UAM 도심모빌리티 하늘길이 열리다(DB금융투자)

joby 트위터

UAM이란?

UAM(도심항공 모빌리티, Urban Air Mobility)은 미국 NASA에서 제시한 개념으로 도심 공중에서 화물과 승객을 안전하고 효율적으로 운송하는 시스템을 의미한다.

뉴욕 및 도쿄 등 세계 주요 도시의 메가시티화로 인해 이동 시간이 증가하고 교통 체증이 심화되는 등 이동편의성(Mobility)이 저하되는 문제를 극복하기 위해 제안됐다.

UAM은 기존 항공기 대비 낮은 300~600미터의 고도에서 비행하며, 소음 역시 63dB 이하로 낮아 소음 공해가 심각한 헬리콥터 대비 도심 내에서 활용도가 높을 수 밖에 없다.

낮은 소음 및 높은 안전성으로 인해 UAM이 이착륙하는 버티포트를 도심 내 낮은 빌딩 옥상 등에 설치 할 수 있다. 이 때문에 헬리콥터 등 다른 도심 항공 모빌리티 대비 이동편의성이 극대화되는 강점이 있다.

UAM의 또 다른 장점은 가격 경쟁력이다. UAM 도입 초기 시 예상 탑승 운임을 헬리콥터 운임과 비교하면 40~60% 저렴하다. UAM이 성숙 시장에 진입하면서 기체의 가격은 낮아지고, 운용비용도 감소하며 경제적인 강점은 더욱 더 강화 될 것으로 예상된다.

UAM이 성숙기에 진입 하면 도로의 교통 혼잡이 감소하며 매연 및 교통 체증에 따른 사회적 비용 역시 감소할 것으로 예상한다.

UAM은 크게 기체, 인프라 시스템 및 서비스로 구성된다.

기체는 수직이착륙이 가능한 전기 추진 eVTOL이 대세를 이루고 있다. eVTOL의 동력원은 운항거리와 운영 안정성 등을 결정짓는 중요한 요소다.

eVTOL에 적합한 고밀도, 고출력 배터리 팩과 연료전지 시스템 등 동력원 개발을 위한 노력이 지속되고 있다. UAM이 정해진 항로를 이탈하지 않고 안전하게 운항하기 위한 관제시스템은 인프라 시스템 중에서도 가장 중요한 부분을 차지한다. eVTOL 기체들이 이착륙하고, 승객이 승하차 하는 버티포트 역시 핵심 인프라 시설 중 하나이다.

버티포트는 기체 정비 및 유지 보수 그리고 충전 등 eVTOL 기체 운용의 핵심 거점이 될 전망이다. UAM도 결국은 항공기이기 때문에 운항을 위해서는 각 나라 및 도시의 상공을 통과해야 한다. 이 때문에 각 국가들은 항공기의 안전한 운용을 위해 ConOps (Concept of operation, 운항 기준)을 제정한다. 여기에는 도심항공교통 운항과 연관되는 공역, 운항 대수, 회귀 간격 및 환승 방식 등과 같은 개념 및 절차 등이 명시되어 있다.

각국의 UAM 개발과 ConOps 차이를 통해 UAM 시장을 준비하는 주요국의 동향을 살펴 봤다. UAM은 주요 기업들이 eVTOL 기체를 양산하는 2025년부터 본격적으로 서비스가 시작될 예정이다.

산업 초기에는 UAM 기체를 양산하는 기업들에 관심이 집중될 것으로 예상된다.
현재까지 상장된 eVTOL 기체 제작기업은 Joby, Lilium, Archer, Blade, Ehang 등이 있다. 국내 기업으로는 한화 시스템, 현대차 및 베셀에어로스페이스가 eVTOL 개발에 참여하고 있다. UAM이 성숙기에 진입하는 2030년대에는 모빌리티 서비스 업체들에 대한 관심이 집중될 것이다. 한화시스템과 현대차는 eVTOL 기체 생산 뿐만 아니라 UAM 플랫폼 기업을 목표로 미래를 준비하고 있다

UAM 시장의 지표들

UAM은 이동시간을 획기적으로 줄인다.

