맨위로가기

고체연료

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

고체 연료는 기원과 형태에 따라 다양한 종류로 분류되며, 바이오매스, 성형 목탄, 연탄 등이 있다. 천연 고체 연료로는 목재, 이탄, 석탄 등이 있으며, 가공 고체 연료로는 코크스, 바이오매스, 쓰레기, 성형 땔감, 연탄, 알코올계 고체 연료 등이 있다. 고체 연료는 액체 또는 가스 연료보다 저렴하고 운송이 용이하지만, 환경 오염을 유발하고 발열량이 연료 종류에 따라 다르다는 단점이 있다. 군사용으로도 사용되며, 발열량은 연료의 종류, 탄소와 수소 함량, 불순물 등에 따라 달라진다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 고체연료 - 석유코크스
    석유 정제 부산물인 석유코크스는 탄소가 주성분인 고체 물질로, 유형에 따라 미세구조와 화학적 구성이 다르며, 높은 발열량과 환경 문제 유발 가능성에도 불구하고 다양한 산업 분야에서 활용되고 있어, 환경 친화적 기술 개발과 엄격한 환경 관리가 요구된다.
  • 고체연료 - 흑색화약
    흑색화약은 질산칼륨, 황, 탄소 혼합물로 이루어진 폭발성 물질로, 중국에서 발명되어 의식 및 축제용으로 사용되다 군사 무기로 발전, 유럽으로 전파되어 대포 발전에 기여했으며, 현대에는 사용량이 감소했으나 여전히 여러 분야에서 사용되지만 전쟁 및 환경 오염 등의 부정적 측면도 존재한다.
고체연료
개요
종류물질 연소에 사용되는 고체 상태의 연료
역사인류 조상은 약 100만 년 전부터 불을 사용했다는 증거가 있다.
특징
장점액체 연료나 기체 연료에 비해 안전하고 취급이 용이하다.
단점연소 속도 조절이 어렵다.
액체 연료나 기체 연료에 비해 연소 효율이 낮다.
종류
천연 고체 연료나무
석탄
이탄
동물 배설물 (소똥)
가공 고체 연료코크스
목탄
연탄
장작
펠릿 연료
고체 로켓 연료
용도
난방가정용 난방, 산업용 난방
발전석탄 화력 발전
운송로켓 추진 (고체 로켓 연료)
조리캠프파이어, 바베큐
환경 영향
대기 오염연소 시 미세먼지, 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등 배출
기후 변화이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화
기타
관련 통계석탄 소비 통계: 유럽연합 석탄 소비 통계
국제 에너지 기구: 석탄 관련 FAQ

2. 종류

고체 연료는 그 기원과 형태에 따라 다양하게 분류할 수 있다. 크게 가공 여부에 따라 천연 고체 연료와 가공 고체 연료로 나뉜다.


  • '''천연 고체 연료''': 자연 상태에서 채취하거나 간단한 가공을 거쳐 얻을 수 있는 연료이다. 바이오매스, 코크스, 쓰레기, 목재, 이탄, 석탄 등이 있다.
  • '''가공 고체 연료''': 천연 고체 연료를 가공하거나 다른 물질을 혼합하여 만든 연료이다. 코크스, 바이오매스, 쓰레기를 이용한 연료, 알코올계 고체 연료, 로켓 연료 등이 있다.


펠릿 연료는 압축된 유기 물질 또는 바이오매스로 만들어진다.[7] 펠릿은 산업 폐기물 및 부산물, 음식물 쓰레기, 농업 잔류물, 에너지 작물, 그리고 처리되지 않은 목재의 5가지 일반적인 바이오매스 범주 중 하나로 만들 수 있다.[8] 나무 펠릿은 가장 일반적인 펠릿 연료 유형이다.[9]

고체란 "굳히다"라는 의미로 가공을 거친 것을 가리키며, 원래 고체인 석탄이나 목탄은 고체 연료라고 부르지 않는다. 분말인 톱밥을 굳힌 오가라이트나 오가탄, 분탄을 굳힌 연탄도 고체 연료이다.

2. 1. 천연 고체 연료

자연 상태에서 채취하거나 간단한 가공을 거쳐 얻을 수 있는 고체 연료는 다음과 같다.

