"시내버스 엔진 재제조…천연가스 믹서트럭 개발"

[에너지신문] 전기·수소버스 보급이 본격화되면서 CNG버스 대폐차 중심으로 천연가스 버스 운행이 지속적으로 감소하고 있다. 결국 정부는 2024년부터 CNG자동차 구입보조 예산 지원을 중단했다.

2002년 월드컵을 기점으로 20여년간 국내 대기환경개선의 효자였던 천연가스(CNG) 시내버스 시대가 저물고 있는 것이다.

이러한 가운데 사용수명이 다해 고철로 폐기되는 천연가스 시내버스의 중고 엔진을 신품과 동급으로 다시 제조해 중대형 경유차량에 저공해 천연가스 엔진 믹서트럭으로의 전환에 나서는  기업이 있어 주목된다. 

대기환경개선 및 연료비 절감 효과는 물론 자원 재활용으로 순환경제사회 전환 촉진에 기여하겠다는 것이다.

최근 천연가스 엔진을 이용해 천연가스(CNG, LNG) 믹서트럭을 개발한 기업이 바로 청연충전(주)이다.

김대실 청연충전(주) 대표는 “중대형 경유차량을 무공해 배터리 전기차량과 수소연료전지차량으로 전환 보급되기까지는 장시간이 소요될 것”이라며 “중대형 차량은 천연가스 믹서 트럭 등 저공해차량으로의 전환이 현실적 방안이며, LNG벙커링사업의 성공을 위해서라도 육상에서의 천연가스 트럭 보급 및 충전소 확충이 반드시 필요하다”고 말한다.

한국가스공사 출신으로 천연가스 버스 보급과 사내기업 경험을 활용해 경유 믹서트럭을 천연가스 엔진 믹서트럭으로 전환하는 제2차 사업화를 준비하고 있는 김대실 청연충전(주) 대표로부터 개발 과정과 향후 계획 등에 대해 들었다.

▶경유 믹서트럭을 천연가스 엔진 믹서트럭으로 전환하는 제2차 사업화는?

양질의 중고 천연가스엔진을 신품과 동급으로 재제조해 매연과 NOx, 온실가스 배출이 많은 10년 이상의 Euro3와 Euro4 노후화된 경유차량을 저공해 천연가스 차량으로 튜닝하는 사업이다.

▶천연가스 엔진을 경유 차량에 적용해 튜닝하게 된 동기는?

천연가스-경유 혼소엔진으로 Euro 6 배출가스 기준을 만족하는 녹색기술인증(중소벤처기업부 제 GT-20-00858호) 기술을 혼소율을 70%까지 증가하고 다양한 운행 경유차량을 저공해 차량으로 전환하기 위해 ㈜로, ㈜엠코와 함께 운행 경유차 저공해 전환사업을 검토했다.

다만, LNG-경유 혼소엔진 배출가스 처리를 위한 천연가스용 3원촉매와 경유용 DPF 두 종류의 촉매 사용으로 발생하는 어려운 문제 해결에 많은 시간을 보내고 있었다. 5톤 경유 화물차량을 LNG차량으로 튜닝 사례와 관련 규제 해소로 재제조한 엔진으로 천연가스 차량 튜닝을 할 수 있다고 판단해 사업화를 진행하게 됐다.

▶ 환경부 운행차 및 운행 건설기계 배출가스 저감사업 대국민 공모 참여 계기는?

천연가스(CNG) 시내버스 보급사업을 진행하면서 운행 경유차량의 저공해 방안 필요성에 대해 환경부와 여러 차례 협의했지만 기술적, 제도적 제한으로 실현하지 못했다.

중대형 경유 차량을 배터리 전기차량이나 수소연료전지차량으로 전환하는 것이 상당한 기간이 필요하고, 저공해 연료인 천연가스차량으로 전환하는 방안이 현실적이라 판단해 관련 규제 개선과 지속적 기술개발에 많은 노력과 준비를 하고 있었다.

2020년 2월 믹서트럭 DPF장치의 배출가스 저감 효과가 없다는 뉴스를 접하고, 경유 믹서트럭을 천연가스 전소엔진 믹서트럭으로 튜닝하는 것이 효율적이라 판단했다.

2020년 5월 국토교통부가 저공해 엔진에 대한 규제를 해소함에 따라 저공해 엔진을 이용해 경유차량을 저공해 천연가스차량으로 튜닝할 수 있게 됐다.

▶천연가스 엔진을 이용한 믹서트럭용 개발 과정은?

