 연료전지를 장착하고 롱마스턴에서 운행했다. #
  • 2021년 11월, 유엔기후변화협약 당사국총회가 영국에서 개최되자 차량이 전시되었다.

스위스 슈타들러 레일과의 협업은 다음과 같다.
  • 2019년 11월, 슈타들러 레일이 미국 캘리포니아에 첫 수소 동차 노선을 만들기로 한다. #
  • 2022년 7월, 슈타들러 레일이 'FLIRT H2' 열차를 공개했다. 수소탱크-연료전지를 실은 가운데 1량에서 전기를 만들어서, 앞뒤 2량의 배터리에 공급하는 방식이다. 정원 108명, 최고속도 130 km/h. 미국 캘리포니아 샌버내디노-레드랜드 14km 구간에 도입할 계획을 밝혔다. #
  • 2022년 10월, 슈타들러 레일이 캐나다 발라드파워 연료전지를 사용한다고 밝혔다. #
  • 2023년 7월, 슈타들러 레일이 이탈리아 철도운영사 ARST에 열차 납품 계약을 맺었다. #
  • 2023년 10월, 슈타들러 레일이 미국 캘리포니아로부터 8000만불 투자를 받고 머세드-새크라멘토 노선에 열차 계약을 맺었다. #
  • 2024년 3월, 슈타들러 레일이 미국 콜로라도에서 2803km를 시험운행하면서 기네스 세계 기록을 갱신했다. 구 기록은 2022년 알스톰-커민스의 1175km였다. #
  • 2024년 3월, 슈타들러 레일이 캘리포니아주에 2700만불에 6대 납품계약을 맺었다. 수소차량 SPRILL H2가 2027년 운행 개시예정이라고 밝혔다. #

독일 지멘스와의 협업은 다음과 같다.
  • 2021년 7월, 지멘스가 바이에른 주 노선에 2023년 중반 수소열차를 임대하기로 MOU했다. # 캐나다의 발라드파워사가 제공한 200kW 연료전지 2대가 사용되었으며, 2022년 제원공개, 2023년 시범운행, 2024년부터 아우크스부르크~퓌센 구간을 여객운행할 예정이다. 주행거리(수소탱크)는 800km로 설계할 예정이다. #
  • 2022년 5월, 지멘스가 (2021년 7월 밝혔던 예정대로) 독일철도공사와 크레펠트에서 'Mireo Plus H (미레오 플러스 H)' 모델을 공개했다. #
  • 2022년 7월, 지멘스가 독일 베를린-브란덴부르크 노선(운용사 니더바르니머 아이젠반)에 7대를 납품했다. #
  • 2022년 9월, 지멘스와 도이치반이 모바일 충전을 선보였다. #
  • 2023년 10월, 지멘스가 2024년 중반에 2개 노선에 미레오 2량 열차를 30개월 운행할 예정을 밝혔다. #

인도와의 협업은 다음과 같다.
  • 2022년 9월, 발라드가 인도에게서 수소연료전지 모듈을 수주했다. #
  • 2022년 12월, 인도 철도부 장관이 2023년 벵갈루루의 반데(Vande) Metro를 수소 열차로 대체할 것이라고 밝혔다. 인도는 2022년 8월 KPIT(자동차 SW 기술기업)·CSIR(과학산업연구위원회)의 협업으로 수소버스를 출시한 바 있다. #
  • 2023년 12월, 예정대로 수소열차를 선보였다. #

스페인과의 협업은 다음과 같다.
  • 2021년 10월, 발라드가 탈고(Talgo)에게 70kW급 연료전지 8대를 납품계약했다. #
  • 2024년 2월, 탈고(Talgo) 주관 10개 회사가 Talgo 250 열차에 연료전지를 도입하는 Hympulso 프로젝트를 발표했다. #
  • 2024년 3월, 탈고(Talgo)가 이를 "세계 최초 수소 고속열차" 과제라고 마케팅한다. 실물은 아직 없다. #

미국 SERA와의 협업은 다음과 같다.
  • 2022년 9월, 미국 캘리포니아 SERA(Sierra Norther Railway)가 입환용 기관차들을 디젤에서 수소로 변경 계획을 밝혔다. #
  • 2024년 1월, 발라드가 SERA에 200kW 연료전지 2set를 납품했다. #
  • 2024년 4월, SERA는 2024년 후반에 테스트를 시작하여, 2027년에 4대의 입환용 수소기관차를 운영할 계획임을 밝혔다. #

