쉽게 읽는 수소에너지
수소엔진
어제는 수소터빈에 대해 알려드렸으니
오늘은 수소엔진에 대해 이야기해보겠습니다.
어제 설명드린 터빈도,
오늘 설명드릴 엔진도
현재 우리가 매우 유용하게 사용하고 있는 동력원입니다.
배도 엔진으로 다니죠,
비행기도 엔진이죠,
차도 엔진으로 다니죠. (전기차가 나오기 시작하긴 합니다만..)
그럼 이 엔진이 무엇인지부터 볼게요.
엔진은
휘발성이 강한 가연성 액체를 실린더 내에서 연소시켜 작동하는 내연기관입니다.
어렵나요?
다시 좀 풀면..
불에 탈 수 있는 액체를
실린더라고 하고 하는 일정한 공간에 넣어서 태워가지고
작동을 시키는 기관인데요
엔진 구동 원리 그림이에요위의 그림을 보시면,
흡입행정 단계에서 연료와 공기가 쑤욱 들어옵니다.
그리고 압축행정 단계에서 피스톤이 올라가면서 연료와 공기를 꽉 누릅니다.
여기에 점화스파크에서 불꽃이 칙칙 하고 나오면!
안 그래도 눌려있던 연료와 공기가 펑! 하고 폭발하겠지요.
그 힘으로 피스톤이 아래로 내려가면서 힘이 발생하죠.
그리고 타고 난 배기가스가 나갑니다.
이 과정에서
피스톤이 내려갔다~ 올라갔다~ 하며 상하운동을 하는데,
(위~아래~위위~아래~...... 죄송합니다)
이 피스톤에 연결된 크랭크 축이 회전 운동으로 바꿔줍니다.
여기서 어떤 연료를 쓰느냐에 따라
가솔린엔진, 디젤엔진 등 이름이 조금씩 달라집니다.
휘발유를 쓰는 가솔린엔진을 우리는 대부분 알고 있지만,
다른 연료를 써도 사실 엔진은 돌아갑니다.
물론
메탄올과 같이 내부 배관을 빠르게 부식시킨다거나
경유처럼 겨울에 얼어붙을 수도 있어서 이 부분을 보완해야 한다거나
LPG처럼 여름에 연료탱크가 터져버릴 수도 있어서
가득 채우면 안 된다는 등..
조금씩 고려해야 할 점이 달라집니다만
어쨌든 엔진은 실린더 안에서 연소시키는 기관이니까요.
그런 점에서,
등장하는 것이 수소엔진입니다.
수소터빈에서 설명드렸던 것처럼
수소만 연소시켜 터빈을 돌리면 이산화탄소가 ZERO가 되었죠.
수소엔진도
수소만 연소시켜 엔진을 돌리면 이산화탄소가 ZERO거든요.
자,
수소엔진을 조금 더 자세히 볼게요.
연소방식에 따라 2가지로 나눌 수 있는데요,
직접 분사 수소엔진은 수소를 직접 연소실에 뿌리는 방식이고,
간접 분사 수소엔진은 공기에 수소를 혼합해서 연소실에 뿌리는 방식입니다.
직접 분사 수소엔진은 효율성과 성능이 좋은 반면, 제어가 어렵고
간접 분사 수소엔진은 제작과 제어가 쉬운 반면, 효율성과 성능이 조금 낮습니다.
수소만 뿌리는 거랑
수소를 공기에 조금 섞는 거랑의 차이인데,
어제도 말씀드렸다시피 수소가 참 예민한 놈이라서
예민한 수소만 사용하는 게 쉽지 않습니다.
그렇지만! 수소엔진은 장점도 많습니다.
먼저, 가솔린엔진보다 연료효율성이 좋습니다.
적은 양의 수소로 에너지를 얻을 수 있다면, 이것이 바로 연료비 절감!
그리고, 수소엔진은 조용합니다.
