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전기차│내연기관 없애고 전기 모터 달았다

전기차에는 내연기관 대신 전기 모터가 들어있다. 출발 또는 가속할 때 차량 하단에 있는 대형 배터리 팩에 저장된 전기 에너지를 쓴다. 차량이 정지해 있거나, 내리막길을 내려갈 때는 관성을 이용해 운동 에너지를 발생시킨다.

❶ 배터리 팩 : 전기 모터에서 사용할 전기를 저장
❷ 전기 모터 : 배터리 팩의 전원을 사용해 차량의 바퀴를 구동
❸ 전력 전자 콘트롤러 : 배터리가 전달하는 전기 에너지의 흐름을 관리하고, 전기 모터의 속도를 제어
❹ 열 냉각 시스템 : 엔진, 전기 모터, 전력 전자 장치 및 기타 구성 요소의 적절한 작동 온도 범위를 유지
❺ 보조 배터리 : 부속품에서 사용하는 전기 공급
❻ 온보드 충전기 : 배터리 팩을 충전하는 동안 전압, 전류, 온도 및 충전 상태와 같은 배터리 특성을 모니터링
❼ 변속기 : 전기 모터에서 기계 동력을 전달해 바퀴를 구동
❽ 충전 포트 : 배터리 팩을 충전하기 위해 차량을 외부 전원에 연결하는 장치

수소차│순수한 물만 배출하는 친환경

수소차는 수소 탱크에 저장된 수소가 대기 중의 산소와 전기화학 반응을 일으킬 때 생성되는 전기를 동력으로 차량을 구동한다. 전기 생성 과정 중에 배출되는 부산물은 순수한 물이 유일하다.

❶ 연료전지 스택 : 수소와 산소를 사용해 전기를 생산하는 고분자 막(멤브레인) 전극 집합체
❷ 전기 모터 : 연료전지, 배터리 팩의 동력을 이용해 바퀴를 구동
❸ 열 관리 시스템 : 연료전지, 전기 모터, 전력 전자 장치 및 기타 구성 요소의 적절한 작동 온도 범위를 유지
❹ 보조 배터리 : 배터리가 연결되기 전에 자동차 시동을 걸 때 사용할 전기를 공급
❺ 전력 전자 콘트롤러 : 연료 전지와 배터리가 전달하는 전기 에너지의 흐름을 관리하고, 전기 모터의 속도를 제어
❻ 변속기 : 전기 모터에서 기계 동력을 전달해 바퀴를 구동
❼ 수소연료탱크 : 수소 가스를 저장해 두고 연료전지에 필요할 때 이용
❽ 배터리 팩 : 회생 제동에서 생성된 에너지를 저장하고 전기 모터에 추가 전력을 제공
❾ 연료 주입기 :  연료 디스펜서의 노즐이 차량의 충전구에 연결돼 탱크를 채움

전기항공기│하늘 위를 무공해로 난다

항공운송수단이 배출하는 이산화탄소의 양은 승객 한 명당 285g꼴로 자동차의 5배 수준이다. 2009년 국제항공운송협회(IATA)는 항공 탄소 배출량을 2050년까지 2005년 배출량의 50% 수준으로 줄인다는 목표를 세웠다. 이런 배경에서 세계 각국의 항공업체는 하이브리드 전기항공기부터 100% 전기로 운행되는 항공기까지 개발에 열중하고 있다. 
하이브리드 전기항공기는 엔진 외에 발전기를 추가로 장착해 항공기의 프로펠러, 엔진 팬을 전기 모터로 구동한다. 이륙 등에 필요한 추가 전력을 제공하기 위해 배터리를 탑재하기도 한다. 이로써 기존의 항공기가 배출하는 탄소 배출량을 최대 70%까지 줄일 것으로 기대된다.
전기만으로 운행되는 항공기도 있다. 미국 롤스로이스는 2021년 초 순수 전기항공기 ‘스피릿 오브 이노베이션’으로 지상 활주를 성공적으로 진행했다. 같은 해 7월 이스라엘 항공 스타트업 이비에이션도 최대 시속 407km의 속도로 총 814km를 날 수 있는 100% 전기항공기 ‘앨리스’를 공개했다.