5.1.3. 중국 CRRC

  • 2018년 9월, 중국 중국중차(CRRC)가 수소/연료전지로 운행하는 3량의 유도버스/굴절버스를 내놓으며 ART(autonomousrail rapid transit, 자율주행 고속 운송수단)라고 이름 붙였다. 차도 위를 달리지만 자율주행이 들어가고 유도버스라면 바이모달 트램처럼 열차로 분류할 수 있다. #
  • 2022년 12월, CRRC와 청두철도교통이 협력해 창춘시에서 도심형 수소열차를 출고했다. 주행거리 600km, 최고속도 160km/h, 최대탑승 1502명으로 설계되었다. 부품별 제원 및 회사는 비공개며, 실제 노선 투입이 되는 열차는 아니라고 밝혔다. #
  • 2023년 6월, CRRC가 산시성 다퉁시에서 800kW 연료전지, 270kg 액화수소탱크(190시간 사용시간 주장)의 수소 열차를 선보이며 제품명을 '닝동'이라고 붙였다. #1, #2
  • 2023년 7월, CRRC가 말레이시아 '구칭 트램' 3개 노선을 수소 열차로 수주했다. 700bar 기체수소, 최대 주행거리 245km, 최대 속도 70km 등이다. #
  • 2024년 3월, CRRC가 창춘시에서 주행시험을 완료했다. 최대속도 160km/h, 주행거리 1000km, 소비전력 5kWh/km라고 밝혔다. #
  • 2024년 5월, CRRC가 동차의 차량 외관 및 내부를 공개했다. #

5.1.4. 대한민국 한국철도기술연구원

파일:우진산전 수소 열차.jpg
한국철도기술연구원 수소동차
  • 2018년 4월, 국토교통부 과제로 수소 동차 연구가 시작되어, 2022년 선보이기로 한다. 한국철도기술연구원은 추진시스템 최적화 기술을, 우진산전은 차량 제작 기술을, 한국철도공사는 차량 운영 기술을, 호라이즌은 연료전지 시스템을 각각 맡아, 영업선 운행을 위한 실용화에 중점을 뒀다.
  • 2019년 6월, 국회 토론회에 구상을 선보였다. #
  • 2021년 3월, 호라이즌퓨얼셀코리아가 구체적인 제원을 밝혔다. #
  • 2021년 5월, 스펙이 더 자세히 공개되었는데, 1.2MW 연료전지, 최고속도 110km/h(설계최고속도 121km/h[48], 가속성능 2.5km/h/s), 주행거리 600km. #
  • 2022년 3월, 차량이 다 제작되어 오송에 위치한 철도종합시험선로에서 주행 영상이 공개되었다. #
  • 2022년 12월, 2018년부터 4년간의 과제를 종료하며 개발에 성공했음을 발표했다. 철도차량 전용 수소충전소 구축 방안 및 기술기준(안)도 마련했으며, 연구목표로 제시된 운행최대속도 110km/h 이상, 1회 충전으로 600km 이상 주행이 가능함을 보였다. #1, #2, 소개 영상
  • 2023년 9월, 2023년에 이어 2024년에도 교외선 투입이 불발되었다. #

