건설 장비의 친환경으로 진화

건설 장비의 친환경으로 진화

 

건설기계산업연구원 김인유

 

 

리프트에서 굴착기에 이르기까지 건설 장비는 더 친환경적이고 깨끗해지기 위해 빠르게 진화하고 있다.

 

전 세계적으로 작업 현장에서는 내연 기관의 사용과 소음 그리고 배출가스에 대한 정부의 규제가 증가하고 있다. 정부 정책 및 시장 동향은 기후 변화를 해결하고 대기 오염을 완화하기 위해 연소 엔진의 사용을 줄이고 있으며, 이에 따라 제조업체는 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 환경친화적인 기계를 설계 및 생산하기 위해 친환경 장비로 전환의 속도를 높이고 있다.

 

• 건설의 탄소 배출량

 

“볼보그룹과 볼보 건설기계는 기후 변화와 탄소 배출 감소에 관한 파리 협정의 요구 사항을 충족하기 위해 강력한 의지를 갖고 있으며, 우리는 또한 배출량 감소에 대한 고객의 요구 사항으로 최근 몇 년 동안 시행되고 있는 배출 인센티브 및 무공해 목표의 증가는 전기 장비의 증가에 현저한 영향을 미쳤습니다.

 

지역 및 국가 차원의 정부는 깨끗한 공기 정책을 채택하고 있으므로 계약자가 이러한 입찰에서 낙찰을 받으려면 배출가스를 줄이거나 0인 장비로 작업하고 있음을 증명해야 한다.

전기 기계로의 전환을 고려하는 대부분의 계약자에게 가장 큰 과제는 단순히 전기 장비에 대한 사고 방식의 변화이다.

 

고객은 기계가 계획대로 작동할 수 있도록 적절한 충전 인프라를 갖추고 있어야 하는데  “110볼트 설정은 시간이 지남에 따라 장치를 충전하지만 240볼트 설정은 기계를 빠르게 충전하는 데 필요하다.

먼 작업 현장의 경우 전기 설치가 어려울 때 전력을 공급하기 위해 태양열 장치가 필요할 수 있다. 또한, 고객에게 향상된 배터리 용량의 이점을 제공하기 위해 이미 집중하고 있는 분야인 배터리 제품을 지속적으로 개발하는 것이 중요하다.

 

지난 몇 년 동안 배터리 전기 기계, 수소 연료 전지 동력 장비 및 개선된 내연 기관 솔루션을 도입하기 위해 노력하고 있다. 이미 ECR25 전기 굴착기와 L25 전기 휠 로더를 시장에 출시했으며 현재 22톤 EC230 전기 중형 굴착기와 EC55 전기 굴착기로 고객 파일럿 단계에 있다.

전기로 전환하겠다는 확고한 약속의 목적으로 볼보 건설기계는 2030년까지 판매되는 모든 차량의 35%를 전기차로 만드는 목표도 설정하였다.

 

• Access Industry와 전기 장비

 

JLG Industries는 1994년에 세계 최대의 access 장비 제조업체로 최초의 순수 전기식 붐 리프트를 선보인 후 1999년에 유일한 연료 전지 구동식 붐 리프트를 선보였으며, 2014년에는 JLG가 최초의 진정한 하이브리드 디젤/전기식 붐 리프트인 H340AJ를 선보였다.

최근 보다 엄격한 Tier IV Final 엔진 규정은 74hp 이상의 대부분의 모델에 DPF를 추가하는 것을 포함하여 엔진을 더욱 복잡하게 만들었다. 전 세계적으로 더 엄격한 환경 표준과 결합하여, 우리는 충분한 엔진 출력을 갖춘 기계를 구매하거나 가능한 경우 하이브리드 엔진/배터리 또는 전용 배터리 전원으로 전환하는 방향으로 전환하고 있다.

JLG는 환경적 이점뿐만 아니라 총 소유 비용(TCO)을 줄이기 위해 더 친환경적이고 다재다능한 기계에 대한 수요가 증가하고 있다고 말합니다.

예를 들어, 완전 전동식 가위형 리프트(scissor lifts)는 전체 TCO를 30-40%까지 낮출 수 있으며, JLG DaVinci 리프트와 같은 장비 모델이 가져올 예상 부품 교체 및 운영 이익에 비해 수천 건의 렌털 회사 유지 관리 기록과 Rouse 재판매 가치를 검토함으로써 얻은 수치입니다.
게다가, 유럽의 Tier V 엔진 규제는 리튬이온 배터리 가격이 낮아지고 있는 상황에서 엔진 기술 비용을 더욱 앞당길 것이다.

 

• 리튬 이온 배터리 기술 

JLG의 모회사인 Oshkosh Corporation은 상업용 및 특수 전기 자동차용 리튬 이온 배터리 기술 개발업체인 Microvast에 2,500만 달러를 투자했다. 

DaVinci는 3.5시간 내에 완전히 충전할 수 있는 단일 24볼트 리튬 이온 배터리로 구동되며, 배터리가 부족하여 더 많은 전력이 필요한 경우 5분 동안 충전하여 100피트의 주행과 적재에 충분한 토크를 얻을 수 있다. JLG에 따르면 배터리 수명은 10년이며 유지 관리가 필요하지 않습니다.

