수소 항공기 엔진, 상용화에 성공할 수 있을까?
에어버스, 수소(Hydrogen) 엔진 항공기 운항 목표년도 수정
바람과 파도의 힘, 뜨거운 태양빛으로 전기를 만들어 사용하는 '재생에너지' 세상에 살고 있다. 웬만한 가전제품이나 자동차도 이제는 새로운 에너지원으로 움직일 수 있다.
'지하와 해저에서 캐낸 시꺼먼 액체(원유)' 에너지원에서 자연이 인류에게 무상으로 주는 에너지원으로 전환되는 세상이다. 그러나, 최고로 발달한 현대 문명 사회는 여전히 가솔린과 디젤, 천연가스로 상징되는 화석연료(Fossil Fuel)를 필요로 한다.
철강석을 녹이고 정제하여 쇳물을 쏟아내야 하는 거대한 용광로, 중공업 분야의 거대한 터빈과 초대형 모터, 비행고도 10,000미터에서 평균 시속 800km 이상을 내야 하는 항공기 엔진 등 상당한 힘(마력)이 요구되는 산업분야에서는 여전히 '기름'이 필요하다.
롤스로이스(Rolls Royce), 수소 항공기 엔진 개발에 성공하다
롤스로이스 최고급 리무진 차량 Phantom 시리즈 (Image: Rolls Royce 웹사이트 화면 캡처)한국인들은 영국의 '롤스로이스(Rolls Royce)'를 최고급 자동차 회사로 만 알고 있는 경향이 있다. 그러나, 롤스로이스는 '항공기 엔진 개발 및 생산' 전문 기업이기도 하다.
1차 세계대전(1914-1918)과 2차 세계 대전(1939-1945)을 거치는 동안, 영국과 동맹국들의 전투기에 장착되는 항공기 엔진을 이 회사가 전담하면서 항공기 엔진 개발분야에서 위치를 확고히 했다.
미국 보잉사의 항공기 엔진을 폭넓게 제작 및 공급하고 있는 회사는 GE(General Electric)이다. 이와 경쟁하고 있는 유럽의 '에어버스' 항공기 엔진의 약 63% 이상을 공급하는 회사가 '롤스로이스'이다. 가장 큰 여객기로 알려진 '에어버스 A-380' 엔진은 '롤스로이스'가 100% 독점 공급한 것이다.
롤스로이스 항공기 엔진의 세계 시장점유율은 2025년 1월 현재, 운항중인 항공기의 약 33%를 차지하고 있으며, 향후 납품 예정인 항공기 엔진 예약 주문 잔고의 약 46%를 차지하고 있다.
롤스로이스에서 개발한 항공기용 수소 엔진, 2023에 테스트를 완료했다 (Image: Rolls Royce 웹사이트 화면 캡처)새로운 에너지 전환시대를 맞이하여, 롤스로이스는 그 동안의 축적된 엔진개발 기술을 확장하여 2022년 11월에 AE 2100-A 국내선 항공기 엔진을 이용한 '수소 엔진 지상 테스트에 성공'하였다. 1년 뒤인 2023년에 수소 항공기 엔진 개발을 마무리하였다.
현재는 항공사인 '이지젯(easyJet)'과 협력하여 자체적으로 개발한 수소 엔진을 여객기에 적용하는 테스트를 진행 중이다.
'에어버스'(AirBus), 수소 항공기 운항 목표년도 수정
에어버스가 추진하고 있는 탑승객 100명 규모의 중형 프로펠러 수소항공기 ZEROe 이미지. (Image: Airbus.com 화면 캡처)'에어버스(AIRBUS)'의 기술력으로 인해, 자동차보다 훨씬 고출력이 필요한 수소 엔진 항공기도 가까운 미래에 정식 운행을 시작할 것으로 예상된다.
에어버스는 "제로이(ZEROe)" 라는 수소 엔진 항공기를 선보였다. 1차 발표시에는 2035년에 정식 운항을 목표로 각종 테스트를 진행하다가, 최근 운항 목표 연도를 2050년으로 수정하였다.
전기 자동차와 달리 현재의 중형 여객기 규모의 수소항공기가 2025년 8월까지도 상용화되지 못한 가장 큰 원인으로는, 이륙과 비행에 필요한 초고속 출력량을 충족시키는 기술과 인프라가 충분히 갖추어지지 않았기 때문이다.
에어버스가 테스트에 성공한 1.2메가와트(MW) 규모의 고출력 수소 엔진 (Image: Airbus.com 화면 캡처)무게 230톤에서 300톤 사이의 중형 여객기 규모의 상업용 항공기 이륙에 필요한 최소 이륙 속도는 시속 250~300 킬로미터이다.
에어버스 항공사는 2023년에 이 속도 기준을 초과하는 가장 까다로운 기술인 1.2메가와트(MW)의 출력을 달성함으로써, 마침내 세계 항공 엔진 개발 역사에 새로운 이정표를 세웠다.
그러나, 아직도 가야할 길은 여전히 멀다. 에어버스가 우선적으로 상용화 예정인 모델은 현재의 장거리 여객기에 대부분 사용되는 제트 엔진이 아닌, 전기 프로펠러 항공 운항 시스템을 채택했다.
수소를 연료로 사용하는 항공기 엔진이 초고속 출력 모터를 회전시키면서 프로펠러가 돌아가는 방식의 여객기에 적용될 예정이다. 1차로 비행거리 300km 이하의 단거리 운행 여객기에 먼저 적용될 것으로 보인다.
