한국철도기술연구원(원장 한석윤, 이하 철기연)은 철도분야 기술개발과 함께 철도안전·표준화·철도정책과 물류기술연구개발 국책연구기관이다. 국내 25개 과학기술연구기관 중 물류분야에 특화된 기술개발을 하는 정부출연기관은 철기연이 유일하다. 철기연 산하 미래교통정책본부에는 화물운송과 물류기술개발을 담당하는 물류기술연구팀이 있다.
김영주 철기연 박사는 딥러닝으로 화물을 인식해 피킹*하는 기술, 실내 자율주행기술 등을 개발했다. ‘환경부하 저감을 위한 친환경고효율 말단배송 기술개발’ 과제를 총괄하고 있는 김영주 철기연 박사를 만났다.
* 피킹(picking) : 제품을 물류창고에서 집어 꺼내는 행위.
▎이번 과제 배경은올해 ‘고부가가치 융복합 물류배송·인프라 혁신기술 개발사업’의 특징은 크게 △라스트마일 배송 △물류센터 내 자동화 △물류활동이 수반되는 정보에 대한 기술개발 등으로 나눌 수 있다.
이중 말단 배송시스템은 도심까지는 지하철로 들어오고 친환경운송수단으로 배송하며 말단배송이 어려울 경우 택배함이나 로봇배송시스템을 활용하는 등 여러 문제를 해결할 스토리를 짜야 한다.
▎냉동·냉장트럭 배터리 개발은
전기자전거, 전기삼륜자전거, 전기삼륜차에 사용되는 배터리는 크기가 제각각이므로 24~72V 범위 내에서 어떤 배터리를 꽂더라도 스스로 최대용량을 인식하고 충전해주는 기술개발이 필요하다.
▎압축기 용량이 1톤트럭에 집중됐는데
아직 실험 전이라 정확한 수치는 아니지만 우선 6시간 정도 운행할 수 있는 배터리를 만들 계획이다. 냉동기 내부온도를 처음 30℃에서 2시간 이내에 –0℃까지 떨어뜨리고 4시간을 더 이동하는 것이 목표다. 보통 배터리가 10kWh라면 D.O.D(Depth of Discharge)를 20% 잡고80%만 사용한다.
상용화를 가정하고 진행된 실험에서 10kWh 배터리에서 8kWh를 사용, 시간당 1.3kWh 사용하는 결과를 도출할 수 있었다. 냉매는 에너지효율성을 따져 국내 상용화과정에서는 R404A냉매를 적용할 생각이다.
이번 연구를 통해 배터리 충전스테이션과 함께 관제시스템을 만들고 미터계산이나 월 구독료 등 충전과금체계도 필요하다. 과금체계 가운데 관련 법이나 제도가 마련되지 않아 관련시험방법이나 인증도 함께 추진할 계획이다.
현재 배터리충전스테이션 구축을 준비 중이지만 배송일정이 급할 때를 대비해 배터리 교체방식도 염두에 두고 있다.
보통 일반 전기자전거의 배터리는 1kWh가 안 된다. 수소연료전지도 테스트할 계획으로 적재함에 배터리를 장착해 박스를 교체하는 방식으로 구상하고 있다.
연차별로는 △1차연도 설계 △2차연도 주요 부품제작 △3차연도 부품조립△4~5차연도 테스트베드 순으로 진행된다. 테스트베드는 서울교통공사와 함께 지하철역사를 활용한다. 부산시와는 물류정책과가 따로 있으며 부지 제공도 약속했다. 업체는 △쿠팡 △매쉬코리아 △롯데글로벌로지스틱스와 함께할 예정이다.
냉동·냉장 적재함이 1톤트럭을 중심으로 구성되는 점도 개선해야 한다. 트럭용량에 따라 △1톤트럭 △1.5톤트럭 △2톤트럭 등의 냉동용량도 달라지고 압축기 크기와 방식이 다르지만 국내 냉동·냉장트럭 대부분이 사용하는 1톤트럭으로 적재함을 설계하는 실정이다.
▎추진전략과 체계는
1톤트럭을 기준으로 설계되는 이유는 우리나라의 냉동·냉장트럭 중 다수가 1톤트럭으로 운용되기 때문이다. 압축기는 시중에 나온 소형압축기를 사용하는데 현재 2개 회사 제품을 선택했다. 적재용량이 7㎥인 1톤트럭으로 에너지소모량을 계산했을 때 목표는 시간당 총 2kWh 이하지만 1kWh까지도 생각하고 있다. 압축기는 콘덴서 쪽으로 올리고 스크롤압축기를 탑재할 계획이다.
▎적정 적재량과 시간산출 기준은
적재함은 냉동기용량에 따라 시스템구성도 달라지고 차량이 커지면 구조적 특징이 달라야하기 때문에 개발에는 시간이 필요하다. 운송되는 적재물품이 냉동·냉장 적재함에서 6시간 정도 보존될 수 있으면 충분할 것으로 보인다.
적재량 50kg은 CJ대한통운·마이크로풀필먼트사와의 논의에서 운송 한 번에 적재물품 최소 15개, 개당무게는 대략 1.2~1.5kg을 기준으로 계산해 50kg으로 정했다. 적재함크기도 보통 택배트럭이 8㎥에 300개 정도 들어가는 것으로 추산했다.
공조시스템 설계제어기술개발은 1톤탑차에 적용할 횡형 스크롤압축기를 사용하고 이를 통한 전체 시스템을 확인해 만들고 에너지를 덜 소모하는 팬을 적용한다.
협력업체와 함께 시제품제작을 시작할 것이고 스마트트레일러는 에코브가 맡는다. 냉동·냉장분야는 내년까지 기술개발을 통해 양산업체를 선정할 계획이다.
▎컨소시엄 구성과 업무분담은
이번 과제는 철기연과 함께 △ECCOV(에코브) △KEMA(한국스마트이모빌리티협회) △KCL(한국건설생활환경시험연구원) △알통(Alton) △선광 엘티아이 △명지대 등이 참여했다.
철기연은 전기기반 냉동·냉장적재함 기술개발과 작업자추종형 트레일러 기술개발을, 에코브는 모빌리티개발을, 현대자동차협력 역량확보를, KEMA는 국내 모빌리티분야 표준과 자문활동을 담당한다.
또한 KCL은 모빌리티개발 제품 시험·인증방법 설계와 성능평가를, 알통은 자전거·전기자전거와 개인형이동장치 기획 및 개인형 이동장치 생산능력 확보를, 선광 엘티아이는 신재생에너지·전력전자기술개발 역량·전문인력 확보 및 전기이륜차 배터리교체형 충전스테이션 시범사업과 기술교류를, 명지대는 전력전자시스템 개발전문연구실 협력 등을 맡는다.
국토부는 2023년 이후부터 택배차량증차는 전기차, 수소차 등 친환경차량으로만 면허를 내줄 계획이다. 현재 전기포터는 52~53kWh 배터리로 200km 가량 운행할 수 있다. 냉동기도 전력을 소비하기 때문에 냉동기 운영을 위한 새로운 기술개발이 필요한 상황이다.
