[한국연구재단 : 선도연구센터사업]

초저에너지 자동차 초저배출 사업단

Super Ultra Low Energy and Emission Vehicle (SULEEV) Center

단장 : 고려대학교 공과대학 화공생명공학과 이관영

교토의정서 이후 개별적으로 진행되던 온실가스 감축은 2015년 12월 파리에서 열린 제 21차 기후변화협약 당사국총회에서 2020년 이후 온실가스 감축 방향을 담은 합의문이 채택됨에 따라 (파리협약, Paris Agreement) 전 세계적 규제 대상이 되고 있다. 이에 따라 차량에서 이산화탄소를 비롯하여 NOx, PM, HC 등의 오염물질에 대한 배출량 규제 또한 대폭 강화될 예정이며 이로 인해 차량의 연비 규제도 강화될 전망이다. 따라서 차량의 연비 향상 문제가 자동차 업계에서 주요 화두로 떠오르게 되었다. 현재 대한민국의 자동차 산업은 생산량 기준 세계 5위를 유지하고 있으며 자동차 산업은 반도체 산업과 함께 국가 경제를 주도하는 최대 산업이다. 따라서 차량의 연비 향상 문제는 국내 산업계를 비롯하여 전 세계적인 문제이다.

현재 가솔린 차량을 위한 연비 향상 기술 중에는 희박 연소(lean burn)가 있다. 하지만 가솔린 엔진에 희박연소를 도입함에 따라 배출가스 조건이 크게 변화하게 된다. 이로 인해 일반 가솔린 엔진 배출가스에 최적화되어 있는 정화 촉매 장치의 성능이 저하되는 문제가 발생한다. 이와는 대조적으로 가솔린 엔진에 비해 상대적으로 연소 효율이 높은 디젤 엔진의 경우, 추가적인 연료를 소모하여 배출가스 오염물질 배출을 저감하는 방향으로 연소법이 조정되고 있지만 이로 인해 연비가 감소하는 문제가 발생하게 된다.

따라서 강화되는 규제를 충족하기 위한 친환경 고효율 자동차는 높은 연비와 낮은 오염물 배출 (고연비-저배출) 목표를 동시에 달성해야 하는 상황이다. 하지만 현재 기술로는 고연비 차량 기술을 적용할 경우 고배출의 문제가 발생하고, 저배출 차량 기술을 적용할 경우 저연비라는 문제가 생긴다. 따라서 고연비-저배출 목표를 달성하기 위해서는 150℃ 내외의 저온에서도 높은 효율을 보이는 정화 촉매 개발이 필수적인 상황이다.

기존 정화 장치에 사용되는 촉매는 200℃ 이하의 온도에서 활성을 보이지 않는 것으로 알려져 있으며 따라서 초고연비를 위한 새로운 차량 시스템에 부합하는, 기존과는 차별화된 배출가스 정화 시스템의 개발이 필요하다. 통상적인 촉매 제조 기법으로는 약 150℃의 초저온에서 활성을 보이는 촉매를 개발할 수 없으므로 계산화학을 이용한 설계, 정밀 나노 합성 기술 등 최신 기술을 적용한 연구가 필수적이다. 따라서 계산화학 전문가, 촉매 반응 전문가, 전산유체역학 전문가, 흡착소재 전문가, 그리고 장치제어 전문가 등으로 이루어진 집단 연구를 통해 체계적인 연구를 수행할 계획이다. 이 연구를 통해 초고연비-초저배출을 동시에 확보한 미래형 자동차 정화 촉매 기술을 개발하고자 하며, 국가 핵심 산업인 자동차 산업의 경쟁력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

단장 : 이관영 교수

촉매 및 반응공학 연구실 구성원