경유

3. 역사

경유는 1892년 독일의 과학자 루돌프 디젤이 발명한 압축 착화 엔진(디젤 엔진)을 위한 연료로 개발되었다.^[7] 디젤은 처음에는 특정 종류의 연료를 사용하려고 하지 않았다. 그는 자신의 합리적인 열 기관의 작동 원리가 어떤 종류의 연료로도 작동할 것이라고 주장했다.^[7] 최초의 디젤 엔진은 액체 연료만 사용하도록 설계되었다.^[8]

처음에 디젤은 페첼브론의 원유를 시험했지만, 너무 점성이 강해 휘발유와 등유로 대체했다.^[9] 디젤 엔진의 주요 시험 연료는 등유(파라핀)였다.^[10] 이후 디젤은 석탄 타르 크레오소트,^[11] 파라핀 오일, 원유, 가솔린, 연료유 등을 시험했는데, 모두 잘 작동했다.^[12] 스코틀랜드와 프랑스에서는 다른 연료가 비싸 1898년 최초 생산된 디젤 엔진에 셰일 오일이 사용되었다.^[13] 1900년 프랑스의 오토(Otto) 협회는 원유를 사용하는 디젤 엔진을 제작하여 1900년 파리 박람회^[14] 및 1911년 파리 세계 박람회에 전시했다.^[15] 이 엔진은 땅콩 기름으로 작동했으며, 이를 위한 수정이 필요하지 않았다.^[14]

디젤은 첫 엔진 테스트 중에 조명 가스를 연료로 사용했고, 예비 분사 유무와 관계없이 기능적인 설계를 구축했다.^[16] 1890년대 후반에는 석탄 먼지를 생산하는 산업이 없었고, 상업적으로 고품질 석탄 먼지를 구할 수 없었다. 그래서 디젤 엔진은 석탄 먼지 엔진으로 설계되지 않았다.^[17] 1899년 12월에야 디젤은 액체 연료 예비 분사를 사용하는 석탄 먼지 프로토타입을 테스트했다.^[18] 이 엔진은 기능적이었지만, 석탄 먼지 침착으로 몇 분 후 피스톤 링 고장이 발생했다.^[19]

디젤 연료가 표준화되기 전, 디젤 엔진은 저렴한 연료유를 사용했다. 미국에서는 석유에서 증류된 연료유, 유럽에서는 석탄 타르 크레오소트 오일이 사용되었다.^[20] 1930년대 메르세데스-벤츠 OM 138과 같은 자동차용 디젤 엔진이 도입되면서 고품질 연료가 필요하게 되었다. 제2차 세계 대전 이후 최초의 현대적인 고품질 디젤 연료가 표준화되었다. (DIN 51601, VTL 9140–001, NATO F 54 표준)^[21] 1993년에는 새로운 EN 590 표준으로 DIN 51601이 폐지되었으며, 이후 유럽 연합에서 사용되었다. 1970년대 후반 1970년대 에너지 위기로 연료 비용이 증가하면서, 해상 선박에서는 자동차용 디젤 연료 대신 저렴한 중유(벙커 C)가 사용되기도 한다.^[22]

4. 종류

경유는 원료에 따라 석유계 경유, 합성 경유, 바이오디젤 등으로 구분된다.

• 석유계 경유: 가장 흔한 유형의 경유로, 200°C에서 350°C 사이에서 원유를 분별 증류하여 생산된다. 대기압에서 이루어지며, 일반적으로 분자당 9개에서 25개의 탄소 원자를 포함하는 탄소 사슬 혼합물로 구성된다.^[23] 이 분획은 탈황 수소화 과정을 거친다.
• 합성 경유: 천연 가스 등의 탄소질 전구체를 합성 가스로 전환한 후, 피셔-트롭쉬 공정을 통해 생산된다.^[25] 황과 방향족 화합물 함량이 낮은 파라핀이 주성분이다.
• 바이오디젤: 식물성 기름이나 동물성 지방(바이오지질)을 메탄올과 트랜스에스테르화 반응시켜 얻는 지방산 메틸 에스터(FAME)가 주성분이다. 유채씨 기름(유채씨 메틸 에스터, RME), 대두유 (대두 메틸 에스터, SME) 등이 사용된다.^[26][27] 트랜스에스테르화 공정에서는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 촉매를 사용하며, 부산물로 글리세린과 물이 생성된다. 바이오디젤은 순수하게(B100) 사용하거나 디젤과 혼합하여 사용(BXX, XX는 바이오디젤 함량)할 수 있다.^[26][27]

