택배 수요 증가로 인한 도시 내 교통정체와 이로 인한 환경오염물질 배출 등의 현안 해결을 위해 도심 물류 전 과정에 걸쳐 친환경성을 확보할 수 있는 친환경 말단배송 장비들이 개발되고 있어 귀추가 주목된다.
전방에 적재함 위치 ‘백피츠’ 스타일 ··· 틸팅 기능 탑재 배터리 교체 용이
최고 시속 25km 주행거리 50km 화물적재 50kg 언덕등판 15% 연구 ‘목표’
최근 택배 수요 증가로 인해 도심 교통정체와 미세먼지, 온실가스 배출 등 환경오염 문제가 사회적 문제로 대두되고 있는 가운데 이를 개선하기 위한 다양한 방안들이 모색되고 있다.
하지만, 대안 중 하나인 전기오토바이의 경우 등판 각도와 주행거리 등이 부족해 배송기사들의 외면을 받고 있고, 배송용 모빌리티의 경우 충전에 어려움을 겪고 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 기존 냉동탑차에 탑재된 냉동기는 엔진에 연결된 압축기를 사용, 정차 시에도 냉동기 구동을 위한 연료가 소모되며 미세먼지와 대기오염물질을 끊임없이 배출하고 있는 실정이다.
따라서 풀필먼트 서비스와 도심물류전진기지 기반의 복수화물 운송을 위한 친환경 화물수송장비 기술을 비롯해 전기 기반의 말단배송 장비의 효율적인 운영을 위한 기반기술 개발이 요구되고 있다.
또한, 공유형(배터리교체형)과 비공유형(배터리탈착형) 배터리를 동시에 충전할 수 있는 새로운 형태의 충전 시스템과 냉동탑차의 냉동기 부하 최소화를 위한 기술 개발도 필요한 시점이다.
이에 철도기술연구원을 중심으로 ‘환경부하 저감을 위한 친환경 고효율 말단배송 기술’ 개발 연구가 진행되고 있다.
연구내용
이 연구는 친환경 말단배송시스템 설계와 핵심부품 개발 및 시제품 제작 연구를 비롯해 4종의 배터리 기반 친환경 말단배송 시스템과 다종의 배터리 충전시스템 기술 개발 연구, 개발 기술의 성능검증과 테스트베드 구축 등을 중심으로 진행되고 있다.
이 같은 연구를 통해 화물용 전기자전거 등 4종의 말단배송기술과 충전 시스템을 선보일 예정이다.
세부적으로 살펴보면, ‘화물용 전기자전거’는 다수 화물을 배송하기 위한 전기자전거로, 적재함이 전방에 위치한 백피츠(BAKFIETS) 스타일이다. 틸팅 기능을 탑재하고 있어 조향이 편리하고, 배터리 교체도 용이하다.
연구진은 최고속도 25km/h, 주행거리 50km, 화물적재 50kg, 언덕등판 15% 등의 목표 달성을 위해 동력전달 시스템과 구동용 모터, 모터 제어기 개발 연구와 함께 배터리 교체형 에너지공급 시스템 개발 연구를 진행하고 있다.
그동안의 연구를 통해 화물용 전기자전거 디자인을 비롯해 일반 자전거와 동일한 조향성과 주행 안정성을 확보할 수 있는 국내 최초의 역삼륜 틸팅 적용 프레임 구조를 개발했다.
시작품 제작과 주요 성능시험을 수행하며, 최대속도와 최대 주행거리, 등판성능과 제동성능, 적재하중 등 목표치 달성에 성공했다.
이후 지난 2023년 1월부터 11개월 간 경북스마트그린물류 규제자유특구 내에서 실증을 추진, 2~4km 정도의 근거리에 적합한 도심형 친환경 복합수단 배송에 특화된 삼륜형 전기자전거의 자전거전용도로 주행 실증을 마쳤다.
‘삼륜형 전기이륜자동차’는 다수의 화물을 배송하기 위한 전기 기반의 삼륜오토바이다. 적재함이 후방에 위치한 트라이크(Trike) 스타일 컨셉으로, 조향 시 틸팅되고 배터리 교체도 용이한 구조를 갖고 있다.
연구진은 화물용 전기이륜자동차 디자인과 핵심부품 개발을 완료하고, 국내 최초로 틸팅 강도와 댐핑량을 조절할 수 있는 구조를 적용했다. 최대속도 50km/h, 주행거리 100km, 화물적재 100kg, 언덕 등판 20%의 성능을 갖고 있다.
향후 심미성과 작업 효율성을 고려한 외관 개발에 나설 예정이다.
‘스마트 트레일러’는 자전거, 킥보드 등에 연결해 다수의 화물을 배송하는 트레일러로, 자체 동력을 이용해 화물 이송 시 자전거 운전자 부하를 최소화할 수 있다. 자전거 등의 움직임을 검지해 추종하는 기능도 갖추고 있다.
가볍고 강한 프레임이 적용된 이 트레일러는 PAS 기반의 4륜 이송체로, 무체인 전동드라이브를 적용, 정비성이 우수한 것은 물론 주행 안정성이 높고, 후진도 가능하다.
그동안 사용 용도별 3가지 타입의 트레일러 구조 설계와 적재함 상하차 패키지를 검토하고, 대량생산 부품을 적용한 센서모듈을 개발했다. 부품 수 최소화를 통한 가격 경쟁력은 물론 신뢰성과 양산성도 확보했다.
특히, 조향 안전성과 주행 용이성, 화물적재 용이성 등을 검증하기 위해 100kg 이상의 적재물을 싣고도 최고속도 20km/h 주행이 가능한 성능을 입증했다.
