신선식품과 의약품 등 온도민감화물의 운송수요가 증가하면서 물류분야에서도 에너지효율이 높으면서 환경부하를 최소화할 수 있는 혁신적인 친환경 콜드체인기술이 요구되고 있다.
한국철도기술연구원 1996년 설립 이래 철도, 대중교통, 물류 전반의 기술혁신을 선도해 왔다. 현재 368명의 연구인력과 2025년 기준 연간 1,223억원의 연구예산을 바탕으로 피지컬AI기반 지능형물류, 물류안전관리, 인터모달(복합운송)기술 등 미래 물류산업의 핵심분야를 집중 연구하고 있다.
김영주 실장이 이끄는 첨단물류시스템연구실은 철도기술연구원 교통물류본부 소속으로 배터리기반 고단열 냉동트럭기술과 친환경 말단배송시스템 개발 등에서 괄목할 만한 성과를 거두고 있다. 특히 기존 냉동차량대비 에너지를 47.9% 절감하고 온실가스를 90% 이상 저감하는 등 실질적인 성과를 입증하며 국내 콜드체인산업의 친환경전환을 이끌고 있다.
김영주 실장을 만나 첨단물류시스템연구실에서 추진 중인 주요 물류기술 개발 현황과 향후 연구방향, 국내·외 철도물류 활성화를 위한 정책제언 등을 들었다.
❙ 첨단물류시스템연구실에서 진행 중인 콜드체인 관련 주요사업은
현재 주력하고 있는 콜드체인사업은 배터리로 구동하는 냉동기를 구비한 냉동트럭용 냉동기 및 고단열 적재함을 개발하고 있다. 이 기술의 핵심은 단열성능을 높여 냉동기 구동에 소요되는 전력요구량을 줄이는 것이다. 단열성능이 향상되면 냉동기를 구동하는 데 필요한 배터리 용량을 감소시킬 수 있고 이는 자연스럽게 차량무게 저감으로 이어진다.
적재함의 단열성능 측정방법이 KS에는 규정돼 있으나 실제로 측정이 가능한 곳이 없어서 직접 측정을 위한 장비 및 환경도 구현했다. 실도로 주행결과 28% 이상 소요에너지 저감과 27% 온실가스 배출 저감이 가능함을 확인했다.
❙ 2021년부터 국토부 과제로 주관하고 있는 ‘환경부하 저감을 위한 친환경 고효율 말단배송 기술개발’ 과제 진행현황은
이번 과제는 기존 1톤트럭을 이용한 택배배송방식을 친환경으로 전환하기 위한 기술개발 프로젝트다. 기존에는 도심 외곽 서브터미널에서 고객 집 앞까지 화물을 배송할 때 1톤트럭을 사용했는데 이를 친환경방식으로 바꾸기 위해 지하철역 등 도심 내 물류 전진기지에서 말단배송이 가능한 화물자전거, 화물오토바이 등 배터리로 구동가능한 말단배송장비기술을 개발하는 것이 목표다.
테스트베드에서 실증한 결과 최대 90% 이상 온실가스 저감이 가능한 것으로 나타났다.
구체적으로는 M1 화물용 전기자전거(적재용량 50kg, 이동거리 50km), M2 삼륜형 전기이륜자동차(적재용량 100kg, 이동거리 100km), M3 자전거·사람 연결 추종형 스마트트레일러(적재용량 150kg, 이동거리 50km) 등 다양한 형태의 친환경 말단배송장비를 개발했다.
❙ 과제 진행 중 가장 어려웠던 점이나 장애요인은
크게 두 가지 어려움이 있었다. 첫째는 기술적인 문제였다. 말단배송장비 구동을 위한 모터를 선정했는데 모터제작사에서 제시한 스펙이 실제와 너무 달라 원하는 만큼의 구동력(토크)이 나오지 못하는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 여러 번의 테스트와 조정과정을 거쳐야 했다.
둘째는 제도적인 문제였다. 트레일러나 화물자전거 등이 현재 법적으로 명확하게 규정돼 있지 않은 장비이다 보니 실도로 주행 등 실증을 위한 보험상품 개발 및 가입이 다소 어려웠다. 새로운 형태의 이동수단에 대한 법적, 제도적 기반이 아직 충분하지 않다는 점이 실증과정에서 가장 큰 걸림돌이었다.
❙ 향후 해당 과제와 관련해 추진할 후속연구나 정책과제는
우선 단기적으로는 국내 말단배송기업들과 협력을 통한 현장실증이 중요하다. 현재 개발기술을 적용하려는 기업들이 있어서 현장을 대상으로 실증을 협의 진행 중이다.
중장기적으로는 국제협력과 해외시장 진출을 준비하고 있다. 현재 화물자전거를 이용해 도심 내 사람을 이송하는 방안에 대해 독일, 프랑스 등과 함께 호라이즌유럽이라는 과제를 신청해 화물뿐만 아니라 사람을 이송하는 경우에도 이 기술을 사용하려 하고 있다.
국내보다 유럽 등 해외에서의 수요가 더 많을 것으로 판단돼 해외 전시회 등에도 적극 참가하고 있다. 실제로 2024년 독일 EuroBike, Korea MAT, 국토교통기술대전 등 국내·외 전시회에 시제품을 출품하고 시연했다. ‘부산 에코델타시티 디지털물류 시범도시 수립계획 최종보고서’에 친환경 말단배송장비 도입도 반영했다.
