- 과학향기 Story
- 스토리
스토리
CNG와 LNG는 무엇이 다를까?
<KISTI의 과학향기> 제1194호 2010년 09월 06일
얼마 전 서울시 성동구 행당역 주변에서 ‘CNG 시내버스’가 운행 도중에 폭발해 8명이 부상을 당했다. 연료통 손상과 압력조절밸브 오작동(誤作動)이 사고의 원인으로 밝혀지면서 ‘가스’를 사용하는 시내버스의 안전성 논란이 일고 있다. 전국에 무려 2만 5,000대의 CNG 버스가 운행되고 있기 때문이다.
가솔린이나 디젤보다 폭발력이 높은 가스연료를 사용하는 것은 비단 시내버스만이 아니다. 시내에서는 LPG 택시들이 다니고 있고, LNG는 정부에서 장거리 운행버스나 트럭의 연료로 보급을 추진하고 있다. LNG와 CNG, 그리고 LPG 등은 어떤 연료일까?
사실 LNG(Liquefied Natural Gas 액화천연가스)와 CNG(Compressed Natural Gas?압축천연가스)는 둘 다 메테인(methane)을 주성분으로 하는 천연가스의 ‘일란성 쌍둥이’다. 메테인은 비중이 0.555이므로 LNG와 CNG도 공기보다 가볍다. 천연가스는 가솔린이나 LPG에 비해 황과 수분이 적게 포함돼 있고 열량이 높은 청정에너지로 현재 가정용 도시가스로 널리 사용되고 있다.
천연가스는 많은 장점에도 불구하고 가솔린이나 디젤보다 한참 늦게 에너지원으로 이용됐다. 기체 상태의 천연가스는 부피가 커서 충전과 운반, 보관이 어려웠기 때문이다. 하지만 20세기 중반에 천연가스를 영하 162도 이하로 냉각시켜 LNG로 만드는 기술이 개발되면서 사정이 달라졌다. 액화된 천연가스 부피가 1/600로 감소(비중도 낮음)하므로 초대형 LNG 전용 운반선으로 수송할 수 있기 때문이다.
LNG는 천연가스의 부피를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있지만 버스나 자동차의 연료로 이용하는 데는 한계가 있다. 버스나 자동차에서 LNG를 안전하게 이용하려면 초저온 탱크를 달아야 하는데, 이 탱크는 소형화하는 것도 어렵고 비용도 비싸기 때문이다. 그러다 보니 LNG는 상대적으로 크기가 크고 운행거리가 긴 시외버스나 대형화물차의 연료로 연구되고 있다.
반면 CNG는 천연가스를 200기압 이상의 고압으로 압축한 것이다. 운반해 온 LNG를 상온에서 기화시킨 후 압축하면 CNG가 만들어지는데, 이 과정에서 부피가 늘어나 LNG의 3배가 된다. 이 때문에 1회 충전 시 운행 가능한 거리가 너무 짧다는 단점이 있다. 같은 크기의 연료탱크에 실을 수 있는 천연가스는 CNG가 LNG의 1/3밖에 안 되기 때문이다.
하지만 CNG를 연료로 사용하면 냉각과 단열 장치에 필요한 비용을 절감할 수 있어 LNG에 비해 경제적이다. 또한 시내버스용으로 이용하면 연료 충전량이 적어도 무리가 없다. 게다가 정부가 친환경 에너지원을 공급하기 위해 보조금 정책을 펴고 있어 CNG 시내버스가 급속히 늘어나고 있다. 불과 10년 전만 해도 대다수의 버스는 디젤엔진을 장착했으나, 향후 2~3년 안에 전국의 모든 시내버스가 CNG버스로 바뀔 전망이다.
LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 LNG, CNG와 뿌리가 다르다. 흔히 액화석유가스라고도 부르는 LPG는 실질적으로는 프로페인(propane)과 뷰테인(butane, 일명 부탄가스)의 혼합 형태로 많이 사용한다. 원유의 채굴이나 정제과정에서 생산되는 기체상의 탄화수소가 발생하게 되는데, 여기에 프로페인과 뷰테인이 많이 포함돼 있다. 라이터에 많이 사용하는 뷰테인이나, 가정용 연료료 많이 사용하는 프로페인 모두 상온의 기체상태에서는 공기보다 무겁다.