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.
  • 2020년 11월, 현대로템이 향후 개발 방향을 밝힌다. 트램은 5량, 최고속도 70km/h, 연료전지 95kW×4, 배터리 130kW×2, 수소탱크 21kg×2 가량을 목표한다. 동차는 2량, 최고속도 100km/h, 연료전지 95kW×4, 배터리 130kW×2, 수소탱크 78kg×2 가량을 목표한다. 준고속열차는 3량, 최고속도 150km/h, 연료전지 760kW×2, 수소탱크 78kg×2 가량을 목표한다. 기관차는 최고속도 150km/h, 연료전지 3000kW, 주행거리 800km 가량을 목표한다. 철도학회 추계 발표내용 수소모빌리티 개발 로드맵[49]
  • 2021년 6월, 현대로템이 부산국제철도기술산업전에서 수소 트램의 콘셉트카를 공개한다. 95kW 현대자동차 넥쏘 연료전지 2개를 실었고, 60kW PMSM(영구자석형 전동기) 4대로 동력을 내며, 최고속도 80 km/h이며, 700bar 타입4 104L 탱크 8개에 각 4.18kg이 실려서 총 33kg의 수소를 싣고, 55kWh 리튬이온배터리팩을 싣고, 주행거리는 수소연비 5km/kg을 가정하여 150km 가량이다. 2023년 울산에서의 실증까지 400kW 연료전지, 40kg의 수소탱크를 목표한다고 밝혔다. #
  • 2021년 9월, 현대자동차가 수소모빌리티플러스쇼 내의 하이드로젠웨이브 전시장에서, 기존 넥쏘 95kW급보다 부피가 30% 줄고 비용도 50% 줄은 100kW급, 200kW급 연료전지를 선보인다. 그리고 두께가 25cm 밖에 안 되는 105kW 연료전지를 공개하는데, 이는 공간이 적은 수소 열차용임을 밝힌다. # 같은 달, 산업부는 2030년까지 글로벌 수소 열차 시장을 4조원으로 판단하여, 424억원을 추가로 투입해 2024년을 수소 트램의 양산 시점으로 앞당기기로 한다. # 한편, 산업통상자원부가 2023년까지 424억원을 들여서 "수소전기트램실증사업"을 실시한다. #
  • 2021년 12월, 현대로템과 울산광역시가 수소 트램 디자인을 공개했다. 길이 35ｍ, 폭 2.65ｍ, 높이 3.7ｍ의 5개 칸으로, 차량 바닥 높이는 지면으로부터 35㎝이며, 최고 속도는 시속 70㎞로 설계되었다. 2022년 10월 차량 제작에 착수, 2023년 9월 태화강역~울산항역 구간을 운행할 예정으로 한다. # 한편, 한국철도기술연구원-우진산전의 기체수소 열차도 공개되었다. 현대로템은 도심 트램 도입에, 철기연-우진산전은 디젤동차 교체에 초점을 맞췄다. #
  • 2022년 3월, 현대로템이 이집트의 신행정수도 '뉴 카이로'에 수소트램을 도입하기로 했다. #
  • 2022년 4월, 현대로템이 호주 퀸즐랜드에 수소트램을 도입하기로 했다. #
  • 2022년 11월, 빈살만 사우디 왕세자가 방한하여 현대자동차그룹 정의선 회장을 접견하고, 네옴에 수소트램을 도입한다는 양해각서를 체결했다. #
  • 2023년 6월, 현대로템이 부산국제철도기술산업전에서 수소 트램의 실물을 공개했다. # 같은 달, 현대로템 측이 유튜브 '언더스탠딩' 채널에서 실물 및 제원을 설명했다. #
  • 2024년 2월, 현대로템이 울산 및 대전 도시철도에 쓰일 실물 열차의 시험선로 운행영상을 공개했다. #
  • 2024년 9월, 수소트램 실차를 이노트란스(Innotrans) 2024에 출품했다. 국내 철도차량 제조사 최초의 이노트란스 실차 출품이다.

5.1.6. 일본 토요타

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

일본 JR 동일본과의 협업은 다음과 같다.
  • 2020년 6월, 일본이 2007년 이후 명맥이 끊긴 수소 동차 연구를 되살려, JR 동일본(동일본여객철도, JR East) 주관으로 히타치, 토요타 등과 함께 2021년 내 최고속도 100km/h 이상의 수소 동차 시운전을 목표한다고 밝힌다. # 2량에 각각 히타치의 배터리와 도요타의 연료전지를 놓고 둘 다 테스트하려 해서 수소 보관량이 적고 주행거리는 짧은 테스트용이다. 수소탱크는 한국 일진복합소재가 제공한다. #
  • 2022년 2월, 일본 JR 동일본-히타치-토요타 팀이 FV-E991계 전동차 열차를 실물을 공개하고, 이름은 '히바리(HYBARI)'라고 밝혔다. 3월부터 실증을 시작해, 2030년 츠루미선 도입 예정을 밝혔다. #
  • 2024년 5월, 일본 JR 동일본은 도쿄 인근 가나가와현에서 시험운행 계획을 밝혔다. JR 도카이도 연구를 시작했음을 밝혔다. #