타타대우에서 외국에서 수입한 엔진으로 LNG믹서트럭을 상용화했고, PTO 국산화를 위한 부품개발 소식을 들으면서 10년 이상 보급한 국내 천연가스 엔진을 활용하면 저렴하고 신속하게 경유 믹서트럭을 저공해 천연가스 차량으로 전환, 보급할 수 있다고 판단했다.

차량 엔진에 대한 경험과 지식을 보유한 기술진이 많은 장안평에서 시작해 용인, 이천 등 경기도 여러 폐차장을 방문한 결과, 천연가스 시내버스 엔진용 PTO 개발은 가능하나 많은 비용과 장기간 시간이 필요했다.

국토교통부 화물차량 저공해사업을 통한 엔진 재제조 즉, 보링 기술력을 보유한 경북 성주지역 업체인 대륜보링에서 엠코와 함께 시범적으로 재제조한 천연가스 시내버스 C6AE엔진과 PTO를 적용한 믹서트럭을 제작했다. 1년 이상 운행하면서 등판능력 등을 개선하면서 가능성을 확인했다. 천연가스 시내버스용 PTO를 개발해 특허도 등록했다.

▶ 믹서트럭용 엔진 개발에 어려움이 없었는지?

사업에 착수한 2020년에는 폐차하는 시내버스에서 구입한 엔진을 재제조를 통해 신품과 동급의 출력과 품질 구현을 확인했고, 버스 엔진을 트럭에 장착하기 위한 관련 부품개발과 개선으로 사업화가 어렵지 않을 것이라고 판단했다.

하지만 당시에 구입가능한 대부분 엔진은 290마력, Euro5(C6AE)엔진으로 믹서트럭에 적용하기 위해 출력 개선과 적정 산화촉매 확보 문제점을 해결해야 했다. 산화촉매는 10년 전에 단종된 부품으로 산화촉매 생산업체는 시내버스 시장이 전기차량으로 전환하면서 천연가스 산화촉매시장을 정리한 상황이었다.

현재 구입 가능한 3원 촉매에 적합한 Euro6 엔진 재제조로 엔진 대상을 전환하면서 배기가스에 포함된 과다한 메탄가스 문제를 해소했다.

공인 인증기관인 한국기계연구원에서 290마력과 340마력을 각각 2회, 총 4회 엔진시험을 통해 출력과 배출가스 저감성능이 신품과 동일수준임을 확인했다.

C6AF 엔진 ECU 안전장치를 극복해야 하는 어려움이 있었다. 약 1개월 동안 엔진 다이나모를 사용하면서 이 문제 해결에 많은 도움을 준 대양마린에 감사 드린다.

▶ 천연가스 엔진 시험결과는?

1차 시험은 C6AF, 290마력으로 신품대비 95.3%출력으로 재제조 품질기준인 95%이상으로 만족하나 촉매와 전장품 부적합으로 메탄이 과다 배출되고, 엔진 상태도 불안정했다.

정유업계에서 제기했던 과도한 메탄 배출과 엔진 불안정에 대해 원인분석하고, 290마력, C6AE엔진을 340마력 C6AF 엔진으로 재제조함으로써 공인인증기관의 엔진시험에서는 신품과 동일한 340마력, 2020년 4월이후 저공해 가스자동차 배출가스 기준을 완벽하게 통과했다.

▶ 천연가스 엔진 믹서트럭 연료비 경제성은?

믹서트럭 운영 경비에서 차량 구입비와 인건비, 차량 연료비는 중요한 항목이다. 차량 구입비와 인건비를 절감하기에는 매우 어렵다. 따라서 경유연료 보조금 지원대상에서 제외된 건설기계 믹서트럭 운영업체는 연료비 경제성이 중요한 관리 항목이다.

경유 소비자 가격 대비해 천연가스 가격이 약 30%정도 저렴하지만 개발한 엔진의 연비와 연료 방식, 운행 조건에 따라 경제성이 달라진다. 최고 연비의 저공해 엔진을 개발해야만 경유 믹서트럭을 포함해 다양한 운행 경유차량을 저공해 차량으로 전환할 수 있다고 판단했다.

현재 일일 주행거리 100Km와 연간 약 260일 운행 조건에서 경유대비 연간 연료비 약 770만원 정도 절감되는 것으로 예상한다.

▶ 청연충전(주)의 기술별 특징은?

시내버스의 중고 엔진을 재제조해 신품 대비 30% 가격으로 신품과 동급 출력과 품질의 엔진을 제조하며, 2020년 4월 이후(EURO 6) 가스차량 배출기준을 만족하는 엔진으로 모든 연식 믹스트럭을 저공해 차량으로 튜닝할 수 있다.

