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NGV,CNG,LPG의 공통점과 차이점이요?


질문자 평 :

NGV : Natural Gas Vehicle(천연가스자동차)
CNG : Compressed Natural Gas(압축천연가스)
LPG : Liquid Propane Gas(액화프로판가스)

NGV는 주로 메탄가스가 주성분인 CNG나 LNG(Liquid Natural Gas)를 연료로 하는 자동차를 말합니다.
LPG는 가정에서 가스렌지의 연료로 주로 사용하는 프로판가스입니다.

아래 내용 참조하십시오.

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천연가스자동차(NGV)


오픈백과사전 분류 : 사회, 문화 > 환경 (환경오염)
여행, 레저, 스포츠 > 자동차



천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 자동차는 1930년대부터 이탈리아와 러시아에서 처음 제작되었다. 초기에는 주로 과잉 생산된 천연가스의 소비를 목적으로 했으나 1970년대 이후에는 두 차례의 석유파동을 거치면서 에너지 절약수단으로 천연가스 자동차를 보급했다. 1990년대에 들어서는 자동차로 인한 대기오염문제로 특히 대형 경유차의 배출가스를 근원적으로 해결하는 수단으로 보급되고 있다.

차종을 보면 종래에는 가솔린 승용차를 개조해서 가솔린과 천연가스를 병행 사용할 수 있는 'Bi-Fuel' 자동차가 많았지만 현재는 주로 천연가스 전용엔진을 탑재한 자동차를 운행하고 있다. 특히 최근 들어서는 정부와 지방자치제 등 공익사업체를 중심으로 버스·트럭 등의 중량차에 보급이 늘어나고 있다. 미국과 일본 등의 선진국에서는 90년대 초부터 천연가스 자동차 보급에 주력하고 있다. 특히 이번에 우리와 함께 월드컵을 치르는 일본의 경우 지나친 석유의존도를 낮추기 위해 2010년까지 천연가스 자동차 100만대 보급 계획을 설정해 추진하고 있다. 이렇게 천연가스 자동차는 세계 각국에서 점차 증가하고 있는 추세이다.
이에 우리도 지난해부터 본격적으로 천연가스 버스 보급을 시작으로 최근 영등포구청에서는 천연가스 청소차가 운행 중이다. 현재 천연가스 버스는 1천424대(2002년 5월 1일 기준)가 운행 중이며 992대가 운행계약을 체결할 상태이다. 월드컵 개최 전까지 2천500대, 올해 말까지 3천대의 천연가스 버스를 보급할 계획이다. 앞으로 시내버스 2만대를 2007년까지 연차적으로 천연가스 버스로 교체 보급할 예정이다.
또한 지난 4월 25일부터 영등포구청에서 시험적으로 운행 중인 천연가스 청소차는 오는 10월 25일까지 6개월간 청소차로서의 기능·성능 및 경제성 등을 평가해 그 토대로 2003년부터 본격적으로 보급할 계획이다.


천연가스란?

천연가스는 액화 석유가스와는 다르게 천연적으로 직접 채취한 상태에서 바로 사용할 수 있는 화석연료로써 메탄이 주성분으로 액화 과정에서 분진,황,질소,등이 제거되어 연소시 공해물질을 거의 발생하지 않는 무공해 청청연료를 말한다.



천연가스의 장점



1. 무공해 에너지

천연가스(NG : Natural Gas)는 해저, 유전지대 등의 지하에서 채취하는 저급 탄화수소의 혼합물로, 메탄(CH4)이 주성분인 가연성가스를 총칭하는 것이며, 분진, 유황 등 불순물을 거의 함유하지 않은 청정연료로써 대도시 주변의 환경보전에 큰 기여를 하는 최적의 에너지이다.
매장지역이 석유계 연료처럼 중동지역에 편중되어 있지 않고 세계 각지에 분포되어 있으며, 매장량도 풍부하여 장기적인 공급이 가능한 석유대체 에너지이다. 또한 매장량도 풍부하여 현재 발견된 양만으로 가채년수가 약 70년으로 석유에 비해 월등하다.

