암모니아를 연료로 사용하는 메가와트(㎿)급 선박용 엔진 연소 기술이 국내 최초로 현장 적용된다. 글로벌 친환경 선박 엔진 시장 경쟁력 제고에 박차를 가할 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 류석현)은 박철웅 책임연구원팀이 암모니아를 연료로 사용하는 선박용 LNG-암모니아 혼소 엔진 연소 기술 실증을 전북 군산 한국선급 그린십 기자재 시험·인증센터에서 성공적으로 진행 중이라고 10일 밝혔다.
이번 연구는 한국선급, HD현대중공업, HD한국조선해양, 선박해양플랜트연구소, 군산대와 공동연구로 진행된다. 해양수산부 '2100마력급 LNG-암모니아 혼소 엔진 개발' 과제 지원을 받아 수행됐다.
연구팀은 암모니아를 선박용 엔진 내 연소실 안으로 고압 분사하고 안정적인 연소를 유지해 높은 출력과 열효율을 구현했다.
암모니아는 유망한 탄소중립 연료다. 다만 연료공급시스템 재료로서는 부식성과 독성 등 우려로 관리가 어렵다. 또 높은 점화 에너지가 요구돼 착화가 어렵고 느린 연소 속도로 불완전 연소가 증가해 엔진의 출력·효율이 감소하는 문제가 발생한다.
실증 중인 엔진은 연료공급장치 내 '오링(O-ring : 기계류에 사용되는 원형 고리)' 소재 변경을 통해 부식과 암모니아 외부 누출을 방지하고, 고효율 연소를 가능하게 해 이산화탄소(CO₂) 배출을 50% 이상 저감하는 등 성능을 검증받았다.
연구팀은 암모니아 연료 분사 시기를 연소 속도에 맞춰 최적화했고 높은 에너지를 요구하는 착화 조건을 충족시켰다.
또 고압 암모니아 연료를 연소실에 직접 분사하고 공기 혼합도를 높인 '희박 연소'를 통해 열효율을 극대화하고, 출력 성능 향상은 물론 배출물을 동시에 줄여 불완전 연소 문제를 해결했다.
박철웅 책임연구원은 “선박용 ㎿급 LNG-암모니아 혼소 엔진 연소 기술은 선박용 엔진에서 배출되는 온실가스 규제를 만족하고 미래 조선시장의 주도권을 확보할 수 있는 독자 기술”이라며 “선박용 엔진은 물론 탄소배출 저감이 요구되는 자동차, 발전기 등의 동력원으로 확장 적용할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