  • 바이오매스: 목재 외에도 연료로 연소시킬 수 있는 천연 식물 자재를 의미한다. 일반적인 바이오매스 연료로는 폐기된 밀, 지푸라기, 견과 껍질, 기타 섬유 물질이 있다.[22]
  • 코크스: 탄소 함량이 높고 불순물이 거의 없는 연료로, 보통 석탄으로 만들어진다. 재와 황이 적은 역청탄의 분해 증류를 통해 얻는 고체 탄소성 물질이다. 석탄으로 만든 코크스는 회색이고 단단하며 다공성이다. 자연에서 채취할 수 있는 코크스도 있지만, 일반적으로 쓰이는 형태는 인공 코크스이다. 석유 코크스 또는 펫 코크스로 알려진 형태는 정유 코커 장치 또는 기타 크래킹 공정에서 유래한다.[10]
  • 쓰레기: 일상에서 버려지는 물건들로 이루어진 폐기물이다. 적절한 기술을 사용하면 기체화하여 연료 자원으로 전환할 수 있지만, 고도의 기술이 필요하며 독성 물질이 없는 폐기물에만 사용할 수 있다.[23]

2. 1. 1. 목재

장작, 숯, 나뭇조각, 펠릿, 톱밥 등 다양한 형태로 사용된다. 목재는 여러 부문에서 가장 쉽게 구할 수 있는 연료 형태이며 고목을 구하는 경우에는 도구가 필요 없으며 그 외의 경우라도 도구가 거의 필요하지 않다. 오늘날 목재의 연소는 고체 연료 바이오매스로부터 얻는 에너지 중 가장 많은 이용률을 차지한다. 목재 연료는 음식 조리와 중앙 난방에 사용이 가능하며 종종 발전을 위한 증기기관, 증기 터빈의 연료 공급에도 사용된다. 지속 가능한 방식으로 수확될 때 나무는 일반적으로 재생 가능한 고체 연료(재생 에너지)로 간주된다.[10] 나무를 태우는 것이 탄소 중립으로 간주될 수 있는지에 대한 논쟁이 있는데, 기술적으로 나무는 성장하는 동안 격리된 것보다 더 많은 탄소를 배출할 수 없지만, 이는 탄소 발자국에 대한 삼림 벌채 및 부패와 같은 다른 영향은 고려하지 않는다.[11] 모든 유형의 불과 마찬가지로 연소하는 목재 연료는 수많은 부산물을 만들어내며 그 중 일부(열기, 증기)는 유용할 수 있으며 일부는 유용하지 않거나 성가시거나 위험할 수 있다.

2. 1. 2. 이탄

이탄 연료는 충분히 건조되면 연소시킬 수 있는, 부분적으로 분해된 식생이나 유기 물질이 축적된 연료를 말한다. 아일랜드와 스코틀랜드의 지방에서 대체재가 없거나 비쌀 때 널리 사용된다. 필수적인 건조 후에도 열량이 비교적 낮다.

2. 1. 3. 석탄

석탄은 일반적으로 암석층 또는 탄층에서 발생하는 가연성의 검거나 검갈색의 퇴적암이다. 역사적으로 석탄은 에너지 자원으로 사용되고 있으며 주로 전기와 열기를 생산하기 위해 연소되며 금속을 정제하는 등의 산업적 목적을 위해서도 사용된다. 석탄은 전 세계적으로 발전을 위한 최대 에너지 자원이며 전 세계에서 이산화 탄소 방출의 최대의 인위적 자원 가운데 하나에 속한다.[1] 석탄 추출과 에너지 생산 시의 사용, 그리고 그에 따른 부산물은 모두 지구 온난화를 포함한 환경 및 건강의 영향과 관련된다.[1]

2. 2. 가공 고체 연료

천연 고체 연료를 가공하거나 다른 물질을 혼합하여 만든 고체 연료이다.

