천연가스 자동차

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1. 개요
2. 특징
3. 종류
4. 운행 지역 (한국)
5. 인프라
6. 보급 현황
7. 과제
8. 차량 구조
9. 과거 및 현재 생산 차종
10. 모터스포츠
참조

1. 개요

천연가스 자동차는 메탄을 연료로 사용하며, 압축 천연가스(CNG) 또는 액화 천연가스(LNG)를 사용한다. CNG는 공기보다 가볍고 이산화탄소 배출량이 적으며, LNG는 CNG보다 에너지 밀도가 높다. 천연가스 자동차는 디젤이나 가솔린 자동차에 비해 배출가스가 적고, 옥탄가가 높아 엔진 노킹을 방지하는 장점이 있다.

CNG는 압축, LNG는 액화하여 저장하며, CNG는 비교적 저렴한 비용으로 개조가 가능하다. 한국에서는 서울, 부산 등 주요 도시에서 천연가스 버스가 운행되고 있으며, CNG 충전소는 도시가스 배관이 있는 곳에 설치된다. 천연가스 자동차는 인프라 부족, 높은 초기 비용, 안전 문제 등의 과제를 가지고 있다.

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천연가스 자동차
개요
천연가스 차량
종류	압축 천연 가스 (CNG) 차량 액화 천연 가스 (LNG) 차량
역사
초기 개발	1930년대 (프랑스, 미국)
상용화	1980년대 (이탈리아, 뉴질랜드) 1990년대 이후 (전 세계 확산)
기술
연료	천연 가스 (주로 메탄)
연료 저장 방식	압축 (CNG) 액화 (LNG)
엔진 종류	가솔린 엔진 개조 전용 엔진
배출 가스 저감 기술	삼원 촉매 변환기
장점 및 단점
장점	온실 기체 배출량 감소 미세 먼지 배출량 감소 연료 비용 절감 가능성 엔진 소음 감소
단점	연료 충전소 부족 연료 탱크 부피 증가 차량 가격 상승 가능성 일산화 탄소 배출량 증가 가능성
활용 분야
버스	대중교통
택시	개인 및 법인 택시
트럭	화물 운송
승용차	개인 및 업무용 차량
환경 규제 및 정책
각국 정책	보조금 지급 세금 감면 의무 사용
관련 규제	배출 가스 기준 강화
시장 동향
주요 생산 국가	이란, 중국, 아르헨티나
보급 현황	전 세계적으로 증가 추세
관련 기술 개발
연구 분야	연료 효율 향상 배출 가스 저감 연료 탱크 경량화 충전 인프라 확대
기타
안전 문제	연료 누출 및 폭발 위험
관련 단체	국제 천연 가스 자동차 협회 (IANGV)

2. 특징

천연가스는 대부분 메탄(CH4)으로 구성되어 공기보다 가벼워(비중 0.6) 누출 시 쉽게 확산되는 성질을 가지고 있다.^[19] 1m³의 천연가스는 약 38 MJ (10.6 kWh)의 에너지를 연소 시 생성한다.

천연가스는 매립지나 혐기성 소화에서 나온 바이오가스 자체에서 파생된 바이오메탄과 혼합될 수도 있다. 이는 일반적인 디젤 차량에 비해 탄소 배출량이 훨씬 적은 이동 수단으로 천연가스 자동차를 사용할 수 있게 해준다.

천연가스 자동차의 엔진은 디젤 엔진 기반(버스·트럭에 탑재), 가솔린 엔진 기반(밴 등에 탑재)의 양쪽 모두 있다. 천연 가스는 발열량당 CO₂ 배출량이 화석 연료 중에서 가장 낮아 지구 온난화 대책으로도 중요시되고 있다. 또한 디젤 자동차에 비해 배기 가스 중의 유해 물질(매연·NOx·SOx 등)이 대폭 적기 때문에 환경 대책으로서 자동차 연료로 사용되게 되었다.

후지 급행의 CNG 버스 "에버그린 셔틀" 팜플렛(1995년)에 따르면, 디젤차와 비교한 천연 가스 자동차의 배출량은 다음과 같다.

항목	디젤차 대비 배출량
질소 산화물	60~70% 저감
이산화 탄소	20~30% 저감
황산화물	100% 저감
매연	100% 저감

압축 천연 가스 이용의 경우 연료가 기체이기 때문에 저장성·운반성이 떨어진다는 약점이 있다. 반면 연료가 기체이기 때문에 액체 연료보다 무게가 가볍고, 연료 탱크를 수지제로 함으로써 탱크 자체의 경량화^[116]도 가능해진다.

