| 분별증류로 얻는 석유 제품 | |
| [ruby(LPG,ruby=액화석유가스,color=white)] | ~30℃ |
| 휘발유 | 30~140℃ |
| 나프타 | 140~180℃ |
| 등유 | 180~250℃ |
| 경유 | 250~350℃ |
| 중유 | 350℃~ |
| 윤활유 | 잔여물 |
| 아스팔트 | |
1. 개요
경유( 輕 油, Diesel)는 원유를 분별 증류해서 얻어지는 석유의 일종이다.2. 상세
끓는 점을 기준으로 250~350℃에서 분리된 탄화수소의 혼합물로 정유소에서 사용되는 증류탑에서는 등유 다음으로 분리되는 물질이다. 어원은 디젤 엔진을 발명한 독일의 기계공학자인 루돌프 디젤. 경유라는 표현은 중유보다 밀도가 낮다는 데에서 붙여진 이름인데 휘발유와 나프타, 등유보다는 밀도가 높으므로 가장 가벼운 기름이 아니다. 당연하지만 경차에 사용되는 연료도 아닌데 대한민국에서 경차는 배기량 1,000cc 이하의 내연기관을 탑재한 자동차이고 가솔린 엔진을 사용한다. 유럽은 경차보다 배기량이 더 많은 1000cc 초반의 소형차에 디젤 엔진을 사용하는 경우가 많으나 배기량과 차체의 크기에서 이미 경차가 아니다.3. 성분 및 화학적 성질
경유는 탄화수소를 주성분으로 한 투명한 미색 액체이나 유종의 구분을 위해 보통 노란색이나 녹색 계통의 방향족 탄화수소로 된 첨가제를 넣기 때문에 그 색깔을 띠고 있는 경우가 많다. 분별증류를 할 때 대략 250~350℃ 범위에서 나온다. 탄화수소 분자당 탄소수는 보통 10개에서 15개 사이이다.화학적 성질은 다음과 같다.
| 밀도 | 820~845g/L |
| 인화점 | 55℃ 이상 |
| 발화점 | 220℃ |
휘발유나 등유가 환각성 있는 유기용제 같은 냄새를 가진 것과 달리, 경유는 특유의 불쾌하게 찌든 듯한 냄새가 있으며, 사람들은 대부분 이 냄새를 싫어한다. 미국에서 디젤 승용차의 보급이 잘 이루어지지 않는 이유 중의 하나가 경유의 악취라고 할 정도이다. 매연에서도 역겨움이 느껴지는 시큼한 냄새가 난다.
경유는 휘발성이 낮고 인화점이 높아서 불을 당긴다고 불이 쉽게 붙지 않기 때문에 폭발 위험이 적으며[1], 또한 디젤 엔진에서는 공기를 압축시키면 고온이 되는 점을 이용한 압축착화 방식을 채택하고 있다. 이러한 특성 때문에 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 열효율이 뛰어나며, 과급기까지 장착하면 40% 중반대의 열효율을 기록하기도 한다. 또한 휘발유 엔진에 비해 토크도 빵빵하게 나온다. 이러한 이점 때문에 경유는 상용차량, 철도차량, 중소형 선박의 연료로 적합하다. 미국은 가솔린 수요가 압도적이지만, 미국 대통령의 전용차도 피격 시 폭발을 방지하기 위해 디젤 엔진을 탑재하고 경유를 연료로 쓴다.[2]
다만 기화될 경우 얘기가 달라진다. 기화된 경유는 태생이 기름인 만큼 아주 자그만 스파크라도 일어나면 바로 폭발을 부른다. 실제로 라드브로크 그로브 열차 충돌사고 당시 열차 충돌로 인한 압력이 열차의 경유탱크를 파손시키며 새어나온 경유가 기화했고 열차가 전선을 끊으면서 폭발이 일어났다.
