LPG자동차 EURO-6 도달
전세계 1만800여대 운행ㆍ가파른 성장
연비ㆍ출력 높이고 배출가스 줄인 고성능 차량
세계 최초 LPG 직접분사 엔진이 국내 기술진에 의해 개발됐다.
기존 LPG 엔진에 비해 연비와 출력은 높이고 배출가스는 획기적으로 줄인 4세대 LPG 직접분사(LPDi)엔진이다.
고려대 기계공학부 박심수 교수팀이 개발에 성공한 ‘4세대 LPDi 엔진'은 환경오염이 적으면서도 고출력·고연비 실현이 가능한 LPG차량을 양산할 수 있는 기반기술로 곧 상용화를 앞두고 있다.
LPDi(LPG Direct Injection) 엔진은 주연소실 안에 액체상태의 LPG를 직접 뿜어 연소시키는 방식으로, 현재 일반화된 가솔린 직접분사(GDi) 엔진의 원리를 LPG에 그대로 적용해 출력과 효율을 동시에 끌어올린 것이다.
LPG 연료는 기화성이 뛰어나 연소실에 분사하자마자 공기와 혼합되어 완전연소를 촉진시키기 때문에 직접분사 엔진에 적용 시 배출가스 저감에 유리한 장점이 있다.
이번에 개발된 LPDi 엔진의 가장 큰 특징은 가솔린 대비 탄화수소(THC) 질소산화물(NOx) 등 유해물질 배출량은 대폭 줄어들었으나, 출력은 가솔린 동등 수준을 확보해 친환경과 고성능을 동시에 구현했다는 평가를 받고 있다.
또한 자동차 배기가스에서 미세입자와 질소산화물(NOX)의 배출을 매우 엄격히 규제하고 있는 유럽연합의 유로6(EURO6)와 북미의 가장 엄격한 배출가스 규제인 SULEV(극초저공해자동차, Super Ultra Low Emission Vehicle) 기준을 동시에 만족시켰다.
인체에 특히 유해한 나노입자(직경 1마이크로미터 이하의 미세 입자)의 경우, 배출개수가 동급 가솔린차량 대비 90% 이상 감소돼 친환경성이 탁월한 것으로 분석되고 있다.
발암물질인 다고리방향족(PAH) 배출량도 가솔린 대비 90% 이상 줄었으며, 광화학스모그를 유발하는 휘발성유기화합물(VOC) 배출량도 절반 수준으로 낮췄다.
LPDi 엔진 개발의 주역인 박심수 교수(한국자동차공학회 회장)는 “직접분사방식 엔진은 엔진 및 연료계, 제어장치(ECU) 등의 최적화가 동시에 이뤄져야 하는 고난도 기술”이라며 “이번 LPDi 엔진 개발로 국내 LPG차량의 기술경쟁력은 일본, 유럽 등 선진국에 비해 최소 5년 이상 앞서는 우위를 확보했으며, 해외 수출 가능성도 기대할 수 있을 것”이라고 설명했다.
LPDi 엔진 개발을 위해 고려대 기계공학부에서는 엔진 및 차량 배기성능, 배기가스 배출 특성과 제어로직 통합을 담당했고, 현대자동차·모토닉·콘티넨탈 오토모티브는 기술지원을 맡았다.
차량시험은 정부인증기관에서 수행해 실험결과의 객관성을 확보했다.이번 선행연구 결과를 토대로 상용화 기술개발도 시작됐다.
LPDi 차량 상용화 개발은 환경부 국책사업인 친환경자동차기술개발사업 과제로 채택돼 지난 8월부터 현대자동차 주관 아래 진행 중이다.현대차는 LPDi 엔진 상용화 개발에 엔진 다운사이징 기술을 적용시켜 효율을 높임으로써, 기존 LPG 차량(YF쏘나타 2.0 LPI 차량) 대비 연비는 10% 높이고, 온실가스인 이산화탄소 배출량은 10% 줄인다는 계획이다.
LPG업계는 LPDi 차량 상용화를 통해 유해배기가스를 대폭 줄임으로써 대기환경 개선에 기여할 뿐만 아니라 소비자의 LPG 자동차 만족도를 늘릴 수 있는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.
고윤화 대한LPG협회장은 “그동안 LPG업계는 3세대 엔진인 LPI엔진 개발 등 LPG차량의 경쟁력 향상을 위한 다양한 기술개발 사업을 수행해왔다”며 “앞으로도 소비자가 만족할 수 있는 LPG자동차의 개발과 보급에 전력을 다하겠다”고 밝혔다. 
4세대 엔진개발에 성공한 LPG자동차의 가장 큰 장점으로는 경제성을 들 수 있다.현재 LPG 연료 가격은 휘발유의 54% 수준으로, LPG차량의 연비가 휘발유 차량의 80% 수준인 것을 감안하더라도 휘발유차 대비 경제성이 탁월하다.(2011. 12. 6 현재 휘발유 가격 1952원, LPG 가격 1057원(자료원 : 오피넷).