오토가스(LPG 또는 프로판이라고도 함)는 화학적 조성이 다르다. 오토가스가 천연가스(CNG)보다 갖는 고유한 장점은 압축 비용이 훨씬 적게 들고(CNG 비용의 20% 수준)^[19], 밀도가 더 높으며, 낮은 압력에서 상온에서 액체 상태로 저장하기 쉬워 CNG보다 훨씬 저렴한 탱크와 연료 압축기를 필요로 한다는 점이다. LPG의 주요 단점은 안전성이다. 이 연료는 휘발성이 높고 가연성이 있으며, 누출 시 공기보다 무거운 가스가 낮은 곳에 모여 사용 시 훨씬 더 위험하다.

3. 종류

천연가스 자동차는 '''압축 천연 가스 자동차'''(CNG 자동차), '''액화 천연 가스 자동차'''(LNG 자동차), '''흡착 천연 가스 자동차'''(ANG 자동차)로 나뉜다.

'''압축 천연 가스 자동차'''(CNG 자동차): 천연가스를 205bar~275bar의 고압으로 압축하여 저장한다.^[55]^[56] CNG 실린더의 가장 널리 사용되는 표준은 ISO 11439이다.^[55]^[56] 북미 지역의 표준은 ANSI NGV-2이다. 천연가스만을 연료로 사용하는 천연 가스 전용차, 천연가스와 가솔린을 전환할 수 있는 바이 퓨얼차, 흡입 공기에 천연가스를 혼합하여 점화원으로 경유를 사용하는 듀얼 퓨얼차, 천연가스 엔진과 전기 모터를 결합한 하이브리드 차가 있다.

'''액화 천연 가스 자동차'''(LNG 자동차): 천연가스를 -162°C의 극저온으로 냉각하여 액체 상태로 저장한다. LNG 저장 압력은 일반적으로 3bar~10bar 정도이다.

'''흡착 천연 가스 자동차'''(ANG 자동차): 천연가스를 가스 용기 내 활성탄^[57], 금속 유기 골격체(MOFs)^[58] 등의 흡착재에 35bar의 저압으로 흡착시켜 저장한다.^[20] (저압 저장, 상용화 전 단계)

4. 운행 지역 (한국)

지역	운행 지역
수도권	서울, 인천, 수원, 안산, 시흥, 포천, 평택, 안성, 오산, 화성, 성남, 용인, 이천, 광주, 하남, 구리, 남양주, 의정부, 양주, 동두천, 고양, 파주, 김포, 부천, 안양, 광명 (단, 여주, 옹진, 양평, 가평은 제외)
동남권	부산, 양산, 울산, 창원, 김해, 진주
대경권	대구(경산, 칠곡), 포항, 구미(김천), 경주, 영천
강원도	춘천, 원주(횡성), 동해, 삼척
충청도	천안(아산), 대전(계룡), 세종, 청주(증평, 진천)
전라도	전주(완주), 익산, 군산, 광주, 나주, 여수, 순천, 광양, 목포(무안, 신안)

전 차량 천연가스버스(시내버스 기준): 서울, 부산, 인천, 대구, 춘천, 원주, 여수, 포항

5. 인프라

NGV 충전소는 천연가스관이 있는 곳이면 어디든 위치할 수 있다. CNG 충전소는 대규모 압축기가 필요하지만, 소규모 가정용 충전소도 가능하다. '필 홈 리퓨얼링 어플라이언스'라는 시스템은 혼다와 협력하여 개발되었으며, 현재 BRC Fuel Maker에서 제조 및 판매하고 있다.^[2]^[3]^[4] 이는 느린 충전 방식이다. LNG 충전소는 극저온 액화 플랜트가 필요하며, CNG보다 유틸리티 인프라, 자본 비용, 전력 측면에서 유리하다. LCNG 충전소는 LNG를 저장한 후 필요에 따라 CNG로 기화시키는 방식으로, CNG 급속 충전소보다 자본 비용이 적게 든다.

캐나다에서는 천연가스가 20년 이상 자동차 연료로 사용되어 왔으며,^[66] 1980년대와 1990년대의 지원으로 1990년대 초까지 35,000대 이상의 경량 NGV가 보급되었다. 그러나 NGV 시장은 1995년 이후 감소하여 현재 약 12,000대의 차량이 운행되고 있다.^[67] 공공 CNG 충전소 수는 1997년 134개에서 현재 72개로 감소했으며, 지역별 분포는 다음과 같다.

