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수소연료전지 드론 최근 연구동향

김호영, 김진영* (KIST 수소연료전지연구센터) 2022-03-07

2050 탄소중립 계획에 발맞춰, 전지구적으로 기후변화 문제에 대응하기 위한 환경규제를 강화하고 있다. 이러한 환경 규제를 극복하고 미래 여러 분야의 지속가능한 성장을 이끌 수 있는 핵심 기술은 온실가스 감축이다. 현재 산업 공정, 제조업, 건물, 수송, 폐기물 처리 등 다양한 부문에서 화석연료로부터 생산한 전력을 이용하고 있으며, 이 과정에서 대량의 온실가스가 배출되고 있기 때문에, 신재생에너지와 수소 연료전지 기술 등 친환경적인 에너지 생산에 대한 관심이 급부상하였다.

특히, 수송 부문에서는 기차, 트럭, 버스, 승용차, 선박 등 다양한 이동수단에 화석연료를 사용하지 않는 친환경 에너지를 활용하는 위한 사업들이 진행되고 있으며, 그 중 일부는 실용화 단계에 이르기도 했다. 최근에는 항공 부문에서도 친환경 에너지의 중요성이 대두되고 있는데, 연간 9억 톤 이상의 CO2가 배출되기 때문이다. 이는 수송 부문 전체에서 발생되는 CO2 배출량의 11%이며, 전 세계 에너지 관련 CO2 배출량의 2.5%에 해당하는 양으로서, 항공 부문에서의 그린에너지 사용이 매우 중요함을 시사한다.

그러나, 항공기는 에너지밀도가 높은 동력원을 필요로 하며, 현재는 항공기의 요구 조건을 만족시킬 수 있는 동력원이 부족하기 때문에, 그린에너지 기반의 항공기 구동은 도전적인 기술이다. 항공 산업이 2020년 이후 꾸준히 연 3~4% 성장을 이어갈 것으로 전망되는 가운데, 현 상태가 유지된다면 2050년 탄소 배출량은 2 배 이상 증가할 것이다.

이에, 전기에너지를 이용해 구동하는 전기비행기 산업이 주목받고 있다. 전기비행기 산업은 종래에는 군사 및 정찰 목적용으로 활용되어 왔으나, 점차 통신, 물류, 농업, 엔터테인먼트 등 다양한 산업으로의 활용가치가 확대되고 있다. 특히, 사람이 직접 비행체에 타지 않고 원격에 의하여 작동되는 무인항공기인 드론은 현재 농업, 촬영, 건설 등의 산업이나, 경찰, 소방 등 공공목적으로 많이 이용되고 있으며, 단순 레저용으로도 널리 보급되고 있다.

드론은 수직적인 이착륙이 가능하고, 기체구조가 단순하기 때문에 개발이 용이하여 다양한 형태로 개발되고 있다. 전기 드론 산업은 4차 산업혁명을 주도할 핵심 동력으로 인식되고 있으며, 세계 상업용 드론 시장은 연평균 15%의 고성장이 기대되어 2026년에는 200억 달러를 넘을 것으로 예측된다(Fig.1).

국내에서도 물류운송 드론(2025년), 1톤급 자율비행체(2030년) 개발 등의 구체적인 로드맵을 제시하며 발전 정책을 발표하는 등, 드론 산업을 혁신성장을 선도할 수 있는 사업으로 지정하고 적극적인 활성화 정책을 추진하고 있다. 이에 따라, 2024년까지 50kg 이상의 화물을 수용하고 50km 이상 운송할 수 있는 비행체를 개발하는 것이 주요 과제로 떠오르고 있다. 이를 달성하기 위해 가장 필수적인 것은 비행체의 동력원을 개선하는 것으로, 현재 주로 이용되고 있는 리튬 폴리머 배터리는 항공기 장착 시 무게를 많이 차지하고 에너지 밀도가 한정되어 있기 때문에 비행 시간이 10~30 분으로 제한되어 있다. 짧은 비행 시간은 각종 현장에서의 임무 수행에 걸림돌이 되고 있기 때문에, 드론의 활용 가능성 확대 및 지속적 수요증가에 대응하기 위해서는 이를 필수적으로 개선해야 한다.