스페인 CAF와의 협업은 다음과 같다.
  • 2021년 1월, 유럽연합에서 FCH2RAIL 프로젝트가 시작되었다. 연료전지 부문은 토요타가 참여한다. #
  • 2022년 7월, 유럽연합의 FCH2RAIL에 참여한 스페인 CAF가 토요타 연료전지를 이용해 스페인 사라고사 ~ 렌페 시비아(Civia) 3량 통근열차를 공개하고 시운전중임을 밝혔다. 가선 구간에서는 전기를 받고, 무가선 구간에서는 수소를 쓰는 하이브리드 동차다. #
  • 2023년 6월, FCH2RAIL 프로젝트가 스페인 사라고사-칸프랑 노선에서 수소 열차의 첫 시험 운행을 했다. 전선화 구간에서는 전기모드, 비전선화 구간에서는 수소 열차로 달리는 하이브리드 모드다. 또한 칸프랑 노선은 가파르게 높은 경사도로 험해서, 트랙 테스트로 제격이라는 평이 나왔다. # 11월엔 스페인 소리아-토랄바 노선에서 두번째 시험 운행을 했다. #
  • 2024년 3월, 스페인 CAF는 기존 3량짜리 Civia 463 전기동차에 연료전지를 실은 것이라고 제원을 밝히고, 1회 충전으로 804m를 주행했다고 밝혔다. #
  • 2024년 4월, FCH2RAIL 팀이 포르투갈에서 시험운행을 마쳤다. 현지 업체들이 참여했다. #

5.1.7. 독일 프로톤모터

  • 2020년 11월, 오스트리아 철도차량회사 린징어(Linsinger Maschinenbau)가 세계 최초로 수소로 철도연마차량(레일 밀링)으로, 기존 MG11 모델을 변경하겠다고 밝혔다. 회사 홈페이지
  • 2021년 7월, 독일 프로톤모터(Proton Motor)가 107kW 연료전지 모듈 2개를 오스트리아 린징어에 턴키 납품했다고 밝혔다. 회사 홈페이지, 소개기사

5.1.8. 러시아 RZD

  • 2019년 9월, 러시아 철도(RZD), 로사톰, 트랜스마시홀딩(TMH)가 사할린에 수소 열차를 도입하기로 계획했다.
  • 2021년 5월, 로사톰과 트랜스마시홀딩(TMH)이 합작회사(JV)를 만들고 연료전지-수소저장시스템을 독자 제작하기로 한다. #
  • 2023년 1월, 러시아 철도가 2025년 12월 사할린 남부 항구도시 홈스크에 2대, 2027년 2월 남부 공업도시 유즈노사할린스크에 5대를 운영하겠다고 밝혔다. 1단계(첫 2대)는 외국 연료전지-수소저장시스템을 수입해 적용하고, 2단계(후 5대)는 독자 제작하겠다고 밝혔다. #
  • 2024년 1월, 러시아 산업부장관이 사할린 개발계획에 수소열차 도입이 있다고 짧게 언급했다. #

5.2. 기관차 급

주체 도입연도 연료 총 출력 최고속도 연료탱크 주행거리
중국 중국중차 2021 기체수소 0.7 MW[50] 80 km/h 600(추정) kg 627 km
캐나다 캐네디언 퍼시픽 2022(목표) 기체수소 1.2 MW[51] 80(추정) km/h 600(추정) kg 600(추정) km[52]
한국 철기연 2030(목표) 액화수소[53] 3.0 MW[54] 150 km/h 1000(추정) kg 1000 km[55]
호주 포테스큐 2030(목표) 암모니아[56] - - - -

5.2.1. 대한민국 한국철도기술연구원

  • 2021년 4월, 대한민국의 한국철도기술연구원이 세계 최초로 액화수소를 이용하는 기관차 연구를 시작했다고 밝힌다. 기존은 모두 기체수소를 이용하는 형태다. 기관차, 고속열차 등 MW 이상의 고출력, 대용량, 장거리의 경우 많은 연료양을 싣기 위해 밀도가 높은 액체수소의 형태로 연료를 저장하는 것. 대차나 축 하나의 출력이 각각 거의 동차 수준(100~400kW)이 된다. 액체수소 열차를 2024년까지 1.8MW 연료전지, 40kg 수소탱크를 연구하겠다고 했다. 이후 최고속도 150km/h, 주행거리 1000km를 목표한다고 밝혔다. 2030년까지 목표는 3MW급 기관차라고 밝혔다. #
  • 2022년 11월, 철도연이 300kW급 조합시험에 성공했다. 해당 시스템은 목표 기관차의 1/6에 해당하는 단위모듈이다. #
  • 2022년 11월, 사우디아라비아의 빈 살만 왕세자가 방한하여 사우디철도청과 대한민국의 수소기관차 공동연구 양해각서를 체결했다. #
  • 2024년 9월, 철도연이 11월 중 단위모듈의 조합시험 계획을 밝혔다. #