지역	개수
브리티시컬럼비아주	22
앨버타주	12
서스캐처원주	10
온타리오주	27
퀘벡주	1

개인 차량 기지 충전소는 12개에 불과하다.^[68]

천연가스 자동차용 주유소는 '''에코 스테이션'''이라고 불리며, 연료 운송의 편의상 도시가스 사업자의 공장이나 가스 탱크에 인접해 있는 경우가 많다. 주유소나 오토 가스(LPG) 충전소와 병설되는 경우도 있지만, CNG 충전은 영업 시간이 짧게 설정되어 있는 경우가 많다.^[117]

천연가스 자원이 풍부한 이란, 중화인민공화국, 파키스탄, 아르헨티나, 인도, 태국 등에서는 국가당 수천 곳의 스테이션 인프라를 갖추고 있다.^[118] 태국의 PTT(태국 석유 공사) 등은 국내 500곳의 스테이션 중 일부에 액화 저장조를 갖추고, 재가스화한 이산화 탄소를 주입하여 천연가스의 열량을 조절하기도 한다.^[119]

6. 보급 현황

아시아 태평양 지역은 680만 대의 천연가스 자동차를 보유하여 세계를 선도하고 있으며, 라틴 아메리카가 420만 대로 그 뒤를 잇고 있다.^[1]^[5] 2016년 기준으로 미국은 16만 대의 천연가스 자동차를 보유하고 있다.^[7]

2017년 기준 천연가스 자동차 보유 대수 상위 10개국은 다음과 같다.^[59]

순위	국가	등록된 차량 대수 (백만 대)
1	중국	5.000
2	이란	4.000
3	인도	3.045
4	파키스탄	3.000
5	아르헨티나	2.295
6	브라질	1.781
7	이탈리아	1.001
8	콜롬비아	0.556
9	태국	0.474
10	우즈베키스탄	0.450
전 세계 총계 = 2,445만 2천 대

대한민국의 경우, 서울특별시는 1997년 7월에 압축천연가스(CNG) 버스를 처음 도입하여 2014년까지 모든 서울 버스를 CNG 버스로 교체 완료하였다. CNG 버스는 부산, 대구, 대전, 광주, 인천 등 다른 주요 도시에서도 운행되고 있다.

7. 과제

높은 초기 비용은 천연가스 자동차 보급의 걸림돌 중 하나이다. 차량 가격 자체가 비싸고, CNG 충전소 설치 비용도 만만치 않다. 충전 인프라 부족 문제도 심각하다. CNG 충전소는 수가 부족하고, 특히 한국에서는 감소 추세에 있어 운전자들의 불편을 야기한다.^[8]

안전 문제 역시 중요한 과제이다. 도시 지역에 가스 재고량이 증가하는 것에 대한 우려가 존재한다. 기존 유통 채널과의 경쟁도 쉽지 않다. 정유사는 고수익 구조를 유지하고 있고, 세금 문제도 복잡하게 얽혀 있다.

소비자 인식 개선도 필요하다. 천연가스 자동차는 상대적으로 비싸고 환경에 둔감하지만 편의를 추구하는 개인 소비자들에게는 매력적이지 않을 수 있다. 전환에 대한 망설임도 존재한다.

다른 친환경차의 등장은 천연가스 자동차의 입지를 위협한다. 셰일 가스에서 수소 에너지를 추출할 수 있게 되면서 연료 전지 자동차 보급이 예측되고 있다.^[120] 기술적 한계도 존재한다. 기술 발전과 규제 강화로 인해 디젤 엔진 대비 천연가스 자동차의 배출가스 저감 효과가 감소하고 있다.

일본에서는 1990년대 후반부터 2000년대에 걸쳐 환경 대책으로 지방 자치 단체의 보조금을 통해 커뮤니티 버스와 공영 버스를 중심으로 CNG 차량 도입이 추진되었다.^[126] 그러나 가스 봄베 교체 시기가 제조 후 15년으로 정해져 있어,^[126] 대부분 차량은 봄베 교체 없이 폐차되고 있다.^[126] 일반적인 디젤 버스와 달리 중고차 양도나 지방 사업자로의 이전도 어렵고, 부품 수요도 적어 폐차와 동시에 해체되어 부품 대부분이 폐기되는 경우가 많다.^[126] 따라서 차량 수명과 재사용까지 고려하면 CNG 차량 도입이 자원 절약 및 환경 보호로 이어지지 않는다는 지적도 있다.^[126]

8. 차량 구조

천연가스 자동차의 엔진은 디젤 엔진 기반(버스, 트럭에 탑재)과 가솔린 엔진 기반(밴 등에 탑재) 두 종류가 있다.