새로운 성장 산업인 드론 산업은 본래의 목적이었던 정보 수집, 정찰, 전쟁 등 군사적인 영역을 넘어서 물류 서비스, 자연 재해 지역 촬영을 통한 재난 예방과 산불 감시, 언론, 방제, 작물 모니터링, 원격 감지, 자원개발, 레저 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 2015년 국내 온라인 쇼핑사이트 쿠팡 및 G마켓에서 전년도 대비 드론 매출이 2~3배에 달하며 매해 증가하는 추세를 보이고 있다.

또한 항공우주연구원에서도 2022년까지 천 대 이상의 드론 수요가 발생할 것으로 예상하고 있다. 현재 전 세계 상업용 드론 시장의 94%는 중국이 장악하고 있으며, 농업용 드론은 일본 제품의 점유율이 높은 반면 국내 기업의 산업 경쟁력은 매우 낮은 편이다. 이에 2015년 국가과학기술위원회에서 2023년까지 2,600억 원을 투자해 우리나라를 드론 강국으로 만들겠다고 발표하였고, 2025년까지 세계 시장 점유율 10%, 매출 15조원 달성을 위해 본격적인 산업 육성을 추진할 예정이다.

Teal Group에서는 2022년 즈음에는 국내 드론 시장이 군용을 중심으로 하여 5억 달러 수준까지 성장할 가능성이 있다고 전망하였고, 국토교통부에서 발표한 보고서에 따르면 국내 드론 시장은 향후 15년간 약 1조6200억원 이상의 규모로 성장할 것으로 기대되고 있다.

드론 산업은 대표적인 융복합 산업으로서, 기술적 성장을 위해서는 다양한 과학기술과 IT의 총체적인 발전이 요구된다. 현재 주요 도전과제로 꼽히는 것은 체공 시간 연장, 기체의 경량화, 운용 및 제어기술 및 영상처리 기술 개발 등이며, 체공 시간 연장은 드론의 임무 수행 확장을 위해 가장 핵심적인 기술이다. 체공 시간은 기체의 중량에도 크게 영향을 받기 때문에 이 두 가지 기술은 상호 연계될 수 있으며, 동시에 해결할 수 있는 방안은 고효율 동력원을 개발하는 것이다.

현재 동력원으로 이용되는 배터리는 중량이 크고 에너지 밀도가 상대적으로 낮기 때문에 비행체의 장기 비행에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 임무 수행에도 어려움이 많다. 드론의 운용은 임무 지역까지 이동한 후, 주어진 임무를 수행하고 다시 복귀하는 모드로 구성되는데, 임무 수행 시간은 일반적으로 총 비행 시간 중 50% 정도를 차지하게 된다.

현재 민간 드론 시장의 60%를 점유하고 있는 세계 최대 드론 기업인 중국 DJI 사의 대표적인 제품인 ‘인스파이어’도 최대 비행시간이 18분에 불과하여, 임무 수행 시간은 사실상 10분 미만이다. 미국 아마존 사에서도 드론 배송 사업을 준비 중이지만, 배터리의 무거운 중량과 짧은 구동 시간으로 인해 운송 적재량 및 수송 거리의 한계가 존재한다. 드론의 짧은 구동 시간은 또한 국내에서 발생한 2015년 해운대 재난 구조용 드론 추락 사건의 원인이 된 바 있다. 이외에도, 리튬 배터리를 사용하는 드론은 충전시간이 60~90분으로 상당히 오랜 시간의 충전이 필요하며 100 회 이상 충/방전 시 성능이 크게 떨어진다는 단점도 가지고 있다.

이러한 맥락에서 배터리보다 에너지 밀도가 높고 중량이 작은 수소연료전지를 드론의 동력원으로 활용하려는 연구가 진행되고 있다. 경량화된 연료전지 드론은 임무 수행에 필요한 비행시간을 늘리고, 수송물의 탑재 중량을 증가시킬 수 있어 드론의 사용 영역을 더욱 확대할 수 있을 것으로 각광받고 있다. 연료전지의 높은 에너지 밀도는 드론의 비행시간은 2배 이상 연장시킬 수 있는데, 이는 단순히 임무 효율을 2배 늘리는 것 이상의 효과를 가진다.