프로페인과 뷰테인은 끓는점이 낮기 때문에 상온에서 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 쉽게 충전할 수 있다는 것이 최대의 장점이다. 즉 상온에서 약간의 압력만 가하면 액화돼 프로페인은 약 270분의 1, 뷰테인은 약 240분의 1로 그 부피가 줄어든다. 덕분에 간편하게 압력용기에 담아 운반할 수 있다. 충전과 운송 그리고 보관이 편리하다보니 가정용·영업용 연료는 물론 택시 등 자동차 연료로도 널리 쓰이고 있다.
LPG를 자동차 연료로 이용할 경우 기온에 따라 프로페인과 뷰테인의 혼합 정도를 달리 하는데, 더운 지역으로 갈수록 뷰테인의 함량이 점점 더 높아진다. 자동차 연료로서의 LPG는 옥탄가가 매우 높은 반면에 출력이 떨어지는 단점이 있어, 버스 같은 대형 차량보다 택시나 승용차 같은 소형 자동차에 많이 쓰인다. 또한 LPG는 누설되면 부피가 270배로 늘어나는데다, 공기보다 무거워서 밀폐공간에 갇히기 때문에 폭발위험이 크다.
LNG와 CNG, LPG 같은 가스가 자동차 연료로 확대되는 것은 이들 연료가 친환경적이기 때문이다. 이들은 연소 과정에서 유해물을 거의 발생시키지 않는데다 가솔린이나 경유보다 CO2 방출량이 적다.
휘발유의 한 성분인 옥테인과 프로페인 그리고 천연가스 주성분인 메테인을 비교해 보면 옥테인은 3.72㎉의 에너지를 생성할 때 1g의 CO2를 발생시킨다. 반면 프로페인은 4.02㎉, 메테인은 4.84㎉를 얻을 때 1g의 CO2가 나온다. 즉 동일한 에너지를 얻는다면 메테인, 프로페인, 옥테인 순으로 CO2를 발생시킨다는 의미다.
LNG와 CNG 그리고 LPG도 엄격하게 관리만 된다면 크게 문제가 되지 않는다. 또한 탱크 내 특수소재로 스펀지 같은 구조로 만들어 35기압 정도에서 거의 같은 용량의 메테인 가스를 저장할 수 있는 가볍고 작은 CNG 저장 탱크가 개발되며 기술적인 진보도 이뤄지고 있다. 이렇게 되면 우려됐던 안전성 문제는 해결될 수 있을 것이다.
글 : 유상연 과학칼럼니스트
가솔린이나 디젤보다 폭발력이 높은 가스연료를 사용하는 것은 비단 시내버스만이 아니다. 시내에서는 LPG 택시들이 다니고 있고, LNG는 정부에서 장거리 운행버스나 트럭의 연료로 보급을 추진하고 있다. LNG와 CNG, 그리고 LPG 등은 어떤 연료일까?
사실 LNG(Liquefied Natural Gas 액화천연가스)와 CNG(Compressed Natural Gas?압축천연가스)는 둘 다 메테인(methane)을 주성분으로 하는 천연가스의 ‘일란성 쌍둥이’다. 메테인은 비중이 0.555이므로 LNG와 CNG도 공기보다 가볍다. 천연가스는 가솔린이나 LPG에 비해 황과 수분이 적게 포함돼 있고 열량이 높은 청정에너지로 현재 가정용 도시가스로 널리 사용되고 있다.
천연가스는 많은 장점에도 불구하고 가솔린이나 디젤보다 한참 늦게 에너지원으로 이용됐다. 기체 상태의 천연가스는 부피가 커서 충전과 운반, 보관이 어려웠기 때문이다. 하지만 20세기 중반에 천연가스를 영하 162도 이하로 냉각시켜 LNG로 만드는 기술이 개발되면서 사정이 달라졌다. 액화된 천연가스 부피가 1/600로 감소(비중도 낮음)하므로 초대형 LNG 전용 운반선으로 수송할 수 있기 때문이다.
LNG는 천연가스의 부피를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있지만 버스나 자동차의 연료로 이용하는 데는 한계가 있다. 버스나 자동차에서 LNG를 안전하게 이용하려면 초저온 탱크를 달아야 하는데, 이 탱크는 소형화하는 것도 어렵고 비용도 비싸기 때문이다. 그러다 보니 LNG는 상대적으로 크기가 크고 운행거리가 긴 시외버스나 대형화물차의 연료로 연구되고 있다.
반면 CNG는 천연가스를 200기압 이상의 고압으로 압축한 것이다. 운반해 온 LNG를 상온에서 기화시킨 후 압축하면 CNG가 만들어지는데, 이 과정에서 부피가 늘어나 LNG의 3배가 된다. 이 때문에 1회 충전 시 운행 가능한 거리가 너무 짧다는 단점이 있다. 같은 크기의 연료탱크에 실을 수 있는 천연가스는 CNG가 LNG의 1/3밖에 안 되기 때문이다.