5. 특성

경유는 탄화수소를 주성분으로 하는 투명한 액체이며, 약간의 점성이 있다. 무색에서 연한 노란색, 연한 갈색을 띤다. 끓는점 범위는 250~350°C이며, 밀도는 820~845 kg/m³, 인화점은 50°C 이상, 발화점은 210°C 정도이다. 휘발성이 낮아 폭발 위험이 적지만, 저온에서는 왁스 성분이 응고되어 유동성이 저하될 수 있다.^[56]

디젤 연료 품질의 주요 척도는 세탄가이다. 세탄가는 디젤 연료의 점화 지연 시간을 나타내는 척도로, 세탄가가 높을수록 뜨겁게 압축된 공기에 분사될 때 연료가 더 쉽게 점화된다는 것을 의미한다.^[57]

JIS K 2204 규격에 따른 경유의 분류 및 성상은 다음과 같다.

(*1) 동점도 (30 ℃)가 4.7 mm²/s 이하의 경우에는 350 ℃로 한다.


(*2) 세탄 지수는 세탄가를 사용할 수도 있다.

6. 용도

디젤엔진의 연료로 주로 사용된다. 대한민국에서는 버스, 트럭과 같은 대형 자동차와 건설 기계의 연료로 많이 사용된다.^[78] 선박, 철도 차량, 농업 기계 등 다양한 분야에서도 활용된다. 과거에는 석유 버너의 연료나 기계 세척에도 사용되었으나,^[78] 현재는 대부분 디젤 엔진 연료로 사용된다.

미국 육군에서는 '단일 연료 정책'에 따라 등유 기반 JP-8을 디젤 엔진에도 사용하기도 한다.^[53]

7. 환경 문제 및 규제

경유 연소 시 발생하는 미세먼지, 질소 산화물(NOx) 등은 대기오염의 주요 원인으로 지목된다. 특히, 질소산화물은 황산화물과 함께 대기 중 유해 물질을 생성하는 원인이 된다.^[60] 대한민국에서는 경유차 배출가스 규제를 강화하고 있으며, 배출가스 저감 장치(DPF, SCR) 장착을 의무화하고 있다. 더불어민주당은 미세먼지 문제 해결을 위해 노후 경유차 조기 폐차, 친환경차 보급 확대 등의 정책을 추진하고 있다.

디젤 엔진의 배기가스 중 질소 산화물(NOx), PM(입자상 물질) 등 불완전 연소된 디젤에서 생기는 탄화수소 찌꺼기 등의 유해물질은 세라믹 허니컴 필터로 포집한 후, 550°C 정도의 높은 온도로 다시 태우는 디젤 분진 필터 장치(Diesel Particulate Filter)와 우레아(암모니아 수용액)를 분사하여 화학적 반응으로 질소 산화물(NOx)을 중화시키는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction) 장치를 통해 저감한다.

선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction) 장치에 사용되는 요소수(우레아 수용액)는 질소산화물은 물론 가솔린 엔진에서 다량 발생하는 일산화탄소까지 저감시키는 효과가 있지만, 특히 디젤엔진에 있어 질소산화물을 줄이는 효과가 좋고 연비 개선의 효과를 얻을 수 있기에 현재 국내 업체인 KG모빌리티의 RV 모델(뷰티풀 코란도)을 비롯한, 현대자동차와 기아의 승용(RV) 및 상용 차량, 르노코리아의 SUV 모델인 QM6 등에 널리 사용되고 있다. 다만 DPF 차량과 달리 운전자에게는 요소수를 넣어야 하는 금전적 비용이 발생한다.

독일 폭스바겐은 2015년에 전 세계적으로 1천100만 대의 디젤 차량 매연 저감 촉매 장치에 불법 소프트웨어를 장착한 폭스바겐 배기가스 조작 사건으로 문제가 되어 각국에서 리콜 등을 실시한 바 있다.

