GNC란 무엇인가요? 어떻게 작동하나요? 요즘 주목받고 있는 연료에 대해 알아야 할 모든 것

자동차를 움직이는 에너지를 제공하는 모든 연료 중에서 자동차용 천연가스는 아마도 가장 덜 알려진 연료입니다. 많은 스페인 가정에서 난방과 요리에 사용하는 바로 그 가스임에도 말입니다. 매우 깨끗한 가스이며, 모든 화석 에너지원 가운데 환경, 특히 우리가 숨 쉬는 공기에 대한 문제가 가장 적은 에너지원입니다.

자동차용 천연가스는 압축 기체 형태(압축천연가스, CNG)와 액체 형태(액화천연가스, LNG) 모두 존재하며, 석유 제품과 반드시 연결되지 않은 매장지에서 채굴되는 화석 연료입니다. 환경에 가장 적은 부정적 영향을 미치는 화석 에너지이며, 최근 자료에 따르면 세계는 전 세계 소비량을 537년간 감당할 수 있는 천연가스 매장량을 보유하고 있습니다. 유럽 내 매장량만으로도 161년간 소비를 감당할 수 있습니다. 게다가 아직 발견되지 않은 매장지와 개발되지 않은 자원이 많이 남아 있습니다.

여러 전망에 따르면 중기적으로 디젤 엔진의 25%에서 50% 사이가 천연가스를 연료로 사용하는 엔진으로 대체될 것으로 예상됩니다. 현재 유럽 주요 도시에서 운행 중인 7만 대 이상의 시내버스 가운데 약 13%(9,000대 이상)이 이미 CNG를 사용하고 있으며, 2만 대의 쓰레기 수거 트럭 중 15% 이상(약 3,000대)도 이를 사용합니다. 이는 배출가스 감소 측면뿐만 아니라 소음 공해 측면에서도 장점을 가져옵니다. 천연가스로 구동되는 차량은 이를 대체하는 기존 경유 엔진보다 훨씬 조용하게 작동하기 때문입니다. 자동차용 천연가스는 현재 전 세계 2,000만 대 이상의 차량에서 사용되고 있습니다. 승용차, 밴, 트럭, 버스, 지게차, 철도 차량, 선박 등이 천연가스를 동력원으로 하여 운행합니다.

EU 지침은 이 점에 대해 분명합니다. 교통 분야와 관련된 모든 지침에서 EU 회원국들에게, 2020년까지 각국의 주요 도로에 GNC 충전소를 150km마다, GNL 충전소를 400km마다 설치해야 한다고 명시하고 있습니다. 전자는 승용차와 경차에, 후자는 주로 대형 운송 수단에 서비스를 제공하는 데 목적이 있습니다. 스페인에서는 2020년까지 GNC 또는 GNL을 공급하는 주유소 300곳을 확보하는 것이 목표입니다. 최근 자료에 따르면 스페인에는 이미 일반인에게 개방된 자동차용 천연가스 충전소가 57곳 있으며(올해 말 이전에 약 100곳으로 늘어날 예정), 이 기술이 적용된 차량은 6,100대가 운행 중입니다.

일반적인 대체 에너지, 특히 자동차용 천연가스의 보급을 통해 EU는 유럽이 전통적으로 석유에 크게 의존하는 상황을 줄이는 것뿐만 아니라, 도시에서 매일 우리가 숨 쉬는 공기의 질과 시민들의 건강을 개선하고자 합니다. 자동차용 천연가스는 전기 다음으로 현재 운용 중인 가장 깨끗한 에너지원이기 때문입니다.

GNC와 GLP의 차이

많은 사람들이 자동차용 천연가스를 GLP(액화석유가스)와 혼동하지만, 두 가지는 전혀 다릅니다. 천연가스는 메탄인 반면, GLP 또는 상업적으로 오토가스(Autogas)라고 알려진 것은 주로 프로판과 부탄으로 이루어진 혼합 가스입니다. 자동차용 천연가스는 기체 상태(GNC)와 액체 상태(GNL) 모두로 존재하는 반면, GLP는 항상 액체 상태로 공급됩니다. 이는 배출가스와 연비, 그리고 안전성 측면에서 중요한 차이입니다.

일반적으로 압축천연가스(GNC)를 사용하는 차량은 점화 플러그로 점화되는 내연 기관으로 작동합니다. 다만 디젤 엔진을 사용하는 이중 연료 엔진 모델도 있으며, 이 경우 연료의 저장 및 공급 방식만 다릅니다.