사회적 비용 감소 전세계 인구 중 도시에 살고 있는 인구의 비율은 2015년 53.9% 수준에서 2020년 56.2%까지 상승했 으며 2030년 60.4%, 2050년에는 68.4%까지 상승할 것으로 예상된다. 도시 인구가 상승할수록 도시 권의 인구 밀집도는 상승할 수 밖에 없으며, 이는 교통 체증의 증가를 야기한다. 늘어난 교통 체증으 로 인해 보스턴 시민은 1인당 매년 164시간을, 뉴욕 시민은 1인당 매년 133시간을 낭비하고 있는 실 정이다. 한국 또한 교통체증으로 인해 사회적 비용이 발생하며, 한국교통연구원에 따르면 2018년 기 준 한국의 교통혼잡비용은 67조원에 달해 교통 체증으로 인한 시간 및 경제적 손실이 지속되고 있다.

UAM은 가격경쟁력이 있다.

높은 가격 경쟁력 UAM의 또 다른 장점은 가격 경쟁력이다. UAM을 통한 모빌리티 서비스를 준비 중인 기업들은 대부분 상용화 초기 운임을 1 km 당 $3~4 수준으로 목표하고 있다. 한국 국토부는 UAM 상용화 초기 목표 를 3,000원으로 보고 있다. 이후 UAM이 본격적으로 개화하는 2030년에는 2,000원까지 낮아지고, eVTOL 기체들이 무인 주행으로 운항하는 2035년 이후에는 택시 요금과 비슷한 수준까지 낮아질 것 으로 예상하고 있다

UAM은 저탄소이다.

탄소 배출량 감소 UAM은 도심 내 매연 및 이산화탄소 절감에도 효과적이다. 이는 현재 개발 중인 VTOL이 대부분 전기 를 주 동력으로 하는 eVTOL이기 때문이다

UAM 기체, 인프라, 서비스로 구성

UAM 해외기업의 eVTOL개발

eVTOL 핵심은 배터리

리튬이온전지 or 수소연료전지? eVTOL의 동력원은 운항거리와 운영 안정성 등을 결정짓는 중요한 요소다.

eVTOL의 동력원으로 크게 2차전지, 수소연료전지, 내연기관(하이브리드) 3가지가 있으며 eVTOL용 고밀도, 고출력 배터리 팩, eVTOL에 적합한 연료전지 시스템 등 eVTOL에 적합한 동력원 개발을 위한 노력이 지속되고 있다.

eVTOLnews에 따르면 개발이 진행중인 모델은 총 125개가 있으며 이중 88개 모델은 2차전지, 5개 모델은 연료전지, 나머지 32개 모델은 하이브리드 시스템 기반이다.

이처럼 실질적으로는 대부분의 eVTOL이 2차전지를 동력원으로 채택해 개발이 진행 중인데, 이는 2차전지 시스템이 수소연료전지 시 스템과 비교해 인프라 구축 상황, 기술 개발 현황 그리고 동력원의 가격 등의 측면에서 상용화가 상대 적으로 용이하기 때문인 것으로 예상된다.

리튬이온전지, 경제성 우위 eVTOL을 통한 수송등에 있어서 가격적 요소를 빼놓을 수 없으며, 경제성 측면에서 리튬이온전지가 eVTOL의 동력원으로 보다 적합하다고 판단한다.

전기차용 배터리를 예로 비교하면, 리튬이온전지는 배터리 팩을 기준으로 $140달러/kWh를 가정할 경우 100kWh에 $1.4만 달러, 200kWh에는 약 $2.8 만 달러의 비용이 발생할 것으로 예상되며 Tesla Model 3 전비 5.1km/kWh 기준으로 각각 510km와 1020km를 주행거리를 확보할 수 있다.


eVTOL의 경우 기체의 특성상 전기차 보다 더욱 한정된 공간과 무게에 높은 에너지 밀도를 탑재 해야 하며 이러한 조건을 만족하기 위해서는 하이니켈 양극재가 사용된 배터리 또는 에너지 밀도가 높은 전고체전지의 사용이 필수적일 것으로 예상한다. LFP 배터리의 경우 높은 고온안정성을 자랑하지만 150Wh/kg을 상회하는 하이니켈 배터리 팩 대비 에너지 밀도가 130Wh/kg 수준으로 낮고 단위 부피 당 에너지 밀도 또한 낮아 eVTOL에 적용에는 제한적일 것으로 예상