4. 용도 및 규격
4.1. 용도
경유는 디젤 엔진의 연료로 널리 쓰이며, 디젤 엔진을 탑재한 승용차, 버스와 트럭 같은 상용차는 물론 디젤 기관차 및 디젤동차, 중소형 선박의 연료이기도 하다. 대개는 물론 가정용 난방유로도 많이 쓰이기도 하나, 기름보일러 자체가 가스보일러로 대체되어 가면서 도시가스가 들어오지 않는 시골이 아닌 이상, 가정용으로서의 수요는 줄고 있다.과거에는 화장장에서 연료로 많이 사용했으나, 가스식으로 전환되어 비중이 줄고 있다.
위기탈출 넘버원에 의하면 말벌은 경유와 같은 석유 냄새를 싫어해서 피한다고 한다. 때문에 집 주변에 말벌이 꼬이거나 집을 지을 만한 곳이 있다면 그 곳에 경유를 발라놓으면 벌 쏘임 사고를 예방할 수 있다.
휘발유는 방화용으로 사용될 위험이 매우 높아서 말통 구입에 신분증 검사와 신원 기록이 필수적이고, 이런 과정 없이 가지고 있다면 방화 의심이라고 신고가 들어와서 경찰이 출동할 위험이 있다. 하지만 경유는 휘발유와는 달리 낮은 인화성 덕분에 방화용으로는 사용되지 않으므로 말통구입/소지가 비교적 관대한 편이다.
4.2. 규격
품질의 지표를 표기할 때 휘발유에서는 옥테인을 기준으로 한 옥탄가를 사용하는 반면에, 경유는 헥사데케인[3]을 기준으로 한 세탄가라는 명칭을 사용하고 있다. 차량용 경유의 경우 세탄가는 대략 45 이상이면 되며, 고급경유 또는 고성능경유라고 불리는 제품은 세탄가 51 이상이다. 자세한 사항은 해당 문서를 참고할 것.미국의 중유 품질기준 6단계 중 No.1~No.3이 증류 디젤유로, 좁은 의미에서의 경유에 해당되고 있다.
세계 수많은 곳에서는 차량용 경유에 세금을 더 많이 걷기 위해 농기계, 건설장비, 선박용이나 난방용 등 차량용이 아닌 경유에는 빨간 약품을 타서 차량용 경유와 구분하고, 차량의 연료탱크에서 빨간 약품이 묻어 나왔을 때는 과태료를 부과한다. (왕복엔진 항공기용 휘발유에 파란 약품을 타는 것과 같은 이유이다.)[4]
4.2.1. 온도별 유통 규격
이 외에도, 국내에서는 하절기용 경유, 동절기용 경유, 혹한기용 경유를 따로 구분하고 있다. 경유는 필터막힘점이라고 경유가 굳어지면서 왁스가 석출되어 젤리처럼 되어버리는 온도가 있는데, 하절기용은 봄~가을 사이 동절기용은 늦가을~봄 사이에 공급된다. 하지만 동절기용 경유도 영하 19도~20도 정도가 되면 굳어버리는데, 이를 막기 위해 한파의 가장 큰 영향을 받는 경상북도 북부, 경기도 북부, 강원도, 고도가 높은 지역 근처에는 늦가을부터 혹한기용 경유가 공급된다.[5] 혹한기용 경유는 동결점(젤리화 온도)이 약 영하30도 이하다. # 이로 인해서 남부지방에서 겨울에 경유를 가득 주유하고 스키장이나 강원도 여행을 떠났다가 다음 날 시동이 안 걸려 사람을 고생시키는 상황이 발생하게 된다. 한파가 매서울 때[6] 강원도나 산간지방 쪽으로 여행을 떠난다면, 그 지방에 도착 후 경유를 가득 주유해서 혹한기용 경유를 적절히 섞어서 넣어두는 것만으로도 영하 23~25도까지는 큰 문제 없이 운행이 가능하니 유의할 것. 일단 굳어버리고 나면, 연료필터를 탈거해서 경유를 부어내고 다시 집어넣든가 드라이기나 온수로 연료탱크와 연료필터를 가열시키는 등 상당히 난감한 사태가 발생한다. 