휘발유(Gasoline)은 석유의 일종으로, 석유의 휘발 성분을 이루는 빛깔이 없는 투명한 액체를 가르킨다. 가솔린 또는 페트롤로 불린다.
개요
휘발유는 원유에서 분리된 물질 중 약 30도~200도의 끓는점 범위를 갖는 혼합물을 말하며, 자동차를 포함한 내연기관의 주요 연료로 사용된다.[1] 초기 석유 산업의 발달과 함께 석유 정제가 이루어질 무렵에는 등유가 가장 많이 사용되었으며 휘발유는 거의 사용되지 않았다. 휘발유의 가솔린 엔진이 개발되고 사용 비중이 급격히 상승하였고 특히 자동차의 대량 생산이 시작된 20세기 초부터 널리 사용하게 되었다. 더불어 휘발유를 연료로 쓰는 농업기계의 개발로 곡물 생산량 증가에도 기여를 하였다. 휘발유는 자동차와 왕복 엔진과 프로펠러를 장착한 비행기 등의 연료나 도료, 고무 가공, 세척용, 드라이 클리닝 등으로 쓰이며, 가장 많이 쓰이는 것은 자동차의 가솔린 엔진이다.[2]
특징
화학적 성질
휘발유는 원유의 증류탑의 두 번째 단계에서 얻어지는 물질이다. 휘발유 자체의 끓는점은 30도에서 150도 정도이고, 분리되는 온도 범위는 30도에서 200도 정도이다. 이 온도 범위에서는 휘발유와 나프타가 분리되고, 그 이후 온도에서 차례로 등유, 경유, 중유가 분리된다. 일반적인 휘발유에는 탄소와 수소의 결합으로 이뤄진 탄화수소 중 탄소 4개를 갖는 뷰테인(butane)부터 탄소 12개를 갖는 도데케인(dodecane)까지가 포함되어 있다. 동시에 탄소-수소 단일 결합만으로 이뤄진 파라핀류(parafins), 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 올레핀류(olefins), 그리고 고리형 방향족 탄화수소류 등을 포함하는 혼합물이다. 흔하게 휘발유의 주요 성분으로 이야기하는 탄화수소에는 뷰테인(butane), 아이소옥테인(isooctane), 3-에틸톨루엔(3-ethyltoluene) 등이 있다. 이중 아이소옥테인은 탄소 8개로 이뤄진 옥테인(octane)의 구조 이성질체이다. 같은 분자식을 갖지만 다른 화학 구조를 갖는 경우 구조 이성질체라는 표현을 사용한다. 중간에 갈라지는 가지가 없이 8개의 탄소가 C-C-C-C-C-C-C-C 형태로 배열되고, 각 탄소에 수소가 2개 또는 3개씩 달려 있는 형태의 n-옥테인은 125도의 끓는점을 갖는다. 하지만 구조 이성질체인 아이소옥테인은 더 낮은 온도인 99도의 끓는점을 갖게 되며 이런 끓는점 차이는 분산력에 의해서 발생한다. 무극성 분자에서 녹는점 및 끓는점을 결정하는 주요한 분자간의 힘은 분산력인데, 이런 분산력은 분자의 크기 및 표면적이 커질수록 증가한다. 따라서 길이가 길게 뻗은 형태인 n-옥테인이 가지가 갈라진 아이소옥테인에 비해서 표면적이 넓어서 더 높은 끓는점을 갖는다. 휘발유는 혼합물의 비율에 따라 다양한 성질을 가질 수 있기 때문에, 생산 방법, 원료의 배합에 따라 그 목적에 맞게 제조된다. 그 결과, 물리적인 성질도 고정된 값보다는 일정 범위를 갖으며 가령 밀도는 0.71~0.77 g/mL를 갖고, 방향족 탄화수소의 비율이 올라갈수록 밀도가 증가하게 된다.[1]
단점
경유보다는 약간 비싸며, LPG와는 2배가량 비교되는 경우가 있다. 서울특별시 강남구에서 판매되는 휘발유의 가격은 1,600원은 기본으로 넘으며, 강남의 일부에서는 2,000원을 뛰어 넘는 가격을 보이고 있다. 경기도에서는 대부분 1,400 ~ 1,500원대의 가격을 보이고 있다. 지방으로 갈수록 싸지만 그래도 꽤나 부담스러운 가격이라 한국에서 경유를 쓰는 디젤 엔진 차량이 인기가 오르는 원인이 되었으며 한국 사람들이 차를 살 때 연비를 더욱 따지는 원인이 되기도 했다. 물론 후술된 것처럼 2016년부터 가격이 팍 떨어졌지만 그래도 부담이 안 되는 게 아니라 가장 싼 가격의 주유소를 찾아주는 앱도 생길 정도이다. 더불어 낮은 효율로 휘발유를 사용하는 엔진에서는 흡배기 작용이 원활하지 못하고 이로 인해 혼합가스의 일부가 배기가스와 함께 배출 되므로 연료소모가 많은 단점이 있어서 대형기관에 사용하기가 어렵다. 대표적으로 대형 선박이나 상선 등이 있으며 이산화탄소 배출량이 경유 엔진보다 훨씬 많으며[12] 상대적으로 효율이 낮다. 또한 화재 위험이 있다. 특히 이건 군용장비에서 많이 드러난 문제점인데, 불이 잘 붙는다는 점으로 때문에 화재로 인한 전사상자들이 많았다, 결국 20세기 중후반으로 가면서 군용장비는 디젤이나 가스터빈으로 상당수가 교체되었다.[3]
종류
제조법
휘발유의 종류에는 가장 일반적인 원유를 증류하여 얻은 휘발유 외에, 천연 가스로부터 얻은 천연 휘발유, 휘발유보다 분자량이 크고 끓는점이 높은 중질유를 분해하여 얻은 분해 휘발유, 탄소수가 적은 탄화수소 중 이중 결합을 포함하는 물질을 결합하여 얻은 중합 휘발유 등이 있고, 지각에서 채취하는 셰일 오일(shale oil)에서 얻는 휘발유가 있다. 셰일 오일에서 얻는 휘발유는 원유로부터 얻는 휘발유에 비해 생산 단가가 높아 거의 사용되지 않다가, 국제 유가가 높아지기 시작하면서 셰일 오일의 채취 비중이 늘고 그 사용량이 늘어나고 있다.[1]
사용처
자동차에 사용되는 휘발유는 가장 많이 사용되는 무연 휘발유와 이에 대조되는 개념인 유연 휘발유가 있다. 무연과 유연의 차이는 테트라에틸납(tetraethyllead) 성분이 들어있는지에 따라 결정된다. 휘발유가 가솔린 엔진 내 실린더에서 연소할 때 이상적인 연소에 의해서 노킹 현상이 발생할 수 있는데, 이를 해결하기 위해서 테트라에틸납을 소량 휘발유에 첨가한 것이 유연 휘발유이다. 하지만 납이 휘발유 연소 생성물과 함께 배출될 때, 환경 및 인체에 미치는 악영향이 보고되면서 현재 대부분의 국가에서 유연 휘발유는 사용되지 않는다. 무연 휘발유도 노킹 현상을 막기 위해서 소량의 MTBE (methyl tert-butyl ether)나 에탄올 등을 첨가하는데, MTBE도 환경에 미치는 안 좋은 영향이 알려지면서 점차 그 사용이 제한되고 있다.[1]
각주
참고자료
- 〈휘발유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈휘발유〉, 《위키백과》
- 〈휘발유〉, 《나무위키》
같이 보기
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