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[오토저널] DME를 연료로 하는 차량의 어제와 오늘

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2016-02-12 13:40:15

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DME(Dimethyl Ether)는 디젤을 대체할 수 있는 청정연료이다. 천연가스, 석탄 및 바이오메스 등과 같은 다양한 원료를 이용하여 대량생산이 가능하며 연료내에 산소를 함유하고 있어서 검은 매연의 발생이 적다. CNG와 비교하여서 LPG 시설 등의 이용이 가능하여 상대적으로 낮은 내압성능을 갖는 저렴한 압력용기를 사용할 수 있으며 취급이 상대적으로 쉽다. 아울러, 세탄가가 높아서 디젤엔진에 적용이 가능한 것이 높은 장점을 가지고 있다. DME의 역사는 1963년에 화장품의 친환경추진제로 사용되기 시작하였다가 1994년에 AVL 등이 차량용 연료로써 연구개발을 시작하여 왔다.

DME를 전 세계적으로 보급하기 위해서 2001년부터 International DME Association이 발족되었고, 국내에는 2002년부터 한국 DME협회가 활발히 활동하고 있다. 현재까지 전세계적으로 15Mtone/Year을 생산하고 있으며 그 중 80% 이상을 중국에서 생산하고 소비하고 있다. 지난해에는 ASTM에서, 지난 5월에는 ISO에서 DME 연료품질에 대한 기준과 측정방법에 대한 기준이 발효되었고, 올해 1월부터는 미국 캘리포니아에서 DME를 차량연료로써 판매가 허용되는 법령이 허락되어서 전 세계적인 DME 보급에 대한 제도적인 뒷받침은 완성된 상태이다.

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2014년의 International DME Association이 개최한 제6회 국제 DME학회의 발표에서 스웨덴, 일본, 중국의 DME 차량기술에 대한 소개가 이어졌다. Volvo와 Isuzu 그리고 중국의 상해교통대에서는 이미 EURO 6엔진이 탑재된 차량을 개발완료 하였다고 보고하였다. 스웨덴의 경우는 지난 수년간 Volvo를 중심으로 Bio DME 프로젝트 및 바나나 프로젝트를 수행하여 DME 차량에 대해서 시범보급사업을 시행하여 왔다. 지난해 이미 북미에 Volvo 트럭을 런칭함으로써 명실공히 세계적인 DME 트럭사업에 선두자로 역할을 다하고 있다. 지난 3년간 미국 캘리포니아 소재의 DME 연료 생산 회사인 Oberon과 경제성평가를 위해서 Volvo 대형 디젤트럭을 DME 전용트럭으로 개조하여 운행을 해왔고, 내구성과 주행에 따는 경제성을 이미 확보한 상태이다. 일본의 경우는 Isuzu에서 15만 km를 주행하여 이미 관동과 관서의 물류기업과 에너지기업을 통해서 상용화의 전단계인 경제성평가를 완료하였다. 동일차량의 디젤차량에 비해서 연비가 더 우수하다는 결과를 확보하였다.

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2014년도에는 Michbishi Chemical ltd.와 협력하여 중남미의 Trinidad & Tobaco에 8만t의 규모의 DME 생산기지를 만들고 이를 Isuzu의 DME 차량을 공급하는 것으로 프로젝트를 진행하고 있다. 중국의 경우는 이미 상해 EXPO를 통하여 DME 버스를 소개하였고, 2010년에 이미 45만 km의 주행거리를 돌파하고, 현재 상해의 147라인을 DME 버스로 운행을 하고 있다. 아울러, 상해 교통대의 연구를 통하여 지난 2014년에 DME 커먼레일 연료공급장치를 이용하는 트럭을 개발하여 EURO Ⅵ를 만족하였다.