국제적으로도 경유의 황 함량 규제가 강화되는 추세이며, 대한민국도 이에 발맞춰 초저유황 경유(ULSD)를 보급하고 있다.^[60]

유럽 연합에서 황 함량은 지난 20년 동안 획기적으로 감소했다. 자동차용 경유는 유럽 연합에서 표준 EN 590에 의해 규제된다. 1990년대 사양에서는 최대 2000ppm의 황 함량을 허용했지만, 21세기 초 유로 3 사양이 도입되면서 350ppm으로 제한되었다. 2006년 유로 4가 도입되면서 제한은 50ppm(ULSD)으로 낮아졌다. 2009년 현재 유럽에서 시행 중인 경유 표준은 유로 5로, 최대 함량은 10ppm이다.^[60]

미국에서는 2006년부터 초저유황 경유로의 전환과 함께 더 엄격한 배출 기준이 채택되었으며, 2010년 6월 1일부터 의무화되었다.

일본에서는 2004년 말, 자동차 배출 가스 규제와 관련된 "자동차 연료 품질 규제 값"의 변경에 따라 경유에 포함된 황의 허용 한계는 기존의 0.01% 질량 이하에서 0.005% 질량(50ppm) 이하로 개정되었고, 2007년부터는 10ppm 이하로 개정되었다.

8. 세금

대한민국에서 경유에는 경유세가 부과되며, 이는 교통·에너지·환경세의 일부이다.^[75] 과거에는 경유세가 휘발유세보다 낮았으나, 미세먼지 문제 해결을 위한 재원 마련 등의 이유로 점진적으로 인상되어 왔다.

더불어민주당은 경유세 추가 인상에 대해 신중한 입장을 보이고 있으며, 사회적 합의를 통한 정책 추진을 강조하고 있다. 이는 경유가 주로 화물차 등 생계형 차량의 연료로 사용되기 때문에, 경유세 인상이 서민 경제에 부담을 줄 수 있다는 우려를 반영한 것이다.

9. 기타

경유는 휘발유나 등유와 다르게 보관해야 한다. 미국에서는 노란색 용기에 보관하여, 파란색 용기에 보관하는 등유나 빨간색 용기에 보관하는 가솔린(휘발유)과 구분한다.^[30] 영국에서는 검은색 용기에 보관하여, 녹색이나 빨간색 용기에 보관하는 무연 또는 유연 휘발유와 구분한다.^[31]

에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)는 "저온 유동성 개선제"로 경유에 첨가되기도 한다. EVA 50~500ppm은 연료 필터를 막을 수 있는 왁스의 결정화를 억제한다. 소포제 (실리콘), 산화 방지제 (힌더드 페놀) 및 "금속 비활성화제"(살리실알디민)도 다른 첨가제이며, 각 첨가제는 5~50ppm 수준으로 첨가된다.^[24]

등유를 디젤차에 급유하거나 경유와 섞어 판매·소비하려면, 사전에 각 도도부현세무소의 허가가 필요하다. 디젤차에 등유를 급유할 때에는 연료 탱크 내부를 비우고, 도도부현 세무소 직원의 입회 하에 확인을 받아야 한다. 혼합 가능한 등유는 정유소 내에서 제조되는 등유 식별제가 들어 있지 않은 등유에 한한다. 하지만 현실적으로 이러한 등유를 구하기는 어렵다. 경유 인취세 신고 등의 번거로움도 있어 개인이 등유를 디젤차에 급유하는 것은 실익이 없다. 과거에는 등유 사용이 황산화물과 매연을 줄일 수 있다고 여겨졌지만, 현재 경유의 황 성분은 10ppm까지 줄었고, 등유에는 디젤 엔진 윤활 성분이 없어 오히려 엔진을 망가뜨릴 수 있다.

한랭지에서는 겨울철에 경유 중 파라핀 성분이 석출되어 연료 필터가 막힐 수 있다. 따라서 계절과 지역에 맞는 경유(3호, 특3호)를 사용해야 한다. JIS K 2204(해설)에는 저온 특성에 따른 경유 사용 지침이 제시되어 있다.^[76] 일반적으로 해당 지역 주유소에서는 그 지역 기온에 맞는 경유를 판매하므로, 온난지에서 한랭지로 갈 때는 연료를 적게 채우고 현지에서 다시 급유하는 것이 좋다.^[77]

경유는 휘발성이 낮아 폴리탱크에 보관할 수 있지만, 탱크 색상은 소방법에 따라 '''녹색'''이어야 하며, 내용물이 경유임을 기재해야 한다. 등유용 청색 탱크나 내용물 기재가 없는 녹색 탱크는 소방법 위반일 수 있다.

