[가스신문 = 김재형 기자] 수송용 LPG시장은 수년째 침체를 겪고 있다. LPG차종 감소, 전기차 득세, 택시종사자 감소 등 다양한 원인이 있다. 아울러 이 가운데 LPG자동차는 이슈를 만들만한 새로운 기술도입이 없었던 것도 LPG시장의 어려움을 가중시키고 있다. 최근 LPG를 이용하는 택시업계는 하이브리드택시를 시범적으로 운행하고 있다. 이에 따른 기대효과 및 실태를 파악해 본다.
LPG 풀 하이브리드 과제 개요
우선 LPG 풀 하이브리드에 대한 용어 정립이 필요하다. 일반적으로 풀 하이브리드는 엔진을 사용해 배터리와 전기 모터의 발전기 역학을 한다. 전기동력만으로 짧은 거리를 주행할 수 있고 엔진이 잠시 꺼져 연료를 절약할 수 있다. 마일드 하이브리드는 배터리의 역할이 엔진을 보조하는 시스템이다. 효율적으로 가속하고 정지하는 시스템이 더 원활하게 작동하도록 돕는다.
이번에 기술 개발 중인 시스템은 직분사 시스템인 LPDI 풀 하이브리드(2리터급)로 승용차량용 엔진/모터/배터리 성능 기술개발을 목표하고 있다. 참여기관을 보면 블루젠트 주관으로 한국자동차연구원, 한양대학교, 아주대학교, 대한LPG협회 등이다. 총 40여 명이 상시 참여하고 있으며 지난 2021년 5월 시작해 2023년 12월에 프로젝트가 마무리된다. 총 투자비는 정부 출연금과 민간부담금 총 55억 원이 투입된다. 정부와 산학이 연계해 탄소중립 구현을 위한 LPG연료 기반 승용차의 전동화 개발 및 사업화 추진을 목표로 진행 중이다. 2025년에는 LPDI-하이브리드가 판매될 것으로 기대되고 있다.
주관기관은 블루젠트로 연료시스템 제어기 개발, LPDI-하이브리드 승용차량 제작, 부품·시스템 평가 및 내구 신뢰성을 확보한다. 위탁기관으로 한국자동차연구원에서는 연비와 배출가스 성능최적화 및 제어개발에 나선다. 또한 개발품의 이산화탄소 배출량 차기 기준 달성, SULEV30 규제 만족 배기 성능개발을 담당한다. 위탁기관 한양대학교에서는 LPDI 인젝터의 분무거동 특성을 분석하고 노즐 코킹 발생 방지를 위한 분사전략을 연구한다. 아주대학교는 LPDI-하이브리드 온실가스 배출특성 분석용 시뮬레이션을 예측하고 실도로 조건을 고려한 LPDI-하이브리드 운전전략을 연구한다.
왜 LPG하이브리드인가!
LPG하이브리드는 단시간 내에 이산화탄소를 감축시킬 수 있을 것으로 예측된다. 오는 2035년 내연기관 생산 종료를 목표로 하고 있는 실정에서 경유자동차는 점유율이 순차적으로 감소하고 있다. 또한 전기차에 대한 수요가 갑자기 줄어들고 있는데 충전인프라도 여전히 미비한 편이다. 경기침체로 인해 가성비 좋은 차량에 대한 수요가 증가하고 있다. LPDI 하이브리드는 휘발유보다 저렴한 연료비와 전기차보다 우수한 인프라를 갖추고 있다. 기존 LPG엔진과 경유엔진 수요에 대응할 수 있다.
하이브리드 시스템은 저탄소 녹색성장 기조의 일환으로 친환경차의 선도적인 역할을 하고 있다. 하이브리드차 1대를 보급했을 때 효과는 연간 이산화탄소 배출을 1.65톤 감축하는 것으로 예측된다. 연간 주행거리 2만km 기준으로 동종차량 대비 연간 120만원의 연료비 절감효과가 기대된다.
국내에서 운행되는 택시는 약 25만대 정도로 일일 평균 250km 안팎을 주행하고 있다. 주행거리가 택시의 경우 일반 승용차 대비 8~10배 길다. 미세먼지 대책의 하나로 내연기관자동차의 전동화 기술을 활용할 수 있다.
미세먼지 대책의 일환으로 기존 내연기관과 전동화 기술의 접목을 꾀할 수 있는 LPG하이브리드 자동차 개발이 필요한 대목이다. 국립환경과학원의 조사에 따르면 LPG자동차의 질소산화물 배출량은 경유차의 1/3, 경유차의 1/93 정도에 불과하다. 내연기관에서 전기차로 전환을 통해 해결할 수 있으나 충전인프라와 충전시간, 보조금 지원의 한계에 봉착하고 있다.
LPG하이브리드 기술개발 현황
국내는 세계 최고수준의 LPG시스템 기술을 보유하고 있다. 일반 내연기관과 하이브리드 간 100km 운행 시 유류비는 35% 정도 절감되는 것으로 파악되고 있다. 전기차 100대당 충전기수는 46.5기로 수치상으로 보면 2대 중 1대는 충전을 위해 대기해야 하는 상황이다. 고유가에 따른 연료비 부담과 전기차 충전인프라, 충전시간 해결을 위해 현실적인 방법으로 LPDI-하이브리드는 최적의 솔루션인 셈이다.
LPG-하이브리드 개조과정을 보면 연료탱크 등 총 7개 부품을 없애고 환형 LPG용기 등 총 8개 부품을 신규로 장착해야 한다. 양산차에 탑재가 가능하도록 신규 부품을 설계하고 개발도 완료했다. 차량을 개발 중인 블루젠트에 따르면 15만km 내구성 테스트 결과 신뢰성을 확인했다. 일 충전 주행거리는 60리터 용기 기준으로 600km 이상 주행할 수 있고 이산화탄소 배출량은 기존 LPG택시 대비 38% 저감된다. 배출가스는 SULEV30을 만족하고 시동성능도 저온, 상온, 고온 등에서 모두 검증을 마쳤다. 주행성능은 휘발유 하이브리드와 동등한 수준이다.
LPDI 하이브리드의 경제적인 효과를 분석해보면 기존 LPG대비 연간 342만원이 절약된다. 4년 운행 시 차비용과 연료비용을 모두 충당할 수 있으며 8년 유지시 총 1470만원의 비용을 절감할 수 있다. LPDI-하이브리드의 환경개선 효과를 보면 대당 연간 4톤의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있다. 8년을 기준으로 대당 총 32톤의 이산화탄소를 절감한다.