친환경 항공기

대폭적 탄소 감축을 위한 친환경 항공기 개발 프로젝트

Tony Velocci
10 June 2021

항공업계는 탄소 배출 감축 부문에서 상당한 진전을 이뤄냈으며, 추가 연구개발에도 힘쓰고 있습니다. 하지만 지금의 발전 속도로는 장기적인 탄소 감축 목표를 달성하기가 버거워 보입니다. 탄소절감 기술의 발전 속도가 탄력을 받으려면 어떻게 해야 할까요?

50년 전, 항공산업은 속도와 배기량을 중시한 탓에 연료 낭비가 심하고 온실가스가 많이 발생했습니다. 하지만 오늘날에는 180도 바뀌어 지속가능성과 연비에 중점을 두고 있습니다.

에어버스(Airbus)와 보잉(Boeing)에서 제작하는 제트기의 연료 연소율은 지난 50년간 70% 이상 감소했습니다. 이산화탄소(CO2)와 산화질소 배출량(NOx)은 무려 각각 80%와 90% 줄었습니다. 항공기 소음 역시 75% 줄었으며, 대부분이 첨단 엔진과 재료 기술 덕분입니다.

승객 한 명당 이동거리 기준으로 계산했을 때 결과적으로는 대형 여객기가 전체 교통수단 중 가장 친환경적입니다. 오늘날 항공업계의 CO2 배출량은 전 세계의 총 CO2 배출량의 2%에 불과합니다.

에어버스 아메리카(Airbus Americas)의 연구 및 기술 담당 부사장인 아만다 심슨(Amanda Simpson)이 업계의 현재 분위기를 전합니다. "항공업계는 기대 이상으로 신속하게 움직이고 있습니다. 신기술 부문에서 이런 현상이 특히 두드러집니다."

그러나 기후변화에 관한 파리 협정에 따라 항공업계가 탄소 배출 감축 목표를 이행하려면 2050년까지 배출량의 80%를 추가로 줄여야 합니다. 2005년 기준으로는 배출량을 절반으로 줄여야 한다는 뜻입니다. 코로나19의 여파로 항공업계가 적자에 허덕이고 있지만, 3~5년이 지나면 수요가 회복되고 증가세로 돌아설 것으로 예상됩니다. 미래에는 더 개선된 친환경 항공기가 나오겠지만, 향후 15~20년간 보급될 수천 대의 항공기를 생각하면 탄소 배출량 절감은 시급한 과제입니다.

“당초 2050년이던 계획을 앞당겨 2035년에 탄소중립 항공기를 완성하고자 합니다.”

브루노 르 마이르(Bruno Le Maire) 프랑스 기획재정부 장관

모든 기체 제조사가 친환경 솔루션을 찾고 있습니다. 보잉의 경우, 장기적으로 지속가능한 성장을 실현하겠다는 취지 하에 777-200 기종에 50가지 연료 효율 기술을 테스트하는 ‘에코데몬스트레이터(ecoDemonstrator)‘ 프로젝트를 2012년부터 2019년 말까지 진행한 바 있습니다.

보잉 관계자의 말에 따르면, 보잉은 이 프로그램에 여전히 관심을 쏟고 있으며, 여러 플랫폼에 걸쳐 테스트를 추가로 실시하면서 혁신의 수준을 높이고 보다 지속가능한 비행을 만들어나갈 예정입니다.

발전 속도의 가속화

항공업계는 이러한 프로젝트를 통해 환경 오염율을 연평균 1~1.5%씩 줄이고 있지만, 롤스로이스(Rolls-Royce)CTO 폴 스타인(Paul Stein)은 이러한 노력이 여전히 부족하다고 지적합니다. "현재 항공업계는 순수 CO2 배출량을 충분히 줄이지 못하고 있습니다. 더욱 더 분발해야 합니다."

에어버스의 심슨(Simpson)의 의견도 마찬가지입니다. "장기적인 성장곡선 추세를 보면 업계가 2050년까지 목표를 달성하기는 어려울 것으로 보입니다. 혁신에 더욱 주력해야 합니다.”

코로나19와 여행금지 조치로 항공업계가 침체를 겪고 있는 가운데, 12년 내 수소 항공기 개발 계획을 발표한 프랑스 정부 (Image © Bruno Saint-Jaimes, courtesy of Airbus)

프랑스 정부는 지속가능한 솔루션 개발에 박차를 가하기 위해 더 많은 기술 개발에 투자할 예정입니다. 그 일환으로 더 가벼운 에어로다이내믹(aerodynamic) 기체를 도입하는 한편, 민간 항공기가 최단 경로로 비행하고, 연비를 개선하며, 승객 비행 거리당 탄소 배출량을 줄일 수 있도록 차세대 항공교통 관리시스템을 배치할 예정입니다.