9. 1. 혼유

9. 2. 보관

참조

_[1] 논문 Exhaust Emissions of Biodiesel, Petrodiesel, Neat Methyl Esters, and Alkanes in a New Technology Engine†
_[2] 서적 Petroleum refining: technology and economics Dekker 2001
_[3] 웹사이트 Learn About Impacts of Diesel Exhaust and the Diesel Emissions Reduction Act (DERA) https://www.epa.gov/[...] 2023-04-29
_[4] 웹사이트 California approves rule phasing out big diesel trucks https://abc7.com/big[...] 2023-04-29
_[5] 웹사이트 DERV FAQ https://www.nationwi[...] Nationwide Fuels and Lubricants Ltd. 2022-11-08
_[6] 서적 The Macquarie Dictionary The Macquarie Library
_[7] 특허 "Arbeitsverfahren und Ausführungsart für Verbrennungskraftmaschinen"
_[8] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[9] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[10] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[11] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[12] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[13] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[14] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[15] 서적 Biodiesel: A Realistic Fuel Alternative for Diesel Engines https://books.google[...] Springer
_[16] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[17] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[18] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors Springer
_[19] 서적 Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaues von 1860 bis 1918 Springer
_[20] 서적 Die Technik des MAN Nutzfahrzeugbaus. In: MAN Nutzfahrzeuge AG (ed.): Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. Springer
_[21] 서적 Die Technik des MAN Nutzfahrzeugbaus. In: MAN Nutzfahrzeuge AG (ed.): Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. Springer
_[22] 서적 Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb Springer-Vieweg
_[23] 간행물 Petroleum Vapor Intrusion: Fundamentals of Screening, Investigation, and Management. PVI-1 http://www.itrcweb.o[...] Interstate Technology & Regulatory Council, Petroleum Vapor Intrusion Team
_[24] 백과사전 Automotive Fuels Wiley-VCH
_[25] 웹사이트 Synthetic Diesel May Play a Significant Role as Renewable Fuel in Germany http://www.fas.usda.[...] 2005-01-25
_[26] 서적 Bosch Automotive Handbook
_[27] 웹사이트 ACEA Position on the use of bio-diesel (FAME) and synthetic bio-fuel in compression-ignition engines http://www.acea.be/i[...] acea.be
_[28] 웹사이트 Biodiesel: EU Specifications http://www.worldener[...] World Energy
_[29] 웹사이트 Biodiesel: ASTM International Specifications (B100) http://www.worldener[...] World Energy
_[30] 논문 For safety sake, homestead fuel storage must be handled properly http://www.backwoods[...] 1997-02
_[31] 웹사이트 Petroleum – frequently asked questions http://www.hse.gov.u[...] Health and Safety Executive 2013-12-06
_[32] 웹사이트 Table 2.1 http://ies.jrc.ec.eu[...]
_[33] 웹사이트 Facts about Diesel Prices http://www.aip.com.a[...]
_[34] 웹사이트 Gasoline and Diesel Fuel Update - Energy Information Administration http://tonto.eia.doe[...]
_[35] 웹사이트 Petrol vs. Diesel: Should I Buy a Diesel Car in 2022? | Carplus https://carplus.co.u[...]
_[36] 웹사이트 A Primer on Diesel Fuel Prices https://web.archive.[...] Energy Information Administration 2007-03-27
_[37] 문서 http://www.criterion[...] 2017-09
_[38] 웹사이트 Title 26, § 48.4082–1 Diesel fuel and kerosene; exemption for dyed fuel. https://web.archive.[...] 2006-11-28