  • 코크스: 석탄으로 만들며, 탄소 함량이 높고 불순물이 거의 없는 연료이다. 재와 황이 적은 역청탄을 분해 증류하여 얻는 고체 탄소성 물질이다. 석유 코크스(펫 코크스)는 정유 과정에서 만들어진다.[10]
  • 바이오매스: 연료로 연소시킬 수 있는 천연 식물 자재를 의미한다. 밀, 지푸라기, 견과 껍질 등이 일반적인 바이오매스 연료이다.[22] 펠릿 연료는 압축된 유기 물질 또는 바이오매스로 만든다.[7]
  • 쓰레기 (폐기물): 적절한 기술을 사용하면 쓰레기를 기체화하여 연료 자원으로 전환할 수 있다.[23]
  • 알코올계 고체 연료: 메탄올 등을 겔화제와 혼합하여 만든 고체 연료이다. 휴대용, 탁상용, 비상용으로 사용되며, 점화와 화력 조절이 쉽다. 1970년대 초 니이타카에서 개발한 "카엔"이 최초이다.[16]
  • 탁상용 고체 연료
  • 불을 붙인 모습
  • 로켓 연료: 질산 암모늄과 같은 고체 산화제, RDX와 같은 에너지 화합물, 가소제, 안정제 등을 혼합하여 만든다.[1]

2. 2. 1. 코크스

코크스는 탄소 함량이 높고 불순물이 거의 없는 연료이며, 보통 석탄으로 만들어진다. 재와 황이 적은 역청탄의 분해 증류를 통해 얻는 고체 탄소성 물질이다. 석탄으로 이루어진 코크스는 회색이고 딱딱하며 다공성이다. 코크스를 자연에서 채취할 수 있으나 일반적으로 쓰이는 형태는 인공이다. 석유 코크스(펫 코크스)는 정유 코커 장치 또는 기타 크래킹 공정에서 만들어진다.[10]

2. 2. 2. 바이오매스

목재는 바이오매스의 일종이지만, 바이오매스라는 용어는 연료로 연소시킬 수 있는 다른 천연 식물 자재를 의미하기도 한다. 일반적인 바이오매스 연료로는 폐기된 밀, 지푸라기, 견과 껍질, 기타 섬유 물질 등이 있다.[22]

펠릿 연료는 압축된 유기 물질 또는 바이오매스로 만들어진다.[7] 펠릿은 산업 폐기물 및 부산물, 음식물 쓰레기, 농업 잔류물, 에너지 작물, 처리되지 않은 목재의 5가지 일반적인 바이오매스 범주 중 하나로 만들 수 있다.[8] 나무 펠릿은 가장 일반적인 펠릿 연료 유형이다.[9]

2. 2. 3. 쓰레기 (폐기물)

적절한 기술을 사용하면 쓰레기를 기체화한 뒤 연료 자원으로 전환할 수 있다. 그러나 이는 매우 기술 중심적이고, 폐기물에 독성 물질이 함유되지 않은 상황에서만 가능하다.[23]

2. 2. 4. 알코올계 고체 연료

메탄올 등을 겔화제와 혼합하여 만든 고체 연료이다. 휴대용, 탁상용, 비상용으로 사용되며, 점화가 쉽고 화력 조절이 가능하다. 유독성, 오식 위험성, 바람에 약하다는 단점이 있다.

가정용 및 음식점에서 사용되는 고체 연료는 주로 메탄올에 겔화제로서 아세트산 칼슘 또는 지방산 나트륨 등을 첨가하여 제조된다. 1인용 냄비 요리나 솥밥, 퐁듀 등 작은 냄비 요리 및 보온에 사용된다. 원반형 또는 짧은 원기둥 모양이며, 연소 후 정리가 쉽도록 하단이 알루미늄 호일로 덮여 있는 경우가 많다. 알코올 증발 방지를 위해 플라스틱 필름으로 덮여 있다. 내화성 접시에 하나만 올려놓고 필름을 벗기지 않고 그대로 점화한다. 일회용이므로 요리에 적합한 크기의 것을 사용한다. 업무용으로는 7g부터 40g까지 판매되고 있다. 시판되는 고체 연료는 25g(연소 시간 20분) 정도가 많다. 유독한 메탄올 계열에서는 오식 방지를 위해 파란색으로 착색된 경우가 많으며, 일부 제조사 제품에는 오식 방지제로 쓴맛을 첨가하고 있다. 연소면을 알루미늄 호일로 덮어 작게 만들어 가열량을 억제한 보온 전용 연료(연소 시간 60~90분)나, 촉매 연소로 장시간 보온하는 경우도 있다.[16][17]

