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휘발유
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, 드라이클리닝 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 달린 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 분자 간의 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 가지며 가령 밀도는 0.71~0.77 g/mL을 갖고, 방향족 탄화수소의 비율이 올라갈수록 밀도가 증가하게 된다.[1]
단점
경유보다는 약간 비싸며, LPG와는 2배가량 비교되는 때도 있다. 서울특별시 강남구에서 판매되는 휘발유의 가격은 1,600원은 기본으로 넘으며, 강남의 일부에서는 2,000원을 뛰어넘는 가격을 보인다. 경기도에서는 대부분 1,400원 ~ 1,500원대의 가격을 보인다. 지방으로 갈수록 싸지만 그래도 꽤 부담스러운 가격이라 한국에서 경유를 쓰는 디젤 엔진 차량이 인기가 오르는 원인이 되었으며 한국 사람들이 차를 살 때 연비를 더욱 따지는 원인이 되기도 했다. 물론 후숙된 것처럼 2016년부터 가격이 팍 내려갔지만 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 배출되므로 연료 소모가 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 점, 때문에 화재로 인한 전 사상자들이 많았다, 결국 20세기 중후반으로 가면서 군용장비는 디젤이나 가스터빈으로 상당수가 교체되었다.[3]
종류
- 천연 휘발유 : 천연가스로부터 얻은 휘발유이다.
- 분해 휘발유 : 휘발유보다 분자량이 크고 끓는점이 높은 중질유를 분해하여 얻은 휘발유이다.
- 중합 휘발유 : 탄소수가 적은 탄화수소 중 이중 결합을 포함하는 물질을 결합하여 얻은 휘발유이다.
- 셰일오일 휘발유 : 지각에서 채취하는 셰일 오일에서 얻는 휘발유로, 원유로부터 얻는 휘발유에 비해 생산 단가가 높아 거의 사용되지 않다가, 국제 유가가 높아지기 시작하면서 셰일 오일의 채취 비중이 늘고 그 사용량이 늘어나고 있다.
- 자동차 휘발유 : 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 대부분의 국가에서 유연 휘발유는 사용되지 않는다. 무연 휘발유도 노킹 현상을 막기 위해서 소량의 엠티비이(MTBE)나 에탄올 등을 첨가하는데, 엠티비이도 환경에 미치는 안 좋은 영향이 알려지면서 점차 그 사용이 제한되고 있다.[1] 무연 휘발유는 자동차용 휘발유에는 옥탄가를 높여서 엔진의 이상폭발을 막기 위해 4 에틸 연 등을 소량 첨가하고 있으나 이 때문에 배출가스에도 연화합물이 포함되어 납중독을 일으킬 염려가 있다. 그러므로 휘발유 성분 중에서 옥탄가가 낮은 노멀헥산 등을 빼고 벤젠, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소를 늘려서 옥탄가를 높여, 4에틸연의 첨가량을 되도록 적게 한다. 이것을 무연휘발유 또는 무연화 휘발유라고 하는데 이번에는 방향족 탄화수소가 광화학 스모그의 원흉이 될 가능성이 높아 대기오염 방지의 근본 대책으로 사용하진 못한다.[4]
- 고급 휘발유 : 옥탄이라는 물질을 첨가하여 발화점을 높임으로써 노킹을 막을 수 있도록 제조된 휘발유다. 노킹은 뜨겁게 달궈진 실린더 온도 때문에 이중연소가 되는 상태를 뜻하는데, 노킹 발생 시 동반되는 소음과 진동이 느껴질 정도면 엔진에 균열이 생기고 빈틈이 생겨 내구성이 저하된다. 보통 차량용으로 사용하는 휘발유의 옥탄가는 85~96, 고급 휘발유는 97~102, 휘발유를 사용하는 항공기는 103~130 정도이다. 다르게는 옥탄가가 높다는 의미로 하이옥탄으로 부르며 일본에서는 하이오크라고 줄여서 부르기도 한다.
- 항공 휘발유 : 제트엔진을 사용하지 않는 소형 경량 항공기의 엔진은 자동차의 휘발유엔진과 같은 구조로 되어 있으며 이 엔진에 사용되는 휘발유를 말한다. 항공기의 엔진은 자동차의 엔진보다 압축비가 많이 들고, 고속으로 회전하며, 지상보다 조건이 까다로운 고공에서 운전되므로 이에 사용되는 휘발유는 고옥탄가가 요구될 뿐만 아니라 기타 출력, 휘발성, 산화 안정성, 어는점 등의 규격이 일반 자동차용 휘발유보다 까다롭다.