드론의 운용 방식을 생각해 볼 때에 임무수행 지역까지 이동 및 복귀하는 시간이 같다고 가정하면, 비행 시간이 2배로 증가할 경우 임무 시간은 3배로 증가하게 되어 3배 이상의 부가가치를 창출할 수 있다. 또한, 연료전지 드론은 10분 이내에 수소의 충전이 가능하기 때문에 항공기 운영 비용을 크게 절감할 수 있다.

동력원 교체 시간을 정확히 측정할 수 있기 때문에 배터리 기반 드론에서 종종 발생하는 기체 추락 사고 등을 예방할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 연료전지 기반 드론이 확립될 경우, 드론이 물류 수송 및 재난 안전에 활용되며 사회 각 분야에 대해 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라 시장의 규모도 성장의 가속화를 맞을 수 있을 것이다. 현재 싱가폴의 호라이즌퓨얼셀社에서 경량화된 고분자전해질 연료전지(PEMFC)를 이용하여 드론을 비롯한 무인항공기를 개발하고 있으며 높은 수준의 기술을 보유하고 있으나, 아직 전세계적으로는 PEMFC 기반 드론 발표 사례가 많지 않아 공격적인 투자가 필요하다. 다음 장에서 연료전지 드론 개발이 필요한 방향들에 대해 자세히 논의한다.

산업연구원(KIET)의 2016년 ‘무인 이동체 산업의 국내 역량분석 및 정책 방향’ 보고서에 따르면, 현재 우리나라의 드론 분야 기술 수준은 세계 7위 수준으로 비교적 낮은 편에 속한다. 기술적 역량을 논하게 앞서 정책적인 이슈에 대해 간략히 소개하자면, 드론과 같은 무인 이동체의 특성상 관련 인프라 및 법·제도 여건의 중요성이 매우 높다. 그러나, 국내 체제는 드론 강국으로 꼽히는 중국, 미국, 일본 등의 국가와 비교했을 때 상대적으로 미비한 편에 속한다. 수소 관련 인프라 및 제도 또한 보완이 필요하기 때문에, 이 부분은 꾸준한 성장과 발전이 필요할 것이다.

2010년대부터 국내 주요 전기항공기 기업들이 상업용 드론 개발에 본격적으로 착수하며 및 시장을 개척하기 시작했기 때문에, 기술 수준이 빠르게 향상될 수 있을 것이라고 사료된다. 2010년에 설립된 엑스드론은 주력 상품인 재난 분야 드론을 넘어 최근에는 키덜트 시장을 목표로 고급 소형 드론을 개발 중이며, 군수용 전기항공기 분야에 특화된 유콘시스템은 농업용 드론 시장 공략에도 적극적으로 참여하고 있다. 이와 같이 국내 제품들의 꾸준한 출시는 제도적 지원의 확장을 이끌 수 있을 것이다.

기술적인 관점에서, 현재 연료전지 드론 개발에 있어 가장 중요한 키워드는 고출력과 경량화이다. 드론은 1 kW 이상의 고출력이 필요한데, 2011년 한국재료연구소에서 연료전지 무인항공기를 개발하여 시연한 바 있으나 중량 및 체적이 커 실용화에 연계하기 어렵다는 단점이 있었다. 이후 출력밀도가 높은 고성능 연료전지 기반의 드론에 대한 필요성이 대두되었고, 한국항공대와 한국과학기술연구원(KIST)의 주도로 100W급 소형 무인 항공용 연료전지 시스템을 제작하고, 연료전지 시스템 시연까지는 성공하였으나, 드론에 적용하기 까지는 시기상조였다. 현 국내 최고 수준의 연료전지 출력밀도는 두산 DMI의 소형 드론 연료전지 파워팩의 350W/kg 수준으로, 여전히 중장거리 항공용 모빌리티에 적용하는 것은 불가능하다. 이를 위해서는 스택의 고효율화, 운전장치의 경량화, 콤팩트화, 모듈화 기술개발을 통해, 궁극적으로는 정격출력밀도 1 kW/kg 이상의 연료전지 시스템을 개발해야 한다.