오늘날 사용되는 형태의 탁상용 고체 연료는 오사카시에 있는 화학 회사인 주식회사 니이타카가 1970년대 초에 개발한 "카엔"이 최초이다. 발매 초기에는 18리터 들이 통에 14kg 분량의 카엔을 흘려 굳힌 것이었지만, 여관 종업원이 숟가락으로 눈대중으로 덜어내면서 양에 차이가 생기고, 손님의 냄비가 끓지 않는 등의 불만이 제기되었다. 이 문제에 대처하기 위해, 일정한 크기로 각을 져 원형으로 만들었다. 또한 앞서 언급했듯이, 알코올 성분의 증발을 막기 위한 필름 가공과 뒷정리를 쉽게 하기 위한 알루미늄 호일 가공을 실시하여 개선한 결과, 현재 흔히 볼 수 있는 스타일이 되었다.[16][17]

2. 2. 5. 로켓 연료

고체 로켓 연료는 질산 암모늄과 같은 고체 산화제와 RDX와 같은 에너지 화합물, 가소제, 안정제 및 기타 추가 물질들의 혼합물로 구성된다.[1] 고체 추진 연료는 액체 연료에 비해 보관과 관리가 쉽고, 에너지 밀도가 더 높아 같은 양의 에너지를 저장하는 데 필요한 공간이 적다.[1]

3. 고체 연료의 장단점

액체 연료나 가스 연료와 비교했을 때, 고체 연료는 다음과 같은 장단점을 갖는다.

'''장점'''


  • 액체 연료나 가스 연료에 비해 더 저렴하고, 추출하기 쉽다.
  • 운송이 안정적이다.[12]
  • 많은 지역에서 쉽게 구할 수 있다.[12]
  • 나무 연료의 경우, 죽은 나무를 줍는 방식으로 도구를 사용하지 않고도 채취할 수 있다.


'''단점'''

  • 추출 및 연소 과정에서 환경 오염을 유발할 수 있다.
  • 대부분 형성되는데 수천 년이 걸리기 때문에 재생 불가능한 자원으로 간주된다.[3]
  • 연소될 때 액화 석유 가스보다 더 많은 유기 에어로졸[13]과 휘발성 유기 화합물을 방출하여 대기 오염을 악화시킬 수 있다.[14]
  • 고체 연료가 주된 에너지원인 지역에서는 대기 오염의 주요 원인이 된다.[15]

3. 1. 다른 휴대용 연료와의 비교 (일본어 문서 내용)

알코올 유래 고체 연료는 가정, 음식점의 탁상 요리, 등산, 군대 등에서 야외 취사에 사용되는 연료이다. 보통 일회용으로 한 끼 식사 분량의 조리에 필요한 크기로 만들어진다. 액체 연료인 메탄올 등을 고체화하여 유해성 및 인화성을 줄였으며, 화구도 간편하여 휴대성이 높다.[1]

'''장점'''

  • 착화가 쉽다.
  • 작아서 실내 탁상에서 사용할 수 있다.
  • 내수성이 높다.
  • 탄소 함유량이 적어 일산화 탄소 발생량이 적다.[1]
  • 화구 구조가 단순하여 고장 우려가 적고, 가볍다.
  • 연료 누출이나 폭발 위험이 적다.[1]


'''단점'''

  • 화력이 약해 큰 냄비를 사용하는 대규모 조리에는 적합하지 않다.
  • 유독한 메탄올이 휘발된다.
  • 바람에 약하다.[1]
  • 화력 조절이 어렵다.[1]

3. 2. 일반적인 장점

고체 연료는 액체 연료나 가스 연료에 비해 종종 더 저렴하고, 추출이 더 쉬우며, 운송이 더 안정적이고, 많은 지역에서 더 쉽게 구할 수 있다.[12] 예를 들어 나무 연료는 많은 지역에서 쉽게 구할 수 있는 고체 연료이며, 죽은 나무를 줍는 경우에는 도구가 거의 필요하지 않다.

