자동차의 대체연료 궁금해요

 

자동차의 대체연료에 대하여 설명하겠다.

환경 관련 법에 제약을 많이 받는 유럽과 미국 캘리포니아주에서는 자동차 연료에 붙는 세율이 매우 높은 편이다. 특히 전 세계적으로 온실 기체 배출에 대한 규제가 강화될 것으로 예상되기 때문에 대체 동력 시스템에 관한 연구와 정책적 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 예컨대, 대한민국에서는 2006년 7월 1일부터 일반 경유에 5퍼센트의 바이오디젤이 섞인 혼합경유를 판매하고 있고, 독일과 이탈리아에서는 2006년 기준으로 도심 버스, 대형 트럭은 아예 100퍼센트 바이오디젤을 사용하도록 의무화하고 있다.

디젤 엔진 차량은 100퍼센트 순수 바이오디젤로도 주행이 가능하다. 식물성 기름에서 추출한 연료 역시 디젤 엔진차량에서 사용이 가능하지만, 추운 지역에서는 수분함량이 많아 응고될 수 있어 그대로 사용할 수 없다. 디젤 엔진은 23퍼센트를 연소하는 휘발유 엔진에 비해 50퍼센트의 연료를 연소시킬 수 있다. 이러한 특성 때문에 디젤 엔진은 리터당 평균 17킬로미터의 높은 연비를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 현재 휘발유를 사용하는 자동차들 중 꽤 많은 수의 자동차가 식물성 설탕에서 추출한 연료인 에탄올을 그대로 사용할 수 있다. 또한 대부분의 휘발유 자동차들은 에탄올을 15퍼센트 혼합한 연료를 사용해서 주행할 수 있다. 그리고 약간의 재설계만으로 모든 휘발유 자동차가 85퍼센트로 농축한 에탄올로 주행이 가능해진다. 심지어 모든 휘발유 자동차는 LPG로도 운행할 수 있다. 에탄올-휘발유 혼합물이 씰과 개스킷을 너무 빨리 닳게 한다는 우려가 제기되어 왔다. 이론적으로 알코올은 휘발유와 비교할 때 낮은 에너지 함유량으로 인해 효율이 크게 줄어든다. 그러나 EPA에서 테스트한 결과로는 실제 감소율이 20퍼센트~30퍼센트에 불과하다고 확인되었다. 따라서 리터당 15킬로미터를 주행할 수 있는 자동차라면 에탄올-휘발유 혼합물로 리터당 12킬로미터를 달릴 수가 있게 된다. 물론 캠축을 조절하거나, 점화시기와 점화 불꽃의 출력을 바꾸거나, 연료 압축비를 높이거나, 또는 단순히 큰 연료 탱크를 설치한다면 주행거리를 증가시킬 수도 있다.

미국에서는 알코올 연료를 옥수수 알코올 증류기로 생산해 왔었으나, 1919년 알코올 생산을 금지한 금주법이 실시되면서 생산 자체가 중단되었다. 알코올이 자동차 연료로서 주목을 받은 시기는 1970년대 석유 파동 때문이었다. 높은 석유 가격과 높은 수입 의존도 때문에 1975년 브라질에서는 사탕수수에서 에탄올 연료를 생산하는 기업과 에탄올 자동차를 제조하는 기업에 막대한 정부 보조금을 지급해 주었다. 이 때문에 에탄올만을 사용하는 자동차는 1980년대 큰 인기를 끌었다. 그러나 에탄올 자동차는 석유 가격이 하락하자 경제성이 떨어지면서 그 인기는 10년을 넘지 못했다. 브라질 정부는 최근까지 플렉스 자동차(flex-fuel vehicle, FFV) 개발을 독려해 왔다. 이에 따라 브라질 운전자는 각자의 주머니 사정에 따라 에탄올과 휘발유를 혼합하거나 선택적으로 주유할 수 있게 되었다. 2005년 기준으로, 브라질에서 판매된 자동차의 70퍼센트가 플렉스 자동차이다.

전지를 이용한 현대식 전기 자동차는 이미 1959년 헤니 킬로와트(Henney Kilowatt)가 발표되면서 처음 소개되었다. 저조한 판매에도 불구하고, 전지식 전기 자동차 연구와 개발은 1990년대까지 계속되었다. 그러나 높은 생산비용, 낮은 운행속도 그리고 짧은 운행거리로 인해 그동안 실용화되지 못해왔다. 전기 자동차는 납축전지나 니켈수소 전지를 많이 사용해 왔다. 납축전지는 75퍼센트 이하로 충전되었을 때 충전용량이 떨어지는 단점이 있는 반면 니켈수소 전지는 납축전지에 비해 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 벤츄리 페티시(Venturi Fetish)와 같은 높은 성능과 함께 주행거리를 대폭 늘인 리튬이온 전지 자동차도 소개되었지만, 여전히 비용 문제를 해결하지 못하고 있다.

최근의 연구개발은 내연기관과 전기 동력을 함께 사용할 수 있는 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)에 초점이 맞추어져 있다. 미국에서 최초로 판매된 하이브리드 자동차는 혼다 인사이트(Honda Insight)였다. 2006년까지도 이 자동차는 리터당 약 25.5킬로미터의 연비를 보여주면서 생산과 판매가 지속되고 있었다.

대체 동력에 대한 또 다른 연구과제로는 연료전지, 가솔린 직접분사(GDI)와 예혼합압축자기착화(HCCI)과 같은 대체 연소 방식, 압축 공기를 이용한 저장 에너지 등이 있다.