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대체연료 엔진 (2)
1970년대의 제1,2차 오일쇼크를 거치면서 가장 먼저 주목을 받았던 석유 대체연료가 메틸 알코올이라고도 하는 메탄올(Methanol)입니다. 메탄올의 분자식은 CH3OH로 질량의 50%가 산소입니다. 최근에는 연소 후에 이산화탄소의 배출이 가솔린에 비해 작다는 점에서 다시 주목을 받고 있으며, 연료전지(Fuel Cell)자동차의 연료 중의 하나로 연구되고 있습니다. 메탄올이 가지고 있는 자동차 연료로서의 장점에 대해서 살펴봅니다.
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장 점 |
설 명 |
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유해 배기가스의 배출이 적다. |
메탄올의 중량당 발열량은 가솔린의 발열량에 비해 1/2수준입니다. 그러나, 연료 중에 함유하고 있는 산소의 양이 많아서 연소시에 그을음이 전혀 발생하지 않습니다. 또, 연소가스 중에 수분이 많이 포함되어 있어 연소가스의 온도가 높게 상승하지 않으므로 고온에서 많이 생성되는 질소산화물의 생성이 적습니다. |
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제조가 용이하다. |
메탄올은 천연가스, 석탄, 그리고 바이오매스(나무 등)로부터 제조될 수 있습니다. 따라서, 석유가 생산되지 않는 국가에서는 경제적으로 유리한 측면이 있습니다. 참고로,브라질에서는 자동차용 연료로 가솔린에 약 20%정도의 에탄올을 혼합하여 사용하고 있습니다. |
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화재로부터 가솔린보다
더 안전하다. |
메탄올은 상온에서 가솔린보다 휘발성이 작아 증기 발생량이 적습니다. 또한 메탄올 증기를 연소시키려면 가솔린보다 더 많은 양이 필요합니다. 가솔린 증기는 공기에 비해 2~5배정도 무겁기 때문에, 공기 중에 누설되었을 때, 한 장소에 고여 있을 가능성이 많은 것에 비하여, 메탄올 증기는 공기보다 약간 무겁기 때문에, 메탄올 증기가 누설되더라도 대기 중으로 분산되어 화재의 가능성이 적습니다.
그러나, 메탄올 연료가 대기 중에서 연소될 때에는 화염이 잘 보이지 않는다는 단점도 있습니다. |
메탄올엔진에는 두 종류가 있습니다. 흡기관에서 연료와 공기를 혼합시킨 후, 혼합기를 연소실에 공급하여 연소실에서 불꽃점화하는 오토(Otto)방식 엔진과 연소실 내로 연료를 분사하여 착화장치 등을 통해 착화 시키는 디젤(Diesel)방식 엔진이 있습니다만, 메탄올은 연료 특성상 옥탄가가 높고 세탄가는 낮기 때문에 Otto방식이 적합합니다. 단, 메탄올만으로 연료로 사용할 때에는, 메탄올의 증기압이 낮아서 온도가 낮을 때의 시동성이 좋지 않습니다.
Otto방식의 엔진에 사용할 때, 저온상태에서의 시동성을 좋게 하기 위하여 증기압을 상승시킬 목적으로 가솔린과 혼합하여 사용하는 경우가 일반적입니다. 일반적으로 많이 사용하는 메탄올과 가솔린의 체적 혼합 비율이 메탄올 85% : 가솔린 15%인데, 이렇게 혼합된 연료를 M85라고 표현합니다. 메탄올의 옥탄가가 높아 압축비를 크게 할 수 있고, 또 메탄올의 기화 잠열이 커서 이에 의해 충진효율도 증대되므로, 최대출력이나 최고토오크를 가솔린엔진보다 더 높게 할 수 있는 가능성도 있습니다.
Diesel방식의 엔진에서는 메탄올이 세탄가가 낮아서 자기착화성이 떨어지기 때문에 착화보조장치가 필요하며, 이때에는 100% 메탄올을 연료로 사용합니다. 경유 연료에 비해 Soot와 질소산화물의 배출이 적어 배출가스측면에서는 절대적으로 유리합니다. |