3. 3. 일반적인 단점

고체 연료는 추출 및 연소 과정에서 환경 오염을 유발할 수 있다. 지속 가능한 방식으로 생산되는 목재나 바이오매스를 제외하면, 대부분 형성되는데 수천 년이 걸리므로 재생 불가능한 자원으로 간주된다.[3]

고체 연료는 유기 물질로 구성되어 있으며, 연소 시 액화 석유 가스보다 더 많은 유기 에어로졸[13]과 휘발성 유기 화합물을 방출한다. 이는 지표면 오존 및 2차 유기 에어로졸과 같은 2차 오염 물질 형성을 통해 대기 오염을 악화시킬 수 있다.[14] 따라서 고체 연료의 배출은 해당 연료가 주된 에너지원인 지역에서 대기 오염의 주요 원인이 된다.[15]

4. 군사용 고체 연료

레이션 형태로 배급되는 식량에는 레이션 히터로 고체 연료가 첨부된다. 독일군은 Esbit를 사용한다.[1] 미군은 트리옥산 연료를 사용했지만, 연료를 사용하지 않는 레이션 히터도 사용된다.[1]

자위대는 캔에 담긴 "휴대 연료" (겔 형태 알코올)를 사용한다.[1]

5. 발열량

각 연료 유형에서 얻을 수 있는 열은 탄소와 수소 함량, 불연성 물질, 재와 수분 함량에 따라 달라진다.[10] 연소 시 생성되는 열의 척도는 연소열이며, 폭탄 열량계를 사용하여 측정한다.[11]

메탄과 같은 기체 연료는 석탄과 같은 고체 연료보다 높은 발열량을 갖는다. 이탄은 모든 일반적인 연료 중에서 가장 낮은 발열량을 나타낸다. 건조 목재는 석탄의 약 3분의 2의 발열량을 갖는다.[10]

연료발열량 (MJ/kg)
메탄55.50 (가장 높음)
경유44.80
무연탄32.50
장작 (수분, 재 없음)21.70
건조 이탄약 15.00 (가장 낮음)


참조

[1] 웹사이트 Solid https://web.archive.[...] 2017-03-09
[2] 웹사이트 Evidence that human ancestors used fire one million years ago https://www.scienced[...] 2012-04-02
[3] 웹사이트 Coal https://www.iea.org/[...] 2017-03-09
[4] 웹사이트 Coal consumption statistics - Statistics Explained http://ec.europa.eu/[...] 2017-03-09
[5] 서적 Future energy : improved, sustainable and clean options for our planet https://www.worldcat[...] 2020
[6] 웹사이트 Biofuels https://www.eia.gov/[...] EIA
[7] 웹사이트 Biomass Energy http://www.altenergy[...] Alternate Energy 2015-02-16
[8] 웹사이트 Sources of biomass https://web.archive.[...] BIOMASS Energy Centre 2015-02-16
[9] 웹사이트 About the Densified Biomass Fuel Report https://www.eia.gov/[...] 2018-10-17
[10] 웹사이트 Solid Fuels http://www.soliftec.[...] Solid Fuel Technology Institute 2014-02-09
[11] 논문 Greenhouse gases from biomass and fossil fuel stoves in developing countries: A Manila pilot study
[12] 웹사이트 The Guide to Solid Fuels http://www.nwleics.g[...] Solid Fuel Association
[13] 논문 Emissions of intermediate-volatility and semi-volatile organic compounds from domestic fuels used in Delhi, India http://nora.nerc.ac.[...] 2021-02-18
[14] 논문 Emissions of non-methane volatile organic compounds from combustion of domestic fuels in Delhi, India http://nora.nerc.ac.[...] 2021-02-18
[15] 웹사이트 Household air pollution https://www.who.int/[...] 2023-01-06
[16] 뉴스 会社の復活に「着火」したのは、あのブルーの固形燃料だった https://bplatz.sanso[...] 2020-02-11
[17] 뉴스 誰もがお世話になったあの固形燃料を開発した会社は、創業時から環境に優しかった！ https://biz-journal.[...] 2020-02-11
[18] 웹인용 Solid http://www.astronaut[...] 2017-03-09
[19] 웹인용 https://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120402162548.htm https://www.scienced[...] 2017-03-09
[20] 웹인용 Coal https://web.archive.[...] 2017-03-09
[21] 웹인용 Coal consumption statistics - Statistics Explained http://ec.europa.eu/[...] 2017-03-09
[22] 웹인용 Solid Fuels http://www.soliftec.[...] Solid Fuel Technology Institute 2014-02-09
[23] 서적 Energizing Our Future: Rational Choices For The 21st Century John Wiley & Sons, Inc. 2008


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com