특히, 새로운 유형의 연료가 주목받고 있습니다. 기체 및 엔진 제조사인 에어버스, 보잉, 다쏘 에비에이션(assault Aviation), GE, 롤스로이스, 사프란(Safran), 레이테온 테크놀로지(Raytheon Technologies)가 2009년 체결한 지속가능성 협의를 기반으로 연료 개발을 위해 함께 협력하고 있습니다.

호주 캔버라에서 열린 ISABE(International Society for Air-Breathing Engines) 컨퍼런스에 연사로 나선 롤스로이스의 CTO 폴 스타인은 강조했습니다. "지금은 지속가능한 연료 사용량을 늘리기 시작해야 할 때이며, 이를 권장하는 문화가 하루빨리 정착돼야 합니다"라고 강조했습니다.

보잉의 CTO 그렉 히슬롭(Greg Hyslop)도 촉구합니다. "지속가능한 연료를 개발할 수 있도록 석유산업도 보상 제도를 지금 당장 마련해야 합니다."

아직 초기 단계이긴 하지만, 비행의 일부분을 도울 수 있는 수소 연료 전지도 개발 중입니다.

프랑스 정부의 경우, 수소 항공기 에어버스 A320 후속 모델 개발을 위해 3년간 약 19조(150 유로 또는 170 달러) 투자하여 친환경 기술 연구를 지원할 계획입니다.

80

The percentage reduction in carbon emissions that the aviation industry must achieve by 2050 to do its share in reducing emissions under the Paris climate change agreement.

브루노 르 마이르(Bruno Le Maire) 프랑스 재정경제부 장관이 목표를 전합니다. "당초 2050년이던 계획을 앞당겨 2035년에 탄소중립 항공기를 완성하고자 합니다.” 업계 경영진들은 2030년대 중반부터 기존의 제트 엔진 사용을 중단하는 것은 현실성이 없다고 말합니다. 그러나 전례 없이 많은 R&D 비용이 민간 항공기의 탈탄소화에 투입되면서 실현 가능성이 높아지고 있습니다.

수소의 항공 연료 사용에 관한 6개월간의 연구를 마치고 2020 6월 발표한 맥킨지 조사에서는, 어렵긴 하겠지만 2035년까지 탄소중립 항공기 개발이 가능하다는 결론을 내렸습니다. 이 연구는 대부분의 항공기에는 액체 수소가 더 적합하다는 판단에 따라 진행됐습니다.

독일 정부도 수소가 민간 항공기의 탈탄소화에 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다. 독일 정부는 항공기 추진 시스템과 하이브리드 전기 비행기에 수소를 사용할 것을 권고하는 '국가 차원의 수소 전략'에 약 8조원(68억 유로 또는 77억 달러)를 투자하고 있습니다.

프랑스와 독일의 탈탄소화 프로젝트는 서유럽 산업의 탈탄소화 및 디지털화를 가속화하기 위해 ’청정수소연맹(Clean Hydrogen Alliance)’을 출범시킨 유럽연합 집행위원회(European Commission)의 계획과 일맥상통합니다.

안전한첨단 기술 개발

지속가능한 연료 개발만이 항공업계의 유일한 관심사는 아닙니다. 주요 항공사들은 전기 및 하이브리드 전기 경비행기와 시연용 대형 비행기에 관심을 쏟고 있으며, 실제로 기대 이상의 성과를 거두고 있습니다.

2017년 에어버스와 롤스로이스는 배터리와 전기 모터 등 항공기의 미래를 책임질 신기술이 기존의 항공기 작동 방법을 개선할 수 있다는 점을 인식하고 있었습니다. 결과적으로 두 회사는 ’E-Fan X’라는 프로젝트를 시작하고 아쉽게도 이는 2020년 초에 중단됐습니다. 하지만 심슨은 이 프로젝트에서 얻은 값진 교훈으로 중기적 차원에서 '지속가능한 항공기'라는 과제를 해결할 수 있다고 강조합니다. "2030년대 중반까지 무탄소배출 항공기를 만드는 것이 목표입니다."

심슨은 항공기의 탈탄소화를 긍정적으로 바라보면서도 에어버스가 신기술을 성급하게 적용하지는 않을 것이라도 덧붙입니다. “우리가 하는 모든 일에서 안전이 최우선입니다.”

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