디젤엔진과 수소/암모니아 엔진의 비교 분석

기본 작동 원리 차이

디젤엔진

• 연료 사용: 디젤 연료(화석연료) 사용
• 점화 방식: 압축 점화 방식 - 공기를 고압으로 압축하여 발생한 고온으로 연료를 자연 발화
• 연소 과정: 탄화수소 연료가 산소와 결합하여 CO2와 H2O 생성

수소엔진

• 연료 사용: 수소 가스 사용
• 점화 방식:
  • PFI(Port Fuel Injection): 흡기 포트에 수소 분사
  • DI(Direct Injection): 연소실에 직접 수소 분사
• 연소 과정: 수소가 산소와 결합하여 물(H2O)만 생성, 탄소 배출 없음

암모니아엔진

• 연료 사용: 암모니아(NH3) 사용
• 점화 방식: 암모니아는 점화 온도가 높고 연소 속도가 느려 디젤과 혼소하거나 특수 점화 시스템 필요
• 연소 과정: 암모니아가 산소와 결합하여 질소와 물 생성

운전방법 변화

수소엔진

1. 시동 및 운전 방식:

   • 기존 내연기관과 유사한 운전 방식 유지
   • 수소 연료 공급 시스템의 안전 점검 필요
   • 초희박연소 기술 적용으로 공기량 조절 필요

2. 출력 특성:

   • 높은 회전 영역에서도 토크 유지 가능
   • 기존 디젤엔진보다 더 높은 마력 발휘 가능

3. 안전 관리:

   • 수소 누출 감지 시스템 필수
   • 고압 수소 탱크 관리 필요 (350~700bar)

암모니아엔진

1. 시동 및 운전 방식:

   • 암모니아는 점화가 어려워 초기 시동 시 디젤 연료 사용 필요
   • 이중연료(DF) 방식으로 암모니아와 디젤 혼소 운전

2. 출력 특성:

   • 암모니아의 낮은 발열량으로 인해 동일 출력 발생을 위해 더 많은 연료 필요
   • 연소 속도가 느려 엔진 제어 시스템 조정 필요

3. 안전 관리:

   • 암모니아의 유독성으로 인한 누출 감지 및 환기 시스템 필수
   • 부식성 관리를 위한 특수 소재 사용 필요

경제성 비교

수소엔진

1. 장점:

   • 기존 엔진 기술 활용 가능 (개조 비용 절감)
   • 연료전지차보다 귀금속/희토류 사용량 적음
   • 저순도 수소(97~98%) 사용 가능 (연료전지는 99.97% 이상 필요)
   • 내구성 확보 (100만km 이상 또는 8~10년 이상 사용 가능)

2. 단점:

   • 수소 생산 및 저장 인프라 구축 비용 높음
   • 수소 연료 가격이 아직 디젤보다 비쌈
   • 연료 효율이 수소연료전지의 약 절반 수준

암모니아엔진

1. 장점:

   • 암모니아는 수소보다 저장 및 운송이 용이
   • 기존 인프라 일부 활용 가능
   • 액체 상태로 저장 가능하여 에너지 밀도 높음

2. 단점:

   • 암모니아 생산 비용 높음
   • 디젤과 혼소 필요로 완전한 탄소중립 어려움
   • 연소 효율이 디젤보다 낮음

환경적 측면

수소엔진

• CO2 배출 없음 (탄소중립)
• NOx 배출은 디젤보다 적지만 여전히 발생 (후처리 시스템 필요)
• 그린수소 사용 시 완전한 친환경 가능

암모니아엔진

• CO2 배출 감소 (디젤 혼소량에 따라 다름)
• NOx 배출 관리 필요
• 암모니아 생산 방식에 따라 친환경성 결정

실용화 전망

수소엔진

• 상용차, 건설기계, 선박 분야에서 먼저 상용화 진행 중
• HD현대인프라코어, 커민스 등이 2024-2027년 상용화 목표
• 수소 충전 인프라 확대가 관건

암모니아엔진

• 주로 선박 분야에서 개발 중
• 육상 운송 분야보다는 해상 운송에 더 적합
• 암모니아 생산 및 공급 인프라 구축이 관건

수소와 암모니아 엔진은 모두 기존 디젤엔진에 비해 친환경적이지만, 인프라 구축과 경제성 확보가 실용화의 핵심 과제입니다. 특히 수소엔진은 상용차 분야에서, 암모니아엔진은 선박 분야에서 더 빠른 상용화가 예상됩니다.