2. 안전한 에너지

천연가스는 공기보다 가볍기 때문에(공기비중 대비 0.65), 누출되어도 대기 중으로 빠르게 확산된다. 또한 연소 하한계(연소될 수 있는 공기 중의 연료농도의 하한)가 다른 연료에 비해 높고(약 4.5%), 자연발화온도도 높기 때문에 다른 연료보다 안전하다.
가정용 연료인 LPG가스는 공기보다 무겁기 때문에 누출되었을 경우 아래로 깔리지만 천연가스는 공기보다 가벼운 메탄이 주성분이므로 쉽게 확산된다. 그리고 타 가스류보다 착화온도가 높아 새어 나와도 쉽게 연소되지 않는다. 또한, 연소범위가 타 가스류보다 높아서 어느 정도 새어도 연소가 안되는 반면 다른 가스는 연소범위가 낮아 조금만 새어도 연소가 될 위험이 있어 이러한 측면에서 천연가스가 안전하다고 할 수 있다.

3. 고효율 에너지

천연가스는 불꽃조절이 용이하며 완전연소 및 직화방식에 따른 열효율이 타 에너지에 비해 높은 매우 경제적인 연료이다. 특히, 대형건물의 냉.난방용으로 사용할 경우 상당한 에너지절약을 기대할 수 있다.



천연가스의 형태별 종류

1. Natural Gas
일반 기체상태의 천연가스 메탄이 주성분

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
천연가스를 200 배~250배로 압축하여 저장하는 가스

4. Pipe Natural Gas
Natural Gas 를 산지에서 파이프로 이동하여 사용하는 가스



천연가스의 자동차 연료로써의 특징

1. 천연가스는 옥탄가가 120정도로 높기 때문에 일반적인 가솔린엔진보다 압축비를 높이고도 엔진의 노킹없이 운전이 가능용하며, 열효율과 출력향상을 도모할 수 있다. 또한 연소 한계범위가 넓어서 희박연소의 실현이 이하고 좋은 연비와 Nox저감에 효과적이다. 엔진의 내구성이 향상되며, 유독성, 화재 위험성 및 폭발성면에서 가장 안전한 연료로 평가되고 있다

2. 화염전파 속도는 느리고 자기착화 온도가 높기 때문에 디젤엔진 보다는 점화플러그를 사용하는 가솔린 엔진에 적합하다

3. 에너지 밀도 측면에서 보면 천연가스를 200기압으로 가압하여 사용 할 경우 석유와 동일한 에너지를 갖기 위해서는 약5배의 용적이 필요하며, 액화시켜 LNG상태로 저장하면 약 1.5배 정도의 용적이 필요하다.

천연가스 자동차 기술탐구

천연가스 자동차는 연료의 사용형태에 따라 압축된 천연가스를 연료원으로 사용하는 압축천연가스(CNG) 자동차, 액화상태의 천연가스를 사용하는 액화천연가스(LNG) 자동차 그리고 천연가스를 연료용기에 흡착·저장했다가 사용하는 흡착천연가스(ANG) 자동차로 구분되며 이들 모두를 일컬어 일반적으로 천연가스 자동차(NGV: Natural Gas Vehicle)라고 한다.

압축천연가스(CNG) 자동차는 천연가스를 200∼300b바의 고압으로 압축해서 연료용기에 저장해 사용한다. 현재 대부분의 천연가스 자동차가 사용하는 방식이다. 액화천연가스(LNG) 자동차는 -162。C로 냉각 액화한 천연가스(LNG)를 극 저온 단열용기에 저장해 연료로 사용하는 방식으로 LNG를 기화기(Vaporizer)에서 기화해서 믹서나 흡기매니폴드에 분사해 연료를 공급하는 방식과 LNG를 액상 그대로 실린더 내로 직접 분사해 실린더내의 점화플러그에 의해 점화시키는 두 가지방법이 있다.

