자동차의 혈액, 연료

 

 

자동차의 혈액

연료

 

 

아주 빼어난 장치로 완성된 자동차가 만들어졌다고 하더라도, 그것을 움직일 수 있는 힘이 없으면 무용지물이다. 연료는 자동차의 심장인 엔진을 뛰게 하는 동맥과 정맥으로 흐르는 혈액과 같다.

 

대부분의 자가용은 휘발유를 연료로 쓰는데, 최초의 휘발유 자동차를 발명한 사람은 누구일까? 그 주인공은 바로 오스트리아의 지그프리트 마르쿠스(1831~1898)이다. 독일에서 태어났지만 유태인이었기 때문에 많은 차별 대우를 받았는데, 그로 인해 스무 살 때에는 오스트리아로 건너가서 국적을 바꿨다고 한다. 마르쿠스는 1864년에 휘발유 자동차를 만들어 100m가량 시험 운전에 성공했는데 이 차에는 브레이크가 없어서 함께 달려가던 친구들이 차를 붙잡아 세웠다고 전해진다. 

 

그의 이름이 알려진 것은 제2차 세계대전이 끝나고나서였는데, 1946년 어느 날 영국의 브리태니커 회사(세계적인 백과사전 제작업체)의 한 직원이 백과사전에 지그프리트의 성이 마르쿠스가 아니라 나르쿠스라고 잘못 표시되어 있는 것을 발견하고, 자세한 조사를 해보니 그가 자동차 연구에 큰 업적을 세운 인물이라는 사실을 밝혀내게 되었다고 한다. 

 

연료의 재충전, 최초의 주유소는?

세계 최초의 주유소는 1905년 미국 미주리 주의 세인트 루이스에 세워진 오토 모빌 휘발유 회사의 주유소였다. 이때는 저장 탱크에 호스를 넣고 입으로 빨아내어 자동차에 휘발유를 넣는 원시적인 방법으로 주유를 했다고 한다. 그래서 미숙한 종업원들은 가끔 실수로 휘발유를 마시기도 했다고 전해진다. 

 

 

환경을 깨끗하게 하는 차를 원한다

1899년 당시에는 증기 자동차와 휘발유 자동차, 그리고 전기 자동차가 함께 거리를 누볐다. 당시 미국에는 4,192대의 자동차가 있었는데, 이중 1,681대가 증기 자동차였고 1,575대가 전기자동차였으며, 휘발유 자동차가 936대였다고 한다. 그러나 증기 자동차는 칙칙폭폭 거리며 연기와 불을 뿜으며 갔기 때문에, 증기 자동차를 타고나면 검은 연기와 석탄재로 인해 얼굴과 옷이 모두 시커멓게 되어 버려 사람들은 좀 더 깨끗한 차를 원하게 되었다. 그로 인해 태어난 것이 전기 자동차와 가스 자동차, 그리고 휘발유로 가는 자동차였다. 

지금은 휘발유로 가는 자동차 역시 매연이 매우 심하다고 말하지만, 100년 전만 해도 증기 자동차에 비하면 매우 깨끗한 자동차였다. 왜냐하면 휘발유 자동차는 엔진의 연료가 어떤 것이든 엔진 안에서 불꽃이 폭발하는 힘으로 움직이는 내연기관을 갖고 있었기 때문이었다. 즉, 외연 기관을 갖고 있던 증기 자동차는 밖에서 불을 때어서 그 힘으로 바퀴가 굴러가지만, 내연 기관으로 가는 자동차의 경우에는 점화 플러그에서 불꽃이 튀기면 압축가스가 폭발하여 그 힘으로 바퀴가 굴러갔다. 

 

한편 휘발유나 디젤로 가는 자동차의 매연 때문에 공기가 오염되는 것을 줄이기 위해 만든 것이 바로 전기 자동차이다. 많은 사람들은 전기 자동차가 요즈음에 만들어진 것으로 잘못 생각하고 있는데, 전기 자동차의 역사는 오히려 휘발유 자동차보다도 더 오래전이다. 