또한, 연료전지 경량화는 드론 적용성을 크게 향상시키면서도 고출력 달성에도 기여할 수 있는 효과적인 전략이다. 연료전지는 막-전극 접합체, 가스확산층, 캐소드&애노드 분리판, 엔드 플레이트 등으로 구성된 수소 연료전지의 단위전지를 수백 여 장 직렬로 적층한 스택이라는 형태로 이용하는데, 일반적으로 스택이 연료전지 구성품 중 가장 무거운 부품에 해당하므로 시스템의 경량화를 위해서는 각 구성품들의 사용량을 줄이거나, 조금 더 밀도가 낮은 소재로 대체하는 방안이 필수적이다.

특히, 스택 구성품 중 엔드 플레이트와 분리판이 가장 큰 중량을 차지하므로 이 두 부품의 중량을 절감하는 것이 스택 경량화의 핵심이다. 경량 분리판 연구의 일환으로 국방과학연구원(ADD), 현대엔지니어링, KAIST에서 코팅된 마그네슘 기반의 경량 분리판을 개발하기도 하였고, 한국타이어에서도 2014년 탄소 재료, 바인더용 수지, 강도증가를 위한 첨가물질을 이용한 혼합기술, 복합체 제조기술 및 금속 분리판 가공기술을 개발한 바 있다. 이 외에도 연료전지의 막-전극 접합체의 핵심소재인 전해질막의 박막화 또한 추가적인 경량화의 전략으로 꼽히고 있는데, 박막전해질막의 경우 연료전지 성능 향상을 통한 출력 밀도 증대에도 크게 도움이 될 수 있어 중요성이 높다.

국내에서는 현대, 한화, 두산 그룹 등의 대기업이 중심이 되어 드론용 연료전지시스템을 이용한 전기 추진체, 파워팩 시스템을 활발히 개발하고 있다. 연료전지 드론 제품은 중소·중견 기업에서도 연구개발을 통해 다양한 제품을 출시하고 있다. 한화 그룹은 미국 개인 항공기 전문 기업 오버에어社를 인수하여 연료전지 기반 항공용 모빌리티 개발을 추진하고 있다. 특히, 한화에어로스페이스社에서는 오버에어社의 항공기 기체 개발 시기에 맞추어 자체적으로 연료전지기반 전기 추진체를 개발하고 있으며, 산업자원부 과제를 통해 국내 최고 수준의 출력밀도를 갖는 연료전지 추진체의 실증을 진행하고 있다.

또한 두산 그룹 내에서 연료전지 기반 파워팩 전문 업체인 두산모빌리티이노베이션社(DMI) 또한 '2021 드론쇼코리아' 등에서 자체적으로 개발한 수소연료전지 드론 신제품 'DS30W'를 공개하여 2시간 이상의 체공 성능을 보였다. DMI는 최적화된 탄소섬유 와인딩 기술을 적용해 2 kW, 3 KW 급 연료전지를 위한 파워팩을 개발하여 양산 중에 있다. 이 파워팩은 350 bar의 압력으로 수소 충전이 가능하며, 누구나 쉽게 수소 용기를 탈부착할 수 있는 퀵커플러 형태를 적용하여 사용자의 편의를 도모하였다. DMI가 개발한 드론용 수소연료전지팩은 장시간 비행 이외에도 약 10분 이내의 간편한 충전과 함께 1000시간 이상의 수명을 보장한다는 장점이 있다.

또한, 두산 DMI社의 파워팩 제품은 국내 드론 업체인 자이언트드론(GD)社의 연료전지 드론에도 이용되는데, 지난 2016년 GD 사에서 개발한 알바트로스 p1200 모델은 1 시간 이상의 체공 시간을 보여 우수성을 입증했다. 당시 알바트로스 제품은 3 L 급 수소용기에 300 bar로 압축된 수소를 이용했으며, 이후 개량을 거듭하여 10L 급 수소용기에 350 bar로 압축된 수소가 충전되어 사용된다.