흡착식 천연가스(ANG) 자동차는 활성탄 등의 흡착제에 천연가스를 30∼60kg/㎠ 가압해 저장하는 방식으로 충전 압축기 등 충전 시설비용의 절감이 가능하나 흡착제의 비용이 고가이고 저장효율이 낮아 현재의 기술 수준으로는 실용화에는 많은 문제점이 있다.

● 천연가스 자동차의 특징

1. 청정성
- 천연가스 자동차는 대기환경오염 물질을 거의 배출하지 않는 청청 연료 이다.
- 매연(PM) 0%, *VOC 0%, 질소화합물(NOx) 13%, 일산화탄소 30%, 이산화탄소 80%
자동차가 수송부문의 대기오염물질의 대부분을 배출하고 있으며, 1997년 기준 82%로 대부분의 비중을 차지한다. 특히 서울, 부산 등 6대도시의 경우 대기오염물질의 대부분은 수송부문에서 배출되고 있으며, 이에 대한 대응이 절실히 필요하다.
환경부의 시나리오에 의하면, 천연가스차의 보급이 원활히 이루어져 천연가스 시내버스 30,000대 운행을 기준으로 2006년부터 8년간 운행될 경우, 오염물질 및 오염비용 저감은
오염물질 저감 예상량 : 15,480톤/년 저감
오염저감 사회적 비용 : 189억원/년 저감
기후변화 협약대상 물질인 CO2를 80%(75,000톤/년)저감
으로 탄소세 100억 절약 효과가 나타 날 것으로 예상하고 있다.

2. 안전성 : 천연가스 자동차는 기존의 LPG와 휘발류에 비해서 안전
- 높은 인화점
- 가스 누출시 대기에 급속히 확산 (비중이 공기 보다 가벼움)
- 좁은 연소범위
- 무독성 (흡입시 인체에 무해함)
※ 1970년 이래 북미 지역에서 단 한건의 안전사고도 없었음

3. 기능성 : 천연가스 자동차는 자동차연료로써 효율적인 에너지원
- 청정연료로 엔진수명의 연장
- 유지비 저렴(소모품 교환주기 연장)
- 겨울철 일발시동

4. 경제성 : 천연가스 자동차는 기존의 연료에 비하여 경제성이 탁월
- 석유 대체 에너지
- 전세계에 고루 분포하여 수급이 안정적이며 에너지 파동의 위험이 적음

● 천연가스 자동차의 분류

1. 압축천연가스(CNG) 자동차

천연가스를 200 ~ 300bar의 고압으로 압축하여 연료용기에 저장하여 사용하며 현재 대부분의 천연가스자동차가 사용하는 방식이다. 압축천연가스 자동차는 타 연료와의 혼용 여부에 의해 아래와 같이 구분할 수 있다.

겸용(Bi-Fuel)
압축천연가스와 휘발유를 동시에 자동차에 저장하고 그 중 한가지를
선택하여 연료로 사용하는 방식이다. 천연가스 보급초기에 천연가스의 충전 환경이
좋지 않을 때 사용하기 적합한 장점이 있다.

혼소 (Dual-Fuel)
압축천연가스와 경유를 동시에 저장하여 두 가지 연료를 동시에
사용하는 방식이다. 디젤은 엔진시동 및 운전중에 파이롯 분사하여 점화원으로 활용
하도록 구성되어 있다. 그러나 현실적으로 천연가스의 가격이 디젤가격 대비 가격
경쟁력이 가솔린에 비해 높지않으므로 많이 보급되지 않고 있는 실정이다.

전소 (Dedicated)
압축천연가스만을 저장하여 사용하는 방식으로, 천연가스 엔진으로
최적화 할 수 있으므로, 출력성능 및 배출가스저감 능력이 우수하여 전세계적으로
가장 많이 보급되고 있는 방식이다.



2. 액화천연가스(LNG)자동차



액화천연가스 자동차는 -162°C로 냉각 액화한 천연가스(LNG)를 극저온 단열용기에 저장하여 연료로 사용하는 방식으로 LNG를 기화기(Vaporizer)에서 기화하여 Mixer나 흡기매니폴드에 분사하여 연료를 공급하는 방식과 LNG를 액상 그대로 실린더 내로 직접 분사하여 실린더내의 점화플러그에 의해 점화 시키는 방법이 있다.

