■ LPLi엔진 개발 성공시 기대효과

환경기술적·사회경제적 파급효과 크다

2001-07-24     한국에너지신문

우리나라는 전세계적으로 가장 많은 LPG자동차가 운행중에 있지만 순수 LPG연료시스템은 개발돼 있지 않다. 물론 전세계적으로도 마찬가지다. 디젤엔진이나 가솔린엔진을 LPG 연료를 사용할 수 있게 구조변경한 것이다. 따라서 오염물질을 완전히 저감시키지 못하고 있는 실정이다.
자동차의 배기가스 배출기준은 점차 강화되고 또 전세계적으로 도입추세에 있는 LEV(low emission vehicle)배출기준에 맞추지 못하면 환경후진국의 비난을 면치 못할뿐만아니라 자동차 산업의 발전도 기대하기 어렵다.
이를 타개할 수 있는 방법은 유류의 질을 최상으로 만들어 어떤 엔진에서 사용해도 오염물질을 완전 배제할 수 있게 하는 것이다. 그러나 이는 단지 방법론일 뿐 경제적으로 맞지 않는다.
그렇다면 각각의 유류에 맞는 엔진을 개발하는 것이다. 특히 청정연료인 LPG를 최적으로 사용할 수 있는 엔진의 개발이 필요하다. 그러나 아무리 청정연료인 LPG라고 해도 엔진이 이를 뒷받침해주지 않으면 오염물질 저감에 그렇게 많은 도움이 될 수 없다.
SK가스와 LG가스는 LPG를 최적으로 사용해 오염물질을 획기적으로 저감시킬 수 있는 LPLi(액상연료분사방식)엔진을 수년전부터 연구해왔다.
이번 차세대 핵심환경기술개발사업(Eco-tchnopia21)의 LPLi(액상연료분사방식)엔진 핵심부품 개발 프로젝트는 일차적으로 LPG 양 수입사의 새로운 판로이며 나아가 ‘대기오염저감’이라는 국가적인 대명제를 안고 있다.

■ 왜 연구하게 됐나
 우리나라는 현재 120만여대의 LPG자동차가 운행중에 있으며 현재 LPG차량에서 사용중인 믹서 연료공급방식으로는 2006년부터 도입예정인 LEV(low emission vehicle)배출기준에 맞추는 것이 기술적으로 곤란한 실정이다.
따라서 저배기가스 및 고연비를 실현하기 위해서는 LPG액상분사식(liquid phase LPG injection, 이하 LPLi)연료공급 방식의 개발 및 적용이 필수불가결한 상황이다.
현재 LPLi 방식 LPG승용차의 배출가스는 LEV 규제치를 만족시키고 있고 LPLi 방식의 도입이 세계적인 추세인 가운데 국내 자동차업계도 2003년부터 본격적인 LPLi 시스템의 양산을 예상하고 있다.
이러한 LPLi 방식의 엔진 및 연료공급 시스템에서 실용적인 내구성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 화학적 유해물질이 적고 미세입자 부유물이 없는 고순도 LPG를 사용해야 한다.
그러나 LPLi 차량만을 위해서 연료 제조과정서 불순물을 완전하게 제거하는 공정을 추가하는 것은 매우 비경제적인 것이다.
결국 화학적 유해물질과 부유물이 함유돼 있는 LPG 연료를 LPLi 시스템에 탑재했을 때 실용적인 내구성 및 성능을 발휘할 수 있는 핵심부품이 시급한 상황이다.
또한 LPG 성분조성에 따라 LPLi 핵심부품의 최적화를 이뤄 경제성 있는 단계에서 LPG연료의 성분조성을 변화시키고 이에 대한 시험 및 평가 연구가 필요하다.

■ 국내외 연구동향과 한계점
 LPLi 연료공급방식의 차량을 가장 먼저 보급한 지역이 유럽이지만 현재 약 10만km의 운행실적으로 LPG 유해성분이 LPLi시스템에 미치는 영향 평가가 충분히 이뤄지지 않고 있는 상황이다.
일본의 경우도 지난해부터 이 시스템이 보급돼 있지만 현재 200여대밖에 되지 않아 유해성분으로 인한 시스템의 성능저하 등 이에 대한 충분한 평가 및 검토가 이뤄지지 않고 있다.
LPG에 함유돼 있는 부타디엔 성분 때문에 LPG자동차를 장기간 사용할 경우 성능저하를 초래하고 미세입자 부유물에 유입된 LPG가 분사장치 등에서 편마모를 일으켜 연료를 누출시키는 등 실제적으로 치명적인 문제가 발생함과 동시에 배기가스의 악화 등의 원인이 된다고 알려져 있다.
그러나 우리나라에서도 이에 대한 실제적인 연구는 이뤄지지 않고 이론상으로만 알고 있어 LPG의 유해성분인 미세입자 부유물 및 화학적 유해물질에 관련한 실질적인 연구가 전세계적으로 시급한 실정이다.

■ 연차별 연구내용
 이 연구개발의 최종목표는 LPG품질변화에 따른 LPLi 핵심부품의 성능 평가 및 개선방법 도출해 성능향상과 기술개발 및 실용성을 평가하는 것이다.
먼저 1차년도에는 핵심부품 성능개선 요소기술 도출, 국내외 LPG성분 분석 및 평가, LPG 조성변화에 따른 CFR(단기통)엔진 시험, LPLi차량 구성 및 성능시험, LPG품질에 따른 분사특성 측정 등이다.
내년까지 완료되는 2차년도 계획은 LPG품질에 대응하는 LPLi 시스템 기술개발, 핵심부품 최적화 기술개발, 미세부유입자 제거 기술연구, 유해 화학물질 내성제 개발연구, LEV 대응 LPLi 시작차 차량평가 시험, LPG품질에 따른 연소특성 측정 등을 수행하게 된다.

■ 어떠한 파급효과가 있나
 연구개발사업이 성공해 LPLi엔진이 실용화 될 경우 크게 환경기술적 가치와 사회경제적 가치로 나눌 수 있다.
먼저 LEV 규제에 대응하는 LPLi 기술의 실용적 내구성을 확보할 수 있고 이를 차량에 적용해 대기오염의 저감에 크게 기여할 수 있게 된다.
또한 LPG품질 변화에 따른 LPLi 대응 기술을 확보해 유해성분 등의 함유에 의한 LPLi 차량의 성능급감 등의 문제에 대처할 수 있을 것으로 보인다.
뿐만아니라 향후 기술개발의 단계에 따라 고효율 및 저배기의 연료공급방식을 개발하고자 경우 기술적으로 보다 손쉬운 접근을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
사회경제적으로는 정부가 주도하는 각종 환경친화적 정책에 부응해 청정 주거환경의 조성 등 대 국민 홍보에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있을 것으로 보인다.
또한 기술개발로 인한 국산화로 국내 기간산업의 육성 및 발전에 기여하고 외국의 기술도입비용나 완성품의 수입을 대체함으로서 국가 경쟁력을 신장시킬 수 있다는 점이다.
아울러 기존에 보급돼 있던 낙후된 연료방식에 대한 대대적인 교체작업이 이뤄져 관련부품 생산업체의 성장 등 파급효과가 클 것으로 보인다.
현재 기존 LPG엔진 및 연료분사시스템의 관련부품 산업이 국내 연간 500억원이고 세계시장 규모가 약 3천억원으로 추정되는 가운데 이 연구사업이 더욱 활성화되고 신규 관련산업이 창출될 경우 이에 대한 적잖은 파급효과가 기대되고 있다.

<윤태 기자>