연료 공급 계통을 제외하면 가솔린 자동차와 거의 같으며, 기존 자동차를 개조하는 것도 가능하다. 다만, 가스 연료를 사용하므로 밸브 주변 재질은 내마모성을 확보한 것으로 변경해야 한다.^[116]

9. 과거 및 현재 생산 차종

기존의 가솔린 차량은 CNG 또는 LNG로 운행하도록 개조할 수 있으며, 전용(천연가스만 사용) 또는 바이퓨얼(가솔린 또는 천연가스 사용)로 개조할 수 있다. 그러나 전 세계적으로 점점 더 많은 차량이 CNG로 운행하도록 생산되고 있다.^[12]

최근까지 단종된 혼다 시빅 GX가 미국 시장에서 상업적으로 판매되는 유일한 NGV였다.^[13]^[14] 최근에는 포드, 제너럴 모터스 및 램 트럭이 차량 라인업에 바이퓨얼 옵션을 제공하고 있다. 포드의 접근 방식은 공장 옵션으로 바이퓨얼 준비 키트를 제공한 다음 고객이 승인된 파트너를 선택하여 천연 가스 장비를 설치하도록 하는 것이다. GM의 바이퓨얼 옵션을 선택하면 6.0L 가솔린 엔진이 장착된 HD 픽업트럭을 인디애나의 IMPCO로 보내 CNG로 운행하도록 개조한다.

GM do Brasil은 2004년에 CNG, 알코올 및 가솔린(E20-E25 혼합물)을 연료로 사용할 수 있는 Multipower 엔진을 출시했다. 이 엔진은 택시 시장을 겨냥한 쉐보레 아스트라 2.0 모델 2005에 사용되었다.^[71]^[15]

2006년에는 피아트의 브라질 자회사에서 피아트 시에나 테트라 연료를 출시했는데, 이 차는 마그네티 마렐리의 피아트 브라질에서 개발된 4가지 연료를 사용하는 차량이다. 이 자동차는 천연가스(CNG), 100% 에탄올(E100), E20~E25 가솔린 혼합물(브라질의 필수 가솔린), 그리고 순수 가솔린으로 운행할 수 있다.^[72]^[16]

서울의 대기 질 개선을 위해 1997년 7월에 처음으로 압축천연가스(CNG) 버스가 도입되었다. 2014년까지 모든 서울 버스는 CNG를 사용했다. 현대자동차는 CNG 버스에 비해 연료 효율성이 34.5% 향상되고 오염 물질 배출량이 30% 감소한 CNG 하이브리드 버스를 개발했다. 그 결과, 서울시는 서울 시내 2,235대의 저상형 장애인 친화적 CNG 버스를 CNG 하이브리드 버스로 교체할 계획이다. CNG 버스는 부산, 대구, 대전, 광주, 인천과 같은 다른 주요 한국 도시에서도 운행되고 있다.

다음은 과거 및 현재 생산 차종 목록이다.

