CNG와 LNG는 무엇이 다를까?

CNG와 LNG는 무엇이 다를까?

 

한겨레 / 2010-09-06 17:15

 

 

과학향기

얼마 전 서울시 성동구 행당역 주변에서 ‘CNG 시내버스’가 운행 도중에 폭발해 8명이 부상을 당했다. 연료통 손상과 압력조절밸브 오작동(誤作動)이 사고의 원인으로 밝혀지면서 ‘가스’를 사용하는 시내버스의 안전성 논란이 일고 있다. 전국에 무려 25,000대의 CNG 버스가 운행되고 있기 때문이다.

가솔린이나 디젤보다 폭발력이 높은 가스연료를 사용하는 것은 비단 시내버스만이 아니다. 시내에서는 LPG 택시들이 다니고 있고, LNG는 정부에서 장거리 운행버스나 트럭의 연료로 보급을 추진하고 있다. LNG와 CNG, 그리고 LPG 등은 어떤 연료일까?

사실 LNG(Liquefied Natural Gas 액화천연가스)와 CNG(Compressed Natural Gas·압축천연가스)는 둘 다 메테인(methane)을 주성분으로 하는 천연가스의 ‘일란성 쌍둥이’다. 메테인은 비중이 0.555이므로 LNG와 CNG도 공기보다 가볍다. 천연가스는 가솔린이나 LPG에 비해 황과 수분이 적게 포함돼 있고 열량이 높은 청정에너지로 현재 가정용 도시가스로 널리 사용되고 있다.

천연가스는 많은 장점에도 불구하고 가솔린이나 디젤보다 한참 늦게 에너지원으로 이용됐다. 기체 상태의 천연가스는 부피가 커서 충전과 운반, 보관이 어려웠기 때문이다. 하지만 20세기 중반에 천연가스를 -162℃ 이하로 냉각시켜 LNG로 만드는 기술이 개발되면서 사정이 달라졌다. 액화된 천연가스 부피가 1/600로 감소(비중도 낮음)하므로 초대형 LNG 전용 운반선으로 수송할 수 있기 때문이다.

LNG는 천연가스의 부피를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있지만 버스나 자동차의 연료로 이용하는 데는 한계가 있다. 버스나 자동차에서 LNG를 안전하게 이용하려면 초저온 탱크를 달아야 하는데, 이 탱크는 소형화하는 것도 어렵고 비용도 비싸기 때문이다. 그러다 보니 LNG는 상대적으로 크기가 크고 운행거리가 긴 시외버스나 대형화물차의 연료로 연구되고 있다.

반면 CNG는 천연가스를 200기압 이상의 고압으로 압축한 것이다. 운반해 온 LNG를 상온에서 기화시킨 후 압축하면 CNG가 만들어지는데, 이 과정에서 부피가 늘어나 LNG의 3배가 된다. 이 때문에 1회 충전 시 운행 가능한 거리가 너무 짧다는 단점이 있다. 같은 크기의 연료탱크에 실을 수 있는 천연가스는 CNG가 LNG의 ⅓밖에 안 되기 때문이다.

하지만 CNG를 연료로 사용하면 냉각과 단열 장치에 필요한 비용을 절감할 수 있어 LNG에 비해 경제적이다. 또한 시내버스용으로 이용하면 연료 충전량이 적어도 무리가 없다. 게다가 정부가 친환경 에너지원을 공급하기 위해 보조금 정책을 펴고 있어 CNG 시내버스가 급속히 늘어나고 있다. 불과 10년 전만 해도 대다수의 버스는 디젤엔진을 장착했으나, 향후 2~3년 안에 전국의 모든 시내버스가 CNG버스로 바뀔 전망이다.

LPG(Liquefied Petroleum Gas)는 LNG, CNG와 뿌리가 다르다. 흔히 액화석유가스라고도 부르는 LPG는 실질적으로는 프로페인(Propane)과 뷰테인(Butane, 일명 부탄가스)의 혼합 형태로 많이 사용한다. 원유의 채굴이나 정제과정에서 생산되는 기체상의 탄화수소가 발생하게 되는데, 여기에 프로페인과 뷰테인이 많이 포함돼 있다. 라이터에 많이 사용하는 뷰테인이나, 가정용 연료료 많이 사용하는 프로페인 모두 상온의 기체상태에서는 공기보다 무겁다.

프로페인과 뷰테인은 끓는점이 낮기 때문에 상온에서 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 쉽게 충전할 수 있다는 것이 최대의 장점이다. 즉 상온에서 약간의 압력만 가하면 액화돼 프로페인은 약 270분의 1, 뷰테인은 약 240분의 1로 그 부피가 줄어든다. 덕분에 간편하게 압력용기에 담아 운반할 수 있다. 충전과 운송 그리고 보관이 편리하다보니 가정용·영업용 연료는 물론 택시 등 자동차 연료로도 널리 쓰이고 있다.

LPG를 자동차 연료로 이용할 경우 기온에 따라 프로페인과 뷰테인의 혼합 정도를 달리 하는데, 더운 지역으로 갈수록 뷰테인의 함량이 점점 더 높아진다. 자동차 연료로서의 LPG는 옥탄가가 매우 높은 반면에 출력이 떨어지는 단점이 있어, 버스 같은 대형 차량보다 택시나 승용차 같은 소형 자동차에 많이 쓰인다. 또한 LPG는 누설되면 부피가 270배로 늘어나는데다, 공기보다 무거워서 밀폐공간에 갇히기 때문에 폭발위험이 크다.

LNG와 CNG, LPG 같은 가스가 자동차 연료로 확대되는 것은 이들 연료가 친환경적이기 때문이다. 이들은 연소 과정에서 유해물을 거의 발생시키지 않는데다 가솔린이나 경유보다 CO₂방출량이 적다.

휘발유의 한 성분인 옥테인과 프로페인 그리고 천연가스 주성분인 메테인을 비교해 보면 옥테인은 3.72㎉의 에너지를 생성할 때 1g의 CO₂를 발생시킨다. 반면 프로페인은 4.02㎉, 메테인은 4.84㎉를 얻을 때 1g의 CO₂가 나온다. 즉 동일한 에너지를 얻는다면 메테인, 프로페인, 옥테인 순으로 CO₂를 발생시킨다는 의미다.

LNG와 CNG 그리고 LPG도 엄격하게 관리만 된다면 크게 문제가 되지 않는다. 또한 탱크 내 특수소재로 스펀지 같은 구조로 만들어 35기압 정도에서 거의 같은 용량의 메테인 가스를 저장할 수 있는 가볍고 작은 CNG 저장 탱크가 개발되며 기술적인 진보도 이뤄지고 있다. 이렇게 되면 우려됐던 안전성 문제는 해결될 수 있을 것이다.