- 공업 휘발유 : 도료, 세정, 기름종이 추출, 드라이클리닝과 같이 연료 이외의 목적으로 이용되는 휘발유이다. 일본 규격의 경우 세정용인 벤젠, 고무용 용제 및 도로용인 고무 휘발유, 추출용인 대두 휘발유, 도료용 광물 주정제, 드라이클리닝용과 도료용인 클리닝 솔벤트가 있다.[2]
- 유사 휘발유 : 산업자원부의 석유사업법에 의한 것으로 석유사업법은 "조연제나 첨가제, 기타 명목 여하를 불문하고 자동차용 연료로 사용될 수 있는 것은 유사 석유제품으로 본다"고 규정하고 있다. 또한 2004년 3월 개정된 석유사업법 6조에서는 석유제품이나 석유화학제품에 탄소와 수소를 함유한 물질을 혼합한 것 등으로 유사 휘발유의 정의를 세부적으로 규정하고 있다. 유사 휘발유는 주로 휘발유에 벤젠, 톨루엔, 크렌실 등을 섞어 팔거나 경유 및 등유를 혼합하여 제조되는데, 대부분의 유사 휘발유는 정상 연소가 되지 않아 출력을 저하하고 엔진의 비정상적 마모를 불러온다. 더불어 유사 휘발유는 완전연소가 어려워 발암성 물질인 벤조파일렌을 대기 중으로 배출, 환경문제에도 치명적인 악영향을 끼친다. 석유사업법은 이런 가짜 휘발유를 제조하거나 판매한 사람은 물론 이를 사용하는 사람도 처벌받도록 하고 있다. 한편, 대한석유협회는 한국석유품질관리원과 공동으로 유사 휘발유 신고 포상제를 운영 중이다. 포상금은 유사 휘발유 100만ℓ 이상 제조업자를 신고하면 300만 원, 100만ℓ 이하는 100만 원이며 판매업자를 신고하면 20만 원이 지급된다.[5]
최근현황
- 휘발유 가격 상승
2021년 4월 10일, 한국석유공사에 따르면 2021년 4월 1주 주유소 휘발유 판매가격은 전주 대비 1.1원 오른 1535.0원/ℓ로 20주 연속 상승했다. 알뜰주유소의 평균가격이 1510.1원/ℓ로 가장 낮았고, 지에스칼텍스 주유소가 가장 높은 1542.3원/ℓ를 기록했다. 최고가 지역인 제주 휘발유 가격은 전주 대비 8.9원 상승한 1631.9원/ℓ로 전국 평균 가격 대비 96.8원 높은 수준이다. 최저가 지역인 대구 휘발유 가격은 전주 대비 0.6원 상승한 1511.4원/ℓ로 전국 평균 가격 대비 23.6원 낮은 수준을 보였다. 경유 판매가격은 전주 대비 1.2원 상승한 1333.4원/ℓ이다. 알뜰주유소의 평균가격이 1304.2원/ℓ로 가장 낮았고, 지에스칼텍스 주유소가 가장 높은 1341.7원/ℓ를 기록했다. 한국석유공사 관계자는 "2021년 4월 첫째 주 국제유가는 미-중 갈등 지속, 석유수출국기구(OPEC)와 러시아 등 비 석유수출국기구 주요 산유국들의 협의체인 석유수출국기구 플러스(OPEC+) 감산 규모 완화, 석유 수요 회복 지연 우려, 이란 핵 협상 복원하기 위한 회담 개최 등으로 하락세를 기록 중"이라고 말했다.[6]
- 제너럴모터스 휘발유 차량 생산 중단
2021년 1월 28일, 미국 최대 자동차 업체인 제너럴모터스(GM)가 2035년까지 휘발유, 경유 차량의 생산을 전면 중단하고 2035년 이후 제너럴모터스은 전기자동차만 생산하게 된다. 제너럴모터스는 2035년까지 모든 휘발유/디젤 승용차, 트럭, SUV 생산을 멈추고 전량 전기차로 전환할 계획이라고 밝혔다. 2040년에 탄소 중립인 이산화탄소 실질 배출량 제로 달성 목표를 달성하기 위해서다. 아울러 제너럴모터스는 2030년까지 미국 공장 등 시설에서 100% 재생 에너지를 사용하고 2035년까지 전 세계 모든 제너럴모터스 시설에서 재생 에너지를 쓰는 것으로 애초 제시했던 목표에서 5년 앞당겨진 것이다. 이와 같은 발표는 조 바이든 대통령이 기후변화 대응 행정명령에 서명한 지 하루 만에 나왔으며 행정명령에는 연방 토지 및 수역 내 석유·가스 신규 시추를 중단하는 내용 등이 포함됐다. 메리 바라 제너럴모터스 최고경영자(CEO)는 "우리가 판매하는 모든 차량이 배출가스 제로인 미래를 향해 속도를 높이는 게 중요하다"고 밝혔다. 2021년 기준, 제너럴모터스의 매출과 수익 98%가량은 화석 연료를 사용하는 자동차 판매에서 거둬진다. 월스트리트저널(WSJ)은 매출 기준으로 미국 최대 자동차 업체인 제너럴모터스가 전기자동차 업체로 변신해 생존하기 위해선 적지 않은 난관을 극복해야 한다고 지적했으며 자동차 수요가 높은 미국 중서부와 남부의 경우 전기 충전시설이 부족한 상황과 휘발유나 디젤 엔진 자동차보다 전기자동차가 비싸다는 점도 문제점을 지적했다. 따라서 제너럴모터스는 전기자동차 가격을 좌우하는 배터리의 가격을 낮추기 위해 연구 및 개발(R&D) 투자를 늘리고 제너럴모터스는 배터리의 가격을 60%까지 낮추는 기술을 개발 중이다.[7]
각주
참고자료
- 〈휘발유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈휘발유〉, 《위키백과》
- 〈휘발유〉, 《나무위키》
- 〈무연휘발유〉, 《네이버 지식백과》
- 〈유사휘발유〉, 《네이버 지식백과》
- 주상돈 기자, 〈20주 연속 오른 휘발유값…1리터당 1535원〉, 《아시아경제》, 2021-04-10
- 홍예지 기자, 〈GM "2035년 전기차만 만든다"…휘발유車 생산 완전 중단〉, 《파이낸셜뉴스》, 2021-01-29
같이 보기
