1. 전기 비행기와 에너지 효율의 과제
전기 비행기 기술은 지속 가능한 항공 산업을 위한 핵심으로 자리 잡고 있지만, 아직 가장 큰 과제는 에너지 효율성의 극대화다. 특히 배터리 용량의 제약, 무게 문제, 장거리 운항의 어려움 등은 전기 항공기 상용화의 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해 최근 주목받고 있는 기술 중 하나가 바로 에너지 회수 시스템(Regen System)이다.
자동차 산업에서는 오래전부터 활용되어 온 회생 제동 기술(Regenerative Braking)이 항공 분야에서도 가능성을 타진하며 기술 개발이 진행 중이다. 이 기술은 항공기의 하강 또는 감속 과정에서 손실되는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리에 다시 저장함으로써, 전체 에너지 사용 효율을 개선하는 방식이다.
2. 회생 제동 시스템이란 무엇인가?
회생 제동 시스템은 모터가 구동기를 돌리는 방식의 일반 작동 모드와 반대로, 구동 기계가 모터를 돌리게 되는 순간에 전기 에너지를 생성하여 다시 저장하는 기술이다. 즉, 전기 모터가 발전기로 작동하게 되는 구조다. 이 방식은 이미 전기차에서 널리 쓰이고 있으며, 감속 시마다 에너지를 회수해 배터리 충전을 돕는다.
항공기에서는 이착륙 중 특히 하강 단계에서 회생 제동이 가능하다. 예컨대 글라이더처럼 중력에 의해 하강하면서 프로펠러가 자유 회전을 하게 될 때, 그 회전 에너지를 모터를 통해 전기에너지로 변환해 저장할 수 있다. 이는 단순히 에너지 절약 차원을 넘어, 항공기의 전체 작동 시간과 작동 효율성을 획기적으로 향상할수 있는 잠재력이 있다.
3. 실제 적용 사례와 연구 동향
현재 회생 제동 기술을 시험 적용한 대표적인 프로젝트는 NASA의 X-57 Maxwell이 있다. 이 프로젝트는 전기 항공기의 다양한 효율 향상 방안을 실험하고 있으며, 하강 시 에너지 회수를 위한 시스템 시뮬레이션이 활발히 진행되고 있다. 또 다른 사례로는 독일의 Lilium Jet과 같은 수직이착륙 전기 항공기(VTOL) 개발사들이 회생 제동 시스템을 설계에 도입하고 있다는 점이 있다.
일부 스타트업은 하이브리드 회생 시스템도 개발 중이다. 예를 들어, 항공기가 감속하는 순간 모터가 회생 제동 모드로 전환되고, 이때 저장된 에너지를 착륙 직전 배터리 충전이나 전자기 착륙기어 작동 등에 사용할 수 있도록 설계하고 있다.
4. 회생 제동의 적용 한계와 기술적 도전
물론 항공 분야에서 회생 제동 기술의 도입은 자동차보다 훨씬 복잡하다. 첫째, 비행기는 대부분의 시간 동안 일정한 속도로 순항하기 때문에 감속 시점이 매우 제한적이다. 둘째, 비행기의 하강은 에너지가 많이 소모되는 과정이 아니며, 회수할 수 있는 에너지양 자체가 제한적이라는 단점이 있다.
그런데도 고정익 전기 항공기보다는 도심형 항공 모빌리티(UAM)나 에어택시, 드론과 같은 단거리, 고빈도 비행 기체에서 회생 제동의 실효성이 클 것으로 기대된다. 이러한 항공기들은 이착륙 빈도가 높기 때문에, 짧은 주기로 에너지 회수가 가능하며, 배터리의 수명을 늘리는 데에도 기여할 수 있다.
5. 에너지 회수 기술의 미래 가능성
향후 전기 항공기가 고도화될수록, 단일 에너지 공급원에만 의존하지 않고 다양한 방식으로 에너지를 회수하거나 보완하는 하이브리드 에너지 시스템이 표준이 될 가능성이 크다. 회생 제동은 이러한 에너지 최적화의 중요한 축이 될 수 있으며, 배터리 관리 시스템(BMS)과 결합해 비행 중 자동으로 에너지 흐름을 제어하는 기술이 등장할 것이다.
특히 AI 기반의 자동 회생 제동 제어 시스템이 개발되면, 비행기의 하강 시점, 속도, 기상 조건을 실시간 분석해 최적의 회수 조건을 자동으로 결정하게 된다. 이는 단순한 에너지 효율을 넘어서, 전기 항공기의 전체 운영 경제성과 지속 가능성에도 긍정적인 영향을 미칠 것이다.
결론: 미래 전기 항공기의 에너지 전략 핵심, 회생 제동
전기 비행기의 회생 제동 기술은 아직 초기 단계지만, 전기 모빌리티가 점차 항공 영역까지 확대됨에 따라 빠르게 주목받고 있는 분야다. 지금까지는 도로 위의 전기차가 주도해 온 에너지 회수 기술이 이제는 하늘을 나는 전기 항공기로 확장되고 있으며, 효율성과 지속 가능성이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 가능성을 제시하고 있다.
결국 회생 제동은 단순히 에너지를 회수하는 기술 그 이상이다. 그것은 차세대 항공 산업의 지속 가능성을 설계하는 전략적 기술이며, 향후 친환경 항공 시스템 구축의 핵심 요소로 자리잡을 것이다. 에너지를 소비하는 비행에서, 에너지를 생산하고 재활용하는 비행으로의 전환—바로 그 중심에 회생 제동 시스템이 존재한다.