수소 연료 100% 쓰는 고효율 자동차 엔진 첫 개발

한국기계연구원·현대기아자동차 공동연구

직접분사식 수소엔진기술을 국내 최초로 개발했다. 기계연 제공

100% 수소만 연료로 사용해 열 효율과 안정성을 높인 승용차용 수소엔진 기술이 국내 최초 개발됐다.

한국기계연구원(기계연)은 최영 모빌리티동력연구실 책임연구원이 백홍길 현대기아자동차 탈탄소엔진리서치랩 연구위원과의 공동연구로 수소연료만 100% 사용하는 '직접분사식 수소엔진'을 개발하고, 성능 평가를 통해 우수한 성능을 입증했다고 7일 밝혔다.

기존에 사용되던 수소엔진은 '포트분사식 수소엔진'이었다. 수소를 실린더 안이 아닌 흡기 포트로 분사해 공기와 혼합한 후 연소시키는 엔진이다. 이 방식은 기체 상태인 수소 연료가 많은 공간을 차지하면서 연소실로의 공기 유입이 줄어 효율성이 떨어진다는 단점이 있다. 또 불꽃이 돌발적으로 역행하는 '역화'현상이 나타나 엔진 성능이 감소하는 문제도 발생했다.

공동연구팀은 기존 현대자동차 하이브리드 차량 엔진에 30바에 달하는 고압으로 수소를 직접 분사하는 방식을 적용했다. 과급기(터보 차저·내연기관의 출력을 높이기 위해 외부 공기를 연소실로 불어넣는 압축기)를 이용해 시동 걸 때부터 엔진 부하가 높아질 때까지 모든 영역에서 높은 열 효율을 유지하며 안정적으로 운전함을 확인했다. 

이번에 개발한 직접분사식 수소엔진은 가솔린 엔진과 비교해 이산화탄소 배출을 99% 줄이고, 미세먼지 배출은 90% 줄일 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이는 유럽 시장 자동차 수출의 관건인 무공해 자동차 기준을 충족한다. 또 자동차 배기가스를 정화하는 후처리 장치없이도 15ppm 이하의 질소산화물(NOx)을 배출해 열 효율을 높였다고 설명했다.

최영 기계연 모빌리티동력연구실장은 “개발된 수소엔진 기술은 자동차의 주된 동력원에 사용되고 있는 화석연료를 무탄소 수소연료로 대체할 수 있는 즉각적이고 경제적인 기술로서 의미가 크다”라고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]