기계연·현대차, 승용차용 수소 전소 엔진 개발

한국기계연구원은 현대기아자동차와의 공동연구팀을 통해 수소연료만을 사용하는 '직접 분사식 수소엔진'을 개발했다고 7일 밝혔다.

공동연구팀은 기존 현대의 하이브리드 엔진에 수소를 기존보다 30배 이상의 압력으로 분사하고, 터보차저를 이용해 높은 열효율과 안정적인 운전이 가능한 수소엔진의 구현을 성공했다

기존 '포트분사식 수소엔진'은 수소연료가 낮은 압력의 기체 상태로 저장되기에 연소실에 공기가 들어갈 공간이 부족해 효율이 낮았으며, 수소연료와 공기의 역화로 인해 엔진 성능이 감소하는 문제가 있었다.

역화란 엔진 구조상 정상적인 연료 연소가 일어나야 하는 실린더가 아니라 그보다 먼저 외부에서 폭발이 일어나는 것을 말한다.

역화는 엔진의 성능을 낮출 뿐만 아니라 고장의 원인이 될 수 있어 수소엔진이 극복해야 할 문제점으로 지목되어 왔다.

한국기계연구원의 수소엔진 시험 개발 현장 [한국기계연구원 제공]

이에 공동연구팀은 '직접분사식 수소엔진'을 개발해 고압 수소연료를 연소실에 직접 분사하면서 역화 문제를 원천 봉쇄했다.

연구팀은 높은 압력으로 열효율을 극대화하면서 출력 성능을 향상하고, 수소 외에 다른 연료를 사용하지 않아 탄소 저감에 효과적이라고 전했다.

해당 엔진은 휘발유 엔진 대비 이산화탄소 배출은 99%, 미세먼지 배출은 90% 이상 적어 세계에서 환경 기준이 가장 까다로운 유럽에서도 무공해 자동차 기준을 충족하는 것으로 알려졌다.

또 자동차 배기가스를 정화하는 후처리 장치 없이도 15ppm 이하의 매우 적은 질소산화물을 배출하며, 최대 40%의 높은 열효율을 달성했다고 연구팀은 전했다.

한국기계연구원 로고 [자료=한국기계연구원]

최영 기계연 모빌리티동력연구실장은 "자동차의 주된 동력원에 사용되는 화석연료를 무탄소 수소연료로 대체할 수 있는 기술"이라고 밝혔다.

이어 "내구성 검증과 더불어 상용 자동차, 발전용 동력장치에 확대 적용하도록 노력하겠다"라는 뜻을 전했다.