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현재 글로벌 관심사들 중 대표적인 것은 '친환경 에너지' 다.

전기 에너지는 현재 농기계 분야에서 가장 보편적으로 활용되는 친환경 에너지이입니다. 전기 에너지는 배터리에 저장된 에너지를 사용하거나, 수소연료전지 등을 사용하여 다른 에너지원으로부터 생산하는 방법을 통해 얻을 수 있다. 전기 모터는 친환경 에너지원 농기계의 핵심 부품으로서, 공급받은 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 역할을 한다. 

또한 전기 모터는 저속에서 높은 토크를 출력할 수 있어, 자동차에 비해 낮은 속도에서 주요 작업을 수행하고 높은 토크를 요구하는 농기계에 적용 시 이점을 갖게 된다. 농기계 관련 해외 주요 기업은 이러한 전기 모터를 기반으로한 다양한 농기계 개발 및 상용화에 많은 인력과 예산을 투입하고 있다. 

최근 국내에서도 산·학 협력을 통해 친환경 에너지원 농기계 관련 원천기술 확보를 위한 연구가 많이 수행되고 있다. 농기계의 높은 대기오염 기여도, 지구 온난화 등 환경 문제의 대두, 배출가스 기준 강화와 같은 현 상황을 고려할 때, 친환경 에너지원 농기계의 등장은 필연적이라고 보면 될 것 같다. 

친환경 에너지원 농기계는 내연기관 기반의 농기계 시장에 새로운 패러다임을 가져올 것으로 기대되며, 본격적인 보급은 향후 몇 년 뒤로 예상된다. 친환경 에너지원 농기계의 보급은 완성차의 성능 테스트 및 검증 기준 정립, 농촌 지역의 전기 충전소 보급, 친환경 에너지원 농기계 구입 보조금 정책 등의 과제를 해결하면 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

글로벌 농기계 시장 기준의 친환경 에너지원 농기계 기술력의 현주소는 어디쯤인가. 

미국과 유럽 등 세계 주요 농기계 선진사에서는 전동화에 대한 연구를 진행하고 있으며 현재는 배터리 기술의 한계로 100마력 이하의 중소형 트랙터에 초점을 맞추고 있다. 일본의 구보타는 ‘LXe-261′ 모델을, 영국의 CNH는 ‘T4′ 모델을 각각 공개하였으며 미국의 애그코(AGCO)도 ‘e100′ 모델을 2024년에 양산을 계획하고 있다. 

전 세계 1위 농기계 회사인 존디어는 2016년에 전기 트랙터를 공개한 적 있으나 작업 시간 1시간, 충전 시간 3시간이라는 약점 때문에 큰 반향을 얻지는 못했다. 최근에는 전선으로 전기를 공급하는 전기 트랙터 ‘그리드콘(GridCON)’을 개발해 시험 중에 있다. 

국내는 아직까지 일부 전기 농기계에 대한 연구만 진행된 실정이다. LS엠트론(주)는 전기모터·리튬인산철 배터리 기반의 하이브리드 트랙터를 세계 최초로 2016년 양산에 성공했고, (주)대동은 농기계 분야 최초 전기 트랙터에 대한 연구를 수행했으며, 현재 한국전력 전력연구원 및 KT 등 총 10개 기관과 전동 농기계 개발을 위한 협력 체계를 구축하고 전기 트랙터, UTV, 상용차 등에 대하여 활발히 연구 중에 있다.

(주)TYM은 전기모터·리튬이온배터리를 이용한 50 KW급 전기구동 트랙터를 개발하는 등 소형 트랙터의 전동화가 주로 연구되고 있다.

충남대학교서 연구개발하고 있는 수소 트랙터 관련 제품에 대한 소개를 부탁한다. 

충남대학교에서 현재 개발하고 있는 수소트랙터의 핵심부품은 수소파워팩, 모터 및 변속기로 구성되는 E-파워트레인, 그리고 차량의 메인 골격이 되는 차량의 프레임이다. 수소 파워팩은 수소탱크로부터 수소를 공급받아 발전한다. 수소와 산소를 이용하여 전기 에너지를 얻고, 이를 이용하여 차량을 구동한다. 

