Toyota는 주행 중 대기를 정화하는 탄소 포집 엔진을 통해 내연기관 엔진에 새로운 생명을 불어넣는다.

Toyota는 전기차(EV) 시대에 내연기관을 집요하게 추진하면서 퇴보, 심지어는 생태학적으로 부적절하다는 노골적인 비판을 받고 있다.

그러나 탄소 중립보다 더 나아가 탄소 감소(carbon negative)까지 가능한 엔진을 만드는 기술이 있다면 어떨까? 이러한 엔진은 주행 중 대기에서 이산화탄소를 제거할 수 있다.

이제 Toyota는 바로 이러한 기능을 제공하는 탄소 포집 엔진을 입증하고 있다.

세계 최대 자동차 제조사인 Toyota는 작년 경주용 차량 《GR Corolla》에서 이 시스템을 테스트하기 시작했다.

이 차량의 수소 연소(hydrogen-burning) 엔진은 이산화탄소의 양을 추적하여 탄소 중립을 달성한다. 또한 랩(lap)을 주행할 때마다 새로운 필터 장치가 대기 중에서 온실가스를 제거한다.

《GR》 개발 프로젝트 총괄 책임자 Naoaki Ito는 “대기에서 이산화탄소를 포집하는 이러한 유형의 기술이 기반시설 산업에서 빠르게 발전하고 있다”며, “그러나 현재 당사가 파악한 바로는 차량에서 이 기술의 테스트를 진행한 기업은 Toyota가 최초”라고 말했다.

그러나 이 기술을 상용화하기까지는 넘어야 할 산이 많다. 우선 이번 테스트 중 대기에서 제거한 이산화탄소의 양이 적었다.

Toyota는 오래된 내연기관 기술을 새롭게 적용하는 방법을 탐구하기 위해 이러한 노력을 진행하고 있다.

동 기업은 내연기관 엔진이 탄소 배출과의 전쟁에서 승리하면서도 일자리를 보호하고, 뿌리 깊은 자동차 팬들이 좋아하는 엔진의 냄새와 음향, 느낌을 유지할 잠재력을 여전히 보유하고 있다고 말한다. 여러 방향으로 친환경 자동차를 개발하기 위한 접근법의 일환으로 Toyota는 지난 1월 새로운 첨단 내연기관 엔진 개발을 발표했다.

Toyota의 Akio Toyoda 회장은 다변화된 접근 방식을 옹호하지만, 순수 EV로의 빠른 전환을 추구하는 투자자들과 환경 운동가, EV 팬들의 조롱을 받기도 했다.

하지만 최근 Toyota가 하이브리드 모델에 힘입어 기록적인 이익과 매출을 달성한데다 시장이 EV로 빠르게 전환할 것이라는 낙관론이 가라앉으면서 이러한 노력이 지지를 얻기 시작했다. 투자자들은 작년 한 해 동안 Toyota의 주가를 80% 끌어올렸으며 1월 1일 기준으로도 약 30% 상승했다.

이달 Toyota의 시가총액은 일본 기업 최초로 50조엔(3천330억달러)을 돌파했다.

Toyota의 새로운 엔진 개발 방향은 먼저 주력 모델인 하이브리드 차량에 적용하는 파워 플랜트(power plant)에 집중할 것이다. 2023년 Toyota의 표준형 하이브리드 차량의 전 세계 판매량은 340만 대로 31% 급증했다. 전 세계 차량 인도 대수에서 해당 차량의 비중은 33%로 27%를 기록했던 2022년보다 증가했다.

그러나 수소 연소 및 탄소 포집 기술을 통해 Toyota가 다음으로 추진할 방향을 엿볼 수 있다.

탄소 포집 기술은 작년 여름 《GR Corolla》에 처음 도입되어 Toyota Rookie Racing 모터스포츠팀이 일본 남서부에서 5시간 동안 내구 경주(endurance race) 테스트를 진행했다.

◆ 테스트 방법

Toyota의 Gazoo Racing 모터스포츠 및 성능 사업부는 실험적인 차량들을 이용해 수소 연소 및 기타 신기술의 테스트를 앞다투어 진행했다.