현재 알바트로스 체공시간은 100분을 넘어섰으며 30 km 이상의 비행도 가능하다. GD社에 따르면 최대 2시간 이상도 가능하고, 액화수소를 적용할 경우 110 시간도 체공 비행이 가능하다고 한다. 알바트로스 모델은 초기화재 감지가 가능한 열화상 장비가 장착되어 있고, 목적지까지 충돌회피 비행이 가능하기 때문에 산불감시용 드론 실증 사업에도 투입될 예정이며, 국토교통부 무인기 시범 사업에도 참가하여 관련 법·규제 사항 발굴 및 드론 상용화 자체에도 큰 도움이 될 것으로 전망되고 있다.

이를 확장하여, GD社는 현재 산업자원부 과제를 통해 4시간 이상의 장기 체공 및 100 km 이상 원거리 비행이 가능한 인명구조용 고정익 연료전지 드론을 개발하고 있다. 또한, 국내 액화수소 전문기업인 하이리움산업은 액화수소를 연료로 하는 드론을 개발하여, 최초로 5시간 비행 시연에 성공하였다. 본 제품에는 초경량 액화수소 연료탱크 및 경량화 연료전지 스택 기술이 포함된 파워팩이 탑재됐으며, 이 파워팩은 드론에 탈부착하는 식으로 간편하게 이용할 수 있어 편의성이 높다. 특히, 하이리움 산업의 액화수소 기술은 미국 알라카이 테크놀로지社에서 선보인 항공 택시 ‘스카이(Skai)’에도 적용되어 최대 4시간, 640 km를 비행할 수 있을 정도로 높은 수준을 갖췄다.

해외의 경우, 미국의 아마존은 배달용 드론을 개발하여, 캐나다 브리티시콜롬비아주에서 ‘프라임에어’ 시스템을 시험하고 있다. 이 시스템은 소형 드론을 사용하여 물류창고에서 30분 이내의 단거리에 물건을 배송하는 것으로, 2015년부터 꾸준히 시행하고 있다. 구글은 신재생에너지 기반 드론 전문 업체인 ‘타이탄 에어로스페이스’를 인수하여, 장기적으로 재난 현장에 의약품, 구호물품을 전달하고 온라인 연결이 되지 않는 지역에 인터넷 신호를 전달하는 드론의 개발을 추진하고 있다.

또한, 영국의 Intelligent Energy社, 싱가폴의 Horizon Fuel Cell Technologies社, 캐나다의 Hydrogenics社, 중국의 BCH社 등에서 드론 시장을 겨냥하여 연료전지 경량화 기술을 개발하고 있으며, 연료전지 드론 출시경쟁에 우위를 점하고 있다.

2015년 싱가포르 기업 ‘호라이즌언맨드시스템’社는 4시간 연속 비행이 가능하며, 1 kg 중량의 화물을 실은 상태에서도 2시간 30분을 체공할 수 있는 연료전지 드론 ‘하이콥터’를 발표하였다. 본 제품의 특징은 로터와 본체를 지지하는 구조 자체를 수소 탱크로 이용하여 드론 본체 구성의 컴팩트화를 성공적으로 실현했다는 것이다. 실린더 형태를 갖는 이 지지체에는 120 g의 수소 기체를 350 기압으로 주입할 수 있으며, 기존의 리튬 폴리머 배터리와 함께 하이브리드 형태로 전력을 생산한다. 현재 개발이 계속 진행되는 제품이나, 곧 시제품을 이용한 실제 비행이 가능할 것으로 기대된다.

또한, 캐나다 에너지올테크놀로지社, 러시아의 코퍼익스프레스社, 영국의 인텔리전트에너지社 등에서 1 시간 이상의 장기 체공이 가능한 연료전지 드론을 개발하여 발표한 바 있다. 이러한 드론의 발전은 장차 무인기를 넘어 항공기에도 적용될 것으로 크게 기대되는데, 2020년 12월 독일 슈투트가르트 공항에서는 120 kW 급 연료전지가 포함된 커민스社의 4인승 항공기가 공개된 바 있다. 또한, 상기한 알라카이 테크놀로지社는 하이리움산업과의 협업을 통해 세계 최초로 연료전지 항공 택시 Skai를 선보인 바 있으며, 에어버서에서도 2035년 연료전지 항공기를 위한 제로e 프로젝트를 추진하고 있다.

