장작 부터 우라늄 까지...잘 알려지지 않은 자동차의 또 다른 연료들

[데일리카 박홍준 기자] 자동차의 절대 다수는 화석연료를 기반으로 한 내연기관에서 동력을 얻는다. 그리고 친환경차 시대가 가시화됨에 따라, 전기모터와 배터리가 득세하고 있는 형국이다.

이는 양산되고 있는 모든 자동차가 내연기관 혹은 전기모터를 장착하고 있다는 뜻으로도 풀이된다. 하지만, 과거에는 이 보다 다양한 형태의 심장을 가진 차가 소개되고 사라졌다.

증기기관은 지난 1765년 제임스 와트(James Watt)가 그 이론적 개념을 실용화 하며 보급됐다. 이는 18세기 산업혁명의 신호탄이 된 이후, 현재 까지도 지구 전체 80%의 전력 생산을 책임지고 있다.

최초의 증기기관 자동차는 1769년 프랑스의 기술자 니콜라 조셉 퀴뇨(Nicolas Joseph Cugnot)에 의해 고안됐다. 이는 프랑스 육군의 화포 견인을 염두해 설계된 것으로, 최대 3.9톤의 견인 능력과 4km/h의 최고속도를 발휘했다.

다만, 보일러에 저장할 수 있는 물의 양이 적어 주행거리가 짧았다는 단점이 존재했다. 떨어지는 효율성은 당시 수레를 끌던 가축과의 경쟁에서 뒤쳐질 수 밖에 없었으며, 브레이크가 없어 제동이 불가능했다. 퀴뇨의 운반차는 세계 최초의 교통사고를 일으킨 자동차로도 기록되어 있다.

이후 1803년, 영국인 리처드 트레비딕(Richard Trevithick)이 만든 ‘런던 스팀 캐리지(London Steam Carriage)’가 등장한다. 이는 세계 최초의 자체 추진이 가능한 여객용 차량으로, 8명의 승객을 태우고, 6~14.5km/h로 주행할 수 있었다. 조선 순조 임금 즉위 3년 때의 일이다.

증기기관 자동차는 내연기관의 발명으로 점차 쇠락하기 시작하지만, 그 명맥은 20세기 까지 이어졌다. 미국 ‘도블(Doble)’사가 만든 ‘스팀 카’가 대표적으로 꼽힌다.

등유 보일러가 장착된 1924년식 모델 E 기준, 이론 상 최고속도는 191km/h에 달했으며, 시속 110km에서 900rpm을 유지하며 달릴 수 있었다. 도블은 1931년까지 증기기관 기반의 자동차를 생산한다.

목탄, 즉 숯이나 장작이 연소하며 발생되는 가스를 동력원으로 삼은 자동차도 있었다.

최초의 목탄가스를 이용한 자동차는 1901년 등장했으며, 이 차량들이 전성기를 맞기 시작한 건 2차 세계대전 기간이었다. 전쟁으로 인해 화석 연료의 공급이 불규칙했기 때문이다.

1945년 2차 세계대전이 종전된 직후, 독일에는 약 50만대의 목탄 가스 차량이 있었으며, 같은 기간 프랑스, 스웨덴에만 각각 6만~7만대의 운송수단이 나무를 태워 구동됐던 것으로 알려져 있다.

목탄가스 자동차는 숯이나 나무의 연소 과정에서 발생되는 가스를 포집하고, 이 가스를 실린더에 주입해 엔진의 연료로 활용했다.

이는 나무, 숯, 석탄 등 다양한 연료를 사용할 수 있다는 장점이 있었지만, 연료에 따른 가스의 발생량에 차이가 있어 출력이 떨어지고, 가스 포집 설비로 인해 부피가 커진다는 단점이 존재했다.

현재 목탄 자동차 기술은 세계적으로 사장된 상태지만, 유류 수급이 어려운 북한 지역에서는 아직도 목탄 자동차가 운행되고 있는 것으로 알려져 있다.

항공기의 엔진을 기반으로 한 자동차는 20세기 초부터 존재했다. 히틀러 지시 하에 만들어진 메르세데스-벤츠 T80이 대표적이다.

현재와 같은 가스터빈 엔진이 자동차에 접목된 사례로는 지난 1963년 크라이슬러가 내놓은 터빈카(Turbine Car)를 들 수 있다. 크라이슬러는 지난 1930년대부터 터빈 엔진에 대한 연구를 진행해 왔다.