5.2.2. 캐나다 CP

  • 2021년 3월, 캐나다의 캐네디언 퍼시픽(CP)이 발라드파워시스템으로부터 연료전지를 공급받아 1.2MW급 기관차를 만들 예정을 밝혔다. # 여담으로 캐네디언 내셔널(CN) 쪽은 배터리기관차 쪽을 연구 시작했다.
  • 2021년 11월, CP가 앨버타주[57]로부터 1500만 달러를 투자받아 2022년 중 수소기관차를 3대 납품할 계획을 밝혔다. #
  • 2022년 1월, 200kW 연료전지 8대가 발주되었다. #
  • 2023년 8월, CP-캔자스시티(자회사)가 발라드에 4MW급 연료전지(18kW 200개)를 주문했다. 총 3량(라인홀유닛 2량, 스위처 1량) 기관차가 된다고 밝혔다. 발라드는 2022년부터 현장테스트중이라고 밝혔다. #

5.2.3. 미국 왑텍

  • 2021년 6월, 미국 왑텍(Wabtec)이 GM과 협업하여 수소 기관차를 만들 계획을 밝혔다. # 여담으로 웹텍은 GE와도 협업하여 배터리 기관차도 연구를 시작했다.
  • 2023년 8월, 미국 왑텍이 구상하는 디자인을 공개했다. 2027년까지 3.3MW급을 출시하겠다고 밝혔다. #

5.2.4. 미국 캐터필러

  • 2009년 8월, 미국 캐터필러가 자사 'Green Goat' 디젤기관차를 개조한 2000마력짜리 수소기관차 시모델을 선보였다. #
  • 2022년 9월, 미국 캐터필러가 BNSF, 쉐브론 등과 협업해 수소 기관차 재도입 계획을 밝혔다. 쉐브론은 토요타로부터 연료전지를 받아온다. #

5.2.5. 중국 CRRC

  • 2021년 6월, 중국 중국중차(CRRC)이 400kW급 대용량 연료전지를 선보이며 기관차용이라고 하였다. #
  • 2021년 11월, 중국 CRRC와 국가전력투자공사(SPIC)가 수소 기관차를 상업노선에 투입했다. 내몽골의 석탄운반 노선에 도입되었으며, 최대 선로 하중이 5000t에 육박하는 627km 노선을 24.5시간 운영한다.[58] 6월 목표치보다 최고속도와 출력은 줄고, 주행거리와 운영시간은 늘어났다. # 향후 목표는 2MW급 기관차라고 밝혔다.
  • 2024년 4월, CRRC Zhuzhou가 내몽골 오르도스의 Sidaoliu 역에서 수소기관차로 C80 객차 105량에 1만톤을 싣고, 2km 전진하는 테스트를 선보였다. 최대출력 2.4MW, 최고속도 100km/h, 최대시동견인력 560kN, 설계운행거리 1000km라고 주장했다. #

5.2.6. 기타

  • 2021년 9월, 폴란드 PESA가 180kW의 연료전지가 도입된 기관차를 선보였다. 3200t을 운반할 수 있다고 했다. # # 캐나다 발라드파워시스템 연료전지를 사용했다. #
  • 2021년 11월, 체코 CZ LOKO가 총 출력 800kW급 소형 기관차를 제작해 2023년 이탈리아, 2025년 체코에 도입할 예정을 밝혔다. 연료전지 출력 및 기타 제원은 공개하지 않았다. 작은 동력인 이유가 입환 용도라고 밝혔다. #
  • 2022년 12월, 프랑스 알스톰과 ENGIE가 네슬레워터스에 2025년까지 수소기관차를 납품하기로 했다. 프랑스 보주(Vosge) 공장에서 제작되며 상세 스펙은 공개되지 않았다. #

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.[59] 암모니아 문서 참고.