❙ ‘정온물류 운송 및 물류센터 에너지효율화 기술개발 및 실증’ 과제도 진행 중인데
이 과제는 2021년 5월부터 2026년 4월까지 한국에너지기술평가원의 산업통상부 과제로 진행 중이다.
정온물류 공급사슬의 핵심요소인 정온물류센터와 물류차량의 에너지효율화가 주요목표다. 구체적으로는 정온물류센터는 15%, 물류차량은 10%의 에너지 저감 목표를 설정했다.
기존 냉동차량은 저단열 적재함과 비효율적 냉동시스템으로 인해 에너지낭비가 심하다. 특히 도심 내 냉동차량 운행 시 냉동기 가동을 위한 공회전이 온실가스 배출을 유발하는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 물류운송차량 에너지효율화를 위한 고단열 냉동·냉장 적재함 및 배터리기반 냉동시스템 기술을 개발했다.
진공단열재(VIP)를 적용한 냉동·냉장트럭용 적재함 경량화·고강도·고단열 벽체를 개발했으며 열교 최소화 등을 위한 적재함 구조성능 향상 기술도 개발했다. 냉동·냉장적재함의 열관류율은 0.2564kcal/m²h℃로 국내 최고등급을 달성했다.
또한 국내 최초로 저단열 Low GWP(150 이하) 친환경냉매를 이용한 고효율 적재함 전용 전기냉동기 기술을 개발했는데 전기기반 횡형 스크롤압축기(행정체적 33cc, 47cc)와 BLDC 실내외 팬을 개발해 2~2.5kW의 냉동능력을 구현했다.
고단열 냉동·냉장적재함과 전기구동냉동시스템을 결합한 결과, 외부 30℃, 내부 -20℃ 조건에서 기존 냉동차량대비 일일 에너지사용량이 47.9%, 온실가스 배출량이 47.3% 감소하는 성과를 거뒀다.
❙ 철도기반 콜드체인 운송솔루션이 다른 솔루션과 다른점은
먼저 말해야 할 것은 현재 국내에서는 철도기반 콜드체인이 거의 이뤄지지 않고 있다. 가장 큰 이유는 화물을 싣는 화물열차 칸에서 전기를 공급하지 못하기 때문이다. 여객열차는 칸들이 고정적으로 연결돼 전력공급이 가능하지만 화물열차는 화물칸을 수시로 연결하고 분리하는 운영 특성상 안정적인 전력공급시스템을 구축하기 어렵다. 냉동컨테이너를 작동시키려면 지속적으로 전기를 공급해야 하는데 이 부분이 해결되지 않아 국내 철도 콜드체인이 활성화되지 못하고 있다.
반면 해외의 경우는 다양한 방식을 사용하고 있다. 중간중간에 발전차량을 연결해 냉동컨테이너를 구동하거나 배터리를 설치해 냉동컨테이너를 구동하는 방식 등이 활용되고 있다. 철도는 대량 운송이 가능하고 장거리운송에 유리하며 환경친화적이라는 장점이 있어 콜드체인분야에서도 큰 잠재력을 가지고 있다.
❙ 철도 콜드체인운송 활성화를 위한 개선방안은
가장 우선적으로 필요한 것은 화물열차에 전원을 공급할 수 있는 기술개발이다. 배터리 타입, 발전차, 자체 발전 등 다양한 방식을 검토하고 있으며 각 방식의 장단점을 면밀히 분석해 우리나라 철도환경에 가장 적합한 방식을 찾아야 한다.
기술적 측면 외에도 인프라 구축이 중요하다. 냉동컨테이너를 철도역의 컨테이너 보관구역에 임시로 두었을 때도 전원을 공급할 수 있도록 관련 설비를 갖추는 것이 필요하다. 전원공급장치, 온도 모니터링시스템 등 콜드체인운영에 필요한 기반시설이 철도물류 거점마다 구축돼야 한다.
❙ 향후 철도기술연구원 콜드체인 R&D 방향은
정온물류는 매우 중요한 기술분야다. 신선식품, 의약품, 바이오제품 등 온도에 민감한 화물의 운송수요가 계속 증가하고 있다. 동시에 친환경운송에 대한 요구도 높아지고 있기 때문이다.
철도기술연구원에서는 크게 세 가지 방향으로 연구를 추진하려 한다. 첫째 다양한 에너지원을 이용한 이송용 냉동시스템 개발이다. 배터리뿐만 아니라 수소, 태양광 등 다양한 친환경 에너지원을 활용한 냉동시스템을 연구하고 있다.
둘째 극한환경에서 정온유지를 위한 기술개발이다. 남극과 같은 극저온지역이나 사막과 같은 극고온지역에서도 안정적으로 정온을 유지할 수 있는 고단열 기술과 냉동시스템을 개발하고 있다. 실제로 개발한 고단열기술은 남극연구를 위한 컨테이너와 환경챔버에 활용되고 있다.
셋째 컨테이너 등 유닛로드기반 냉동시스템 기술개발이다. 표준화된 컨테이너를 활용해 철도, 선박, 트럭 등 다양한 운송수단간 환적이 용이한 인터모달 콜드체인시스템을 구축하는 것이 목표다.