현재 개발중인 1차 시제품에는 수소탱크는 약 200L 크기의 탱크가 총 3개가 배치돼 있다. 수소를 약 6 kg 정도 저장할 수 있으며, 1회 충전 시 최대 4시간 정도 작업이 가능할 것으로 예측된다. E-파워트레인은 모터 및 변속기로 구성된다. 모터는 주행모터 및 PTO (Power Take-Off)로 구성된다. 주행모터는 2단으로 구성되는 부변속부로 연결되어 차량휠을 구동시키는 역할을 하고 있으며, PTO 모터는 PTO 구동축과 직결되어 작업기에 동력을 전달하여 작업기를 구동시켜주는 역할을 하고 있다. 

주행모터가 연결되는 부변속부는 작업단수(1단)와 주행단수(2단)으로 구성된다. 고토크를 필요로하는 작업을 수행할 때(쟁기 작업 등)는 부변속부를 작업단수로 설정하고, 고속을 필요로 하는 작업(운반 등)을 수행할때는 부변속을 주행단수(2단)으로 설정하여 운용하면 별도의 변속없이도 작업을 수행할 수 있다. 마지막으로 차량의 프레임은 수소파워팩등을 용이하게 배치하기 위해 풀프레임 방식으로 새롭게 설계됐다. 

기존의 국내 제조사들의 트랙터는 엔진과 변속기를 연결하여 메인 차체로 사용하였는데, 이는 수소트랙터의 부품을 배치하기에는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 수소 트랙터에 적합한 풀프레임 타입의 프레임을 설계했고, 이번 시제품에 적용될 예정이다. 

다양한 친환경 에너지원 중에서도 왜 수소 에너지를 농기계에 접목시키려 했는가. 수소와 전기는 어떠한 차이가 있는가. 

수소의 에너지밀도는 전기배터리에 비해 높은 수준이며, 충전시간 역시 배터리보다 짧다. 현재 중소형 트랙터 설계 시 배터리를 배치할 공간이 충분하지 않아서, 차량 구동에 사용될 배터리를 충분히 배치하지 못한다는 문제점이 있다. 특히 높은 출력을 필요로하는 대형트랙터는 지속적인 농작업 수행을 위해서 더 많은 출력량을 필요로 하는데, 이를 충족시키기에는 전기 배터리로만 하기에는 한계가 있다. 
따라서, 이번 대형트랙터 개발에서는 에너지 밀도가 높은 수소를 기반으로 차량을 운용할 수 있도록 수소 연료전지 파워팩 기반으로 차량을 개발하게 됐다. 

앞으로의 계획은. 

앞으로 내연기관 관련 엔진, 변속기의 기술은 발전이 더딜 것으로 예상되며, 배터리와 수소 탱크 등 관련 부품은 지속적으로 고도화 될 전망으로 이에 대한 대응이 필요하다. 즉 고도화된 부품을 적용할 수 있는 농기계 제품 개발이 필요한 실정이다. 이를 위하여 전기, 수소 등의 기술이 빠르게 접목 될 수 있도록 차량 플랫폼을 개발하는 것이 시급하다고 판단되며, 관련 연구에 집중적인 투자를 할 계획이다.

그와 동시에 수소 트랙터와 전기를 포함한 친환경 에너지원 트랙터의 보급에 노력을 기울일 것이다. 성공적인 보급 확산을 위해서는 관련 충전 시설 설치 등 친환경 에너지원 트랙터를 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축해야 한다. 또한 미국 등 선진국에서는 친환경 제품 구매를 유도하기 위한 여러 정책이 수행되고 있으며, 관련해 우리 나라에서도 노후 농기계 교체 시 보조금 지원 등 국내 실정에 맞는 시스템에 대해 검토해볼 계획이다.