수소로 주행하는 연료 전지 동력의 기차는 전통적인 디젤이나 전기 기차보다 여러 가지 장점이 있다. 연료 전지는 움직이는 장치가 없고 복잡한 배기조절시스템도 없어 디젤엔진보다 아주 단순한 구조이기 때문에 아주 오랜 수명의 잠재력을 가지고 있다.

연료전지의 가장 큰 이점은 환경에 대한 편익인데 배출물이 거의 없거나 그 정도가 낮기 때문이다. 일본의 철도기술연구소(RTRI) 조사에 의하면 연료전지로 전환하면 디젤 차량에 비해 CO2 배출량을 30% 줄이고 에너지 소비량을 50% 줄일 수 있다는 것이다.

또한 연료전지로 전환함으로서 현재 사용하고 있는 전차선로의 건설에 소요되는 많은 비용을 없앨 수 있다. 전철화 비용은 궤도의 연장에 따라 다르지만 미국의 Mass Electric Construction사에 의하면 km당 평균 1.86백만 $US가 소요된다고 한다.

하이드레일이 아직 개발단계에 있지만 몇 몇 소형의 연료전지 기관차와 기차가 성공적으로 시험을 마쳤다. 처음 하이드레일 모형은 미국 에너지부가 Vehicles Projects사와 Fuel Cell Propulsion Institute 공동으로 개발한 연료 전지를 동력으로 한 광산용 기관차이다. 연료 전지 동력 기관차는 지하에서 디젤기관차로부터 나오는 독성 배출 물을 없애기 위한 고가의 환기설비를 없앨 수 있기 때문에 인기가 있었다.

연료 전지 시험용 기관차에 사용된 금속수산화물시스템은 수소를 3kg 생산하였는데 이 양은 연료를 재 공급받기 전에 광산차에 동력을 8시간 동안 공급할 수 있는 양이고 배터리로 운행되는 차량보다 2시간이나 오래 사용할 수 있는 것이다. 연료전지 동력의 광산기관차는 같은 가속도를 내었고 동력도 두 배 이상이고, 더 긴 열차를 견인할 수 있을 뿐 아니라 배터리용 기관차는 재 중전에 7시간 이상 소요 되는데 비해 이는 단지 한 시간만 소요되어 연료 재공급시간도 단축되었다.

현재 진행 중인 가장 큰 하이드레일 사업은 미 국방부의 129톤 250kW의 연료전지-배터리 혼성 입환용 기관차이다. 이 큰 규모의 사업을 완성하기 위해 10개 회사가 컨소시엄으로 참여하고 있는데 Vehicle Projects사가 사업관리와 설계업무를 맡고 있다.

기관차의 설계는 이미 상업화되어 있는 디젤-배터리 혼성 입환용 기관차에 기초를 두고 있다.
수소저장 시스템은 기관차의 지붕에 350 바(bar)의 기압에서 작동하는 압축 수소저장탱크로 구성되는데 이 시스템은 이미 가동 중인 Citaro 연료 전지 버스에서 개발된 것이다. 이 시험용 연료 전지 기관차가 완성되면 미 국방부는 기관차가 민간 재난구조에 차량 동력원의 예비용으로 사용될 수 있을 것으로 생각하고 있다.

하이드레일 사업 움직임은 해외에서도 그 추진력을 얻고 있다. 일본철도기술연구소는 2003년에 처음으로 30kW의 연료 전지 동력의 레일 카(rail car)를 선보였다. 지금 RTRI는 최초로 연료 전지 동력의 여객열차를 개발하기로 그들의 목표를 설정했다.

Nuvera는 차량 2개로 구성된 연료 전지 동력의 여객열차를 장만했는데 이 열차는 최고 속도 110km/h, 연료 재충전하기 까지 주행가능거리 300km, 탑승가능 인원을 280명으로 예상하고 있다.

RTRI는 유사한 기술을 개발하고 있는 동 일본철도회사(JR East)와 경쟁국면에 접어들었다. JR East는 130kW의 연료 전지-배터리 혼성 레일카를 만들었다. 두 개의 연료 전지와 수소 탱크는 바닥 아래에 장치하고 300kW의 배터리는 차량지붕 위에 설치하였는데 이 배터리는 레일 카 동력의 약 1/3을 생산해 낸다.

한국정부도 인구증가와 도로 혼잡, 공기 오염에 대응하기 위해 수소에 초점을 맞춘 3단계 수송계획을 수립하였다. 처음 수소 연료의 전차부터 시작하여 종국적으로 수소를 동력으로 하는 지하철 열차로 개발해 내는 것이다.

준비 중에 있는 다른 사업은 유럽 최초의 수소열차인데 2010년에 선보일 것으로 예상된다. 이 연료 전지 동력의 여객열차는 덴마크에서 29km 노선(VLTJ)을 운행할 계획인데 이 노선에는 20개 역이 있고 연간 245,000명의 여객을 수송할 것이다. 이 사업은 전철화와 비교하여 연료 전지의 실용성에 관한 많은 토론 후에 착수되었다.

영국의 철도안전 및 표준원는 2006년에 연료전지의 높은 비용과 짧은 수명 때문에 연료 전지의 상업화를 금지하는 문제를 다루는 타당성조사를 실시하였다.

캐나다의 Fraser Valley Heritage Rail Society도 ‘Heritage to Hydrogen’사업을 통해 연료 전지에 대한 연구를 수행하고 있다. 이 시도는 1950년대의 300kW 연료 전지를 동력원으로 한 레일 카의 특징을 묘사한 것으로 2010년 겨울에 모습을 드러낼 것이다.

하이드레일은 현행 디젤연료시설에서 발판을 찾으려고 노력하고 있지만 이 사업의 많은 이점들 즉, 깨끗한 동력, 석유 의존도 감소, 전철화를 위한 값 비싸고 복잡한 시설의 불필요가 하이드 레일을 매력적인 에너지원의 대안으로 부상시킬 것이다.

참고로 미국 에너지부는 수송부문에서 2010년까지 60%의 효율성과 45 $US/kW의 비용 달성이란 목표를 세워두고 있다.

최길대 초빙교수(동양대학교 철도경영학과)