터빈카에 적용된 A-831 엔진의 생산 단가는 내연기관 대비 비쌌지만, 휘발유와 경유를 혼재해 사용할 수 있는 등 연료의 제한이 없었고, 유지보수 소요도 적었다. 영하 29도에 달하는 냉간 시동 성능 또한 당시 출시된 차량대비 비교 우위에 있던 점도 눈길을 끈다.

당시 터빈카의 최고출력은 130마력, 최대토크는 58.7kg.m에 달했으며, 최고속도는 190km/h, 최대 엔진 회전 수는 6만rpm에 달했다. 비슷한 시기 출시된 1세대 머스탱의 6기통 사양이 120마력을 발휘했다는 점을 감안한다면, 이는 강력한 성능이다.

크라이슬러는 당시 5대의 프로토타입과 50대의 소비자 체험용 차량을 제작, 1963년부터 1966년 까지 203명의 운전자에게 시승 체험을 제공했으며, 이를 통해 160만km의 누적 주행거리를 달성했다.

다만, 연료 효율성과 소음, 가속 성능, 생산 원가의 문제 등으로 인해 관련 프로젝트는 폐기됐으며, 크라이슬러는 9대의 차량을 제외한 모든 차량을 폐기 처분한 상태다.

양산을 염두 하지 않은, ‘기록 수립’에 집중된 제트엔진 자동차도 존재하는데, 영국의 블러드하운드 SSC가 대표적이다.

시속 1000마일(1609km/h) 달성을 목표로 하고 있는 블러드하운드는 유로파이터 전투기용 엔진으로 개발된 롤스로이스의 EJ200 제트엔진과 하이브리드 로켓을 탑재하고 있으며, ‘보조 동력 장치’의 개념으로 작동하는 재규어랜드로버의 V8 엔진이 적용됐다.

포드는 1957년 핵 추진 콘셉트카 ‘뉴클레온(Nucleon)’을 선보였다.

뉴클레온의 동력원은 항공모함과 잠수함 구동에 활용되던 원자로를 소형화한 개념이 접목된 것으로, 우라늄의 핵분열로 발생되는 증기로 터빈을 구동시키는 원리를 지녔다.

당시 포드에 따르면, 핵 연료를 탑재한 뉴클레온의 최대 주행 가능 거리는 5000마일(8046km)에 달할 것으로 예상했지만, 실제 주행이 가능한 프로토타입은 만들어지지 않았다.

뒤이어 등장한 핵 추진 자동차도 미국에서 나왔다. 브랜드 100주년을 기념한 캐딜락 ‘토륨 퓨얼 콘셉트(thorium fuel concept)’가 그것인데, 원자로 가동이 시작될 경우, 최대 100년간 추가적인 조치 없이 주행이 가능하다.

발전 동력원은 희토류에서 추출되는 방사성 물질 ‘토륨’으로, 이는 우라늄 대비 값이 싸고, 방사능 물질에 의한 피폭 우려가 적은 것이 특징이다. 다만, 해당 차량 역시 실 주행이 가능한 프로토타입 모델은 공개되지 않았다.

최근 현대차, 토요타, 혼다 등 주요 브랜드들이 수소차를 선보이고 있지만, 이는 수소연료의 전기분해를 통해 발생되는 에너지를 동력원으로 삼는다는 점에서 ‘수소전기차(FCEV)’로 불린다.

현재 자동차 업계가 개발하고 있는 수소차는 대부분 수소전기차의 형태를 지니지만, BMW는 수소를 엔진 실린더 내에서 직접 연소시키는 ‘수소 내연기관 자동차’의 개념을 제시한 바 있다. 지난 2008년 선보여진 BMW 하이드로젠7이 그것이다.

760i를 기반으로 만들어진 하이드로젠7은 12기통 엔진에 액화 수소를 직접 분사한다. 이를 통해 수소 연료를 직접 연소시키는 것이 특징으로, 효율은 최대 42%에 달한다.

이를 통해 발휘되는 하이드로젠7의 최고출력은 260마력, 39.7kg.m의 최대토크를 발휘하며, 최소속도는 230km/h에서 제한된다.

가솔린을 연료로 구동될 수 있는 점도 특징이다. 이는 열악한 수소 충전 인프라의 대안으로 제시된 것으로, 수소 연료만으로 200km, 가솔린으로는 500km를 주행할 수 있다.

BMW는 이를 위해 20세기부터 수소 연료에 대한 연구를 이어 왔다는 입장이지만, 하이드로젠7은 단 100대만이 생산됐다.