하지만 CNG를 연료로 사용하면 냉각과 단열 장치에 필요한 비용을 절감할 수 있어 LNG에 비해 경제적이다. 또한 시내버스용으로 이용하면 연료 충전량이 적어도 무리가 없다. 게다가 정부가 친환경 에너지원을 공급하기 위해 보조금 정책을 펴고 있어 CNG 시내버스가 급속히 늘어나고 있다. 불과 10년 전만 해도 대다수의 버스는 디젤엔진을 장착했으나, 향후 2~3년 안에 전국의 모든 시내버스가 CNG버스로 바뀔 전망이다.
LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 LNG, CNG와 뿌리가 다르다. 흔히 액화석유가스라고도 부르는 LPG는 실질적으로는 프로페인(propane)과 뷰테인(butane, 일명 부탄가스)의 혼합 형태로 많이 사용한다. 원유의 채굴이나 정제과정에서 생산되는 기체상의 탄화수소가 발생하게 되는데, 여기에 프로페인과 뷰테인이 많이 포함돼 있다. 라이터에 많이 사용하는 뷰테인이나, 가정용 연료료 많이 사용하는 프로페인 모두 상온의 기체상태에서는 공기보다 무겁다.
프로페인과 뷰테인은 끓는점이 낮기 때문에 상온에서 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 쉽게 충전할 수 있다는 것이 최대의 장점이다. 즉 상온에서 약간의 압력만 가하면 액화돼 프로페인은 약 270분의 1, 뷰테인은 약 240분의 1로 그 부피가 줄어든다. 덕분에 간편하게 압력용기에 담아 운반할 수 있다. 충전과 운송 그리고 보관이 편리하다보니 가정용·영업용 연료는 물론 택시 등 자동차 연료로도 널리 쓰이고 있다.
LPG를 자동차 연료로 이용할 경우 기온에 따라 프로페인과 뷰테인의 혼합 정도를 달리 하는데, 더운 지역으로 갈수록 뷰테인의 함량이 점점 더 높아진다. 자동차 연료로서의 LPG는 옥탄가가 매우 높은 반면에 출력이 떨어지는 단점이 있어, 버스 같은 대형 차량보다 택시나 승용차 같은 소형 자동차에 많이 쓰인다. 또한 LPG는 누설되면 부피가 270배로 늘어나는데다, 공기보다 무거워서 밀폐공간에 갇히기 때문에 폭발위험이 크다.
LNG와 CNG, LPG 같은 가스가 자동차 연료로 확대되는 것은 이들 연료가 친환경적이기 때문이다. 이들은 연소 과정에서 유해물을 거의 발생시키지 않는데다 가솔린이나 경유보다 CO2 방출량이 적다.
휘발유의 한 성분인 옥테인과 프로페인 그리고 천연가스 주성분인 메테인을 비교해 보면 옥테인은 3.72㎉의 에너지를 생성할 때 1g의 CO2를 발생시킨다. 반면 프로페인은 4.02㎉, 메테인은 4.84㎉를 얻을 때 1g의 CO2가 나온다. 즉 동일한 에너지를 얻는다면 메테인, 프로페인, 옥테인 순으로 CO2를 발생시킨다는 의미다.
LNG와 CNG 그리고 LPG도 엄격하게 관리만 된다면 크게 문제가 되지 않는다. 또한 탱크 내 특수소재로 스펀지 같은 구조로 만들어 35기압 정도에서 거의 같은 용량의 메테인 가스를 저장할 수 있는 가볍고 작은 CNG 저장 탱크가 개발되며 기술적인 진보도 이뤄지고 있다. 이렇게 되면 우려됐던 안전성 문제는 해결될 수 있을 것이다.
글 : 유상연 과학칼럼니스트
추천 콘텐츠
인기 스토리
-
- [과학향기 Story] 점점 더워지는 여름, 건물 온도를 낮출 방법은?
- 올해 여름은 기상 관측 역사상 가장 뜨거운 해였다. 올해 여름철 평균기온은 이전 최고 기록인 2018년보다 0.3℃ 높은 25.6℃를 기록했다. 심지어 폭염과 열대야도 그 어느 해보다 잦았다. 사람들은 지속된 찜통더위를 견디기 위해 건물에선 쉴 새 없이 에어컨을 가동했다. 그 결과 일별 최고 전력 수요도 97.16GW(8월 20일)로 관측 역사상 최고...