기존 항공기와 달리, 수소 엔진으로 운행하는 비행기는 하늘을 날면서 오로지 '물' 만을 배출시키므로 대기오염이 전무하다. 현재의 항공기는 가솔린 보다 휘발성이 더 높은 항공유(Jet A, Jet B, Jet Propellant 등)를 사용하고 있으며, 1회 비행에 수 백 톤이 넘는 이상화탄소가 대기 중에 배출된다.
(예시) 서울(인천공항)에서 런던(히드로 공항)까지 점보 제트 항공기(예: 보잉 747 또는 에어버스 A380)로 비행할 경우의 이산화탄소 배출량을 추정하면 다음과 같다.
서울-런던 비행 거리: 약 8,861km ~ 8,913km (평균 비행거리 8,887km)
항공유 1kg당 CO2 배출량: 약 3.16kg(IATA, International Air Transport Association, 국제항공운송협회 기준)
점보 제트기의 1시간 당 연료 소모량: 평균 11,000kg (11톤)의 연료 소모
서울-런던 직항 비행 시간: 약 12시간 26분 ~ 14시간 30분 (평균 13.5시간)
점보 제트기의 일반적인 승객 수: 보잉 747-400은 416석, 에어버스 A380은 525석 (평균 450명으로 계산, 좌석 등급 혼합)
서울-런던 편도 항공기 총 연료 소모량 = 13.5 시간 * 11,000 kg/시간 = 148,500kg
서울-런던 편도 항공기 CO2 총 배출량 = 148,500 kg * 3.16 kg CO2/kg 연료 = 469,260 kg CO2 (즉, 약 469.26 톤의 이산화탄소가 배출)
1인당 CO2 배출량 = 469,260 kg CO2 / 450명 = 약 1,042.8 kg CO2/인(1명의 여행객이 약 1.04 톤의 이산화탄소 배출)
결론적으로, 평균 비행시간 약 13.5시간 기준으로 총 469.26톤(ton)의 이산화탄소가 배출되며, 승객 1명 당 이산화탄소 배출량은 1.04톤이다. 요즘 발행되는 항공권을 잘 살펴보면, 여행목적지까지의 1인당 이산화탄소 배출 용량이 표시되고 있다.
에어버스 항공사가 추진 중인 '수소 허브 공항 구조도' (Image: Airbus.com 캡처)에어버스(AIRBUS)는 수소 항공기와 더불어 공항 내의 주유소처럼 비행기에 수소를 공급할 수 있는 완전한 '수소 공항' 네트워크 형성도 병행하고 있다. 미국의 델타(Delta) 항공과 이지젯(easyJet), 그리고 에어 뉴질랜드(Air New Zealand) 등 다수의 항공사가 이 프로젝트에 참여하고 있다.
에어버스는 비록, 기존 2035년에서 2050년으로 수소 엔진 중형 항공기 운항 목표를 수정하였지만, 비행기를 최초로 발명한 라이트 형제와 같은 과감한 도전은 지속적으로 이루어질 것으로 예상한다.
한국도 오랜 동안 항공기 제작 기술 향상 노력의 결과, 공군 전투용 비행기 KF-21 국산화에 성공하였다. 인공위성 발사를 위한 발사체(로켓) 국산화 100%에 성공에 이은 쾌거이다. 그러나, 핵심 기술 중 하나인 전투기 엔진의 100% 국산화는 아직도 험난한 여정을 남겨놓고 있다.
2025년 6월, 롤스로이스가 국산 전투용 비행기 KF-21에 엔진 기술 이전을 포함한 사업제안을 한국 정부에 공식적으로 해 왔다는 뉴스를 접한다. 현재 보잉사가 KF-21 전투기 엔진을 공급하고 있는 가운데, 엔진 공급망이 추가로 확대가 된다면 독점 공급에 따른 폐해도 예방할 수 있으니 한국에 나쁠 것은 없다고 판단된다.
가까운 미래에는 단순 배터리를 사용하는 드론보다 비행시간이 비약적으로 길어지는 '수소 연료를 기반으로 하는 무인 전투기(드론)' 개발도 국내 기술로 완성되기를 희망해 본다.
<참고자료 Reference>
Rolls Royce, Our Stories, “Rolls-Royce hydrogen research project sets new world industry first with key milestone success“, 2023-09-25,
Rolls-Royce | Rolls-Royce Hydrogen video from Boscombe Down, YouTube, 2023-04-03,
Theo Legget, “Rolls-Royce tests a jet engine running on hydrogen“, BBC, 2022-11-28,
Aerospace Global News, 'The state of the commercial engine market in 2023' AeroTime Editorial, 'Pure power: The world’s largest aircraft engine manufacturers', 2025-01-15
Laura M. “Goodbye to airplanes as we know them—this is what Airbus’ ZEROe will look like, the first hydrogen-powered aircraft that will revolutionize the world“, UNION RAYO, 2025-05-19,
Tim Hepher, 'Airbus postpones development of new hydrogen aircraft', Reuters, 2025-02-08
이명신 기자, “‘생산 경험’ 한화 vs ‘기술 역량’ 두산…항공엔진 국산화 각축“, 뉴스토마토, 2025-04-22,
고일환 기자, "KF-21 전투기 엔진에 롤스로이스를"…英, 한국 상대 로비전', 연합뉴스, 2025-06-23
