청정·탄소 제로·무공해 재생 가능 에너지인 수소 에너지는 높은 에너지 밀도, 다양한 제조 방법, 깨끗한 제조 및 사용 과정의 특성을 가지고 있다. 미래의 궁극적인 대체 에너지원 또는 에너지 매체로 꼽히는 수소 에너지는  발전 전망이 넓고 응용 잠재력이 크다.

최근 몇 년간, 수소 에너지 산업은 전 세계적으로 빠르게 성장하고 있으며 수소 에너지를 대표로 하는 저탄소·청정 에너지를 통한 전력 및 동력 공급이 발전 추세로 자리 잡고 있다. 현재, 중국에는 4만 킬로미터의 비전기화 철도가 있으며 녹색 및 탄소 제로 특성을 가진 수소 동력 철도 교통 장비의 개발을 추진하는 것은 ‘이중 탄소’ 목표를 달성하기 위한 중요한 발전 방향 중 하나다.

2022년 초, 철도 교통 산업의 녹색·저탄소 전환의 물결 속에서, 중처창커(中車長客)는 세계 최초의 수소 동력 도시 열차 프로젝트 입안과 연구 개발 작업을 시작하였으며, 다양한 철도 교통 분야의 연구 개발 인력을 모집하여 대규모 연구 개발 디자인 팀을 구성하였다.

중처창커 신기술연구부 신종 에너지 연구실 스레이(石磊) 실장은 “열차 프로젝트 설계 초기에는 국내외에 참고할 만한 프로토타입이 없어 개발에 어려움을 겪었다”고 말했다.

조속한 연구 개발 돌파구를 찾기 위해 스레이는 팀원들과 함께 3개의 연구소조로 나누어 한달 동안 전 세계적으로 기술 탐색과 제품 조사를 실시하였으며 이를 토대로 3가지 수소 동력 도시 열차의 차량 구조, 수소 에너지 장치 선택 및 배치 방안을 구상해냈다.

3개의 방안 중 어떤 것이 최선일가? 어떻게 세계 최초의 수소 동력 도시 열차의 첫 설계안을 정할 것인가? R&D팀은 곧바로 분석 작업에 돌입하여 차량 중량 분포, 축 중량, 동력 성능, 모드, 공기 저항 등 주요 특성을 하나씩 분석했다. 결국 1주일 동안 밤낮없이 검토한 끝에 분산형 집적 하이브리드 차량의 전반적인 기술 구조 방안이 최선책으로 떠올랐다.

스레이는 “하이브리드란 수소 에너지로 차량을 구동하거나 혹은 전기 에너지로 차량을 구동할 수 있을뿐만 아니라 이 두 에너지를 동시에 사용하여 차량을 구동할 수 있는 시스템이다”며 “차량의 동력 수요를 충족시키고 하이브리드 에너지 소비를 줄이기 위해 연구팀이 인공지능 기반 전력망 실시간 조정 최적화 전략을 토대로 차량 동력원과 부하 특성을 결합해 조정한 결과 독자적인 온라인 에너지 관리 제어 전략을 개발했으며 이를 통해 최소 10%의 에너지 소비를 줄일 수 있었다”고 밝혔다.

1년 가까운 연구 개발 모색과 기술 난관 극복을 거쳐 2022년 12월 28일, 중처창커는 독자적으로 개발한 세계 최초의 수소 동력 도시 열차의 탄생을 세상에 알렸다. 2년 동안 중처창커는 세계 최초의 수소 동력 도시 열차의 수소 동력 시스템 및 주요 부품의 내구성, 고온 및 저온, 진동, 전자기 호환성, 방화 안전 등의 시험 검증을 완료한 후 속도 등급별 에너지 소비, 항속 거리, 신뢰성, 견인, 제동 및 동역학 등의 차량 시험을 추가로 진행했다. 시험 결과 모든 지표가 차량 설계 요구에 부합하고 차량 성능 지표는 국제 선두 수준에 도달했다.

올해 3월 21일, 중처창커는 창춘에 있는 철도 열차 시험 라인에서 세계 최초의 수소 동력 도시 열차의 시속 160킬로미터의 만재 운행 시험을 마쳤다. 테스트 결과에 따르면, 열차의 실제 주행 거리 1킬로미터당 평균 에너지 소비량은 5kWh에 불과하고 최대 항속 거리는 1,000킬로미터 이상에 달한다. 이번 시험은 세계 최초로 시속 160키로미터의 수소 열차의 전체 시스템, 전반적인 상황, 다단계 성능 검증을 수행한 것으로 수소 동력 철도 교통 분야에서 획기적인 진전을 의미한다.