 

1879년 베를린 박람회에서 독일의 발명가 베르너 지멘즈가 전기 자동차를 선보였는데, 1900년 전후에는 휘발유 자동차만큼이나 전기로 가는 자동차가 많았다고 한다. 이때의 전기 자동차는 마차에 납 축전지를 이용한 모터를 달아 놓은 형태였다. 

 

전기 자동차는 '전차'라는 이름으로 도시에서 사람들을 실어 나르는 역할을 담당했다. 처음에 전차는 도로 위에 세 개의 레일을 깔고 그중 한 개에 전기를 흐르게 해서 갔는데, 문제는 사람들이 전기 레일을 밟아 감전으로 죽는 사고가 빈번하게 발생하는 것이었다. 그래서 1889년에 미국인 레오 대프트와 찰스 밴 디폴이 지금의 전철처럼 머리 위로 전기 레일을 매다는 방법을 개발해냈다. 그러나 이처럼 레일이 필요 없는 전기 자동차도 한두 시간을 몰기 위해 밤새도록 충전을 해야 하는 문제가 있었기 때문에 사람들은 좀 더 편리한 자동차를 원했는데, 그로 인해 대두된 것이 휘발유로 가는 자동차였다. 

 

미래를 여는 새로운 연료 개발 고민 중

자동차의 연료는 가솔린을 쓰는 휘발유 자동차와 대부분의 네 바퀴 굴림 자동차가 연료로 쓰는 디젤, 원유를 정제하는 과정이나 유전에서 부산물로 얻은 가스를 이용하는 액화 석유 가스(LPG) 자동차, 배기가스는 없지만 충전 시간이 길다는 단점이 있는 전기 자동차와 휘발유가 떨어지면 전기로 가고, 전기가 떨어지면 휘발유로 갈 수 있는 휘발유와 전기를 모두 연료로 하는 하이브리드 자동차 등으로 나뉜다. 

특이하게 알코올을 만들 수 있는 사탕수수를 많이 재배하는 브라질에서는 승용차의 60%가 알코올로 간다고 한다. 그 외에도 수소나 메탄올, 압축 천연가스(CNG)와 태양열 자동차 등도 소개되고 있다.

 

연료비를 절감하는 방법

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1. 도로에서는 급가속이나 급제동을 피하고, 장시간 공회전하는 것도 삼간다. 연료 소모는 가속페달을 밟을 때마다 발생하지만 반대로 브레이크를 밟을 때도 연료가 소모된다는 것을 잊지 말자.
2. 고속 주행 시 창문을 열어놓고 달리면 그만큼 공기저항이 커져 연료 소모가 더 많아진다.
3. 타이어의 공기압이 떨어져도 연료 소모가 많다.
4. 기름이 바닥까지 떨어진 후에 주유하기보다는 어느 정도 남아있는 상태에서 보충하는 편이 에너지 효율이 높다
5. 엔진오일과 에어필터 교환 시기를 제때에 맞추면 연료 소모량도 줄이고 비용도 절약할 수 있다. 

 

연료경고등이 들어온 뒤 얼마나 더 달릴 수 있을까?

평균 연비를 기준으로 대부분의 차가 경고등 표시 뒤에도 약 50km 이상은 달릴 수 있다고 한다. 그러나 무리하게 가감속 운전을 하면 이보다 빨리 연료가 소모돼 연료펌프 및 각종 부품의 수명이 급격히 짧아지게 된다. 따라서 불가피한 경우가 아니라면 경고등이 들어오기 전에 기름을 넣는 것이 바람직하다. 자동차 연료탱크를 지나치게 적게 유지하면 대기 중의 수분이 온도차에 의해 수증기로 변해 연료탱크를 부식시킨다. 연료필터가 막혀 엔진정지 등의 문제가 나타날 수도 있기 때문에 자동차 전문가들은 가능하면 연료통을 절반 이상 채워두는 것이 좋다고 충고한다. 

