1. 드론과 UAM에서 수소 저장 기술이 요구되는 배경
도심 항공 모빌리티(UAM)와 장거리 드론은 기존 배터리 기반 전력 시스템의 한계를 빠르게 드러내고 있다. 비행체는 이륙 중량에 극도로 민감하며, 에너지 밀도가 낮은 배터리는 비행 거리와 체공 시간을 제한하는 핵심 요인으로 작용한다.
수소는 단위 질량당 에너지 밀도가 매우 높아 장거리 비행과 장시간 체공이 필요한 항공 플랫폼에 적합한 에너지원으로 평가된다. 특히 연료전지 기반 수소 시스템은 비행 중 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 친환경 항공 기술의 핵심 대안으로 주목받고 있다.
그러나 수소의 활용 가능성은 저장 기술의 성숙도에 의해 결정되며, 드론과 UAM에서는 기존 지상용 저장 방식과는 다른 기술적 접근이 요구된다.
2. 항공 플랫폼에서 요구되는 수소 저장 기술의 조건
드론과 UAM에 적용되는 수소 저장 시스템은 고에너지 밀도뿐만 아니라 안전성, 경량화, 공간 효율성을 동시에 만족해야 한다. 항공 플랫폼은 진동과 반복 하중, 급격한 온도 변화에 노출되기 때문에 저장 시스템의 구조적 안정성이 필수적이다.
또한 수직 이착륙 과정에서는 순간적인 고출력 공급이 요구되므로 수소 저장 장치는 연료 공급 응답성이 우수해야 한다. 유지 보수 주기와 신뢰성 역시 상용화를 위해 중요한 요소로 작용한다.
이러한 조건을 만족시키기 위해 현재 항공용 수소 저장 기술은 금속수소화물 방식과 복합 소재 기반 고압 탱크 방식으로 양분되어 발전하고 있다.
3. 금속수소화물 저장 기술의 원리와 장점
금속수소화물 저장 기술은 특정 금속 또는 합금이 수소를 화학적으로 흡수하여 고체 상태로 저장하는 방식이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 압력에서 수소를 저장할 수 있어 폭발 위험이 작고 안전성이 높다.
또한 체적 에너지 밀도가 높아 제한된 공간에서도 많은 양의 수소를 저장할 수 있다는 장점을 가진다. 드론과 같은 소형 플랫폼에서는 고압 용기를 사용하지 않아도 된다는 점이 구조 설계 측면에서 유리하게 작용한다.
다만 수소의 흡·방출 과정에서 열 관리가 필요하며, 시스템 전체 무게가 증가할 수 있다는 점은 기술적 과제로 남아 있다. 그럼에도 불구하고 안전성이 중요한 도심 비행 환경에서는 금속수소화물 방식이 유력한 대안으로 평가된다.
4. 복합 고압 탱크 기반 수소 저장 기술의 발전
복합 고압 탱크는 탄소섬유 강화 플라스틱과 라이너를 결합해 고압의 수소를 물리적으로 저장하는 방식이다. 이 기술은 질량 대비 저장 가능한 수소량이 많아 중대형 드론과 UAM에 적합하다.
최근에는 350bar 및 700bar급 복합 탱크 기술이 항공 환경에 맞게 경량화되며, 구조 안전성과 피로 수명이 크게 향상되었다. 복합 소재는 반복적인 압력 사이클과 진동 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있도록 설계되고 있다.
복합 탱크 방식은 수소 공급 응답성이 뛰어나 고출력이 필요한 이착륙 구간에서 유리하며, 연료전지 시스템과의 통합도 비교적 용이하다.
5. 금속수소화물과 복합 탱크의 기술적 비교
금속수소화물 저장 방식은 낮은 압력과 높은 안전성을 강점으로 가지며, 도심 저고도 비행에 적합한 특성을 보인다. 반면 복합 고압 탱크는 높은 중량 대비 에너지 밀도와 빠른 연료 공급 능력을 바탕으로 장거리 비행과 고출력 운용에 유리하다.
두 기술은 경쟁 관계라기보다 적용 영역이 분리된 보완적 기술로 평가된다. 소형 드론이나 도심 감시·물류용 플랫폼에는 금속수소화물 방식이 적합하며, 승객을 수송하는 UAM이나 중대형 드론에는 복합 탱크 방식이 현실적인 선택지가 된다.
향후에는 두 방식을 결합한 하이브리드 저장 구조도 연구되고 있다.
6. 드론·UAM 수소 저장 기술의 미래 전망
드론과 UAM 산업이 본격적으로 성장함에 따라 수소 저장 기술은 항공 모빌리티 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소가 될 것이다. 금속수소화물 기술은 소재 개발과 열 관리 기술의 진보를 통해 무게와 반응 속도 문제를 점차 극복하고 있다.
복합 고압 탱크 기술은 항공 등급 인증과 장기 신뢰성 검증을 통해 상용화 단계로 빠르게 이동 중이다. 이러한 기술 혁신은 수소 연료전지 기반 항공 플랫폼을 현실적인 대안으로 만들고 있다.
결국 드론과 UAM에서의 수소 저장 기술은 단순한 에너지 저장 수단을 넘어, 친환경 항공 시대를 여는 핵심 기반 기술로 자리 잡을 것이다.