▲ 5㎾급 소형 수소 엔진 시작품

한국기계연구원(원장 박상진) 환경시스템연구본부 그린동력연구실 최영 실장 연구팀은 드론 구동을 위한 5㎾급 소형 수소 엔진을 개발했다.

국내에서 무인 이동체 전력원으로 사용할 수 있는 소형 수소엔진을 개발한 것은 이번이 처음이다. 현재 드론과 같은 무인 이동체 전력원은 대부분 배터리를 사용하고 있는데, 최근 장기 체공을 위해 가솔린 엔진 하이브리드 시스템, 수소 연료전지 시스템 등 다양한 시도가 이어지고 있다.

연구팀은 소형 엔진 내 수소 연료의 공급 방식을 직접분사방식으로 적용하고, 점화 및 분사 등 엔진 파라미터에 대한 최적화를 수행했다. 엔진 연료로 무탄소 연료인 수소를 사용하며, 수소 연료 공급 방식을 엔진 실린더 내 직접분사 방식으로 최적화하여 엔진 출력을 극대화했다.

▲ 소형 발전기 및 정류기를 엔진 축에 연결하여 전력을 생산할 수 있는 컨셉의 파워팩 시작품

이번에 개발한 소형 수소 엔진은 최대 7㎾ 이상의 출력을 달성했으며, 파워팩 모듈 개발을 위해 제작한 발전기 및 정류기는 5㎾ 이상의 출력을 확보했다. 이는 시중의 20~30㎏급 산업용 드론을 띄울 수 있는 정도의 출력이다.

수소 연료는 무게당 에너지밀도가 가솔린보다 2.8배 높아 가솔린 엔진을 적용한 드론보다 비행시간을 더욱 증가시킬 수 있다. 탄소를 배출하지 않는 친환경 무탄소 기술이라는 점도 눈길을 끈다.

향후 소형 수소 엔진의 신뢰성 확보를 위한 연구와 더불어 엔진에 발전기를 결합한 파워팩 모듈 개발 추가 연구를 통해 산업용 드론의 비행시간 증가와 임무 범위 확대 등에 적용할 전망이다. 또한, 배송 로봇과 같은 무인 이동체의 전력원으로도 널리 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

최영 실장은 “소형 수소 엔진 개발을 바탕으로 다가올 탄소중립 사회에 대응할 수 있는 기술을 선제적으로 확보했다는 데 의의가 있다”며 “수소 엔진 기술이 적용될 수 있는 분야를 확장시켜 수소 사회를 좀 더 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 기계연 기본사업 ‘드론 및 로봇 구동용 액체수소엔진 개발’ 사업의 지원을 받아 수행됐다.