토요타, 연료전지기술을 철도차량에 적용한 '하이브리드 열차' 공개

현재 자동차업계에서 수소연료전지(Fuel Cell) 분야를 선도하고 있는 기업은 대한민국의 현대자동차다. 하지만 이에 맞서 수소연료전지 분야에 적극적으로 뛰어들고 있는 기업이 두 군데 더 있으며, 두 곳 모두 일본의 자동차 기업이다. 그 중 하나는 클레러티 시리즈로 유명한 혼다기연공업, 그리고 현대자동차보다 한 발 늦게 양산형 수소연료전지 자동차 미라이를 내놓은 토요타자동차(이하 토요타)다.

그런데 이 토요타가 자사의 연료전지 기술을 자국의 철도 차량에 투입한다는 소식이 전해졌다. 이 프로젝트는 동일본여객철도(이하 JR동일본)와 히타치제작소(이하 히타치) 등 3개사의 공동 프로젝트로 진행된다.

토요타는 "세계가 지속 가능한 사외의 실현을 목표로 하는 가운데, 대량수송수단인 철도 또한 청정에너지로 주행시킬 수 있는 차세대 철도차량이 요구되고 있다"며, "수소를 에너지원으로 삼는 혁신적인 철도차량의 개발을 통해 지구 온난화 방지와 에너지 다양화를 이루어 '탈(脫)탄소 사회'의 실현에 공헌하고자 한다"고 밝혔다.

새롭게 개발될 신개념 하이브리드 철도차량은 히타치와 JR동일본이 공동으로 개발한 철도용 하이브리드 구동시스템 기술과 토요타의 수소연료전지 기술이 결합되어 완성된다. 3사는 먼저, 연료전지 하이브리드 철도차량의 기술실증을 위해 2량 1편성으로 짜여진 시제차량을 먼저 개발한다. 시제차량의 이름은 히바리(Hybari)로 명명되었다. 히바리는 '종달새'를 의미하는 일본어이기도 하지만, '혁신적인 수소 하이브리드 철도차량(HYdrogen-HYBrid Advanced Rail vehicle for Innovation)'이라는 의미를 담고 있다는 것이 토요타 측의 설명이다.

외관은 수소연료전지의 화학반응에서 최종적으로 생성되는 '물(H2O)'을 연상시킬 수 있도록 파란색 물보라를 이미지화한 데칼로 꾸며진다. 로고 디자인 또한, 일본에서 '봄'을 상징하는 종달새의 이미지를 형상화하고 있다.

본 시제차량은 연료전지 장치에서 생성된 전력을 메인 회로에 전력을 공급할 리튬-이온 축전지와 보조전원장치, 그리고 구동륜과 직결된 전력변환 장치에 각각 공급하는 구조로 짜여져 있다. 이 중에서 토요타가 공급하게 되는 연료전지 장치는 고압으로 충전된 수소를 산소와 결합시켜 전력을 생성하는, 일종의 발전기 역할을 한다. 즉, 별도의 송전선과 펜타그라프를 통해 전력을 공급 받는 일반적인 전기철도와는 전혀 다른 개념을 가지고 있는 것이다. 

하이브리드 철도의 시제차량 히바리는 60kW 용량의 고체 고분자형 연료전지 4기를 탑재하고 있으며, 메인 회로에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리는 120kWh 용량 2기가 탑재된다. 연료전지의 발전을 위한 고압수소저장 탱크는 최고 70MPa(대기압의 약 700배)의 압력으로 충전되어 있으며, 51리터 용량의 탱크 20기로 이루어져 있다. 히바리는 100km/h 최고속도로 주행할 수 있으면서 1회 완전 충전 후 최대주행거리는 약 140km를 목표로 하고 있다. 

토요타의 연료전지기술이 결합된 신개념 철도차량 히바리는 2022년 3월, JR동일본의 쯔루미선과 난부선 일부 구간에서 기술실증시험을 진행할 예정이다.