수소가 연소되는 과정에서 발생하는 소음과 진동이
가솔린엔진 대비해서 훨씬 작습니다.
수소엔진은 힘도 좋아서,
빠른 가속 성능과 무거운 하중을 운송해야 하는 상황에도 유리하지요.
기존 가솔린엔진 대비 부품 마모가 적어 내구성도 좋다고 합니다.
부품 마모가 적다는 건, 수리 및 유지 보수 비용이 적다는 말이죠.
돈만 주는 것이 아니라
부품을 교체하는 간격이 길어지니 관리하기도 편합니다.
그러나...
만드는데 돈이 많이 들어갑니다.
수소 연료 저장 탱크부터 우선 돈이 만만치 않습니다.
넥쏘가 괜히 비싼 차가 된 게 아닙니다 여러분..
그리고 수소엔진을 위해서 충전해야 할 충전소가 몇 개 없어요.
물론, 다량의 수소엔진을 사용하는 곳에서야
자체적으로 설치할 수는 있겠으나
수소충전시설도 돈이 들어가는데요 뭐..
또한 수소는 가연성이 높아서
안전을 위한 주의가 필요하기도 하고,
수소 연료 저장 탱크를 포함한 기타 시설들이 필요하기 때문에
무게가 전체적으로 증가합니다.
그럼 수소엔진이 어떻게 생겼나~ 누가 만들고 있나~ 볼까요?
이니오 옌바허의 수소엔진오스트리아의 이니오 옌바허(INNIO Jenbacher)는
이미 2000년에 150kW급 파일럿 엔진을 개발했고,
2020년에 1MW급 가스엔진을 수소 전소, 수소 혼소 방식으로 운전했습니다.
그 이후에 스페인, 일본, 아르헨티나 등에서 가동한 데이터를 모아
2021년 Ready for H2라는 수소엔진 포트폴리오를 냈고,
이걸 효성중공업이 들고 왔지요.
효성중공업, 수소발전 시장 개척 - ZDNet korea
핀란드의 바르질라라는 회사는
설치용량을 기가와트(GW)까지 확대할 수 있는 '바르질라 31'을 출시했습니다.
악어가 입 벌리고 있는 것 같기도 하고...내구성이 높아 100만 시간 이상 가동할 수 있다고 하는데요,
시동 명령 후 30초 이내에 전기망과 연동할 수 있는 만큼
에너지 유연성도 매우 높다고 평가받고 있습니다.
일본 미쓰비시 중공업 엔진터보차저라는 회사에서는
500kW급 발전용 수소엔진을 만들었습니다.
독일 보쉬도 2025년, 2026년에 걸쳐서 수소엔진을 공개할 계획이고,
도요타는 수소연소엔진을 장착한 GR 야리스 H2 콘셉트카를 공개했었죠.
볼보트럭도 수소엔진 트럭을 2029년 상용화할 계획이라고 하고,
페라리도 수소연소엔진 특허를 획득했다고 합니다.
자동차회사들도 수소엔진에 열심히네요.
HD현대인프라코어는 발전용 디젤엔진과 가스엔진을 기반으로
발전용 수소엔진을 개발하고 있는데요,
그 결과물로 지난 H2 MEET에서 HX12 수소엔진을 공개했습니다.
HD현대인프라코어 개발 ‘수소엔진’ 해외기업 관심 폭발 : 네이버 포스트
대형트럭, 건설장비, 특수장비,
나아가 조선분야와 발전분야까지 확장하겠다는 계획이라고 합니다.
처음 수소가 등장했을 때부터
전기차냐 수소차냐 라는 논쟁도 있었고,
수소터빈, 수소엔진, 수소연료전지 중 승자는 누구일까라는 논쟁도 있습니다만
현재는 각자의 장단점을 취해 공존하게 될 것이다..
라는 결론으로 가고 있는 듯합니다.
물론, 수소가 일반화가 되고, 대량으로 유통이 된다는 전제가 있어야겠지요?!
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