전기차-내연기관과도기 화석연료의 온실가스최소화
초희박 연소엔진및 친환경 합성연료 공동연구 착수
친환경 합성연료활용 하이브리드 유해배출감소검증
오토오일위원회 전세계배출가스23% ‘수송분야’배출
아람코, 블루수소∙암모니아도입 국내수소생태계조성
‘초희박 연소엔진’과 ‘친환경합성연료’ 공동연구협약
현대자동차그룹은 본격적인 친환경차 시대에서도 기존 내연기관차와 한동안 동행할 수밖에 없는 현실에 공감하는 내연차량 탄소중립 달성을 이끌어 낼 온실가스 배출 최소화 연구개발에 나선다.
17일 세계적인 종합 에너지·화학 기업인 아람코(Aramco)와 사우디아라비아 킹 압둘라 과학기술 대학(KAUST, King Abdullah University of Science and Technology)과 함께 ‘초 희박 연소 엔진(Ultra Lean Burn Engine)’ 및 ‘친환경 합성연료(e-Fuel)’ 공동 연구 협약식을 갖고 온실가스 저감 연료의 공동개발에 착수했다.
초 희박 연소 엔진은 기존 엔진 대비 열효율과 연료소비효율을 획기적으로 높이는 동시에 온실가스 배출을 최소화하는 엔진 기술로 ‘친환경 합성연료’ 또한 기존 연료 제조 방식과 달리 물의 전기 분해로 생산된 수소와 대기에서 포집한 이산화탄소 촉매 반응을 통해 제조된 연료를 뜻한다.
친환경 합성연료의 가장 큰 장점은 별도 구조변경 없이 일반 내연기관 차량에 그대로 사용할 수 있다는 점이다.
초 희박 연소 엔진은 기존 엔진 대비 열효율과 연료소비효율을 획기적
이번 공동 연구는 전기차-내연기관이 공존하는 과도기에 화석연료 사용으로 끊임없이 발생하는 온실가스를 획기적으로 저감시켜서 자연스러운 탄소중립 전환을 위한 기술 개발을 목표로 삼고 있지만 2012년 5월 3일 한국형 오토오일 사업 1차년 성과보고회와 2015년 ‘친환경차 배출량 내연기관차 절반 수준’ 평가를 비롯한 2022년 1월 19일 S-OIL-사우디아람코 ‘친환경 2위 블루 수소’ MOU가 있었다.
환경부가 2015년 6월 26일 연료부터 운행까지 온실가스 발생 전 과정을 연료별·차종별 측정 결과를 통해 친환경차 배출량을 내연기관차 절반 수준으로 낮추는 기초자료를 구축한 바 있다.
당시 연료 생산부터 차량 운행까지 전 과정 평가(LCA)에서 전기차 94(g/km), 하이브리드차 141, 경유 차 189, 휘발유 차 192로 나타나 소형 경유차 주행시 ‘질소산화물’은 인증조건보다 최대 9.6배 많이 배출되는 것으로 조사됐다.
국내 처음으로 시도한 연료 생산 단계부터 차량 운행까지의 자동차 온실가스 배출량 전 과정 평가(LCA, Life Cycle Analysis)에서 친환경차 배출량이 내연기관차 절반 수준인 것도 확인됐다.
또한, 자동차용 액화석유가스(LPG)의 황 함량 기준을 강화할 경우, 질소산화물 등의 오염물질이 최대 20% 감소된 반면, 경유차에서 발생하는 미세먼지(PM)는 수송부문 전체 대기오염 위해도에서 약 98%를 차지한 것으로 조사됐다.
연료생산 차량운행 전과정 평가와 ‘자동차기술’ ‘연료기술’ 복합적 오토오일
환경부와 자동차, 오일 업계가 매년 30억 원씩 2015년까지 총 150억 원을 지원 받는 ‘오토 오일’사업과 화석연료의 ‘친환경성’ 즉 유해 물질을 분리시키는 개질연구’를 비롯한 2022년 1월 18일 S-OIL-사우디아람코가 ‘친환경 2위 블루 수소’ MOU로 최근에 다시 한번 강조된 바 있다.