탄소 포집 시스템은 대기에서 이산화탄소를 포집하는 원형 필터 2개와 필터에서 이산화탄소를 흡수하여 저장하는 액체 리셉터클(receptacle)로 구성된다.

이 시스템이 이산화탄소를 제거하는 과정에서 추가 에너지가 필요 없다는 점이 핵심적이다. 필터가 대기에서 탄소를 제거하며 엔진 자체의 열을 이용해 필터에서 액체로 탄소를 방출한다. 여기에서 탄소는 흡수되어 폐기 가능한 알킬 아민(alkyl amine) 용액에 결합된다.

Kawasaki Heavy Industries가 개발한 이산화탄소 흡수체(absorbent)로 코팅된 필터의 세라믹 촉매가 핵심이다. 이 기술은 일반적인 배기관에 사용되는 것과 유사하다.

두 개의 필터가 존재하며, 그 중 하나는 에어클리너(air cleaner) 입구에 장착되어 1초마다 외부 공기를 최대 60리터 포집한다. 나머지 필터는 엔진룸 전면에서 엔진을 윤활하기 위해 순환하는 오일의 경로를 따라 위치한다. 엔진의 열이 탄소를 방출한다.

이 기술은 가솔린 등 엔진을 탑재하는 모든 차량에 적용할 수 있다.

이 아이디어가 난해하게 보인다면 상용화 과정도 마찬가지이다.

시험 차량이 랩을 20회 주행할 때마다 포집한 이산화탄소는 20그램에 불과하다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 일반적인 가솔린 엔진은 연료를 1갤런(약 3.78리터)을 소모할 때마다 이산화탄소를 평균 8,887그램 배출한다.

게다가 Toyota의 경주용 차량의 경우 피트(pit)에 정차할 때마다 수작업으로 필터를 교체해야 했다. 탄소를 포집한 흡수액을 안전하게 폐기할 수 있는 최선의 방법도 여전히 논의할 여지가 있다.

◆ 결실을 맺기 위한 노력

일본 도쿄 소재 SBI Securities의 수석 자동차 애널리스트 Koji Endo는 Toyota의 실험이 승용차 생산으로 이어지지 않고 특허를 위한 시범 프로그램에 그칠 가능성도 있다고 말했다. 이 기술이 상용화되더라도 더 큰 필터를 수용할 수 있는 대형 트럭이나 산업용 랜드무버(land mover) 차량이 탄소 포집 기술에 더 적합할 것이다.

그럼에도 이 아이디어는 Toyota가 탄소 중립을 달성하기 위해 친환경 연소 과정에 집중하고 있다는 점을 나타낸다.

Endo는 “Toyota에게는 순수 EV 전환 과정에서 가교 역할을 할 어떤 종류의 엔진이 필요하다”며, “하이브리드 시스템과 결합했을 때 전체 수명 주기의 배출 평가에서 EV와 동등한 수준을 확보하려면 내연기관의 효율성을 계속 발전시켜야 한다”고 설명했다.

물론 큰 필터를 적용하면 더 많은 탄소를 포집할 수 있지만 비용이 높아지며 공간도 더 많이 차지한다. Ito는 필터 교체도 일정 수준으로 자동화되어야 한다고 말했다.

이는 Toyota가 《Prius》 플러그인 하이브리드 차량에 태양광 패널을 처음 설치했을 때와 유사한 시도일 수 있다. 이 기술은 처음에는 눈속임처럼 보였지만 이후 지속적인 개발과 개선을 거듭한 결과 부가가치를 창출하기 시작했다.

Ito는 “회수한 탄소의 양이 전 세계 이산화탄소 배출량보다 적다”는 점을 인정하면서도 “모든 새로운 아이디어는 작은 것부터 시작한다”고 언급했다.

그는 “이산화탄소 포집 기술은 여전히 발전 초기 단계이지만 개발 속도를 높이기 위해 모터스포츠를 활용하고 있다”고 말했다. 그러면서 “이 기술은 잠재력이 있으며 계속 개발할 것”이라고 덧붙였다.