수소가 도로 수송의 대체 연료로 자리 잡을 것이라는 초기 관측은 지금까지도 현실화되는데 어려움을 겪고 있지만 그 주제는 쉽게 사라지지 않고 있다. 배기가스가 없는 전기를 만들기 위해 수소 연료 전지를 사용하는 것은 여전히 큰 잠재력을 가지고 있다. 하지만, 수소를 연료로 하여 내연기관을 작동시키고자 하는 의지는 많이 줄어들었다. 그래도 관심은 여전하다. 토요타가 GR 야리스에서 가져온 수소 구동 3기통 경주용 엔진을 후지 24시 경주용으로 특수 개발한 코롤라 스포츠에 탑재한 것이 그 한 예이다.
수소는 가솔린 또는 디젤에 비해 깨끗한 연료이지만, 전기를 생성하기 위해 연료 전지 시스템에서 변환될 때에만 배출물로부터 자유롭다. 연소 엔진에서 태워질 때는 그렇지 않다. 미연소 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)는 생성되지 않지만, 질소산화물(NOx)은 생성된다. 공기는 78%가 질소이며, 연소 시 산화되어 독성 NOx가 생성된다. 하지만 연소실에 얼마나 뜨거운 물질이 유입되느냐에 따라 그 양이 달라지고, 이 지점에서 수소 엔진의 유리함을 말할 수 있다.
수소는 가솔린이나 디젤에 비해 훨씬 덜 까다롭기 때문에 ‘공기 대 연료비’ 범위가 넓으므로 완전하고 효율적으로 혼합 및 연소할 수 있다. 그 결과, 수소 엔진은 매우 희박하게(공기는 많이, 연료는 적게) 작동할 수 있지만, 여전히 가솔린 또는 디젤보다 훨씬 낮은 NOx의 ‘엔진 배출’ 수준을 유지할 수 있다. 기존의 배기가스 처리 기술을 사용하면 배기구 배출물을 극미량으로 줄일 수 있다.
이 매력적인 사실들은 여러가지 것들에 의해 좌지우지된다. 수소는 무게에 비해 많은 양의 에너지를 갖고 있지만 액체 연료에 비해 밀도가 훨씬 낮기 때문에 연료가 흡기 매니폴드에 주입되어 실린더 외부 공기와 혼합되는 포트 분사 방식 엔진은 가솔린에 비해 수소를 연료로 사용할 때에 출력이 현저히 낮아진다. 직분사 방식은 이 문제를 개선할 수 있고, 여기에 가변 지오메트리 터보차징을 결합하면 수소 연료 연소 엔진의 현실성이 높아진다.
하지만 여전히 절충점이 있다. 현대적인 직분사 터보차지 수소 엔진은 연료-공기 혼합물의 수소 비율을 증가시켜 동급 가솔린 엔진보다 더 많은 출력을 만들어낼 수 있지만 NOx 수준이 증가한다. 그런가하면 수소 엔진은 기본적으로 가솔린 엔진을 개량한 것으로서, 생산 형태상 일부 더 강력한 구성 요소와 수소 직분사 시스템을 갖춰야 한다. 수소는 연료 전지 차량에 사용되는 잘 검증 된 700바 압축가스 탱크에 저장할 수 있다.
비교적 최근의 연구 프로그램들은 승용차뿐만 아니라 무거운 차량에도 적합한 기술을 사용하여 사실상 배기가스 배출이 없는 연소 엔진으로 운행할 가능성이 있음을 시사한다. 그라츠 공과대학교는 보쉬와 함께 2.0L 불꽃 점화 터보차지 엔진으로 고무적인 결과를 도출했으며, 리카도는 중량 자동차용 수소 엔진에 대한 연구 프로그램을 주도하고 있다.
기존 기술과 제조에 근접한 점을 고려할 때, 이 풍부하고 공기보다 가벼운 가스를 태우는 것은 완전한 전기로 가는 과정에 유용한 디딤돌을 제공할 수 있다. 또한 연료 전지 차량에 필요한 수소 네트워크의 개발을 촉진하는데도 도움을 줄 수 있다.
다음단계의 토크 비틀기
전기자동차는 구동 바퀴마다 하나의 모터를 사용할 수 있기 때문에 토크 벡터링이 보다 효과적일 수 있다. 서리 대학교는 EV의 효율은 물론 안정성을 높이고 주행 조건에 따라 어느 쪽이든 우선 순위를 지정할 수 있는 ‘퍼지 로직’을 갖춘 토크 벡터링 제어 시스템을 개발했다.
이는 유럽연합의 스티브 전기 도시 모빌리티 프로젝트의 일부이다.