 

현재 대중적으로 쓰이고 있는 연료인 휘발유나 디젤은 모두 석유를 원료로 하는데 2050년쯤에는 세계의 석유가 고갈된다는 보고가 있기 때문에 대체 연료가 요구된다. 더욱이 자동차의 배기가스는 사람의 신경 장애를 일으키는 일산화탄소와 도시의 짙은 스모그를 만들어내는 질소 산화물, 산성비의 원인인 황산화물, 지구의 온도를 높이는 이산화탄소 등을 마구 배출해내기 때문에 앞으로의 자동차 연료는 보다 환경오염을 덜 일으키는 것으로 개발되어야 한다는 과제를 안고 있다. 

 

세상을 바꾸는 연료전지

그러한 영향으로 요즈음 가장 많이 언급되고 있는 것이 바로 '연료전지'이다. 연료를 데우거나 폭발시키는 것이 아니라, 화학반응을 통해서 전기를 발생시키는 장치인 연료전지 자동차에서 배출되는 것은 오로지 물밖에 없기 때문에 매우 깨끗하다고 한다. 

1950~60년대인 우주항공 개척기부터 사용된 연료전지는 '물의 전기분해'를 생각하면 쉽게 이해된다. 즉 물속에 극판 두 개를 넣고서 직류전기를 통하게 하면 마이너스 극에서는 수소가, 플러스 극에서는 산소가 생기는데, 이처럼 각각의 극판에 수소와 산소를 만들기 위해 전기가 소모되었던 것처럼 연료전지는 이와 반대로 특정한 고분자막에 산소와 수소를 반응시켜 물을 만들면서 전기를 생성시키는 장치이다. 

 

연료전지가 전기를 만들기 위해서는 수소와 산소를 필요로 하는데, 산소는 공기 중에 약 20% 정도 분포되어 있기 때문에 쉽게 얻을 수 있지만 수소는 자연 상태에서는 에너지원으로 존재하지 않으므로 별도의 처리나 보관방법을 통해서만 공급할 수 있는 문제가 있다. 그러므로 직접 수소를 자동차 전용 용기에 보관하거나 또는 메탄올과 같은 액체의 연료로부터도 추출할 수 있는데, 쉽게 생각하면 자동차 내부에 엔진 대신 조그마한 화학공장이 들어선다고 보면 된다. 

 

맹물로도 자동차를 운전할 수 있다

물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어져 있는데, 물에 전기의 특수한 힘을 주면 수소와 산소로 분리된다. 이때 수소는 훌륭한 연료 노릇을 하므로, 맹물을 자동차의 연료로 사용하는 것은 결코 꿈이 아니다. 그래서 수많은 과학자들은 수소가스로 달리는 자동차를 연구하고 있다. 그런데 문제는 수소를 액체 상태로 만들어 보관해야 하는데, 이것은 영하 253℃가 되어야만 가능하며 조금만 열을 받아도 폭발해 버리는 위험이 높다고 한다. 또 수소가스를 연료로 사용하기 위해선 지금의 휘발유 연료 탱크보다 15배 정도 큰 연료 탱크가 필요하기 때문에 현실화시키기에는 많은 어려움을 해결해야 되는 과제를 안고 있다. 

 

다시 말해 연료전지는 다른 곳에서 생산된 전기를 단순하게 저장하는 보관용기 역할을 하는 전지(배터리)와는 달리 직접 전기를 발생시키는 장치이다. 그러므로 연료전지 자동차는 연료가 공급되는 한, 언제든지 자동차의 주행이 가능하며 배출가스 또한 물 이외에는 아무것도 없기 때문에 무공해 자동차로 기대되고 있다. 단, 자동차의 구동 자체만을 본다면 연료전지 자동차가 매우 환경친화적이고 청정연료인 것만은 사실이지만, 수소를 얻기 위해서 소모된 에너지와 그에 따른 환경오염은 동시에 해결해야 할 과제이다. 그럼에도 불구하고 석유연료는 빠른 시간 안에 바닥을 보일 것이기 때문에 연료전지의 많은 기술발전과 실용화가 요구되고 있다. 

 

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자동차의 심장, 엔진