이 기술은 현재 ‘부산 에코델타시티 디지털 물류 시범도시 수립계획 최종보고서’에 친환경 말단배송장비로 반영돼 있다.
‘1톤 냉동트럭용 고효율 냉동·냉장 적재함’은 배터리 기반으로 작동하는 1톤 냉동트럭용 냉동기 및 적재함 기술로, GWP 150 이하의 친환경 냉매를 사용해 환경성을 확보하고 있다.
진공단열재(VIP)를 적용해 고단열, 고밀폐를 자랑한다. 특히, 충전 시에도 냉동기 작동이 가능하고, 원격 모니터링과 냉동기 온·오프 기능도 갖추고 있다.
연구진은 그동안 VIP와 PU를 조합한 적재함 단열성능 향상과 고강도 스킨을 적용한 적재함 경량화 연구를 비롯해 패널 접합부와 도어 프레임 등 단열 취약부에서 발생하는 열교 최소화를 위한 구조 개선 연구를 수행했다.
이후 공인 성능시험을 통해 0.2491kcal/㎡hk 단열성능을 달성했다. 이는 한국산업표준 KS R 4051 냉동탑차의 보냉성능별 분류 기준 A등급인 0.3kcal/㎡hk 이상의 단열성능을 만족시키는 수치다.
특히, 시작품 성능시험을 위해 국내 최초로 KS R 1049 냉장·냉동 자동차의 보랭 차체 성능 시험 기준을 준수하는 시험 시스템도 구축했다.
이외에도 연구진은 ‘배터리 공유형 충전 스테이션’ 개발 연구를 통해 충전 스테이션 디자인과 함께 배터리팩 충전 전력 공급시스템 설계, 다범용 충전모듈 개발 연구를 수행하고 있다.
‘말단배송 관제시스템’ 연구에서는 말단배송 편의 제공을 위한 관제시스템과 과금시스템 개발을 추진하고 있고, 말단배송장비 관련 법·제도 개선에도 나서고 있다.
인 / 터 / 뷰
배터리 사용 친환경 배송 ‘자긍’
시작품 제작 완료 실용화 박차
한국철도기술연구원 김영주 책임연구원은 “현재 택배와 같은 말단배송의 경우 택배회사별로 도심 외곽에 마련한 서브터미널에서 1톤 디젤트럭을 이용해 도심 내로 화물을 배송하고 있다”고 말했다.
이어 “이 과정에서 트럭에서 배출하는 배기가스로 인한 대기오염과 배송을 위한 정차 등에 따른 도심 교통정체 등 다양한 문제가 발생하고 있다”고 밝혔다.
이 같은 문제 해결을 위해 진행 중인 이번 연구에서는 도심 내 주요 물류 전진기지에서 화물을 고객 문 앞까지 배송하는 말단배송 기술 개발이 집중적으로 이뤄지고 있다.
김 박사는 “현재 역사와 같은 도심 내 물류 전진기지에서 고객의 문 앞까지 말단배송을 하기 위한 배송장비 개발에 집중하고 있다”며, “이 장비는 기존 화석연료 기반의 배송장비와 달리 배터리를 사용한 친환경 배송수단”이라고 소개했다.
이어 “현재 개발 중인 말단배송 장비 중 화물용 전기자전거는 PAS로 운전자가 페달을 밟으면 모터가 작동해 운전자의 부하를 덜어준다”며, “역삼륜형 디자인으로 앞쪽에 다수의 화물을 적재할 수 있고, 부드러운 좌우 회전을 위한 틸팅기술이 적용돼 있다”고 설명했다.
삼륜형 전기이륜자동차는 뒤쪽에 화물을 적재할 수 있는 장비로, 원활한 조향을 위한 틸팅기술을 적용했다.
김 박사는 “일반 자전거나 킥보드 등에 연결할 수 있는 스마트 트레일러는 자체 동력으로 인해 운전자가 작은 힘으로도 화물을 배송할 수 있다”며, “VIP를 이용해 단열성능을 획기적으로 높인 고효율 냉동·냉장 적재함은 지구 온난화 지수가 낮은 냉매를 사용한 환경친화적 냉동시스템”이라고 말했다.
스마트 트레일러 독일 전시회 출품 수출 기대감
현재 연구진은 4가지 말단배송 장비 시작품 제작을 완료하고, 실용화를 위한 고도화 연구에 전념하고 있다.
김 박사는 “화물자전거의 경우 지난 2023년 김천시 규제자유특구에서 실제 도로를 주행하며 실증을 마친 상태로, 지난해 열린 국토교통기술대전에서 선보인 바 있다”며, “스마트 트레일러는 국토교통기술대전은 물론 독일에서 열린 세계적인 모빌리티 전시회인 유로바이크에도 출품하며 향후 유럽으로의 수출을 위한 발판을 마련했다”고 밝혔다.
이어 “향후 개발 기술의 상용화를 통해 실제 물류현장 적용에 나설 계획”이라며, “이를 위해 다양한 환경에서 실증을 진행하고, 문제점 발굴과 보완에 나설 예정으로, 현재 다양한 형태의 말단배송서비스 제공 기업들과 현장 적용에 대한 논의를 진행하고 있다”고 소개했다.
끝으로 김 박사는 “개발 기술의 국내 적용은 물론 한발 더 나가 유럽 등 해외 진출도 목표로 하고 있다”며, “연구개발에 참여하고 있는 기업들과의 협력을 통한 해외 전시회 참석, 해외 말단배송서비스 업체들과의 실증 등을 전개하며 해외 진출을 추진할 계획”이라고 덧붙였다.
