수소 엔진은 어떻게 작동할까? 수소 자동차의 원리와 장점

수소(H₂)는 미래 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 수소차라고 하면 대부분 **수소전기차(연료전지차, FCEV)**만 떠올린다.

그런데 요즘 자동차 업계에서는 **‘수소 엔진’**이 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 수소 엔진이란 무엇이며, 기존 수소전기차와는 어떤 차이가 있을까? 그리고 정말 기존 내연기관을 대체할 수 있을까?

이제 하나씩 살펴보자.

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1. 수소 엔진 vs. 수소전기차 – 뭐가 다를까?

✔ 수소 엔진(Hydrogen Engine)

• 일반 내연기관(휘발유·디젤 엔진)처럼 연소 방식으로 동작한다.
• 엔진 내부에서 수소를 연소시켜 동력을 만든다.
• 배출가스가 거의 없고, 기존 내연기관과 유사한 구조를 가진다.

✔ 수소전기차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)

• 연료전지를 사용해 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만든다.
• 이 전기로 모터를 구동하는 방식이다.
• 내연기관이 아니라 전기차와 비슷한 구조를 갖는다.

즉, 수소전기차는 전기를 만들어 쓰는 방식이고, 수소 엔진은 연료를 직접 태워 동력을 만드는 방식이다.

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2. 수소 엔진의 작동 원리

수소 엔진은 기존의 가솔린 엔진과 구조가 거의 비슷하다. 단지 연료가 가솔린이 아니라 수소라는 점이 다를 뿐이다.

✔ 연료 분사 및 점화

• 엔진 내부에서 압축된 수소를 분사하고,
• 스파크 플러그가 불꽃을 튀겨 수소를 연소시킨다.

✔ 동력 생성

• 연소 과정에서 폭발이 일어나고,
• 이 힘으로 피스톤이 움직이며 엔진이 회전한다.

✔ 배출물은 물과 소량의 NOₓ

• 휘발유·디젤 엔진과 달리 이산화탄소(CO₂)는 전혀 배출되지 않는다.
• 다만, 공기 중의 질소와 반응하여 **미량의 질소산화물(NOₓ)**이 생성될 수 있다.

즉, 기존 내연기관을 거의 그대로 활용하면서도 탄소 배출이 없는 친환경 엔진이라고 볼 수 있다.

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3. 수소 엔진의 장점

수소 엔진이 주목받는 이유는 기존 자동차 산업이 빠르게 전동화로 전환되는 과정에서 내연기관 기술을 유지하면서 친환경으로 전환할 수 있기 때문이다.

✔ 1) 기존 내연기관 기술을 활용 가능

• 수소 엔진은 가솔린 엔진과 구조가 거의 같다.
• 자동차 제조업체들이 기존 엔진 기술을 버리지 않고 활용할 수 있다.
• 특히, 기존 내연기관 차량을 개조해 수소차로 만들 수 있다.

✔ 2) 빠른 연료 충전 시간

• 전기차 충전은 시간이 오래 걸리지만,
• 수소 엔진은 기존 주유소처럼 5분 이내로 충전이 가능하다.

✔ 3) 내연기관의 주행감 유지

• 전기차는 조용하지만, 운전 재미가 덜하다고 느끼는 운전자도 있다.
• 수소 엔진은 기존 내연기관과 유사한 엔진 소리와 반응 속도를 제공할 수 있다.

✔ 4) 무거운 배터리 없이 장거리 운행 가능

• 전기차는 배터리가 크고 무거워서 장거리 주행에 한계가 있다.
• 하지만 수소 엔진은 배터리가 필요 없기 때문에 차량 무게를 줄일 수 있다.

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4. 수소 엔진의 단점

하지만 수소 엔진이 아직 대중화되지 못한 이유도 있다.

✔ 1) 연료 효율성이 낮다

• 수소 엔진은 연소 과정에서 열 손실이 크다.
• 같은 양의 수소를 사용했을 때, 수소전기차(FCEV)가 더 높은 연비를 보인다.

✔ 2) 질소산화물(NOx) 배출 문제

• 수소 엔진은 이산화탄소는 배출하지 않지만,
• 공기 중의 질소와 반응해 **소량의 질소산화물(NOx)**이 발생할 수 있다.

✔ 3) 충전 인프라 부족

• 수소전기차와 마찬가지로 수소 충전소가 부족하다는 것이 큰 문제다.
• 기존 주유소를 수소 충전소로 전환하는 정책이 필요하다.

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5. 수소 엔진, 미래에는 가능할까?

현재 도요타(Toyota), BMW, 현대자동차 같은 글로벌 자동차 제조사들이 수소 엔진 기술을 개발 중이다.

✔ 도요타(Toyota)

• 2023년, 수소 엔진을 탑재한 레이싱카 **"GR 코롤라 H2"**를 공개했다.
• 내구성 테스트를 계속 진행 중이다.

✔ BMW

• 2030년까지 수소 엔진을 활용한 모델 개발을 계획하고 있다.

✔ 현대자동차

• 이미 수소전기차(FCEV)를 생산하고 있으며,
• 장기적으로 수소 엔진 개발도 고려하고 있다.

자동차 업계에서는 전기차와 수소차가 공존하는 시대가 올 것이라고 보고 있다.

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마무리

수소 엔진은 기존 내연기관을 대체할 수 있는 친환경 기술 중 하나로 주목받고 있다.

✔ 수소를 직접 태워서 동력을 만든다.
✔ 이산화탄소 배출 없이 내연기관의 주행감을 유지할 수 있다.
✔ 연료 충전 시간이 빠르고, 장거리 운행이 가능하다.
✔ 하지만 연료 효율이 낮고, 충전 인프라가 부족하다는 단점이 있다.