일본 마쓰다가 휘발유에서 직접 수소를 분리해 연소하는 과정을 추가한 6행정 사이클 엔진 특허를 공개했다. (출처:마쓰다)

[오토헤럴드 김흥식 기자] 마쓰다가 기존 내연기관의 한계를 넘어서는 파격적인 기술을 제시하는 특허를 공개했다. 미국 특허청(USPTO)에 등록된 마쓰다의 최신 특허는 기존의 4행정 사이클을 확장한 6행정 수소 연소 엔진이다.

자동차 엔진은 칼 벤츠가 최초의 내연기관을 발명한 이후 140여 년간 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 기반으로 발전해 왔다. 그러나 마쓰다는 이번 특허를 통해 그 오랜 공식을 깨고, 내연기관을 다시 정의하려는 도전에 나섰다.

추가한 2개의 행정은 휘발유에서 직접 수소를 분리해 연소하고 탄소는 고체로 포집해 배출을 막는데 쓰인다. 핵심은 연료 개질 시스템이다. 기존 내연기관의 배기열을 활용해 연료와 배기 가스를 반응시키고, 촉매를 거쳐 수소와 탄소를 분리하는 구조로 설계됐다.

이렇게 얻어진 수소는 다시 연소실에서 태워 동력을 발생시키며 탄소는 고체 상태로 포집 장치에 저장된다. 수소를 연료로 하기 때문에 주행 과정에서 이산화탄소는 거의 발생하지 않는다. 또한 수소 저장은 소량에 불과해 대형 탱크도 필요하지 않다. 수소가 부족할 경우에는 휘발유를 직접 연소해 주행할 수도 있다.

4행정 사이클에서 추가한 2개의 행정은 휘발유에서 직접 수소를 분리해 연소하고 탄소는 고체로 포집해 배출을 막는데 쓰인다. (출처:USPTO)

이론적으로 마쓰다의 6행정 사이클은 내연기관을 탄소중립 파워트레인으로 재정의할 수 있는 가능하다는 평가다. 그러나 현실적인 과제도 많다. 촉매 반응을 위한 고온 환경을 견딜 수 있는 소재 개발, 개질기와 별도 밸브 시스템으로 인한 구조적 복잡성, 주행 과정에서 발생하는 다량의 고체 탄소 저장과 처리 문제를 해결해야 한다. 

휘발유 1갤런에는 약 5.5파운드의 탄소가 포함돼 있어 중형 SUV 기준 풀탱크 주행 시 80파운드 이상의 탄소가 쌓일 수 있다. 이 탄소는 정비 과정에서 회수해야 하며 결국 서비스 네트워크의 부담으로 이어질 수밖에 없다. 또한 0.45kg의 수소를 얻기 위해 약 4.73ℓ의 휘발유가 필요해 효율성이 떨어진다는 지적도 나온다.

그럼에도 불구하고 마쓰다의 이번 특허는 내연기관의 지속 가능성을 확보하려는 집요한 기술적 탐구의 결과물이다. 현실성은 불투명하지만 내연기관을 탄소중립적 형태로 진화시키려는 시도는 여전히 의미가 있으며 특히 내연기관 의존도가 높은 글로벌 시장 상황을 고려할 때 무시할 수 없는 대안으로 해석된다. 

김흥식 기자/reporter@autoherald.co.kr

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