대체연료 엔진 (1) 국제적인 유류가 인상이 전세계적인 경제 난국을 불러 일으켰던 오일쇼크가 있었던 시절에는 당장에라도 석유를 대체하는 연료를 개발해야 하는 것으로 조바심을 쳤던 기억이 날 것입니다. 1970년대, 그러니까 25년 전에는 석유를 채굴하여 사용할 수 기간이 향후 약 20년정도 된다고 했었습니다. 그후로 거의 30년이 지나갑니다만, 지금도 향후 20~30년은 계속해서 석유를 사용할 수 있을거라고 합니다. 그래서 오일쇼크가 위세를 떨쳤던 시절만은 못하지만, 지금은 환경적인 측면에서 대체연료가 거론되고 있습니다. 국내에서도 경유자동차의 입자상물질 배출을 줄이기 위해서 일부 상용차에나마 LPG자동차가 허용되었었고,도심에서의 오존저감을 위해 일부 시내 주행 버스의 연료를 CNG로 바꾸고 있습니다. 그만큼 환경문제가 중요한 이슈가 되었고, 이제는 환경이 경제를 이끌어 가는 인자의 하나로 확실하게 자리를 잡았다는 이야기입니다. 기술은 결국 경제의 흐름을 따라 발전하는 것입니다. 그런 의미에서 가솔린이나 경유가 아닌 대체연료로 작동하는 대체연료 엔진의 기술에 대해서 살펴봅니다. 먼저 LPG엔진부터 시작합니다. LPG는 프로판과 부탄을 주성분으로 하고 있는데, 상온에서 5기압~10기압으로 압력을 가하면 액화되는 특성을 가지고 있습니다. 그런데, 부탄이 기화하는 온도가 프로판에 비하여 상대적으로 높기 때문에, 온도가 낮은 겨울철에는 프로판의 혼입비율이 높아집니다. LPG의 장점은 (1) 유황분이 함유되어 있지 않기 때문에 엔진의 부식,마모가 적고, 배출가스 정화장치의 내구성이 길어집니다. (2) 엔진오일의 점도가 떨어지는 희석현상이 적게 일어납니다. 따라서 엔진오일의 교환주기를 더 길게 잡을 수 있습니다. (3) 가솔린보다 옥탄가가 높아 엔진의 압축비를 높일 수 있고, 더 높은 압축비에서도 노킹 발생의 염려가 적습니다.
연료 |
발열량(MJ/Kg) |
이론공연비 |
옥탄가(RON) |
세탄가 |
가솔린 |
42.7 |
14.6 |
91~98 |
- |
경유 |
43.2 |
14.5 |
- |
40~65 |
LPG |
46.0 |
15.8 |
>100 |
- |
프로판 |
46.2 |
15.7 |
112 |
- |
Natural Gas |
44.8 |
16.2 |
>127 |
- |
메탄올 |
19.9 |
6.5 |
112 |
3 |
에탄올 |
26.9 |
9.0 |
111 |
8 |
수소 |
119.4 |
34.3 |
|
|
메탄 |
49.9 |
17.2 |
130 |
- |
LPG를 전용연료로 사용하는 엔진은 한국과 일본에서 주로 영업용 택시로 사용되고 있습니다. 현재까지 주로 사용되고 있는 엔진의 연소방식은 기화기를 통한 예혼합기 연소방식이며, 유럽을 중심으로 일부 분사방식을 통한 예혼합기 연소를 연구,개발 중에 있습니다. 엔진제어측면에서 아직 가솔린엔진에 뒤떨어져 있기 때문에 엔진의 성능이나 연료소모에 있어서 개선할 점이 있으며, 경유자동차에 비해서 배출가스측면에서 유리하기 때문에 디젤엔진에서의 적용이 연구되고 있습니다. |