본 장에서는 연료전지 드론 연구개발을 위한 국내 정책적 동향 및 드론 강국들의 정책 동향에 대해 기술한다. 국내에서는 무인기 기술의 발전 및 다양한 분야에서의 활용 가능성 증대에 대응하여, 무인기 산업을 미래 신성장 동력 산업의 하나로서 육성하고, 지원하고자 하여 무인이동체 발전 5개년 계획(‘16~’20)을 심의·확정하였다. 이를 통해 미래창조과학부, 산업자원부, 국토교통부를 중심으로 다양한 사업 추진 및 지자체 별도로도 무인기 산업 육성하고 있다. 미래창조과학부에서는 무인이동체 기술개발 및 산업성장 전략을 발표하였으며, 2016년도 공공혁신조달 연계 소형 무인기 기술개발 지원사업으로 6개 과제를 선정하고 13개 연구기관을 선정하는 등 원천기술개발 중심 연구 추진하고 있다.

산업통상자원부에서는 고기능·중대형 첨단 무인기 육성 사업을 추진하며 2017년 4월까지 6개 시범사업자와 함께 전력설비 점검, 택배 등의 분야에서 시범사업 추진하고 있으며, 현재까지도 연료전지 드론을 위한 국가과제를 통해 다양한 연구개발을 지원하고 있다. 국토교통부는 항공안전기술원과 협력하여 2017년까지 15개 시범사업자와 물품수송, 산림보호감시, 시설물 안전진단, 국토조사순찰, 해안선관리, 통신망활용, 농업지원, 촬영·레저 등 8개 분야에서 시범사업 추진하였으며, 공간정보산업 활성화를 위해 무인항공기를 활용하여 2023년까지 관련 사업을 13조원 규모로 성장시킬 것이라고 발표하였다.

이외에도, 부산광역시, 대구광역시, 수원시 등 지자체를 기반으로 한 정책들이 다수 발표되고 있다. 부산광역시에서는 사물인터넷(IoT) 테스트 베드를 운영하고 있는데, 여기에 드론의 이동성을 융합하여 도시관리시스템을 단계별로 구축하는 계획을 세웠다. 대구 광역시는 드론 집적단지 조성하고 스마트 드론 기반 구축사업을 추진하고 있으며, 수원시에서는 드론 강소기업을 육성하며 드론 실외 테스트 및 장거리 옥외 테스트를 위한 환경 조성을 지원하고 있다.

미국의 경우, 방위산업 전문 컨설팅 업체 틸그룹에서 세계 드론 시장규모의 성장은 항공업계 내 새로운 시장 중 가장 빠른 수준의 성장률임을 보고한 이후 다양한 방면에서 연료전지 드론의 성장을 장려하고 있는 것으로 보인다. 틸그룹 보고에 따르면, 드론 산업은 2003년에서 2012년까지 연간 21.8 %씩 성장해왔고, 2013년 66억 달러(한화 7조원)에서 2022년께 114억 달러(13조원)로 확대될 것이며, 특히 상업용 드론은 2020년 10억달러로 증가할 것이라고 한다.

미국 연방항공청은 이에 대응하여, 현재 레저 산업 중심의 드론 시장이 이후 상업용으로 확장될 것이라 예상하며 상업용 드론 관련 가이드라인을 마련하고 있다. 아직 미국 드론 전체 시장에서도 국방용 드론이 89 %를 차지하여 상업용 드론의 비중이 낮은 편이지만, 2018년 그 비중이 14 % 이상 증가하여 현재는 1만 대 이상일 것으로 추정된다. 이에, 드론에 관한 규제를 정비하고 드론 산업 경쟁을 촉진하기 위해 제도 개선하고 있으며, 일반 레저용 드론에 대한 포괄적 규제 및 사전 허가를 엄격히 요구하고 있다고 한다.

