그런데 공기가 물리적 힘을 내려면 압축을 해야 한다. 에너지를 얻기 위해 또다른 에너지를 투입해야한다는 얘기다. 100% 공기 추진 차량 개발의 어려움이 여기에 있다.
푸조 시트로엥의 엔지니어인 카림 모카뎀은 앙드레 야르스와 함께 이미 검증된 기술인 가솔린 엔진과 유압장치를 결합해 이 난제의 극복이 가능하다고 봤다. 두 사람은 개념실증을 위해 2010년 ‘하이브리드 에어(Hybrid Air) 프로그램’을 런칭시켰고, 경차의 엔진과 항공기의 유압시스템을 연결했다. 두 사람이 설계한 하이브리드 에어의 회생제동시스템은 브레이크 페달을 밟았을 때 유압펌프와 피스톤이 저장탱크 속 질소가스를 압축한다. 액셀을 밟으면 압축가스가 방출, 유압오일이 유압펌프로 주입되는데 그 힘으로 유압펌프가 바퀴를 구동시킨다.
야르스에 따르면 일반 주행 시 이 시스템은 휘발유와 공기가 자동 전환되며 바퀴를 구동한다. 기존 하이브리드카처럼 고속주행, 경사로 등 큰 힘이 필요할 때는 가솔린 엔진이 전면에 나선다. 회생제동시스템만으로는 질소가스 압축이 원활치 못할 때도 가솔린 엔진의 힘으로 압축이 이뤄진다.
카림은 또 도시의 시내 주행 속도가 대개 시속 70㎞ 이하인 만큼 총 주행시간의 60~80%는 공기만으로 주행, 최대 45%의 연료소비량 절감이 가능하다고 설명한다. 특히 하이브리드 에어의 파워트레인은 가솔린-전기 하이브리드카보다 가볍고, 저렴하다. 크고, 무거우며, 시간이 지날수록 성능이 저하되는 배터리도 없다.
“저희 시스템은 차량을 폐차시킬 때까지 사용할 수 있도록 설계돼 있습니다. 질소가스 재충전 외에는 정비도 필요 없죠.”
두 사람의 시제품은 매우 성공적이었고, 푸조는 양산모델 제작을 결정했다. 오는 2016년 유럽에서 판매되는 모든 푸조 및 시트로엥의 경차에 하이브리드 에어 파워트레인이 옵션 장착된다. 가격대는 가솔린-전기 하이브리드카와 유사한 수준이 될 전망이다.
에어 파워
하이브리드 에어 자동차는 내연기관과 유압 모터가 함께 추진력을 제공한다.
1 하이브리드 에어의 공기추진은 고압 어큐뮬레이터(accumulator)에 들어 있는 질소가스를 동력원으로 사용한다.
2 유압 펌프와 피스톤이 어큐뮬레이터의 질소를 압축한다. 액셀을 밟으면 질소가 방출되며 유압펌프가 반대로 작동하면서 유압오일의 힘으로 바퀴에 구동력을 전달한다.
3 바퀴에 에너지를 전달한 유압오일이 저압 어큐뮬레이터로 들어가 다음 번 사용을 위해 대기한다.
4 고속주행이나 오르막길 주행 시 가솔린 엔진이 공기의 힘을 보충해준다. 덕분에 경차에는 82마력급 1.2ℓ I3 엔진, 소형차에는 110마력급 1.6ℓ I4 엔진으로 충분하다.
“하이브리드 에어는 2개의 에너지원, 즉 내연기관과 압축가스로 구동됩니다. 유압장치는 이 에너지를 바퀴에 전달해주는 역할만 합니다.”
- 카림 모카뎀 푸조 시트로엥
33㎞/ℓ 하이브리드 에어 자동차의 연비. 2016년 34.5㎞/ℓ, 2020년에는 50㎞/ℓ로 향상시킬 예정이다.