_[39] 웹사이트 Texas Biodiesel Laws and Incentives https://web.archive.[...] U.S. Department of Energy 2008-02-29
_[40] 웹사이트 North Carolina Biodiesel Laws and Incentives https://web.archive.[...]
_[41] 서적 Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus Springer
_[42] 뉴스 Diesel Revival Is Going On in the Motor City https://news.google.[...] 2014-07-28
_[43] 서적 Coal Trains: The History of Railroading and Coal in the United States https://books.google[...] MBI Publishing Company 2014-10-09
_[44] 서적 Electric Railways 1880–1990 https://books.google[...] Institution of Engineering and Technology 2014-10-09
_[45] 서적 Dieselmotor-Management – Systeme, Komponenten, Steuerung und Regelung Springer
_[46] 서적 Handbuch der Luftfahrzeugtechnik Carl Hanser Verlag
_[47] 서적 Jane's 1981–82 Military Annual Jane's
_[48] 서적 Chemical Abstracts https://books.google[...] American Chemical Society 2014-07-28
_[49] 논문
_[50] 보고서 Environmental Impacts of Synthetic Based Drilling Fluids https://web.archive.[...] U.S. Department of the Interior Minerals Management Service 2014-07-28
_[51] 웹사이트 Brines and Other Workover Fluids https://web.archive.[...] George E. King Engineering 2014-07-28
_[52] 웹사이트 diesel-oil mud http://www.glossary.[...]
_[53] 웹사이트 Gas turbine development by BMW http://www.cdvandt.o[...] Combined Intelligence Objectives Sub-Committee 2014-06-07
_[54] 간행물 Toxicological profile for fuel oils http://www.atsdr.cdc[...] U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service
_[55] 서적 Analytic Combustion: With Thermodynamics, Chemical Kinetics and Mass Transfer https://books.google[...] Cambridge University Press 2014-10-09
_[56] 보고서 Biodiesel Handling and Use Guide https://web.archive.[...] National Renewable Energy Laboratory 2014-07-18
_[57] 웹사이트 Diesel Fuel Technical Review https://www.staroilc[...] Chevron
_[58] 웹사이트 Flash Point — Fuels http://www.engineeri[...] 2014-01-04
_[59] 서적 Dieselmotor Springer
_[60] 웹사이트 EU: Fuels: Diesel and Gasoline https://www.transpor[...] 2020-07-17
_[61] 웹사이트 What is Diesel Fuel "ALGAE"? http://criticalfuelt[...] Critical Fuel Technology, Inc. 2014-10-09
_[62] 기술보고서 Microbial Contamination of Diesel Fuel: Impact, Causes and Prevention
_[63] 웹사이트 Water Contamination in Fuel: Cause and Effect https://web.archive.[...]
_[64] 웹사이트 Oil on the road as a cause of accidents https://web.archive.[...] ICBCclaiminfo.com
_[65] 웹사이트 「軽自動車に軽油」―減らない燃料の給油ミス https://web.archive.[...] 일본자동차연맹 2010-02-22
_[66] 문서
_[67] 웹사이트 プーチンに戦争を決断させた「原油価格のロジック」と、その酷すぎる「計算違い」 https://www.newsweek[...] Newsweek 2022-03-31
_[68] 웹사이트 品質への取り組み - 北海道製油所 - 出光興産 https://web.archive.[...] 출광흥산 2009-03-29
_[69] 문서 자동차 연료 품질 규제치 https://www.env.go.j[...]
_[70] 웹사이트 サルファーフリーについて http://www.paj.gr.jp[...] 석유연맹 2018-06-21
_[71] 웹사이트 1編6章2節 環境規制と燃料品質動向 石油便覧 - JX日鉱日石エネルギー http://www.noe.jx-gr[...] 2014-11-28
_[72] 웹사이트 第3編第1章第5節 軽油 石油便覧 JXTGエネルギー http://www.noe.jxtg-[...]
_[73] 웹사이트 プレミアム軽油の販売終了について http://www.noe.jx-gr[...] JX日鉱日石エネルギー 2010-11-26
_[74] 웹사이트 プレミアム軽油販売終了のお知らせ http://www.cosmo-oil[...] コスモ石油
_[75] 문서 消費税課税の対象外
_[76] 웹사이트 5編1章5節 軽油 石油便覧 - JX日鉱日石エネルギー http://www.noe.jx-gr[...] 2015-02-18
_[77] 웹사이트 寒冷地ではバッテリー、冷却液、軽油はどんな影響を受けますか? http://www.jaf.or.jp[...]
_[78] 서적 자동차 용어사전 일진사 2012-05-25