6. 관련 문서

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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] 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.#[10] 대한민국은 25000V의 교류 전압, 그리고 터널 및 지하철 등에선 1500V의 직류 전압을 쓴다. 북한은 3000V 직류 전압을 쓴다. #[11] 다만 수소 열차라해도 환기가 되지 않으면 겨울철에 김이 서린다.[12] 출처: 2017년 국정감사에 한국철도공사가 제출한 디젤-전기 열차의 가격 #, 2016년 프랑스 알스톰이 상업화시킨 수소동차의 가격 등[13] 아랍에미리트에서 개최된 2020 두바이 엑스포에 공개된 km당 건설비가 250~450억원으로 추정되었다.#[14] 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. #[15] 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.[16] 지자체들의 도시철도 차량이기도 하다.[17] 제주 도시철도 담론 과정에 67억원으로 공개되었다. 종점 수소충전소 건설이 90억원이지만, 이는 수소버스/수소트럭들과 공용으로 모빌리티 허브로 사용가능하다.[18] '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.[19] 2011년 KAIST의 지면무선급전 OLEV 기술이 당연히 가선보다는 비싸서, 대전 2호선 도입 검토만으로도 논란이 일었다. #[20] 배터리트램에서 배터리가 차지하는 비용은 10% 미만이므로 추정가격.#[21] 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.[22] 2022년 1월, 정부-경기도가 검토 ##[23] 2호선(검단지선), 영종트램, 송도트램, 주안송도선, 부평연안부두선, 제물포연안부두선. 2022년 4월, 박남춘의 국토부 신청 # 2023년 10월 시점 수소트램여부를 떠나 모든 트램노선 계획들 자체가 무기한 연기 #[24] 2023년 10월 시점에 강원도 내 트램 관련 논의 전무 상태 #[25] 전철화를 할지, 수소기관차를 놓을지, 아예 논의가 없음.[26] 2020년 9월, 허영 제안 #[27] 2020년 9월, 허영 제안 #[28] 2022년 2월, 지자체 용역 #[29] 2022년 5월, 이광재 제안 #[30] 2021년 2월, 최문순 제안 # 2022년 1월, 단선전철로 결정.[31] 2021년 1월, 허성무 제안 # 이후 수소트램 방식 선정이 유력 검토되나 2023년 2월 시점까진 공식적으로는 미정. #[32] 2023년 2월, 김정호 제안 # 이후 수소트램 방식 선정이 유력 검토되나 2023년 8월 시점까진 공식적으로 미정. #[33] 2020년 9월, 울산광역시 발표 #. 2022년 12월, 경전철로 계획 변경 검토.[34] 2022년 2월, 지자체 정부 공동건의 # 이후 구체적 논의 없음[35] 2024년 5월, 지자체 정부 공동건의. 국도 7호선을 확장시키는 방식. #[36] 전철화로 요구되고 있음. 점촌역~김천역 구간은 전철화 개량이 확정되었다.[37] 2021년 2월, 강기정 광주광역시장 후보가 제안, 시장 당선 후 재검토해 이 구상은 취소.[38] 2022년 6월, 강기정 시장이 2단계 건설을 제안. 하지만 여론조사상 반대가 높자 2022년 11월 보류 선언. 광주 도시철도 2호선/논란 문서 참고.[39] 2021년 9월, 광주도철이 제안 # 2022년 6월, 광주시가 미반영 결정[40] 2023년 8월 전철화 결정.[41] 2021년 8월, 원희룡 제안 # 2023년 9월, 수소 열차로 추진 결정 # 아직 용역-설계 단계.[42] 총 출력은 390kW[43] 350bar[44] 축전지 20 kWh 2개, 슈퍼캐피시터 45 kWh 2개[45] 700bar[46] 700bar의 기체수소 1000L[47] 국내 언론들이 이를 '세계 최초'라고 잘못 알렸다. '도시/광역철도'가 아닌 '일반철도'에 놓인 거로 최초이긴 하다.[48] 기존 통근형 전동차의 DT-50 에어스프링 대차가 아닌, 간선형이나 고속차량에 적용되는 링크암 대차가 적용되었다.[49] 해당 페이지에 나와있는 사진 중 수소전기동차는 GTX-A 차량 기반, 수소전기기관차는 7600호대 디젤기관차 기반, 수소전기고속열차는 KTX-이음 기반이다.[50] 총출력이 700kW, 연료전지는 400kW.[51] 200kW 6대를 사용한다. 2022년 1월 19일, 200kW 연료전지 8대가 발주되었다. #[52] 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.[53] 기체수소보다 저장밀도 2~4배 가량. #[54] 대체하려는 7600호대 디젤기관차가 2.6~7MW급이므로, 그 이상의 출력을 목표한다.[55] 입환 (비전철구간에서 전철구간으로 화물 수송), 비전철구간 무궁화호 대체 등이 예상된다. 경부선을 기준으로 500km 이상의 주행거리로 만들 것이 예상된다.[56] 액화수소보다 저장밀도 1.5~2배 가량. #[57] 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.[58] 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.[59] 호주 포테스큐 등. 암모니아가 액화수소보다 저장밀도 1.5~2배 가량임에 주목한다. 연료만 그러하고, 전체 시스템의 경제성-안정성도 연구되어야 한다. #

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