천연 가스 자동차 199921405 임영홍

Contents 1 2 천연가스자동차의 엔진 및 내부 구조 천연가스 충전소 3 천연가스자동차의 이용기술 및 특징 4 천연가스의 이용 배경 2 천연가스자동차의 엔진 및 내부 구조 3 천연가스 충전소 4 천연가스자동차의 이용기술 및 특징 국내외 보급현황 및 개발 동향 5

천연가스의 이용 배경 3 신재생 에너지로서의 천연가스 2 대체 에너지로서의 천연가스 1 세계 에너지 시장의 탈 석유화 안정공급, 저 공해성, 가격안정성 확보 매장량이 전세계에 널리 분포 되어 있음 단위발열량당 CO2 배출량이 적음 혐기성 소화조에 의해 발생하는 가스 인분, 축분, 간벌목에 의해 발생하는 가스 1 세계 에너지 시장의 탈 석유화 한정된 석유자원 - 에너지 공급 불안정 지구 온실효과, 공해문제 등의 환경문제 발생 석유자원의 위기 신재생에너지/ 대체에너지 개발 필요성 증대

천연 가스란? 1. Natural Gas 2. Liquefide Natural Gas 천연적으로 직접 채취한 상태에서 바로 사용할 수 있는 화석연료로써 메탄이 주성분 액화 과정에서 분진,황,질소,등이 제거되어 연소시 공해물질을 거의 발생하지 않는 무공해 청청연료 1. Natural Gas 2. Liquefide Natural Gas 천연가스를 -162°C 상태에서 약 600배로 압축,액화시켜 이동하기 편리하게 만든 상태 이과정에서 정제 과정을거치면서 순수메탄의 성분이 매우 높고 수분함량과 오염물질 햠량이 없는 청청 연료상태 3. Compressed Natural Gas 4. Pipe Natural Gas

천연 가스의 장점 구분 황산화물 (SOX) 일산화탄소 (CO) 미세먼지 LNG 0.01 0.3 등유 0.2 0.6 0.5 중유 등유 0.2 0.6 0.5 중유 4.1 1.2 (단위:g/만Kcal) 천연가스는 액화과정에서 미세먼지, 황 등의 불순물이 제거되기 때문에 연소시 대기오염물질이 거의 발생되지 않는다

천연가스의 자동차 연료로써의 특징 구 분 메 탄 프로판 부 탄 가솔린 경 유 비 중 (공기=1, 15℃) 0.555 1.548 구 분 메 탄 프로판 부 탄 가솔린 경 유 비  중 (공기=1, 15℃) 0.555 1.548 1.986 3.4 〉4.0 자연 발화 온도 (℃) 540 457 476 228 260 가 연 범위 (공기중 체적%) 5.3∼15.0 2.4∼9.5 1.8∼8.4 1.0∼7.6 0.5∼4.1 천연가스는 전기나 석유보다 열효율이 뛰어나며, 지하배관으로 공급되므로 안정성이 뛰어나고 저장비용 및 집진비용이 절감되는 등 경제적인 연료이다

천연가스 자동차란? CNG LNG ANG 연료의 사용형태 CNG – 압축된 천연가스를 연료원으로 사용 연료의 사용형태 CNG – 압축된 천연가스를 연료원으로 사용 LNG – 액화상태의 천연가스를 사용 ANG – 천연가스를 연료용기에 흡착 저장했다가 사용. CNG 천연가스를 200∼300b바의 고압으로 압축해서 연료용기에 저장해 사용 -162。C로 냉각 액화한 천연가스를 극 저온 단열용기에 저장해 연료로 사용하는 방식으로 LNG를 기화기(Vaporizer)에서 기화해서 믹서나 흡기 매니폴드에 분사해 연료를 공급하는 방식 LNG를 액상 그대로 실린더 내로 직접 분사해 실린더내의 점화플러그에 의해 점화시키는 두 가지 방법이 있다. LNG ANG 활성탄 등의 흡착제에 천연가스를 30∼60kg/㎠ 가압해 저장하는 방식 충전 압축기 등 충전 시설비용의 절감이 가능하나 흡착제의 비용이 고가 이고 저장효율이 낮아 현재의 기술 수준으로는 실용화에는 많은 문제점이

천연가스 자동차 엔진 구조  CNG TANK 연료공기 혼합장치 트로틀밸브 ENGINE

천연가스 자동차 엔진 구조 부연 설명 디젤 엔진 연료계통 가솔린 엔진 연료장치를 제외한 동일한 구조 압축착화기관에서 불꽃점화기관으로의 변경은 물론 연료계통, 연소계통 및 제어계통 등을 변경하는 것이 필수적 연료계통 기존 디젤 연료계통의 분사펌프, 분사노즐 등을 벗어나 가스 레귤레이터, 믹서, 트로틀밸브, 연료제어밸브 등의 가스 연료계통을 추가해 장착한다 CNG 를 적정압력으로 감압해 연료·공기 혼합장치 및 트로틀밸브를 거쳐 엔진으로 공급. 연소실로 공급된 혼합기는 점화를 위해 연료분사 노즐 위치에 설치된 점화플러그에서 점화되어 연소 폭발.