먼저, 환경부가 관련 업계와 함께 자동차 배기가스와 이산화탄소를 줄이고, 연료 효율을 높이기 위해 2011년부터 5개년 계획으로 추진한 ‘한국형 오토-오일사업’ 시행 1년 분석과 성과를 발표한 2012년 5월 3일 환경부와 자동차 메이커를 비롯한 정유사는 1차년도 성과에 거는 기대가 컸다.
환경부와 자동차, 오일 업계가 매년 30억 원씩 2015년까지 총 150억 원의 연구비를 투자해서 ‘자동차 기술’과 ‘연료 기술’의 복합적 연구로 국가 산업경쟁력 강화와 대기환경 개선 기여를 위해 1년 동안 실시된 5개 분야 14개 연구과제의 추진 성과가 발표됐다.
또한 대기오염 개선과 기후변화, 수송용 에너지 변화 등에 대응하기 위해 발전방안을 함께 논의했습니다.
오토오일 위원회장인 고려대학교 박심수교수는 이번 성과보고회에서 몇가지 주목 사항들이 있다고 했고, 2014년까지 실시될 대기오염 개선 노력으로 줄어들게 될 사망자 수가 감소된다는 연구 결과를 제시했다.
조사에 따르면 서울 기준으로 미세먼지(PM10) 개선만으로도 연간 약 162명의 사망자 수가 감소되고, 이산화질소(NO2) 개선도 약 22명의 사망자 수를 줄인다는 얘기였다.
이런 건강 위해성 물질을 연구하는 연세대학교 신동천교수도 자동차에서 배출되는 유해성 물질에 대한 배출계수와 배출량 산정을 근거로, 우선적으로 관리해야 하는 ‘물질 선정’ 등의 관리방안 시스템 구축을 위한 연구도 추진했다고 한다.
전 세계 배출가스 23%가 ‘수송 부분’에서 나온다는 점에 주목한 ‘오토오일위원회’는 움직이는 배출원인 자동차 오염을 관리한다는 차원에서 의미가 크다고 설명했다.
S-OIL과 사우디 아람코, 미래 에너지 생산 관련 연구개발(R&D) 4건 MOU
1월 18일 S-OIL과 사우디 아람코는 18일 석유화학 신기술(TC2C)과 저탄소 (lower carbon) 미래 에너지 생산 관련 연구개발(R&D), 벤처 투자 등 대체 에너지 협력 강화를 위한 4건의 MOU를 동시 체결했다.
사우디아라비아의 수도 리야드 리츠칼튼 호텔에서 열린 ‘한-사우디 스마트 혁신성장 포럼(Saudi Arabia-Korea Investment Forum for Smart Innovation & Growth)’에서 양국의 에너지와 산업 관련 정부 관계자와 경제인들이 지켜보는 가운데 MOU를 체결했다.
S-OIL과 사우디 아람코는 경쟁력 있는 ‘블루 수소’와 ‘블루 암모니아’를 국내로 들여와 저장·공급하고, 이를 활용하는 인프라 구축과 잠재된 관련 협력 기회 발굴에 적극 협력과 도입과 공급을 위한 연구개발(R&D)에 공동 노력하기로 협의했다.
또한 두 회사는 수소생산과 탄소 포집 관련 신기술 개발을 공동으로 추진하고 탄소중립 연료인 ‘이 퓨얼(e-Fuel)’ 연구와 플라스틱 리사이클링 관련 기술 개발도 함께 추진하는 한편 에너지 신기술과 탈 탄소 관련 사업 분야의 국내 벤처 기업 공동 투자와 이를 통한 관련 신기술 확보도 약속했다.
이러한 친환경 연료의 전례를 압도할 것으로 장담하는 자동차 제작사와 정유사 간의 맞손은 총 2년에 걸쳐 진행될 내연기관‘류의 초 희박 연소 엔진 기술과 아람코 연료 제조 기술 바탕에 달려 있다.