최신 사양인 2021년식 XCIENT 부품을 사용함으로써 10년 이상 수리 부품 확보에 문제가 없다. 엔진 재제조와 튜닝 절차를 표준화해 전국적 협력사 작업을 통해 신속하게 차량을 튜닝할 수 있다.

▶ 청연충전(주)의 저공해 천연가스 엔진 재제조기술 경쟁력은?

천연가스 시내버스 엔진을 믹서트럭에 적용하기 위해 절대적 부품인 PTO를 개발해 특허를 등록했고, 40년 이상 실무 경험을 보유한 기술진을 통해 짧은 기간에 관련 기술개발을 완료했다.

천연가스 엔진을 경유 엔진에 익숙한 운전자에 적합토록 기어변속 기준을 조정하고, 축동력을 향상해 등판능력도 경유엔진보다 우수하게 차량을 개발했다.

재제조 부품에 사용되는 부품은 천연가스 엔진부품 제작공급사로부터 100% 공급받기 때문에 재제조한 엔진은 신품과 동급으로 품질 보증할 수 있다.

▶청연충전(주)에서 튜닝한 믹서트럭 보급 실현성은?

10년 이상 운행으로 노후화된 건설기계 믹서트럭은 경유 배출가스 저감장치 효율성이 부족하다. 이에 따라 환경부에서 저공해 조치가 시급하다고 판단한 건설기계 믹서트럭 약 1만여대를 1차 사업대상으로 정했다.

청연충전(주)은 경유 믹서트럭 1대를 구입, 저공해 천연가스 믹서트럭으로 구조변경해 연료비 경제성과 이용 효율성을 검증했다. 믹서트럭을 일정기간 사업체에서 운영토록해 경유 믹서트럭에 대비한 연료비 경제성을 제3자 검증을 하도록 할 예정이다.

매년 2000여대씩 시내버스를 폐차하는 과정에서 양질의 2000여대 코어 엔진을 재제조해 신품과 동급인 엔진 재고를 확보할 수 있다. 또 20년 이상 보급한 천연가스 시내버스 엔진 부품을 공급한 우수한 부품 제작사가 있어 관련 엔진부품 확보가 용이하며, 20년 이상 천연가스 시내버스를 수리한 정비업체가 전국적으로 있어 차량 고장 수리에 신속하게 대처할 수 있다.

청연충전(주)는 천연가스 엔진 믹서트럭 5대를 보유, 운영해 천연가스 엔진 믹서트럭 경제성과 환경성 홍보에 사용하고 있다. 천연가스 엔진으로 구조변경된 믹서트럭 고장시 즉시 대체 투입해 믹서트럭 운영사업자의 영업손실 발생이 없도록 조치할 예정이다.

현재 환경부의 운행 건설기계 배출가스 저감사업에 대비하고 있다. 사전에 엔진 재제조와 하네스, 각종 센스, ECU 등 관련 부품을 조립해 차량 단위별 부품 재고를 관리할 예정이다. 차량 튜닝작업도 절곡 및 절단 작업 등을 최소화하도록 각종 부품을 표준화해 짧은 시간내 표준화 튜닝작업을 할 수 있도록 준비된 상태다.

또 소비자 요청에 따라 CNG와 LNG연료 용기를 설치한 믹서트럭을 튜닝할 수 있으며, 특히 CNG믹서트럭 경우에는 전국 203개소의 고정식 천연가스 충전소를 이용하면 전국적 동시에 보급 가능하다.

도시가스 고정식 충전소로부터 21Km이상 거리에 있는 레미콘 사업장은 이동식 LNG충전소 설치도 검토하고 있다.

▶ 천연가스 엔진 교체가 가능한 시장 예상 규모는?

환경부는 2023년 운행차 배출가스 저감사업에 대한 시범사업 5대를 시작으로, 2024년부터 건설기계 저공해 의무대상인 4~5등급 노후 믹서 트럭 약 1만여대를 천연가스(CNG, LNG) 엔진으로 교체할 예정이다.

경유 건설기계의 천연가스 엔진 교체 대상 차종은 도로용 3종 건설기계인 덤프트럭, 콘크리트 믹서트럭, 콘크리트펌프 3개 차종으로 2023년 6월 기준 8만 6521대가 등록돼 있다.

이중 콘크리트 믹서트럭을 우선 전환 차종으로 계획하고 있다. 저공해화 의무대상인 EURO 3~4에 해당하는 콘크리트 믹서트럭은 2021년 기준 1만 604대이다.

조기폐차, 건설기계 DPF 부착의 저공해화 사업 참여 등을 고려해 대상 차량의 20%인 약 2000여대를 천연가스(CNG, LNG) 엔진 교체대상 시장으로 추정하고 있다.