액화천연가스 자동차는 연료저장 효율이 좋으므로 1회 충진당 주행거리를 3배이상 늘일수 있는 장점이 있으나 LNG 단열용기의 가격이 고가인 단점이 있다.
현제, LNG 단열용기 개발, LNG 충전기술이 미진하여 LNG 연료를 직접 사용하는 엔진개발 연구가 활발히 진행되어 실용화 단계에 접어들고 있으며, 특별히 미국과 유럽, 일본 등에서는 시험 운행이 활발하며 미국에만 약 100대 이상의 차량이 시험운행 중에 있다. 현재 미국 LA공항에서는 LNG BUS를 운행하고 있다.

LNG 자동차는 연료를 액체 상태로 저장하기 때문에 CNG 자동차에 비해 주행거리가 길다. 또한 우리나라와 같이 LNG상태로 수입하는 경우는 이를 직접 사용할 수 있어, LNG를 기화하여 배관을 통하여 공급한 후 다시 압축하여 사용하는 CNG에 비해 압축기를 구동하여야 하는 에너지가 절감되며 압축기 설치도 필요 없다.

그러나 LNG 단열용기에 전달되는 외부 열원에 의해 용기내의 LNG 성분 중 비점이 낮은 메탄성분이 먼저 증발하여 증발가스(BOG: Boiled off Gas)가 발생되며, 이 증발가스에 의한 용기 내 압력 상승을 방지하기 위하여 증발가스를 엔진에 우선적으로 공급하거나 대기 중으로 방출하여야 한다. 따라서 시간이 경과할수록 용기 내에는 메탄성분이 감소하고 고비점의 연료성분이 농축되는 weathering 현상이 발생한다. 이것은 엔진의 정밀한 연료공급을 위하여 어려운 기술적 장애요인으로 작용하고 있다.



3. 흡착식 천연가스(ANG)자동차



흡착식 천연가스(ANG) 자동차는 활성탄 등의 흡착제에 천연가스를 30~60kg/㎠ 가압하여 저장하는 방식으로 충전 압축기 등 충전 시설비용 등의 절감이 가능하나 흡착제의 비용이 고가이고 저장효율이 낮아 현재의 기술 수준으로는 실용화에는 많은 문제점이 있다.
CNG공급망이 완비된 지역에서는 OEM에 의한 전소(Dedicated) 방식이 배기가스측면이나 경제성면에서 이상적이므로 최근 CNG공급망 확충에 따라 대기오염 개선효과가 큰 전소 방식이 본격적으로 보급되고 있으며, CNG 공급망이 미비 된 지역에서는 천연가스 겸용시스템(Bi-Fuel 혹은 Dual-Fuel)이 사용되고 있다



● 천연가스 자동차 엔진 구조



일반적으로 가솔린차의 경우는 천연가스차의 구조과 연료장치를 제외하고는 거의 동일한 구조로 되어 있다. 디젤엔진의 경우 압축착화기관에서 불꽃점화기관으로의 변경은 물론 연료계통, 연소계통 및 제어계통 등을 변경이 필수적이다.

연료계통으로는 기존 디젤 연료계통의 분사펌프, 분사노즐 등을 벗어나 가스 레귤레이터, 믹서, 트로틀밸브, 연료제어밸브 등의 가스 연료계통을 추가해 장착한다. 압축천연가스(CNG)를 적정압력으로 감압해 연료·공기 혼합장치 및 트로틀밸브를 거쳐 엔진으로 공급되도록 되어있다. 연소실로 공급된 혼합기는 점화를 위해 연료분사 노즐 위치에 설치된 점화플러그에서 점화되어 연소 폭발한다. 점화계통은 점화코일, 점화케이블 및 점화플러그로 구성되어 있고, 내구력 향상을 위한 밸브 등의 재질변경도 수행되었다.