친환경 합성연료와 초희박연소엔진 궁합, 연료소모 줄이고 ‘유해배출물’ 감소
이론 공연비는 17.4대 1이지만 연료 소모량을 줄여서 배출가스도 낮추는 초 희박 엔진의 이론 공연비는 22대% 1에서 25대 1까지 연료 소모를 줄이게 된다. 하지만 경유 차량의 경우, 연료 소모를 너무 줄이면 출력이 떨어질 수 있다.
이를 기반으로 한 킹 압둘라 과학기술 대학은 연구 인력 및 시설을 지원을 비롯한 ‘엔진 시험’과 ‘모델링 및 검증’으로 연구 성과에 대한 시너지를 창출한다고 한다.
특히 이번 연구는 친환경 합성연료를 일반 하이브리드차량(HEV)에 사용했을 때 온실가스 배출량을 얼마나 줄일 수 있는지를 검증하고, ‘유해배출물’ 감소 효과는 시뮬레이션과 엔진 시험을 통해 측정하게 된다.
현대차그룹 전동화 개발 담당 알렌 라포소(Alain Raposo) 부사장은 “탄소중립 모빌리티의 최종 목표는 완전한 배터리 전기차로의 전환이지만, 기술이 전환되는 과도기에서도 온실가스를 저감 할 수 있는 기술 필요성도 높아지고 있다”고 했다.
초 희박 내연기관, 전기차 시대 전환으로 짧아지는 ‘화석연료’를 친환경화
따라서 “친환경 합성연료와 초 희박 연소 엔진 조합을 통한 환경 친화적인 내연기관 기술 개발은, 전기차 시대로의 전환 속에서 짧아지는 ‘화석연료’ 사용에 의미 있는 성과를 보여줄 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
또한 하이브리드 차량 개발 과정에서 우리가 당면한 주요 과제는 최적의 연료와 전용 연소 시스템 연구에 있다는 아람코 아흐미드 알-코웨이터(Ahmad O. Al-Khowaiter) CTO는 “엔진 연소 성능 향상을 위한 연료 설계와 합성 노하우를 제공할 계획이고, 그 산출물은 향후 합성 친환경 연료 개발 과정에도 활용될 수 있기 때문에 우리는 개발 간 경계를 허물고 있는 지금 이순간이 매우 뿌듯하다”는 소감을 밝혔다.
연구개발 시험을 담당하는 KAUST 부학장 도날 브래들리(Donal Bradley) 교수도 “효율적이면서도 대기오염을 줄이기 위한 교통 시스템을 구축하는 것은 다양한 기후 변화 문제 속에 탄소 순환 경제로의 과정에 결정적인 기여를 할 것”이라고 강조했다.
“우리가 가진 청정 연소 연구센터(Clean Combustion Research Center)는 ‘저탄소 연료 개발’과 탁월한 능력 기반의 최적화된 연구 분위기 반석에서 중요한 공동 연구를 잘 수행할 것이고, 향후 유기적인 협력을 기대한다”고 말했다.
130년간 전 세계 지배와 더불어 지구촌화를 만든 ‘내연기관’을 하루아침에 도태시킬 수 없는 현실에서 전기차와 수소차 대체 촉진을 위한 현대자동차그룹의 초 희박 엔진과 저공해 연료개발 추진은 다소 늦은 감은 있어도 꼭 필요한 대응책이라 생각된다.
내연기관 차 대신 전기차 등 친환경 자동차로 바꾸기 위해서는 너무 오랜시간이 필요하기 때문이다. 어깨를 나란히 맞대고 동행해야 할 필연의 사이이자 과제해결을 위해 현대차그룹이 나섰고, 향후 재생에너지 사용량을 지속적으로 늘리는 제조 공정과 차량 운행 중에 발생하는 온실가스 배출 총량 감축을 선포했다.