중국에서는 “중국 국가 첨단기술 연구개발계획”에 드론 연구개발 프로젝트가 다수 계획되어 있으며, 그 중에는 해상 운송 드론을 통한 해양관측시스템 개발 계획 등 포괄적인 주제가 포함되어 있다. 과거부터 해양영토 분쟁 등 안보 목적으로 드론 사업에 공격적으로 투자하였고, 2023년까지 군사용 드론 개발에 105억 달러를 투입해 4만 1,800대 생산할 계획을 가지고 있다. 최근까지도 군사용 탐지를 위한 중·고공 무인 탐지 드론의 수요량이 지속적으로 증가하고 있다. 최근에는 상업용 무인기 시장을 주도하기 위한 정책을 시행하고 있어, 드론 산업에는 예외적으로 선(先)허용 후(後)보완 형태의 네거티브 규제를 적용함으로써, 중국 드론 기업들이 세계 상업용 드론 시장을 주도하는데 거대한 영향력을 행사하고 있다. 중국 치엔잔 산업연구원이 발표한 ‘2015~2020년 중국 무인기 산업 수요 예측 및 투자 전략 계획 분석 보고’에 따르면, 현재 중국에서 사용되고 있는 민간 상업용 드론의 수는 1만 5000개에 달한다고 한다. 이는 계속해서 성장할 것이 확실시 되고 있다.

일본의 경우, 현 시장은 농업 방제용이 대부분으로, 세계 민간 농업용 드론 시장의 80% 이상 차지하고 있다. 그러나, 점차 정비, 점검, 측량 시장 등 상업용 드론 시장으로 크게 확대되고 있는 상황이다. 시장조사기관 시드 플래닝에 따르면, 2020년 일본 내 상업용 드론, 헬기 시장의 규모는 186억 엔으로, 2015년 (16억 엔)에 비해 10 배 이상 성장하였다. 이후 2022년에는 406억 엔에 달할 전망이다. 또한, 우주항공연구개발기구(JAXA)는 원자력발전소 주변 방사선량 관측을 위해 일본원자력연구개발기구와 공동으로 소형 드론을 이용한 방사선 모니터링 시스템을 개발하고 있다. 드론 산업이 빠르게 성장함에 따라 규제완화 및 정비를 통해 상업용 드론 시장을 활성화시키고 있으며, 저출산·고령화 등 사회 문제 해결을 위한 방안 중 하나로써 산간·낙후지역의 드론 택배 상용화사업을 추진하는 등, 다양한 노력을 기울이고 있다.

기후변화에 대응하고 지속적인 성장을 위해 전기추진을 이용하는 카고 드론에서 도심항공교통(UAM)용 대형 드론까지, 새로운 항공용 모빌리티 시장이 빠르게 형성되고 있다. 드론 시장을 선점을 위해 드론의 운용시간을 늘려 임무의 영역을 확장하는 것은 필수적이며, 배터리보다 에너지밀도가 높은 친환경 연료전지 기반의 추진체 개발은 이의 핵심이다. 차세대 항공기 및 산업의 발전뿐 아니라 인류의 지속 성장을 위해 연료전지 드론의 개발은 더 이상 선택 사항이 아니다. 현재 국내 상황은 많은 부분 미비하지만, 제도적 뒷받침과 우수한 기술력을 갖춘 기업들이 꾸준한 성장을 보이고 있어 긍정적이라 판단된다. 추후 개발될 국내의 초경량 연료전지 선진 요소 기술들은 기존의 배터리 기반 드론의 한계점인 체공시간, 고중량 등의 문제점을 극복하는 데에 열쇠가 될 수 있을 것이고, 궁극적으로는 드론 산업의 국제 시장을 주도하여 우리나라의 미래 산업의 국제 경쟁력을 높이는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

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수소연료전지
체공시간
기체의 경량화
배터리
드론동력원

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정병규|2022.03.16

와! 전문적이고 알기 쉽게 쏙쏙들어오는 글이네요.

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