 

DaVinci 가위 리프트(scissor lifts)는 시장에 출시된 최초의 완전 전기 scissor lifts로. 리프트, 조향 및 구동 시스템은 모두 완전 전기식이며 유압 장치가 없고 모든 구성 요소는 에너지를 절약하거나 한 번의 충전으로 최적의 성능을 위해 배터리에 에너지를 다시 전달하도록 최적화되었다. 이러한 기계의 전기 부품은 새로운 것이 아니지만 리튬 이온 배터리와 함께 전기 부품을 사용하는 것은 새로운 것입니다. 이는 업계의 판도를 바꿀 것이다.

 

• 배터리 전기 차량 기술

최근 전기 차량은 광업에서는 가장 많은 수요가 발생하고 있다. 특히 Caterpillar는 지난 6월 흑연광산에 필요한 무배출 장비를 개발하여 시험 생산하고 있으며, 2028년까지 캐나다의 광산에 배치하기 위한 모든 준비를 하고 있다.

 

광산업에서 모든 배터리 전기식으로 전환하는 것을 고려하고 있다는 것은 고무적이며 “배터리 전기 장비는 더 건강한 작업 환경, 더 낮은 총 운영 비용 및 더 높은 생산성을 제공하기 때문에 광산 회사에서 점점 더 많이 채택되고 있다. 이 기술은 이제 잘 확립되었으며 이러한 변화를 무배출 채굴로 이끌고 있다.”

 

지하 채굴 장비 전체를 배터리 전기 버전으로 제공하고, 지상 작업에서도 2030년까지 배터리 구동 버전으로 제공할 될 것으로 보인다.

 

• Electric excavator 

SDLG로도 알려진 중국 기반의 전기 굴착기  Shandong Lingong은 E660F-Ex 전기 굴착기, L968H-HST 유압식 휠 로더 및 E6500F-HB 하이브리드 굴착기를 포함하여 다양한 에너지 절약 제품을 선보이고 있다.

E660F-Ex 순수 전기 굴착기는 첨단 리튬 배터리 기술을 사용합니다. 회사에 따르면 배기가스 제로를 달성하고 소음 수준을 12데시벨 줄이며 기존 제품에 비해 운영 비용을 1/3로 줄일 수 있으며, 디젤 구동 제품에 비해 순수 전기 제품은 소음과 진동이 적기 때문에 조종사의 경험이 질적으로 향상될 것입니다. 또한, 전기 굴착기가 밀폐된 공간과 도시 환경에서 작업하는 데 더 적합했으며 디젤 굴착기보다 저속에서 더 빠른 가속이 가능했다고 덧붙였습니다.

 

2020년 상하이 바우마 전시회에서 4세대 에너지 절약형 제품인 L968H-HST hydrostatic wheeled loader 와 E6500F-HB hybrid excavator가 처음 공개됐다. “이 두 제품은 SDLG의 4세대 에너지 절약 기술의 두 가지 기술 솔루션을 나타냅니다.

 

소형 장비 OEM Dynapac의 롤러 제품 포트폴리오 관리자인 Fredrik Åkesson은 이러한 추세에 대해 회사가 mini excavators, skid steer loaders, access equipment 등에 전기 및 배터리 전력이 적용되고 있으며, 미래 지향적이고 환경을 생각하는 임대업체와 계약업체로부터 폭넓은 환영을 받고 있다.

 

• Dynapac 전동 탠덤 롤러

 

7월에 Dynapac은 배기가스 제거를 위한 새로운 Z.ERA 이니셔티브의 일환으로 "최초의" 전기 탠덤 롤러를 개발했다. 현재 스웨덴에서 현장 테스트 중인 CC900 e 전기 이중 드럼 진동 롤러의 무게는 1.6톤이고 작동 드럼 너비는 0.8~1.0m입니다.

 

“CC900 e의 개발로 Dynapac은 엄청난 기술적 발전을 이루었으며, 이것을 "전시 컨셉" 기계에서 현장으로 발전을 가져 왔고, 고객을 배출량이 전혀 없는 미래로 가는 길로 열어 주고 있어 다른 무공해 기계와 함께 작동하는 전동 탠덤 진동 롤러라는 것이다.

 

한편 새로운 CC1000 전기 진동 롤러의 현장 테스트를 곧 시작할 것이며, CC900 e 롤러의 설계가 디젤 동력 Dynapac CC900 시리즈 장비 제품군을 기반이 된다는 것이다. CC900 e는 0.8~1.0미터의 작동 드럼 너비를 가지며 16.7kN의 원심력을 제공합니다. CC900 e 탠덤 롤러는 2022년까지 건설 장비 시장에 출시되지 않을 것으로 예상하지만 Dynapac에 따르면 초기에는 제한된 수량으로 생산될 예정입니다.

 

협력은 성공적인 제품 개발의 핵심이며 사용자의 직접적인 조언은 이러한 종류의 프로젝트에 매우 중요합니다. 사용자의 관점에서 볼 때 초기 단계에서 장비에 익숙해지는 것도 똑같이 중요합니다. 그리고 다짐 성능에는 변함이 없지만, 기존 화석연료에서 전력으로 전환할 때 작업 절차에 따라야 하는 작은 변화가 여전히 있으며, 작업자가 이러한 변화에 더 일찍 노출될수록 새 장비에 더 쉽게 적응할 수 있다는 것이다.