엔진의 최적운전 제어를 위해 각종 센서를 통해 모니터링한 가스온도 압력, 흡입공기 온도 압력, 냉각수온도, 혼합기 압력, 대기압, 배기가스중의 산소농도 등의 신호를 받아 전자제어장치에서 연료량, 점화시기 등을 전자적으로 제어하도록 구성되어있다.

● 천연가스 자동차 내부 구조

현재 운행되고 있는 천연가스 버스의 기본 구조를 살펴보면 종래의 디젤 버스와 같고, 연료계통만이 개조되었다. 사용 연료인 천연가스는 디스펜서를 통해 고압(200kg/㎠)의 천연가스를 가스용기에 저장한다. 이때의 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 공급된다. 특히 천연가스 자동차의 가스용기는 자동차부품 중에서 가장 튼튼하게 제작되어 있어 700℃의 불 속에서도 파열되지 않으며 30m 높이에서 낙하시켜도 파열되지 않게 설계되어 있다.

천연가스 자동차 - 천연가스(CNG) 버스

현재 전국에서 운행 중인 천연가스 버스는 총 1천424대(2002년 5월 1일 기준)가 운행 중에 있으며 992대가 운행계약을 체결할 상태이다. 이는 올해 말까지의 보급목표 3천대의 48% 수준이다. 지역별로 살펴보면 서울 443대, 경기 193대, 부산 68대, 대구 140대, 인천 125대, 광주 81대, 대전 173대 등의 지역에서 운행되고 있다. 또한 점차 지방으로 보급확산 되고 있는 실정이다. 천연가스 버스는 현대와 대우자동차에서 제작해 출시하고 있다.

천연가스 버스가 보급된 이유는 시급한 대기환경의 오염을 막기 위한 대책방안 중의 하나이다. 그 동안 정부에서는 자동차 배출가스의 줄이기 위해 배출기준을 강화하거나 노상단속 등 규제를 해왔지만 자동차 대수의 급격한 증가에 따라 한계에 부딪치게 되었다. 이에 따라 정부에서는 대형 경유차 중 우선 대도시내에서 운행빈도가 가장 많고, 오염비중이 높은 시내버스의 저공해화 방안으로 천연가스 시내버스 보급사업을 추진하게 된 것이다.

환경부에 의하면 천연가스차의 보급이 원활히 이루어져 천연가스 버스운행을 기준으로 2006년부터 8년간 운행될 경우 오염물질 저감 예상량이 1만 5천480톤, 오염 저감 사회적 비용이 189억원 저감, 기후변화 협약대상 물질인 이산화탄소(CO2) 80%(7만 5천톤) 저감으로 탄소세 100억원 정도의 절약 효과를 가져올 수 있다고 한다.

또한 국내 개발된 천연가스 버스의 배출가스 수준은 G-13모드로 측정한 결과, 질소산화물(Nox)를 디젤과 비교 60%이상, 일산화탄소 약 46%, 매연과 입자상물질(PM)은 100% 저감했다.
그렇다면 디젤 버스에 비해 출력이 떨어지는 것은 아닐까?
천연가스 버스의 출력은 290마력으로 기존의 디젤 시내버스보다 약 50∼65마력 정도 출력이 높은 편이며, 현재 새로 생산되고 있는 고출력버스와 출력이 동일하거나 약 10마력 정도 높은 편이다. 그에 비해 연비는 천연가스 버스가 디젤 버스에 비해 조금 높다. 천연가스 버스가 2.0∼2.3㎞/㎥, 디젤 버스가 2.3∼2.5㎞/ℓ로 평균 0∼0.2㎞/㎥ 정도 차이가 있다.
천연가스 버스의 충전시간은 충전기 종류 및 충전량에 따라 다소 차이는 있으나 약 4∼7분 정도 걸리며 1회 충전 때 주행거리는 350㎞로 현재 국내 시내버스가 1일 평균 약 260㎞를 운행하고 있는 점을 고려할 때 1일 1회 충전만으로도 운행이 가능하다.

