연료를 연소해서 동력을 발생시키는 내연기관의 역사가 궁금해 구글에서 검색해 보았다. ‘1862년 독일의 발명가 니콜라우스 오토가 등유를 이용한 내연기관을 최초로 발명했고 이 내연기관은 라겐의 도움을 받아 제작, 완성되었다. 이후 1870년에는 오스트리아 빈의 발명가 지크프리트 마르쿠스가 손수레에 가솔린 엔진을 장착해 움직이기 시작했고 이는 내연기관을 이용한 최초의 운송 도구였다’고 한다. 모두가 알고 있는 것처럼 이후 내연기관은 전기의 발명과 함께 새로운 에너지의 생산, 전달, 활용이라는 측면에서 2차 산업혁명을 주도하는데 크게 기여했다.
그간 기술과 산업의 발전은 끊임없이 지속돼 왔고 현재 우리는 첨단 과학의 세계에 살고 있으며, 아울러 깨끗한 환경에서의 삶에 대한 요구도 날로 커지고 중요해지고 있다. 급속한 산업발전에 따른 공해물질 발생으로 지구온난화 등 기후변화가 현실로 다가오면서 최근 내연기관은 이산화탄소 등 온실가스 배출이 없는 전기차, 수소차 등 친환경 차량으로의 전환 정책 등으로 대부분의 국내외 자동차 제조사들은 개발 및 생산 중단 시점 등을 발표하였고, 이는 내연기관에 사용되는 현재의 연료(가솔린, 경유, LPG 등)가 환경 오염을 유발하는 배기가스를 다량 배출하기 때문이다.
우리나라도 구체적인 내연기관차 퇴출 시점을 못을 박지는 않았으나 ‘2050 탄소중립 시나리오’를 통해 2050년 무공해차 100% 전환이라는 목표를 세운 만큼 2040년 이전에 내연기관 퇴출이 될 전망이다.
그러면 과연 기존에 내연기관에 사용되는 가솔린, 경유 등의 연료를 아예 이산화탄소 등 온실가스 배출이 전혀 되지 않는 청정 연료로 바꾸어 사용하면 어떨까? 그러면 굳이 내연기관을 없애서 발생할 수도 있다는 자동차 부품공급회사 감소 및 고용감소 등 현실적인 문제 해소도 가능할 것 같다.
최근 세계적인 엔진 제조사인 미국 커민스, 니콜라, 독일 보쉬, 일본 도요타, 현대두산인프라코어 등은 친환경 연료를 사용하는 연소 엔진 개발 및 상업화에 매진하고 있다.
특히 보쉬는 이산화탄소가 전혀 발생하지 않는 수소를 연료로 100% 사용하는 수소연소엔진(H2-ICE : Hydrogen Internal Combustion Engine)이 장착된 MAN 트럭 출시(2014년)를 예정하고 있고 일본 도요타도 경기용 자동차(F1)에 장착 및 성능 시험 등을 이미 추진하고 있다. 국내에서도 동일 연구 사례가 속속 진행되고 있는 등, 특히 재생 가능한 소스(재생 에너지 등)를 이용하여 만든 전기 에너지를 액체 또는 가스 연료의 화학적 결합에 저장하여 만들어지는 새로운 탄소중립 대체 연료인 ‘e-fuel(재생합성연료) 연구회’범주에는 수소를 연료로 사용하는 엔진인 ‘수소연소엔진’개발도 포함을 하고 있다.
친환경차로 간주가 되는 현재의 전기자동차 및 수소연료전기차 등은 우수한 부분도 많으나 일부 단점도 존재하고 있다. 즉 배터리 수명 연한 및 안전성, 연료전지 스택의 장기 내구성과 가격 문제, 고출력 시스템 적용 등의 해결을 위해서는 많은 시간이 필요하다. 따라서 현시점에서는 과도기적 해결방안 마련과 함께 장시간 운영으로 경제성 확보 등이 가능한 물류 트레일러 및 대중교통 시스템 등에는 수소연소엔진의 적용이 타당한 것으로 전문가들은 보고 있다. 또한 기존 엔진의 부분 개조만으로 제작 가능하다. 사용 연료인 수소도 부생수소의 저장용이성과 가성비 등을 고려할 때 수소연소엔진은 가격 경쟁력 측면에서도 강점을 보유하고 있다고 개발회사 전문가들은 말한다.
인간이 쾌적한 환경에서 삶을 영위할 수 있는 바람직한 친환경 인프라 조성 차원에서도 탄소중립 정책 및 친환경 에너지 전환 등은 무엇보다도 중요하다. 하지만 그런 와중에도 그린 모빌리티, 친환경 선박 등은 기존 주력산업과의 연계를 통한 지속적이고 안정적인 발전과 일자리 보장 등 고용산업 창출과도 조화를 이룰 수 있는 기술과 산업의 발전 지속은 당연하다고 보며 수소연소엔진의 성공적인 개발과 발전을 기대해 본다.
이흥수 울산테크노파크 연구위원