이안나 포스텍 기계공학과 교수 연구진이 강홍재 한국기계연구원(기계연) 선임연구원과 함께 '탄소 배출 제로' 암모니아 추진제를 개발했다고 28일 밝혔다.
누리호를 비롯한 대부분 로켓은 탄화수소계 연료를 사용해 그을음과 이산화탄소를 배출한다는 점에서 환경적 한계가 지적되고 있다.
연구진은 이산화탄소나 그을음을 배출하지 않으면서도 보관과 취급이 쉬운 암모니아에 주목했다. 암모니아는 수소 저장 효율이 높고 장기 보관이 가능하지만, 불이 잘 붙지 않는 낮은 점화성이 실용화를 막는 걸림돌이었다.
이번 연구에서 연구진은 아산화질소를 산화제로 쓰고, 여기에 '회전 활주 아크(RGA) 플라즈마 점화 기술'을 접목했다. RGA 플라즈마는 3차원 공간에서 플라즈마를 활성화해 암모니아에 확실하게 불을 붙이고, 연소를 안정적으로 지속시킨다.
실험 결과, 암모니아–아산화질소 추진계는 기존의 아산화질소–탄화수소 조합보다 비추력(추진 효율)이 높고 연소 온도는 낮아, 성능과 열적 안정성을 동시에 확보했다. 특히 플라즈마 시동 가스로 암모니아와 아산화질소 모두 사용할 수 있어 재시동성과 운용 유연성이 크게 향상됐다.
이번 성과는 탄소 배출 없는 우주 추진으로의 전환을 앞당길 중요한 전환점으로 평가된다. 저장이 쉬운 연료, 단순한 산화제 조합, 안정적인 플라즈마 점화를 결합함으로써 탄소 중립·저열 부하·재시동 가능성을 동시에 실현할 수 있는 새로운 로드맵을 제시했기 때문이다.
연구진은 "암모니아의 낮은 점화성과 연소 안정성 문제를 혁신적인 플라즈마 기술로 극복했다"며 "저장성까지 갖춘 친환경 추진체 개발의 방향을 제시한 셈"이라고 밝혔다.
연구 결과는 추진제 및 연소 분야 국제 학술지 '연료(Fuel)'에 지난 9월 게재됐다.
참고 자료
Fuel(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136893