혹한기용 경유를 전국에 공급하지 않는 이유는, 동절기용 경유만으로도 연비저하가 상당하고, 혹한기용 경유는 그보다 더하기 때문이다. 또한 혹한기용 경유는 연료온도가 상승하면 점도 저하가 더 커서 인젝터와 고압펌프에 무리를 줄 수 있다.경유는 휘발유와 달리 온도의 영향을 받기에 가급적이면 시기에 맞는 기름을 사용하는 것이 좋다. 한반도는 작지만 사계절이 뚜렷하고, 연교차가 크기에 쾨펜의 기후 실험장이라고 불릴정도로 다양한 기후대와 온도가 존재하기에 이러한 사전 정보는 경유차 오너라면 미리 알아두는 것이 좋다.[7][8]
5. 독성 및 오염물질
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[1] 암의 종류에 따라 1군/2A군으로 나뉜다. [2] GMO, 항생제 등 고기 잔류 물질이 문제가 아니다. IARC에서는 확실히 밝히지는 않았지만 고기의 성분 자체가 조리되면서 발암 물질을 필연적으로 함유하기 때문이라고 논평하였다. 청정우 같은 프리미엄육을 사 먹어도 발암성이 있다는 뜻이다. 이에 전세계의 육류업자들이 고기를 발암물질로 만들 셈이냐며 정식으로 항의하기도 하는 등 논란이 있었다. [3] 단, 올바른 조리 과정을 거치면 먹어도 문제는 없다. 문서 참조. [4] 카프로락탐. 2019년 1월 18일 IARC 서문 개정에 따라 불필요하다고 판단되어 삭제되었다. # |
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경유도 다른 석유제품과 같이 그 자체로 독성이 있으며, 특히 디젤엔진의 성분 및 연소상[9] 가솔린엔진에서는 잘 발생되지 않는 오염물질을 배출한다.
- 질소산화물 - 흔히 NOx로 불리는 물질. 상온에서 안정한 물질인 질소가 20기압, 500℃ 이상의 고온고압 환경인 디젤 엔진 연소실 내에서는 불안정해지고, 연소 과정에서 산소와 결합하여 질소산화물을 생성하고, 각종 폐질환( 천식, 기관지염, 폐암 등), 광화학 스모그의 주요 원인이 되기도 한다. 이를 위해서 연소온도를 조금 낮춘 디젤 엔진이 있는데, 질소산화물 문제는 해결했지만 매연(PM)이 증가하고 효율이 다소 떨어지는 문제가 있다.[10] 이후 SCR(선택환원촉매)을 장착하고 요소수를 이용하여 질소산화물을 저감하는 장치가 개발되어 많이 사용된다. 보통 연료 주입구 근처에 요소수 주입구가 배치된다.
- 이산화황 - 경유 속에 들어있는 황이 연소하여 만들어지며, 아황산가스라고도 한다. 이것이 빗물에 녹으면 아황산이 되므로 산성비에 일조한다. 또한 경유 속 황은 LNT를 고장내는 원인이기도 하다. 그래서 세계 각국은 경유의 탈황처리 기준을 강화하여 저유황 또는 초저유황 경유(Ultra-low sulfur diesel)를 생산, 유통하도록 제도화하고 있다.
- 매연 - 인젝션 펌프[11]식 디젤 엔진에서 필연적으로 발생했던 문제로, 긴 분자의 탄화수소가 불완전 연소되어 생긴다. 이 문제는 보쉬에서 개발한 커먼레일 인젝터 및 디젤미립자필터[12]의 개발로 상당부분 해결했으나, 탄소나노입자가 새로이 생기면서 골칫거리가 되고 있다. 인체는 탄소나노입자에 내성이 없다.
이러한 기술적 발전에 의한 오염물질 저감은 어느 정도 성과를 거두었지만, 어느 한 부도덕한 기업이 경유차 이미지를 시궁창으로 추락시켜 버렸다.
