[ESG경제=김도산 기자] 한국기계연구원 모빌리티동력연구실과 현대기아자동차 탈탄소엔진리서치랩 공동연구팀은 수소연료만 100% 사용하는 '직접 분사식 수소엔진'을 개발했다고 7일 밝혔다.

공동연구팀은 기존 현대차 하이브리드차량 엔진에 수소를 30배 기압 이상 압력으로 연소실 안에 직접 분사하고 엔진 성능을 높이는 터보차저를 이용, 시동부터 엔진 부하가 높아질 때까지 모든 영역에서 높은 열효율을 유지해 안정적인 운전을 구현했다.

기존의 '포트분사식 수소엔진'은 기체 상태인 수소연료가 차지하는 공간 때문에 연소실에 공기 유입이 줄어들어 효율성이 떨어지고, 수소연료와 공기의 역화(逆火. 화염이 역분출하는 현상)로 인해 엔진 성능이 감소하는 문제가 있었다.

연구팀이 개발한 '직접분사식 수소엔진'은 고압 수소연료를 연소실에 직접 분사하므로 역화 문제를 원천적으로 해결한 게 핵심. 높은 압축비 등을 통해 열효율을 극대화하면서 출력 성능을 향상하고, 유해 배출물도 줄일 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

‘직접 분사식 수소엔진’은 가솔린 엔진 대비 이산화탄소 배출은 99%, 미세먼지 배출은 90% 줄일 수 있어 유럽의 무공해 자동차 기준을 충족했다. 자동차 배기가스를 정화하는 장치 없이도 15ppm 이하의 질소산화물을 배출하고, 최대 40%의 높은 열효율을 달성했다.

최영 기계연 모빌리티동력연구실장은 "자동차의 주된 동력원에 사용되는 화석연료를 무탄소 수소연료로 대체할 수 있는 기술"이라며 "내구성 검증과 더불어 상용 자동차, 발전용 동력장치에 확대 적용하도록 노력하겠다"고 밝혔다.