우리나라는 지난 10여 년에 걸친 연구와 470억 원에 달하는 연구비를 투자해서 국내 DME 보급을 위한 기술개발 및 연구를 한국가스공사를 중심으로 연구개발을 수행하여 왔다. 그 결과 한국가스공사에서는 2008년도에 세계가 놀라만한 수준의 직접합성반응을 이용한 10t/일 생산규모의 DME Demo 플랜트를 건설하여 지금까지 운영하고 있다. 상용플랜트 건설을 위한 공정설계 및 운영기술 등을 최적화하여 현재는 DME 생산플랜트의 상용화 단계에 이르렀다. 사우디, 나이지리아, 이스라엘 등 해외 가스전을 대상으로 상용플랜트 건설을 위한 사업화가 진행 중이다. 특히 말레이시아와는 향후 30만t/년 규모의 DME 생산플랜트를 건설하여 국내에 20만t 정도를 도입 할 예정이다. 몽골에서 CBM을 이용하여 DME 생산을 위한 기술개발도 진행중에 있다. 이와같이 DME 생산기술은 기술이 완료된 상태이므로 빠른 시일내에 가스전에 DME플랜트를 건설한다면 2~3년내에 국내에 DME가 보급될 예정이다.

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아울러 세계적인 수준의 DME 차량용 부품개발 기술을 보유하고 있다. DME의 경우 디젤보다 높은 세탄가로 인하여 디젤엔진과 동일한 압축착화 연소방식에 적합한 대체연료이다. 연료내부에 산소를 포함하고 있어서 검은 매연의 발생량이 연소 시에 거의 발생되지 않아, DPF와 같은 후처리를 사용하지 않아도 되어 차량의 공급가의 저감에 도움이 된다. 그동안의 국가과제 등을 통하여 핵심부품인 인젝터, 고압펌프, 연료공급시스템, 엔진제어장치 등이 개발되었고, 개발된 부품을 이용한 차량의 기술개발과 실증화 연구가 진행되고 있다.

2012년에 종료된 산업원천기술 개발사업에서 이미 EUROⅤ를 만족하는 차량을 개발 완료하였지만, 그 이후에 연구개발에 대한 지원의 부족 등의 이유와 국내에서는 실증연구만이 진행되고 있을 뿐 이를 적극적인 경제성평가 등이 포함된 시범보급사업이 진행된 적이 없어서 다른 국가들과의 비교할 만한 결과를 아직까지 얻지 못하고 있는 실정이다.
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2014년에 에너지기술평가원의 과제를 통하여 KATECH에 DME 충전소를 건립하고 현재 차량의 운행 및 보급에 대한 경제성 평가를 진행하고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 DME 연료보급을 위한 연료품질에 대한 국제적인 기준은 마련되어 있다. 그와 달리, 국내 보급을 위해서는 실증적용 및 법령 마련 등이 시급한 실정이다. 지난해에 한국가스공사는 광주광역시 및 DME협회와 더불어 ‘DME 사용설비 현장적용사업 업무협약’을 체결하였고, 현재 광주광역시 소재의 육묘장에서 발전기 및 온풍기(보일러)등에 실증적용 연구를 수행하고 있다. 현재까지의 국내 상황을 보면, DME 생산기술은 기술이 완료된 상태이기에 시급히 목표하는 해외의 가스전에 DME플랜트를 건설한다면 2~3년내에 국내에 DME가 보급될 수 있다. 수요확보를 위한 연구 및 법령제정을 위한 연구를 정부의 주관 하에 한국가스공사를 비롯한 관련기관에서 관심을 가지고 지속할 필요가 절실히 요구된다. 또한, 국제적인 신뢰성을 확보하기 위한 광역권의 적극적인 참여로 대규모의 시범보급사업이 필요로 한다.

향후 차량용 DME 연료의 국제적인 기준마련을 위한 연료의 윤활성평가 및 내수성 평가 등과 같은 유럽, 일본 등으로 부터의 국제공동연구 등이 필요할 것으로 보인다.

 

글 / 우영민 (한국에너지기술연구원)

출처 / 오토저널 15년 8월호 (http://www.ksae.org)  

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