-
- [과학향기 Story] 강의실 천장이 높으면 시험을 망친다?
- ‘시험을 망쳤어 오 집에 가기 싫었어 열 받아서 오락실에 들어갔어’ 다들 한 번쯤 한스밴드의 ‘오락실’ 가사에 공감해 보았을 것이다. 열심히 노력한 것에 비해 낮은 점수를 받은 순간은 실망스럽기 그지 없다. 그런데 최근 시험을 망친 이유를 제시해 주는 흥미로운 연구가 환경심리학 저널 (Journal of Environmental Psycholog...
-
- [과학향기 Story] 수혈 걱정 끝… 인공혈액 시대 눈 앞에?
- 군부대나 예비군 훈련장, 대학교 근처에 세워진 헌혈차에서 사람들이 줄지어 헌혈하는 모습을 종종 볼 수 있었다. 하지만 최근 젊은 층의 헌혈이 줄어드는 추세다. 대한적십자사에 따르면, 16~29세 사이 헌혈이 2005년 186만 7,188건에서 2023년 152만 8,245건으로 감소했다. 출산율 저하로 헌혈을 많이 하는 젊은 세대는 줄어드는데, 수혈이...
이 주제의 다른 글
외래어와 외국어를 제대로 구별 못하는 사람들이 이렇게 우리말을 오염시키고 있군요. 부탄이나 메탄 같은 말은 그냥 외래어입니다. 미국에 가서 쓸 일이 있으면 영어를 말하면 되는 거고요. 이런 수준이니 어린쥐 타령이 나오는 게 놀랄 일도 아닌 거죠. 참으로 안타까운 일입니다. 영어 말고 메테인, 뷰테인 이라는 괴상한 발음을 하는 언어는 별로 없습니다. 독일 사람이든 러시아 사람이든 자기 언어를 할 때와 영어를 할 때를 구별하듯이 한국 사람도 그러면 되는데 미국 것만 옳다고 여기는 일부 무식한 화학자들 때문에 우리말이 병들고 있군요
2010-09-25
답글 0
안 그래도 영어를 우리 말로 쓸때에 관행적으로 독일식 발음을 그대로 적용한것을 배우고 써 왔는데 좀 불합리하다는 생각을 했었지요. 어차피 거의 모든 기준(?)이 미국인데 발음역시 미국식을 따라야 합니다.
영화나 다큐멘터리같은 걸 들어보면 메탄이니 우리가 익숙했던 발음을 하지 않습니다.그러니 가능하면 미국식 발음을 앞으로 가르치는게 많은 도움이 되리라 생각합니다.
일본은 그들의 문자가 미국식 발음을 그대로 표현하기가 거의 어렵기 때문이지만 전세계에 자랑할 문자를 가진 우리는 가능하면 근접한 발음이나 표기를 해야 합니다.
2010-09-12
답글 0
과학의 문외한인 한 사람으로서 위의 질문과 답변들 내용들이 너무 어렵다....아무튼 잘 읽고 갑니다....
2010-09-07
답글 0
제가 알기로 알칸을 알케인 이라 명명하는 것은 우리나라가 미국식으로 발음을 따라가는것으로 알고 있습니다.. 얼마전 얼핏 기사를 접하기로는 미국식 발음을 따라 알칸을 알케인으로 명명하고자 하는 나라는 우리나라밖에 없다고 들은듯 하네요.. 옆나라 일본또한 굳이 미국식 발음을 따라가지 않는다고 하던데요.. 글쓴이 님과는 무관하지만 우리나라도 우리나라의 용어를 만들수 없을지라도 다른나라에 이끌리지 말고 그랬으면 좋겠네요 ㅠㅠ 참고로 많은 도움 되었습니다^^
2010-09-06
답글 0
지적 감사합니다. 메탄, 부탄, 프로판... 이런 말이 익숙한 것은 사실입니다. 모두 독일식 표기이지요. 하지만 세계적인 흐름이 미국식으로 표기를 하는 것이고, 우리나라도 2000년대 들어서 메테인, 뷰테인 등 미국식 외래어 표기법 중심으로 가고 있습니다. 익숙하진 않아도 앞으로 그렇게 가겠지요. 참고로 사전을 검색해보면 미국식이 먼저 나오고 독일식이 뒤에 나옵니다. ^^
2010-09-06
답글 0
메테인, 뷰테인, 프로페인,,,,,, 이들은 메탄, 부탄, 프로판으로 쓰는 것이 표준어 ... 라고까지는 할 수 없겠지만 ...