6. 경유 엔진
7. 대체품
7.1. 바이오 디젤
해당 문서 참조. 대한민국에서 시판되는 경유에는 바이오 디젤을 2% 섞도록 강제하고 있다.7.2. 하이드로 디젤
경유나 중유에 물을 섞어 유화시킨 것. 경유에 물을 섞고 이를 유화제나 초음파 등으로 에멀전 상태로 만들어 디젤 엔진이나 제트엔진에서 연소시키면 출력도 증가하고 연소온도가 떨어져 질소산화물과 미세먼지 발생과 소음이 줄어들어 공해가 줄어든다. 이를 hydro diesel 이라고 부른다. 유화제는 일반적 유화성분 외에 효율향상을 위한 첨가성분과 요소 (Urea)가 들어가기도 한다. 벙커C유 등 중유도 쓸 수 있다.7.3. 합성 디젤
자동차 제조업체 아우디에서 수력 발전으로 생산한 전기를 이용하여 물로 경유를 만든다고 한다. 수소를 공기 중 이산화탄소와 한 데 모아 고압을 가하면 일산화탄소, 수소, 물을 얻게 되는데 일산화탄소를 수소와 반응시키면 실제 원유와 구조가 거의 비슷한 탄화수소 화합물이 만들어지는데 마지막 '처리' 단계에서 이를 경유로 만든다. 실제 원유가 아니기 때문에 자연히 유황이나 납 등의 오염물질도 배출되지 않는다고 주장한다.이는 2020년대 들어 나온 e-Fuel과도 관련성이 있는 것으로 보인다.
8. 관련 문서
[1]
휘발성이 낮다는 것이지 완전히 0인 건 아니다. 후술하겠지만, 경유라도 유증기는 위험하다.
[2]
사실 그런 면도 있지만 현재 미국 대통령 전용차는 쉐보레의 픽업 트럭인 코디악(GMC 톱킥)의 섀시와 파워트레인을 바탕으로 만들어진 것이다. 온갖 보호장치가 탑재되어 무게가 최대 9톤까지 나갈 정도라 승용차용 가솔린 기관은
토크가 부족해 쓸 수가 없다.
[3]
헥사데케인의 이명이 세테인(cetane)이다.
[4]
AVGAS는 세금보단 유연휘발유라 차량에 사용시 길거리에 납을 뿌리고 다니게 되므로 금지하는 것이다. 무연휘발유용 자동차에 유연휘발유를 넣으면 엔진의 부품에 매우 나쁘기도 하다.
[5]
대체로 최한월 평균기온 -3°C 기준으로
냉대기후에 해당되는 지역이라면 혹한기용 경유가 들어가는 편이다.
[6]
기상청의 한파주의보, 한파경보 발효 기준.
[7]
온도가 낮으면 문제가 되는 차로는 LPG차와 전기차도 있다. LPG에 포함된 뷰테인은 -0.5°C 밑에서는 끓지 않기에 겨울철에는 프로페인을 많이 넣어서 문제를 해결하고, 전기차는 배터리 용량이 줄어든다. 가솔린과 수소차는 온도에 덜 민감하다.
[8]
향후 남북통일이 되고 차량용 경유가 사라지지 않았다면 개마고원 일대 등에서는 혹한기 경유도 굳어버리는 온도로 내려갈 수 있으므로, 이들 지역 한정으로 4번째 경유 분류가 생길 수도 있다.
[9]
점화 플러그로 확실히 불을 붙이는 가솔린과 달리 착화형식이라 불완전연소가 많이 일어난다.
[10]
일단
카르노 기관의 열효율을 계산하는 식(E=1-Tl/Th)만 보더라도 고열원의 온도가 높을수록 열효율이 올라간다! 또한 저열원의 온도가 낮을수록 효율이 높아진다는 것도 알 수 있는데, 일부 차량의 인터쿨러 기능이 이를 이용한 것.
[11]
속칭
부란자내지 후렌쟈.
[12]
Diesel Particle Filter, 약칭
DPF.