셀→모듈→팩, 부품과 셀 크기 개선

모빌리티 플랫폼

다른 모빌리티가 연계되서 환승된다면, 더 사용성이 풍부해진다.
미국의 조비가 우버의 UAM을 흡수하고 투자를 받으면서 조비와 우버는 협업하고있다

상용화지점
EU24년
미국25년
한국25년시작 30년

가장 선두에 선 Joby, Archer, Lilium

국내 한화시스템과 현대차가 주도

한화시스템은 2020년 2월 미국 오버에어와 eVTOL 버터플라이 공동 개발에 착수했다. 버터플라이는 2023년 프토토타입 제작 및 초도비행을 거쳐 2025년 미국 연방항공청(FAA) 형식인증 목표로 개발중 이며, 2026년 상용운항 개시를 목표로 제시하였다. 기체 가격은 민간 헬리콥터 가격인 50억원 수준을 목표로 하고 있다. 버터플라이에는 틸트 로터(Tilt Rotor)가 적용되어 활주로가 없이 이착륙이 가능하며, 파일럿 1명을 포함하여 6명이 탑승할 수 있다. 최고 속도 322km/h 및 운항 거리 161km 이상이 가 능할 전망이다. 틸트 로터는 수평·수직 방향 선회 방식인 벡터 트러스트(Vectored Thrust: 추력 가변 형) 방식을 채택하여 높은 안정성과 고효율 및 저소음을 내는 기술로 평가된다. 버터플라이의 구동음 은 65db 수준으로, 헬리콥터(80db)나 고급 승용차(70db)의 운행 소음 대비 낮은 소음이 발생하여 도 심 운행에 적합하다. 현대차는 지난 2020년부터 UAM 모빌리티 사업 관련 법인을 설립하고 eVTOL 기체 개발에 착수했다.


현대차의 eVTOL 콘셉트 모델인 S-A1은 조종사 포함 최대 5명이 탑승 가능하며, 최대 속도 290km/h로 최대 100km를 주행 가능하다. 비행고도는 300~600미터로 EU, 미국 및 한국의 UAM 회랑 기준을 만족한다. 현대차는 eVTOL 기체를 2028년에 양산할 예정으로, 2024년에서 2026년에 양산하는 경쟁사들 대비해서는 다소 늦은 편이지만 출시와 동시에 원격 및 자율주행을 지원해 차별화 할 계획이다.


베셀에어로스페이스는 국토부의 OPPAV 국책과제가 2023년 말 종료 되면, 2023년 중 실증기 제작 및 양산모델 개발을 목표한다. UAM 기체 제작 국내외 주요업체와 네트워킹 협업을 진행 중이다. 2021년 3월 미국 UAM 컨설팅사 및 국내 기체제작 파트너사와 제휴를 맺었으며. 2021년 5월 현대 UAM 사업부 추진 계통 기술 실증기 제작 제안을 받았다. 2025년 화성시에 UAM 항공 실증단지를 구 축하여 이전할 예정이다. 800m의 활주로와 자체관제탑, VTOL 및 드론용 수직 이작륙 버티포트를 완 비해 UAM 실증 단지로서 M&O 사업 본격화를 목표로 두고 있다.

Joby-Uber와 함께하는 초기 시장 침투

16년 10월, UBER는 UAM용 모빌리티 서비스인 Uber Air를 출시하였다. 하지만 Covid-19로 인한 본 사수익성 악화로 사업부 매각을 진행하였다. Uber는 20년 1월 Joby에 Series C 라운드에서 5천만달 러를 투자했다. 이후 21년 1월 UAM 사업 부문인 Uber Elevate를 Joby에 매각했다. Uber는 Uber Elevate를 단순하게 매각하지 않고 7,500만달러를 Joby에 추가로 투자하며 파트너십을 강화했다.

Uber는 20년 1월. 이러한 Uber와 Joby의 지분 관계로 인해, Uber는 자사의 모빌리티 서비스에 UAM 이 추가될 경우 Joby에 항공 운송을 맡길 계획이다. 해당 계약으로 Joby는 대형 고객사를 확보함과 동시에 1) UAM 모빌리티 서비스로 사업을 확장하고 2) 수요 예측 모델링을 향상하였다. 이에 초기 시 장에 빠르게 침투하여 선점효과를 누릴 것으로 기대된다

PS..

록히드마틴도 UAM은 제작참여
록히드마틴 eSTOL 개발중인 일렉트라에 시리즈A 투자
eSTOL은 단거리이착륙기인데 일렉트라는 50m 활주로에서 이착륙이 가능한 하이브리드 eSTOL개발 중
9인승 500마일 항속거리 26년 인증완료가 목표인데
이번 록히드마틴의 투자금으로 일단 2인승 축소기 제작 예정