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저공해자동차 기술개발 및 보급 전망

디젤엔진과 입자상물질(PM) 저감기술

유럽의 스웨덴에서는 Johnson Matthey에서 개발한 CRT(continuous regeneration trap) 매연여과장치가 1800대 이상 시험 운행되고 있고, 최근에 미국에도 도입을 준비하고 있다. 또한 프랑스의 Peugeot사에서는 2000년부터 첨가제방식 매연여과장치를 장착한 고급 경유승용차를 판매하기로 결정하는 등 전세계적으로 이 장치에 대한 기술개발이 활발하다.
특히 최근 EU에서는 매연여과장치의 실용화 가능성을 확인하고 2005년의 EURO4 기준에서 대형경유차의 PM 규제를 0.1g/kwh에서 0.02g/kwh으로 대폭 강화하기로 결정하였으며, 미국도 2007년에 0.1g/bhph에서 0.01g/bhph으로 강화할 계획으로 있어, 2005년경에는 DPF 장치의 상용화가 예상되고 있다.

일본의 GDI 엔진기술

일본에서는 1995년에 일본의 미쯔비시자동차에서 가솔린엔진의 연소실내에 연료를 직접분사(GDI; gasoline direct injection)하는 방식인 49G93 모델엔진을 자동차에 장착하여 발표하면서 GDI 엔진이 큰 관심을 끌게 되었으며, 이듬해인 1996년에 도요다 자동차가 계속하여 D-4 GDI 엔진 장착차량을 발표함으로서 본격적인 GDI 엔진 개발경쟁이 시작되었다.
아직은 NOx와 저속영역에서의 HC 문제 등 배기측면과, 희박연소의 고속고부하영역으로의 확장 등의 개선점들이 남아 있어 3L/100km에는 아직은 미달하나 괄목할 만한 연비개선을 가져온 기술로 평가되고 있으며 향후 가솔린엔진의 발전방향으로 인정받고 있다. 현재의 GDI 엔진 연비는 간접분사식(IDI) 디젤엔진 수준으로 평가되고 있다.

하이브리드 자동차(HEV) 기술

하이브리드자동차 개념은 기존 자동차 엔진과 새롭게 발전되어 가고 있는 축전지를 조합하여 사용함으로서 엔진만을 사용할 경우보다 배출가스 공해를 줄일 수 있고, 전기자동차에서 가장 큰 결점으로 지적되고 있는 일회 충전시 주행거리가 짧은 점을 보완할 수 있으며, 향후 축전지 기술이 향상되는 데로 엔진 크기를 줄여감으로서 궁극적으로 전기자동차로 이행되어 갈 수 있기 때문에 하이브리드자동차는 전기자동차로 가는 과도기 기술로 볼 수 있다.
하이브리드자동차의 강점으로는 동력원을 다양화 할 수 있다는데 있다. 현재 사용되고 있는 가솔린이나 디젤엔진뿐만 아니라 압축천연가스(CNG), 연료전지, 가스터빈 등을 사용할 수 있고, 에너지 저장장치로도 축전지, 축전기(capacitor) 이외에도 회전력을 저장하는 플라이휠(flywheel), 유압 저장, 태양에너지 이용까지 다양하다.
그러나 하이브리드자동차 실용화를 위해서는 두 개 이상의 동력원을 사용하는데 따라 구조가 복잡해지고 중량이 무거워지며 차량가격이 상승되기 때문에 이 문제를 해결할 수 있어야 한다. 또한 기술적인 해결이 가능하더라도 하이브리드자동차 양산을 위한 설비투자가 이루어져야 하나 만약 전기자동차의 실용화 시기가 예측보다 앞당겨지면 시설투자에 대한 회수가 어려워질 수 있어, 아직도 전기자동차기술 예측이 어려운 시점에서 기업 입장에서는 하이브리드자동차 양산 투자를 결정하기가 쉽지 않다.

연료전지자동차(FCV) 기술

연료전지의 장점으로는 효율이 90% 이상이며 특히 부분부하에서 높다. 현재의 연료전지 1개는 0.55-0.75V 전압범위에서 0.8-1.2 A/cm2 정도의 전류를 얻을 수 있는 수준이며 자동차 모터를 구동할 수 있는 전류를 얻기 위해서 여러개의 연료전지를 직렬 또는 병렬로 연결(stack)하여 사용한다.
연료전지 설계는 전해질의 종류에 따라 약 5종류의 방식이 연구되고 있으며, 폴리머전해질을 사용하는 PEMFC(proton exchange membrane) 방식이 자동차용으로 가장 많이 연구되고 있다.
연료전지의 연료는 수소로 제한되어 있지는 않으며 일반적인 연료전지의 반응은 "연료 + 산화제(oxidant) → H2O + 전기 + 기타 부산물"로 표현된다. 연료전지에 수소를 공급하는 연료로 직접 수소를 사용하거나 메탄올 연료, 가솔린 연료 등의 사용이 연구되고 있다.


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