천연가스 시내버스 내부 구성도 사용연료인 천연가스는 디스펜서를 통해 고압(200kg/㎠)의 천연가스를 가스용기에 저장. 저장된 연료량은 운전석에서 압력계로 모니터링 할 수 있도록 되어있으며 내부압력의 과다 상승 때 안전밸브를 거쳐 외부로 벤팅하는 안전장치가 설치되어 있다. 압축된 가스는 용기로부터 연료 배관을 거쳐 감압밸브에서 사용압력으로 일정한 압력으로 감압된 후 공기와 혼합되어 엔진 내부로 공급 가스용기는 자동차부품 중에서 가장 튼튼하게 제작되어 있어 700℃의 불 속에서도 파열되지 않으며 30m 높이에서 낙하시켜도 파열되지 않게 설계되어 있다.

천연가스 자동차 소형차의 내부 구성도

천연가스 버스의 연료용기 사진

천연가스 충전소 분류 < CNG 충전소 > 버스충전소 : 가스공사 배관망에서 가스(약4.5MPa)를 도입하여 압축기로 압축(약25MPa)하고, 이것을 저장탱크에 저장하였다가 버스에 충전(약18MPa)하는 방식     트레일러충전소 : 가스공사 배관망에서 가스(약4.5MPa)를 도입하여 압축기로 압축(약25MPa)하고, 이것을 저장탱크에 저장하였다가 CNG 트레일러에 충전(약20MPa)하는 방식 이동식 충전소 : 트레일러에 충전된 가스를 견인하여 버스 차고지로 이동하고, 현지에 설치된 충전기를 통하여 버스에 충전(약18MPa)하는 방식 < LCNG 충전소 > 액화천연가스(LNG)를 고압(250기압이상)으로 가압한 후 자연적으로 또는 인위적으로 기화를 시켜 CNG를 공급하는 충전소

천연가스 충전소 튜브트레일러 충전소 전경 3단 압축기 이동식 충전기에 연결된 트레일러 LCNG 저장탱크

천연가스 자동차 이용기술 연료의 이용법 이용기술의 구분 특 징 기본기관 방 식 혼합기의 특성 착화·연소방식 CNG (기체) 가솔린기관 (오토사이클) 이중 방식 (CNG/가솔린) 예혼합 불꽃점화 CNG 전소방식 디젤기관 삼원촉매법 희박연소법 이론공연비로 예혼합 (λ:1) 희박연소로 예혼합 (λ: 1.4∼1.6) (디젤사이클) 혼 소 방식 (CNG/경유) 가스상분무 + 경유분무 압축착화 LNG (액체) 가솔린/디젤기관 LNG 전소방식 가스상분무

천연가스 자동차 이용기술의 특징 (1) 가솔린기관(예 혼합, 불꽃점화, 삼원촉매방식) 가장 좋은 배출가스 청정성 특히 NOx의 정화가 기대되는 점이 장점인데 비용.성능,열효율(연비율) 및 내구성은 Lean-burn에 비해 약하다. (2) 가솔린기관(예 혼합, 불꽃점화, Lean-burn방식)    천연가스는 혼합기의 형성이 용이하고 극희박까지 Lean-burn이 가능한데 Lean-burn에 의해 열효율이 개선되고 NOx의 저감, 열부하경감에 의해 내구성향상을 기대할수 있음. 이것은 이 방법의 제1의 장점이고 제2의 장점은 시스템의 간소화를 꾀할수 있기 때문에 비용, 성능면에서 개선을 기대할수 있음. 전자제어시스템, 촉매컨버터를 반드시 필요로하지는 않으며 NOx등의 배출가스 청정성은 삼원촉매방식에 비해 나쁘다. (3) 디젤기관(전소방식)  기존 운행차량을 대상으로 할 수 있는 기술로서 매연 입자상물질을 저감할 수 있는 것이 최대의 장점이고 엔진의 개조는 소규모의 범위로 되기때문에 개조, 제조비용이 비교적 작고 경제적인 것이 제2의 장점이다.