❶ 연료탱크 : 발전기에 연료를 공급하는 액체 연료 저장
❷ 발전기 : 엔진을 작동시키기 위한 전기를 생산
❸ 엔진 : 배터리로 전력을 공급. 소음과 탄소 배출 없이 날 수 있음
❹ 배터리 팩 : 엔진을 구동하기 위한 전력 생성 및 에너지 저장 

수소전기트램 │지상 위를 달리는 공기청정기

트램(노면전차)은 도로에 설치한 레일을 따라 움직이는 전동차로, 승객을 대량으로 수송할 수 있다. 외부에서 전기공급이 필요한 유가선 트램과 전선 없이 배터리, 수소 등으로 운행하는 무가선 트램으로 분류된다. 전 세계 약 50개국에서 2000개 이상의 노선이 운행되고 있다. 국내에서는 1899년 처음 개통됐으나 버스 등의 다른 대중교통의 발전으로 1968년 운행을 중단했다. 
2023년 국내에서 트램이 수소전기트램으로 부활할 예정이다. 수소전기트램에 장착된 수소연료전지는 전기분해의 원리를 반대로 활용해 전기를 생산한다. 수소를 산소와 반응시키는 과정에서 전기에너지가 생성된다. 외부 공기를 포집하는 과정에서 기체 확산 원리 등을 이용해 미세먼지, 화학물질을 걸러낸다. 배출물은 순수한 물뿐이다. 철도 개발 기업 현대로템은 자동차용 수소연료전지 모듈, 수소버스용 고압 수소탱크, 철도용 리튬이온배터리를 수소전기트램에 탑재했다. 수소 42kg을 탱크에 채우면 시속 70km의 속도로 150km를 주행할 수 있다.

❶ 모터수소연료 : 전지를 통해 생성된 전력을 이용해 구동
❷ 인버터직류 : 전류(DC)를 교류 전류(AC)로 변환해 주고, 모터를 제어. 인버터에 어떤 소재를 이용했느냐에 따라 출력과 효율이 달라짐
❸ 수소연료전지 : 전기분해의 원리를 역으로 이용. 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생산하며, 순수한 물만 배출
❹ 수소탱크수소 : 42kg을 채우면 시속 70km의 속도로 150km를 주행
❺ 에너지 저장 장치 : 트램에 동력을 공급하고 남은 전기나, 감속 시 모터에서 발생한 전기 등을 저장. 트램을 기동할 때나 가속 구간 등 힘이 많이 필요할 때 활용

 수소추진 선박 │ 바다 위 탄소 배출 제로

바다 위에서도 탄소 배출을 줄이기 위한 움직임이 활발하다. 2020년 11월 노르웨이 선박 기업 하브야드는 수소엔진 추진시스템을 2021년까지 개발하고, 2023년 이후 최초의 수소추진 선박을 상용화할 것이라고 밝혔다. 
하브야드가 개발하는 수소엔진 추진시스템은 기존 선박에도 탑재할 수 있다. 연료로 쓰일 수소는 섭씨 영하 253°C 이하의 온도에서 액화해 수소탱크에 저장한다. 연료전지의 원료로 이용할 때엔 액화 수소를 증발시킨다. 3.2MW급 연료전지를 갖추고 있다.
국내에서도 탈탄소를 위한 친환경 선박 개발에 박차를 가하고 있다. 한국조선해양, 삼성중공업, 대우조선해양 등 국내 주요 조선 업계는 2021년 4월 ʻ조선업 탄소중립위원회’를 출범해 탈탄소에 대한 의지를 밝히고, 수소추진 선박, 암모니아 추진 선박 등을 개발 중이다. 암모니아는 질소와 수소의 화합물로 연소 시 물과 질소산화물을 부산물로 배출하며, 이산화탄소가 나오지 않는다. 산업통상자원부는 2020년 12월 한국형 친환경 선박(그린쉽-K) 개발 계획을 밝혔다.

❶ 수소탱크 : 수소는 밀도가 매우 낮아 액화한 뒤 압축해 저장. 수소탱크에 저장된 액화 수소는 연료공급시스템에서 온도와 압력을 조절해 연료전지 또는 연소실에 공급
❷ 연료전지 : 수소를 공기에서 얻은 산소와 반응시켜 선박의 동력원으로 사용할 전류 생성
❸ 추진장치 : 연료전지에서 얻은 에너지로 프로펠러를 돌려 선박의 추진력 생성