세계 최초 고압 분사 방식 2리터급 친환경 암모니아 엔진 개발 성공

- 기계연과 현대차·기아, 순수 암모니아 연료 엔진 공동 개발 -

- 차세대 모빌리티·발전 분야 탄소중립 핵심 기술 확보 -

□ 온실가스 발생이 없는 재생 가능한 에너지원인 암모니아를 연료로 사용하는 2리터급 엔진이 개발됐다. 이 기술은 향후 차량, 선박, 항공용 모빌리티의 동력원과 산업용 발전기 등 다양한 분야의 원천기술로 활용될 전망이다.

□ 과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 친환경에너지연구본부 친환경모빌리티연구실 박철웅 책임연구원 연구팀과 현대차·기아 전동화설계센터는 세계 최초로 암모니아를 연소실에 고압으로 직접 분사하는 방식의 엔진을 공동 개발했다.

한국기계연구원 친환경에너지연구본부 친환경모빌리티연구실 박철웅 책임연구원

□ 개발된 엔진의 가장 큰 특징은 수소 운반체인 암모니아를 별도 분해 과정 없이 직접 연료로 사용할 수 있다는 점이다. 출력이 불안정하고 유해배출물 생성이 많은 기체 연료 방식을 개선해 고압 액상 분사 방식을 도입했다. 고압 액상 분사 방식을 사용하면 대용량의 암모니아 연료를 안정적으로 공급할 수 있다. 순수 암모니아만으로도 세계 최고 수준의 비출력을 달성해 별도의 연소 개선 장치나 첨가물 없이 사용 가능하다.

□ 연구팀은 점화장치 개선과 연료분사 시기, 흡배기 밸브 열림시기 최적화로 성능을 한층 높였다. 또한 암모니아 전용 후처리시스템으로 질소산화물과 미연 암모니아의 배출도 최소화했다. 그 결과 열효율과 출력이 크게 향상됐고, 유해배출물도 대폭 감소했다. 

암모니아 직분사 엔진의 모습(왼쪽) 및 엔진 핵심부품(오른쪽)

□ 기계연 박철웅 책임연구원은 "이번 기술은 기존 암모니아 엔진의 성능을 획기적으로 개선한 신개념 기술"이라며 "모빌리티 동력원과 청정수소발전 등 산업용 발전기 분야의 패러다임을 바꿀 것"이라고 밝혔다. 현대차·기아 이승우 책임연구원은 "수소 운송과 그린 수소 생산의 난제를 해결할 수 있는 새로운 청정연료 기반 동력원으로 자리매김할 것"이라고 전망했다.

□ 한편, 이번 연구는 현대차·기아 용역사업인 “암모니아 직분사 엔진 대상 평가” 과제로 수행됐다.

한국기계연구원 친환경모빌리티연구실 박철웅 책임연구원이 암모니아 직분사 엔진을 살펴보고 있다.