미국식 발음 방식인 듯 합니다 ~ 한예로, 전기 회로에 관한 키르히호프(Kirchhoff)의 법칙을 "커쳐프"의 법칙이라고 읽는 사람이 있죠 ~
메탄, 프로판, 부탄 ... 옥탄 등 ... 특히, 유럽에선 아마 그래야만 알아 들을 수 있을 것 같습니다
2010-09-06
답글 0
그동안 LNG,CNG에 대하여 잘 알지도 못하면서 주위사람들과 의견을 나누곤 했는데, 이 글을 읽고나니 낯이 화끈거리네요.. 확실한 개념을 쉽게 이해할 수 있는 글입니다. 감사합니다.
2010-09-06
답글 0
화학물질에 대한 표기와 발음이 많이 비슷해진것 같네요.. 처음 미국가서 화학수업들었을때.. Alkane, Alkene, Alkyne 을 한국에서 배웠던 것처럼 알칸, 알켄, 알킨 했다가.. 좀.. 어려움을 겪었었습니다. 각각.. 알케인, 알킨, 알카인 이렇게 발음을 하죠.. 어차피 각종 화합물 이름을 한글화 시키기 어렵다면, 발음이라도 외국인과 소통가능하게끔 했으면 합니다.
2010-09-06
답글 0
좋은글 감사합니다. 궁금증이 생겨 질문 드립니다. 기체상태인 뷰테인과 프로판을 비교하면 비중이 뷰테인이 더 큰 것으로 알고 있습니다. 자료에도 (2.08/1.55)정도로 뷰테인이 더 크게 나와 있구요.. 그런데 위에 글중 "라이터에 많이 사용하는 뷰테인은 공기보다 비중이 낮은 반면, 가정용 연료료 많이 사용하는 프로페인은 공기보다 무겁다"라고 되어있는 부분이 나오는데요.. 혹시나 라이터에 이용된 액화된 뷰테인(비중과 0.58)과 기체상테인 프로테인(비중 1.5)를 비교하신것인지 궁금해서 글남깁니다.
2010-09-06
답글 0
지적 감사합니다. 표기법에 대해 찾아보니깐. 2003년부터 화학표기 방식을 미국식으로 바꿨답니다. 그리고 2010년부터는 초중고 고등학교에서도 미국식으로 표기법을 바꿨다네요.
[초등학교] 메탄 → 메테인 부탄 → 부테인 스티로폼 → 스타이로폼... → 아이오딘 이산화망간 → 이산화망가니즈 메탄 → 메테인 프로판 → 프로페인 부탄 → 뷰테인 요런식인데요. 사실 저도 독일식이 익숙하답니다.^^
2010-09-06
답글 0
저도 집에서는 LNG를 자동차는 LPG를 쓰면서도 자세한 가스에 대한 구분을 못했었는데, 이번의 설명을 읽어 보고는 자세한 내용을 잘 알았습니다, 무척 좋은 글을 올려주셔서 감사합니다, 수고하셨습니다,
2010-09-06
답글 0
메테인, 뷰테인, 프로페인,,,,,, 이들은 메탄, 부탄, 프로판으로 쓰는 것이 표준어 아닙니까? 미국사람 발음이 표준이 아니라 한국 사람 발음이 표준입니다. 컬럼니스트이면 고려해 주기 바랍니다.
2010-09-06
답글 0
글을 쓰면서 오류가 있었습니다.
액체상태라면 비중이 낮지만, 문맥상 일반적인 기체상태 즉 상온상태에서 비중을 비교하는 것이 맞고. 그렇게 된다면 지적하신대로 뷰테인이나 프로테인 모두 공기보다 무겁습니다. 지적해주셔서 감사합니다.
2010-09-06
답글 0
매장량과 청정연료라고 하는 입장에서 천연가스가 미래의 연료라고 하는 생각은 같습니다. 그러나, 최근 부산의 벡스코에서 개최된 에너지 전시회에서 확인한 것인데, LNG탱크가 잘 개발되어 상용화 단계에 있는 것을 보았습니다. 물론 탱크의 가격과 안전성은 좀 더 보완하여야 되겠지만, 역시 가능성으로서는 저장용량이 3배나 되고 저압으로 저장가능한 LNG쪽이 근본적으로는 바람직할 것으로 판단됩니다. 즉 저온기술과 단열기술 및 용기의 제작기술을 개발하여 저가로 보다 안전하게 만들어서 상용화할 수 있도록 방향을 잡는 것이 국가의 에너지 정책에 보다 크게 보탬이 되지 않을까해서 한말씀 드립니다.
2010-09-06
답글 0