[디지털비즈온 이은광 기자] 수소 모빌리티 이끌어 갈 수소 엔진 핵심기술인 수소를 100% 연료로 사용해 열 효율과 안정성을 높인 승용차용 수소엔진 기술이 국내 최초 개발됐다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(기계연) 모빌리티동력연구실 최영 박사와 현대기아자동차 백홍길 연구위원 공동연구팀은 수소연료만 100% 사용하는 ‘직접분사식 수소엔진’을 개발, 성능평가를 통해 세계 최고 수준의 우수성을 입증했다고 7일 밝혔다.

기존 ‘포트분사식 수소엔진’은 기체 상태인 수소연료가 차지하는 공간 때문에 연소실에 공기 유입이 줄어들어 효율성이 떨어지고, 수소연료와 공기의 역화로 인해 엔진성능이 감소하는 문제가 발생했다.

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 유지해 안정적인 운전을 구현했다.

연구팀이 개발한 ‘직접분사식 수소엔진’은 고압의 수소연료를 연소실에 직접 분사하기 때문에 역화 문제를 원천적으로 해결했다. 높은 압축비와 연료 성층화, 초희박연소를 통해 열효율을 극대화하면서 출력 성능을 향상시키고 유해 배출물을 동시에 줄일 수 있다.

특히 이 수소엔진은 가솔린 엔진 대비 이산화탄소 배출은 99%, 미세먼지 배출은 90% 줄일 수 있다. 이는 유럽의 무공해 자동차 기준을 충족한다. 또한 자동차 배기가스를 정화하는 후처리 장치 없이도 15ppm이하의 질소산화물(NOx)를 배출하며, 최대 40%의 높은 열효율을 달성했다.

최영 박사는 “개발된 수소엔진 기술은 자동차의 주된 동력원에 사용되고 있는 화석연료를 무탄소 수소연료로 대체할 수 있는 즉각적이고 경제적인 기술로서 의미가 크다”며 “현대차와의 협업을 통해 내구성 검증과 더불어 승용을 넘어 상용 자동차 및 발전용 동력장치에 확대 적용하고, 지속적인 무탄소연료 동력기술 연구개발을 통해 탄소중립 실현에 앞장서도록 하겠다”고 말했다.

■최영 박사 프로필

(현) 한국기계연구원 모빌리티동력연구실 실장

(현) 과학기술연합대학원대학교(UST) 융합기계시스템공학과 교수(친환경에너지기계 세부전공)

(현) 한국자동차공학회 재무이사, 국문논문집 편집위원, 대전세종충청지회 부회장

(현) 산업통상자원부 자동차철도분야 산업기술보호 전문위원회 위원

(현) 관세청 기계분야 품목분류협의회 위원

UC 버클리 기계공학 박사