롤스로이스와 파트너인 이지젯(easyJet)은 2030년대 중반부터 협동체(Narrow-Body, 단일통로 기종) 시장 부문을 포함해 다양한 항공기에 동력을 공급할 수 있는 수소 연소 엔진 기술 개발을 선도하고 있다.

이와 함께 롤스로이스는 영국 러프버러 대학(Loughborough University) 및 독일 항공우주센터인 DLR(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt)과 협력해 수소를 항공 연료로 이용하는데 중요한 엔진 기술을 입증하고, 상당히 의미 있는 또 하나의 성과를 기록했다.

쾰른에 위치한 DLR에서 수행된 100% 수소로 동작하는 펄 700(Pearl 700) 엔진의 완전 환형 연소기(Annular Combustor)에 대한 테스트 결과에서 연료가 최대 이륙 엔진 추력에 해당하는 조건으로 연소될 수 있음이 입증됐다.

이러한 성과는 연소 과정을 제어하는 첨단 연료 분사 노즐의 성공적인 설계에서 비롯됐다. 수소는 등유보다 훨씬 더 뜨겁고, 빠르게 연소되기 때문에 이와 관련된 중요한 엔지니어링 과제를 해결해야만 한다. 새로운 노즐은 연료의 반응성을 관리하기 위해 공기와 수소를 점진적으로 혼합하는 새로운 시스템을 사용해 화염(Flame)의 위치를 조절할 수 있었다. 롤스로이스는 해당 연소기의 작동 가능성 및 배기가스 배출 모두 기대치에 부합하는 것으로 확인했다.

각 노즐에 대한 초기 테스트는 최근 업그레이드된 러프버러 대학의 테스트 시설과 쾰른에 있는 DLR에서 중간 압력으로 수행됐으며, 이후 쾰른의 DLR에서 전체 압력에 대한 최종적인 연소기 테스트가 이뤄졌다.

롤스로이스가 개발중인 수소 연료 항공기 엔진

한편 이지젯과 롤스로이스는 지난해 영국 보스콤 다운에서 세계 최초로 친환경 수소를 이용해 현대식 항공 엔진인 AE2100을 성공적으로 구동하는 성과를 수립하기도 했다.

최근 진행된 이러한 테스트를 통해 수소 프로그램의 연소 요소에 대한 원리를 정립할 수 있게 됐으며, 현재는 연료를 엔진으로 공급하는 시스템을 엔진에 통합하기 위한 연구가 계속되고 있다.

롤스로이스의 그라치아 비타디니(Grazia Vittadini) CTO는 “이는 짧은 시간 안에 달성한 놀라운 성과이다. 연소 과정을 제어하는 것은 수소를 미래의 진정한 항공 연료로 만들기 위해 업계가 해결해야 할 핵심 기술 과제 중 하나”라며 “우리는 이를 해결하고 계속 발전시킬 수 있는 토대를 마련했다. 이러한 이정표를 달성하는데 헌신과 지원을 아끼지 않은 이지젯과 러프버러 대학 및 DLR에 감사의 인사를 전한다”고 밝혔다.

이지젯의 요한 룬드그렌(Johan Lundgren) CEO는 “수소는 단거리 항공의 미래를 개척하는 핵심이다. 이번에 달성한 성공적인 테스트 및 성과를 통해 수소 연료를 실현하는데 점점 더 가까워지고 있음을 입증했다”며 “이는 탄소중립 로드맵에서 제시한 야심 찬 목표를 달성하는데 중요한 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.

러프버러 대학의 연구 및 혁신 부문 부총장인 댄 파슨스(Dan Parsons) 교수는 “러프버러 대학의 NCCAT(National Centre for Combustion and Aerothermal Technology)는 파트너들과 함께 수소 연료를 활용한 첨단 항공우주 연료 분사 노즐에 대한 획기적인 테스트 및 개발을 지원하게 돼 매우 기쁘게 생각한다. 이는 탄소중립 항공을 향한 중대한 발전”이라고 말했다.

DLR의 항공분과 위원회 임원인 마커스 피셔(Markus Fischer)는 “DLR의 수소 테스트 역량을 통해 이러한 독보적인 성공 사례에 기여할 수 있게 돼 매우 기쁘게 생각한다. DLR의 추진체계 기술 연구소(Institute of Propulsion Technology)의 다양한 장비를 이용해 연소 기술을 안정화하고, 이러한 기술 여정을 지원하는 과정은 매우 흥미로운 일이었다. 이는 복잡한 응용 연구 분야에 대한 DLR의 역량을 다시 한번 입증한 것으로, 지상 기반 가스터빈에 대한 실증 테스트 경험이 바탕이 됐다”고 설명했다.

러프버러 대학 및 DLR에서 테스트 된 이 기술은 차기 테스트 단계인 펄 엔진에 대한 완전한 가스 수소 지상 테스트를 준비하고 있는 롤스로이스와 이지젯의 보스콤 다운 테스트 연구에 통합될 예정이다.

이지젯과 롤스로이스는 이 기술을 비행에 도입하기 위한 공동의 목표를 기반으로 향후 액체 수소를 이용한 펄 엔진의 완전한 지상 테스트를 수행할 계획이다.

롤스로이스는 영국 항공우주 기술 연구소(Aerospace Technology Institute) HyEST 프로그램과 독일 LUFO 6 WOTAN 프로그램, 유럽연합의 청정 항공(Clean Aviation) CAVENDISH 프로그램을 통해 수소 연구에 대한 지원을 받고 있다. 러프버러는 HyEST와 CAVENDISH의 파트너이다. DLR은 WOTAN과 CAVENDISH의 파트너이다. 이지넷은 협동체 항공기용 수소 연소 엔진 기술 개발을 지원하기 위해 투자하고 있다.