기계연구원, 100% 수소로만 가는 자동차 엔진 개발…세계 최고 수준

현대차와 공공 개발, 이산화탄소 99%·미세먼지 배출량 90%↓

[대전=뉴시스] 기계연구원 최영 책임연구원이 수소엔진을 점검하고 있다.(사진=기계연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 100% 수소를 연료로 사용하는 승용차용 수소엔진 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국기계연구원은 모빌리티동력연구실 최영 책임연구원과 현대기아자동차 백홍길 연구위원팀이 공동으로 수소연료만 100% 사용하는 '직접분사식 수소엔진'을 개발하고 성능평가를 통해 세계 최고 수준의 우수성을 입증했다고 7일 밝혔다.

이번에 기계연ˑ현대차 공동연구팀은 기존 현대자동차 하이브리드 차량 엔진에 수소를 30배 기압 이상의 압력으로 연소실 안에 직접 분사하고 엔진의 성능을 높이는 터보차저를 이용해 시동부터 엔진 부하가 높아질 때까지 모든 영역에서 높은 열효율로 유지하며 안정적인 운전을 구현했다.

기존 '포트분사식 수소엔진'은 기체 상태인 수소연료가 차지하는 공간 때문에 연소실에 공기유입이 줄어들어 효율성이 떨어지고 수소연료와 공기의 역화로 엔진성능이 감소하는 문제가 발생했다.

포트분사식 수소엔진은 수소를 연료로 사용하는 내연기관 엔진 유형 중 하나로 수소를 실린더 안이 아닌 상단의 흡기 포트로 분사해 공기와 혼합한 후 연소시킨다.

반면 연구팀이 개발한 직접분사식 수소엔진은 고압의 수소연료를 연소실에 직접 분사하기 때문에 역화문제를 원천적으로 제거할 수 있다.

특히 높은 압축비와 연료 성층화, 초희박연소를 통해 열효율을 극대화하면서 출력성능을 향상시키고 유해 배출물도 줄일 수 있다.

이 수소엔진은 가솔린 엔진 대비 이산화탄소 배출은 99%, 미세먼지 배출은 90% 줄일 수 있어 유럽의 무공해 자동차 기준을 충족한다.

또 자동차 배기가스를 정화하는 후처리 장치없이도 낮은 수준인 15ppm이하의 질소산화물(NOx)를 배출하며 최대 40%의 높은 열효율을 달성했다.

최영 모빌리티동력연구실장은 "개발된 수소엔진 기술은 자동차의 주된 동력원으로 사용되는 화석연료를 무탄소 수소연료로 대체할 수 있는 경제적인 기술"이라며 "현대차와의 협업을 통해 내구성 검증과 함께 승용을 넘어 상용 자동차 및 발전용 동력장치에 확대 적용토록 고도화해 탄소중립 실현에 앞장서겠다"고 말했다.

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