내연기관 마지막장 미래연료

왜 대체연료가 필요한가?
화석연료가 고갈이 되고 있고 지구온난화, 환경오염을 야기한다.
줄이기 위해 노력하지만 완벽하게 막을 수는 없다.

이에대한 대안으로 연속적으로 쓸 수 있고, 깨끗한 연료들을 찾기 시작.

지구온난화를 낮추고 효율이 좋으며 세계 에너지 발란스를 맞출 수 있는 대체연료가 필요

대체연료들이 가져야 할 자격 요건

가격이 합리적, 깨끗하며 보급이 쉽고 저장도 쉬워야 한다. 또한 기존 엔진 시스템에 큰 변화없이 적용가능할 수 있어야한다.

SI엔진에서 대체연료

-주요요소

낙킹을 줄여야하므로 옥탄가가 중요한 요소
연소속도가 빨라야 이론적 오토사이클에 가까운 효율을 내므로 고려해야 된다.
희박연소를 시켜 보다 깨끗하고 효율적이게

-대체연료
•천연가스
•수소: 연소시켜서 내연기관에 적용가는
•LPG: 일반 차량에도 보급 중
•알코올계 연료(에탄올,메탄올)
-주요특징
•옥탄가
모든 연료의 옥탄가가 가솔린보다 높아 압축비 높일 수 있다.

-에탄올
미국의 경우 옥수수, 브라질 사탕수수 생산력 많아 에탄올을 많이 얻을 수 있다. 그래서 가솔린에 에탄올 80정도 섞어 사용 중
-바잉 연료임 살아있는 동안 이산화탄소 흡수 연소가 되어서 이산화탄소를 배출하지만 전체과정을 봤을 때 이산화탄소를 만들어 내지 않으므로 sustainable하다.

장점: 에탄올은 식물로부터 생산되기 때문에 지속적이고 생애동안 광합성으로 이산화탄소 흡수하기 때문에 전체생애주기로 봤을 때 배출량 매우 적다
OH포함 하므로 산화반응 촉진하여 co hc 배출량 적다.
바로 가솔린엔진게 섞어 쓸 수 있다.
기존 액체연료의 운송,저장시스템을 그대로 이용가느왜 시장에 바로 적용가능해 많이 보급 굄
단점: 발열량이 낮아 더 많은 연료를 사용(필연적)
똑같은 연료를 분사하기 위해서는 연료 분사기간이 길어져 연료와 공기의ㅜ혼합특성 나빠짐
ㅇ러가지 금속들이나 고무재질부품과 반응한다.
일부국가의 한정된 방안이다. 전세계적으로 보급하기에는 양이 모자람

-LPG
기본적으로 화석연료이다. 액화를 시켜 가정용, 산업용, 운송용으로 씀.
액화시킨거라 여려분사시 바로 기화되므로 미립화 걱정할 필요 없다.
기화특성이 좋아 배기배출물이 낮다.
천연가스에 비해 액화시키기 좋아 보급 저장 용이
장점: 옥탄가 좊아 압축비 높음
연료분사시 바로 기화되므로 혼합이 잘 되어 soot나 미연탄화수소와 같은 배기배출물 줄어든다.
액화가 쉬워 운송저장 쉬워 인프라가 구축이 잘 되어 있다.
단점: 화석연료이다.
점도가 낮아 펌프의 마모가 일어날 수 있다
증발특성이 좋아 연료공급시스템에서 즐발해버리면 여러가지 문제가 잘생
누설시 폭발의 위험이 있다

-천연가스
점점 사용량 증가할 것이다.
장점: 가격이싸다. 공급이 안정이 되어 상대적으로 안정(가격변동 x), 옥탄가 매우 높아 효율 증대, CH4가 적어 이산화탄소 상대적으로 적게 배출하므로 지구온난화에 영향을 덜 준다.
단점:
액화시키지 못함->저장이 어려움->승용차 적용 불가능.
인프라를 갖추기가 어렵다.
에너지 포함이 낮다. (발열량이 낮다기 보가는 gas phase라 단위 체적당 에너지 포함이 적다)
긴 시간 분사해야함
가스로 존재하므로 폭발 위험성

-수소
:대부분의 경우 원유나 천연가스에서 스팀리포밍이라는 화학반응으로 얻는다. 화석연료의 화학반응을 통해 얻어진다.
장점
독성이 없다
옥탄가가 높다
가연한계가 매우 넓다
연소속도 빠르다
탄화수소 부산물 생기지 않고 이산화탄소 발생 안 하므로 지구온난화에 영향 주지 않음
단점:
NOx의 발생은 피할 수 없다.
점화에너지 낮아 나킹발생가능높음
Backfire(흡입구로 화염이 전파될 수 있음)로 안전성문제
가스연료이로 에너지밀도가 낮다.
안전성때문에 인프라구축이 어렵다.
화석연료 기반이라 이산화탄소 저감측면 반감에 공급이 지속적일 서 없가.

CI엔진에서 대체연료

연료와 공기의 혼합을 촉진시키는게 가장 큰 관건
미립화(밀도낮고, 점성낮고, 표면장력 낮고, 증발잠열 낮고,증기압 낮아야 증발이 잘 된다)
점화측먄(세탄가 높아야 자착화 잘 일어남, 황,방향족(soot발생물질)원소 함유량 낮고, 발열량높아야한다)

-바이오디젤:
장점:
sustainable(식물로부터 재활용)
생물로부터 유래해서 연로 중 산소포험->산화특설 좋음->CO,HC,PM 발생량 적음 디젤과 특성유사->바로 적용가능, 현재 액체연료 인프라에 적용 가능, 윤활특성이 좋다.
단점:
NOx의 발생을 피할 수 없다. (특히 연료에 산소포함하고 있어서 더)
식물로부터 추출하므로 비용이 높다.
점성이 높아 미립화가ㅜ어려워 냉시동시 문제
바이오연료이기 때문화 산화가 발생해 오랜시간 저장지 변화, 금속부식, 점도,유동점 높아 냉시동시 문제, 고무와 반응, 생산과 공급문제

생산원: 해바라기,콩 등-> 폐식용유->해조류
식량으로부터 가지고 올 수 없음
비용이 높아져 연료로서 가치 떨어짐

-DME
:화석연료로부터 화학바을을 통해 얻은 합성연료
Ch3 ch3중간에 o가 존재하는 특이한 구조->증잘특설, 산화특성 좋음 =>디젤 특성을 대체할 연료라 꾸준한 개발이 되어 왔음
특징: LPG와 물리적 특성 비슷
압축해서 액체상태로 보관->분사시 즐발특성 좋음
독성이 없다
증발특성좋아 분사력제로 쓰일 수 있다.
장점:
산소많이 포함, 증발특성 좋다->smoke 없는 연소
세탄가가 충분히 높다
독선이 없ㄷ
Lpg 인프라 사용가능
단점:
발열량이 적다
점도가 낮아 윤활측먄 문제
거무 부식,
생산과 공급 충분한량 생산불가