쏘나타 휘발유 모델 연비 12.8km/ℓ(2.0 GDI 기준), LPG 모델 연비 10.5km/ℓ(2.0 LPI 기준)). 그동안 제기돼 온 시동불량 등의 문제점은 품질개선 등의 노력으로 일찌감치 3세대 방식 엔진에서 해결됐다.
2003년 이전 출시된 LPG차량은 믹서(mixer) 방식으로, 액체 상태의 LPG를 기화시킨 뒤 공기를 혼합해 연소실로 분사하는 방식이어서 겨울철 시동불량의 문제점이 제기돼 왔다.
하지만 2003년말 이후 출시된 LPG차량은 3세대 방식인 LPI(Liquid Petroleum Injection) 엔진을 채택해 액체상태의 LPG를 전자제어장치(ECU)가 제어하는 인젝터를 이용, 각 기통에 분사함으로써 겨울철 시동불량 문제를 해소했으며, 출력 부족 문제도 대폭 개선하게 됐다.
이번에 개발 완료된 LPG 직분사방식(LPDi) 엔진 차량이 상용화되면 출력은 휘발유차와 동등한 수준으로 올라서고 연비는 현재 수준보다 10% 개선될 것으로 기대되고 있다.LPG자동차의 상대적인 안전성도 장점으로 꼽힌다.
지난해 CNG버스 사고 이후 같은 가스에너지라는 이유로 LPG(액화석유가스)차의 안전성이 한때 이슈가 되기도 했지만 LPG차는 CNG와 달리 폭발 위험이 거의 없는 것으로 알려져 있다.
CNG의 탱크압력(200기압 내외)에 비해 LPG는 탱크압력이 3기압 내외로 낮아 탱크 내 압력 상승 등으로 인한 폭발 위험이 없으며, LPG 차량 연료탱크 폭발로 인한 국내 사고는 아직까지 한번도 발생한 바 없다.
LPG자동차는 이제 인프라 구축 면에서도 뒤지지 않는다.LPG차량의 증가와 함께 LPG충전소도 꾸준히 증가해 충전불편 등의 문제가 대폭 줄어들었기 때문이다.
2001년 800여 개소에 불과하던 LPG충전소는 지난 10년간 배 이상 늘어나 현재 전국에 1900개소가 운영 중이다.
연료자체 LPG차량이 디젤보다 더 환경친화적
최근 자동차 제작기술 개발로 디젤차량의 환경성이 개선된 것은 사실이지만 연료자체는 탄소배출계수가 더 낮은 기체연료인 LPG가 더 친환경적이라는 분석이다.
업계에 따르면 클린디젤차량은 배출가스가 EURO-6(2014년 개발 예상) 수준인 차량이 해당되며, 이는 국내에서는 아직 기술개발 중으로 국내 수준의 디젤차량에 대해 친환경성을 주장하기는 이르다는 입장이다.
또한 향후 EURO-6 수준의 국산 디젤차량이 양산될 경우에도 연료(디젤)가 아닌 자동차(클린디젤차량)에 세제혜택을 부여해야 한다는 것.LPG차량은 호흡기 질환을 유발하는 PM10(미세먼지) 배출량이 거의 없으며, PM2.5(초미세먼지) 및 NOX(질소산화물) 배출량도 디젤차량보다 적은 것으로 보고되고 있다.
현재 생산중인 LPG차량의 평균 배출가스 등급 또한 디젤차량보다 더 우수하며, 온실가스인 CO2 및 N2O(아산화질소) 배출량도 LPG차량이 디젤차량보다 더 적은 것으로 나타나고 있다.
해외 LPG자동차 시장 매년 8% 성장세
현재 LPG차량은 일본을 비롯해 미국, 호주, 영국, 이탈리아, 중국, 인도 등 전 세계 70개국에서 운행되고 있으며, 매년 8% 성장 추세를 보이고 있다.
2010년말 기준 전세계 LPG차량 운행대수는 모두 1800만여대로 가파른 성장세를 유지하고 있다.
특히 LPG가 기후변화 대응 에너지로 부각되면서 터키, 폴란드, 독일 등 유럽지역에서 LPG차량이 증가 추세이며, 인도 등에서도 삼륜차 개조정책 및 가격경쟁력에 힘입어 LPG차가 급증한 것으로 나타났다.
2000년 이후 LPG자동차 보급대수는 매년 평균 8% 성장수준을 보이고 있다.충전소 운영개소 및 오토가스 사용량도 각각 7%, 4%씩 성장하는 추세이며, 2000년 750만대 수준이던 LPG자동차는 2010년 1800만여대로 두 배 이상 증가했다.LPG차량은 세계 각국에서 친환경차량으로 보급이 장려되고 있다.
호주에서는 LPG신차 구입 또는 개조 시 1500~2000 호주달러를, 프랑스는 LPG신차 구입 또는 개조 시 2000 유로를 지원하고 있다. 미국은 LPG충전 시 갤런당 50센트의 세금혜택이 주어지며 영국은 LPG차량에 대해 할인혜택을 부여하고 있다.