천연가스 자동차 이용기술의 특징 (4) 이중연료(Dual-fuel)공급 방식의 자동차 < CNG 차량의 장단점 >    이중연료 공급방식을 분류하면 혼 소 방식과 Pilot방식으로 나눌 수 있다. 25%부하 이상부터 CNG연료를 70∼80% 흡입시켜 매연을 저감하기 위한 방법인데 이때 경유는 착화 원과 출력 원으로서 사용된다.    < CNG 차량의 장단점 > 장 점 단 점 * 배출가스 감소 (10∼90%) * 완전연소로 열효율 향상 * 기존차량을 개조하여 사용가능 * 매장량이 풍부함. * 도시가스 배관망 및 충전소가 없는 곳에서는 충전 불가능 * 충전시간이 길다(3분∼8시간) * 주행거리가 경유연료에 비해 짧음(액체사용시는 더 유리) * 연료계통 개조비용 추가부담 - 승용차 : 60만원 - 버 스 : 250만원

국내외 NGV 보급 현황 유럽 북미 국 명 NGV 충전소 아일랜드 65 2 미국 80,000 1,102 영국 400 17 캐나다 17,220 120 이탈리아 260,000 280 소계 97,221 1,225 네델란드 500 14 오세아니아 스위스 60 7 호주 1,766 89 스웨덴 510 12 뉴질랜드 25,000 245 스페인 48 6 26,766 334 체코 30 - 아시아 덴마크 4 일본 3,033 64 독일 2,500 55 중국 2,980 10 노르웨이 한국 19 1 핀란드 3 기타 11,936 43 프랑스 1,250 16 17,968 118 벨기에 220 아프리카/중남미 폴란드 20 아프리카 11,011 러시아 205,000 187 중남미 421,950 595 500,641 608 432,961 611 합 계 : NGV 1,075,557 충전소 2,896

국내 천연가스 자동차의 보급 혁신 전 혁신 후 혁신추진 - 2005년 7,429대 천연가스 자동차 보급 천연가스 자동차에 대한 인식 미흡 천연가스 자동차 관련 법률의 미비 천연가스 자동차에 대한 엔진기술 미비 압축고압가스에 대한 기술 부족 충전소 인프라의 부족 혁신 후 환경부, 가스공사를 통한 법률의 정비 협회를 통한 선진국의 법률 및 기술도입 강원대학교와 연계한 천연가스 자동차의 꾸준한 연구 혁신추진 - 2005년 7,429대 천연가스 자동차 보급

저공해 산업용 엔진의 보급 혁신 전 혁신 후 혁신추진 저공해 산업용 엔진 시장 진입의 어려움 신기술 도입에 따른 개발 자금의 부족 미국환경청 인증에 대한 전문가 부족 시설운영 자금의 부족 혁신 후 혁신추진 중소기업진흥공단의 기술지도 지원 중소기업청의 기술개발자금 지원 대기업의 적극적인 기술개발 대응 중기청, 중진공을 통한 시설운영 자금지원 - 국내 유일 북미수출용 엔진 공급업체 - 다양한 Gas Application 개발

해외 시장 개척 혁신 전 혁신 후 혁신추진 미개척 시장에 대한 판로의 어려움 각 국의 환경인증 기준에 대한 정보미비 대,폐차 수출에 대한 법률 미비 부품의 가격경쟁력 약화 혁신 후 대기업과 협력하여 시장진입 확대 협회를 통한 환경인증기준 대비 환경부와 수출방법 모색 부품의 개발을 통한 가격경쟁력 확보 혁신추진 - 동남아 천연가스 차량의 개조시장 확보 - 중국 천연가스 부품시장의 확보

맺음말 천연가스를 직접 생산하는 국가는 석유대체 효과가 있으나, 우리나라는 LNG수입국이며 LNG의 경우 천연가스를 액화시켜 저장한 후 이를 다시 기화시켜 파이프라인을 통해 각 지역에 보급하고 있다. 대도시의 대기오염은 대부분 경유 차에서 생성되는 많은 미세먼지와 질소산화물이 기여하고 있다. 따라서 경유 차량을 외국처럼 자유스럽게 개조하여 연료를 천연가스로 전환할 수 있도록 관련 소관 부처별 각종 세제혜택이나 안전검사 및 기준 등을 정비 또는 보완하여야 한다.

참고 문헌 http://www.Dwcij.com.ne.kr http://blog.naver.com/baekdu98?Redirect=Log&logNo=40008762845 http://www.ngvi.co.kr/bbs/bbs_list.php?bbsID=Kor_Bulletin_005 http://www.carwith.or.kr/board/read.cgi?board=car_raw&y_number=4&nnew=1 http:// cafe.daum.net/snengineer http://cafe204.daum.net/_c21_/bbs_search_read?grpid=zwin&fldid=IVnT&contentval=0001azzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz&nenc=BUv8jmCjM4_gkraZRwesgA00&dataid=98&fenc=UIV-wWTugqw0&docid=CDeA4b0d