천연가스 버스는 디젤 버스에 비해 점화플러그 등 추가 부품이 소요되며 대부분의 부품이 외국에서 수입되고 있는 관계로 디젤 버스에 비해 일부 부품 가격이 약간 비싼 편이다.
현재 버스제작사에서는 부품을 15∼20% 할인된 도매가격 기준으로 공급하고 있어 실제 추가되는 부품비용은 월간 약 4만원(연간 약 52만원) 정도이나 천연가스 버스 도입·운행 때 얻을 수 있는 추가적인 이익에 비해서는 미미하다. 앞으로 부품국산화, 공동구매 등을 통해 부품가격이 인하될 수 있도록 추진중이다.

● 천연가스 버스의 보급현황
서울/부산/대구/인천/광주/대전/울산/경기/충북/전북/경남

● 천연가스 충전소 보급현황
서울/부산/대구/인천/광주/대전/울산/경기/충북/전북/경남

하지만 천연가스 버스라고 해서 장점만 있는 것은 아니다. 연료가 기체이므로 액체연료차에 비해 충전시간이 길고, 충전소가 현저하게 부족한 실정이어서 주유하는데 다소 애로사항이 있다는 단점을 안고 있다. 앞으로 천연가스 버스가 정착하기 위해서 개선해야 될 문제이기도 하다.

천연가스 자동차 - 천연가스(CNG) 청소차

지난 2002년 4월 25일 환경부에서는 주택가 등을 운행하며 매연 및 대기오염물질을 많이 배출하고 있는 디젤 청소차를 천연가스 차로 교체키로 하고, 주행 성능 등을 확인하기 위해 10월 25일까지 6개월간 천연가스 청소차 2대를 시범 운행키로 했다.
이번에 시범 운행하는 천연가스 청소차는 그 동안 자동차 제작사에서 엔진 개발을 완료하고, 자체 시험 과정을 거쳐 제작된 차로 시범운행 기간 동안 청소차로서의 기능성 및 실차 적용 가능성 등을 평가 받게 된다.

현재는 영등포구청에서 시범적으로 2대(현대와 대우차 각각 1대씩)만 운행 중이지만 2003년에는 충전소가 설치된 도시를 대상으로 8∼11톤급 청소차 100대를 천연가스 청소차로 교체하고, 단계별로 2010년까지 전국 시급 이상 도시지역 청소차 9천700대 중 3천대를 교체할 예정이다. 앞으로 2∼3년 후쯤이면 도로에서 쉽게 천연가스 청소차를 볼 수 있을 것이다.

천연가스 청소가 운행한지 한 달여 정도밖에 안되었기 때문에 운행 효과에 대한 측정 및 데이터는 발표되지 않았지만 그 동안 도심지역 주택가 등을 운행하면서 매연을 많이 배출하고 있는 디젤 청소차를 천연가스 청소차로 교체할 경우 도시지역 대기오염 개선에 크게 기여할 것으로 보고 있다

[Professional]

자 이제 증명됐죠....!!?!?!?!?!?!?!?!?!?!?! 제가 분명히 봤다니깐요..담엔 사진도 올려 보죠...찍히면...ㅋㅋ

[하얀손이라불리는===사나이===]

파하하하~~ 결국~ 역시~~ 드디어 해내버렸군요~~ ㅡㅡ; 졌습니다... 항복..ㅋㅋ^^*

[Professional]

ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ 앗 땅~~~~

[장추니짱]

널빤지 형님에 집요대왕 아우... 두 형제는 대단했다!!!!!!!! 추신 : 박소영셈입니다.

[Professional]

ㅋㅋ 정말 저 머리 나쁜건 어쩔수가 없나봐요...엠티때에도 박소영선생님이랑 이지영 선생님 이름을 까묵어서 다른 선생님들한테 2~3번 물어 본것 같은데 또...ㅋㅋ 박소영선생님 지송해요~~`여기저기 소정으로 쓴것 같은데..ㅋㅋ ㅡ,.ㅡa