제조사	차종	비고
토요타 자동차	카롤라 밴	폐지
	프로박스 밴
	삭시드 밴	폐지
	캠리	6세대 VX20계를 북미향으로 생산, 폐지
	컴포트, 크라운 컴포트, 크라운 세단
	센추리	2005년 1월 폐지
	다이나, 토요에이스	폐지
토요타 자동차	하이에이스 밴	바이퓨얼. 타나카 모터스에 의한 개조
닛산 자동차	AD 밴	2008년 12월 폐지
	아틀라스(2톤), 아틀라스 쓰레기차(2톤)	이스즈 엘프의 OEM
	캐러밴, 시빌리안	폐지
	크루, 세드릭 세단	판매 종료
	빅섬	생산 종료. 현재는 플랫필드에 의한 개조만
UD 트럭스	콘돌(2,3,3.5,4,5,7톤), 콘돌 냉동차(4,5,7톤), 콘돌 쓰레기차(4,5톤)
	스페이스 러너 RM	폐지. 아게오시구루토군 등에서 사용
	UA（원스텝 버스・논스텝 버스）	폐지. 게이오 버스 히가시・후지큐 야마나시 버스 등에서 사용
혼다 기술연구소	시빅	미국에서 생산. 일본에서도 시빅 GX로 천연가스 사양이 판매되었지만, 3대부터 미국 전용이 되었고, 그 후 생산을 종료
미쓰비시 자동차 공업	파제로, 미니카	폐지
	미니캡 밴・바이퓨얼 차	가솔린과 CNG를 병용
	미니캡 밴 CNG 전용차	CNG 단독
미쓰비시 후소 트럭・버스	에어로스타（2대）	폐지. 가나가와 중앙 교통 등에서 사용
	캔터	폐지
	파이터	외부 업체에 의한 개조만
다이하쓰 공업	미라 밴	생산 종료
다이하쓰 공업	하이젯 카고
SUBARU	레가시	폐지
SUBARU	모터 트럭	폐지
이스즈 자동차	엘가（초대）	생산 종료. 도쿄 베이시티 교통 등에서 사용
	엘가 미오（초대）	생산 종료. 야마나시 교통 등에서 사용
	큐빅	도영 버스 등에서 사용. 이스즈 엘가로 모델 체인지
이스즈 자동차	엘프 (2,3,3.5,4톤)	사가와 익스프레스 등에서 사용
이스즈 자동차	엘프 쓰레기차 (2,3,4톤), 포워드 (4,7톤), 포워드 쓰레기차 (4,5톤)
히노 자동차	블루리본	1999년식 도영 버스 1대만
히노 자동차	블루리본 시티	폐지. 긴테츠 버스, 난카이 버스, 게이한 버스, 나고야 시영 버스에서 사용
	레인보우 II	폐지
	듀트로	폐지
	레인저 (4톤)	폐지
스즈키	왜건 R	폐지
마쓰다	패밀리아 밴	폐지
마쓰다	타이탄(2,3톤)	（이스즈 엘프의 OEM）
토요타 L&F	토요타 지게차
미쓰비시 로지스넥스트	미쓰비시 엔진 지게차, TCM 지게차
고마츠 유틸리티	고마츠 지게차
스미토모 나코 지게차	스미토모 지게차
간토 기계 센터	마이티카

10. 모터스포츠

천연가스를 연료로 사용하는 자동차로 경쟁하는 새로운 모터카 레이싱 카테고리가 생겨, 대체 연료로서 천연가스의 효과를 입증하고 있다. ECOMOTORI (잡지) 레이싱 팀^[109]은 국제 자동차 연맹 대체 에너지 컵과 이탈리아 ACI/CSAI 대체 에너지 챔피언십에 참가한다. 2012년, 니콜라 벤투라가 이끄는 팀은 Cavagna/Bigas 연료 변환 키트를 사용하여 "500 EcoAbarth"로 이름을 변경하고, 천연가스로 구동하도록 개조된 피아트 500 아바르트^[110]로 경쟁했다. 드라이버는 마시모 리베라니이고, 항해사 역할은 발레리아 스트라다, 알레산드로 탈멜리, 풀비오 치에르보가 번갈아 맡았다. 2012년 10월 14일, 7번째 에코랠리 산마리노-바티칸에서 3번의 우승과 2위(총 4번의 레이스)를 기록하며,^[111] 이 팀은 이탈리아 CSAI 대체 에너지 드라이버 및 항해사 타이틀도 획득했다. 2012년 10월 28일, 7개 유럽 국가에서 레이스를 펼치며 3번의 우승, 2번의 2위 및 추가 점수를 획득한 후, 팀은 FIA 대체 에너지 드라이버 및 컨스트럭터 세계 타이틀을 획득했다. 메탄 연료 자동차가 FIA 세계 타이틀을 획득한 것은 처음이다. 2013년, 팀은 FIA 대체 에너지 컵과 CSAI 챔피언십에서 레이스를 펼쳤다. "500 Eco barth"는 시즌을 지배하며 5개의 타이틀 중 5개를 모두 획득했다. 팀의 노력 덕분에 아바르트는 46년 만에 다시 컨스트럭터 타이틀을 획득했다.^[112]

참조

_[1] 웹사이트 Current Natural Gas Vehicle Statistics http://www.iangv.org[...] IANGV 2017-08-15
_[2] 웹사이트 Phill: Questions and Answers http://www.fuelmaker[...] FuelMaker Corporation - World Leader in Convenient On-Site Refueling Systems
_[3] 웹사이트 FEATURE: Honda's Phill-way to Hydrogen http://www.evworld.c[...] EVWorld 2006-06-01
_[4] 웹사이트 BRC FuelMaker Again Selling Phill Home CNG Fuel Station http://blogs.edmunds[...] 2011-04-04
_[5] 웹사이트 Natural Gas Vehicle Statistics: Summary Data 2010 http://www.iangv.org[...] International Association for Natural Gas Vehicles 2011-08-02
_[6] 웹사이트 Pike Research predicts 68% jump in global CNG vehicle sales by 2016 http://green.autoblo[...] AutoblogGreen 2011-09-26
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