천연가스의 특성상 엔진의 출력은 가솔린 엔진보다 약간 낮습니다(약 12.7% 낮음). 그러나 작동을 최적화하기 위한 조정이 가능합니다. 예를 들어 출력 손실을 막기 위해 압축비를 높일 수 있습니다. 천연가스는 뛰어난 노킹 방지 특성(옥탄가 130)을 지니고 있어 유효 압력을 높이고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한 점화 시기를 앞당겨 사이클 간 편차를 개선할 수 있습니다. 더불어 보다 균일한 혼합기가 형성되어 진동이 적고, 결과적으로 소음이 적고 내구성이 높은 엔진으로 작동합니다. 따라서 연료 소비량은 가솔린보다 적으며, 낮은 회전수와 높은 부하에서 최적으로 작동합니다. 이처럼 회전수가 낮아지므로 감속 비율이 작은 변속기를 사용해야 합니다.

효율적이고 안전하며 배출가스가 적은 연료

GLP와 달리 GNC는 항상 기체 상태로 존재합니다. GLP는 이름에서 알 수 있듯이 (GNL과 마찬가지로) 액체 상태로 존재하다가 대기와 접촉하면 다시 기체로 변합니다. 이는 매우 중요한 차이입니다. GNC는 매우 휘발성이 강한 기체이므로 공기 중에 매우 쉽게 흩어지며, 따라서 다른 연료들에 비해 발화성이 훨씬 낮습니다. 실제로 현재 자동차용으로 판매되는 모든 연료 중 가장 낮은 수준입니다. 즉, 사고가 발생했을 때 경유, 가솔린, 등유 또는 GLP를 사용하는 자동차가 GNC 차량보다 먼저 불이 붙습니다.

많은 경우 GNC 반대론자들이 차량에 가스 탱크를 싣는 것이 폭발 위험을 수반한다고 주장합니다. 그러나 이는 가짜 정보(fake)입니다. 앞서 언급했듯이 자동차용 천연가스 차량은 일반 차량과 같거나 그보다 낮은 발화 또는 폭발 위험을 가지고 있습니다. 만약 이 정보가 사실이라면 지금까지 얼마나 많은 택시나 버스가 폭발하거나 불에 탔겠습니까? 이런 차량들은 여러 해 동안 GNC-가솔린 이중 연료 엔진으로 운행되어 왔으며, 지금까지 사고가 보고된 적이 없습니다. 그중 일부는 지난 세기부터 운행되고 있습니다.

GNC는 기체 상태이며 자동차에 저장하려면 높은 압력으로 보관해야 합니다. 그렇지 않으면 탱크에 담기는 에너지가 너무 적기 때문입니다. 이해를 돕자면, 에너지 측면에서 1세제곱미터의 GNC는 약 1.1리터의 가솔린에 해당하고, 1킬로그램의 GNC는 약 1.5리터의 가솔린에 해당합니다. 자동차의 GNC 탱크에는 최대 15kg의 가스를 담을 수 있지만, 안전을 위해 보통 11kg만 저장합니다.

또한 GNC는 배출가스 측면에서도 중요한 장점을 가지고 있습니다. 첨부된 그래프에서 볼 수 있듯이 배출물을 가장 적게 발생시키는 연료입니다.

연료 비용

가격은 자동차용 천연가스와 가솔린을 구분하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 두 연료의 가격에 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나는 연료 사용에 부과되는 탄화수소세인데, 이는 전통 연료보다 천연가스에 대해 행정기관이 훨씬 관대하게 적용합니다. 천연가스의 경우 이 세금은 GNC 1킬로그램당 약 0.05유로인 반면, 가솔린의 경우 탄화수소세는 95옥탄 무연 가솔린 1리터당 0.40유로, 98옥탄 무연 가솔린 1리터당 0.43유로가 부과됩니다. 자동차용 천연가스는 약 리터당 0.93유로인 반면, 가솔린은 리터당 1.15유로에서 1.58유로 사이입니다. 중형 차량은 100km당 약 3.5kg의 GNC를 소비합니다. 1kg의 가격이 0.93유로이므로 연료 비용은 약 3.25유로가 됩니다.

수명이 20만 km인 자동차의 경우, GNC를 사용하면 디젤 대비 연간 1,800유로, 가솔린 엔진 대비 연간 5,560유로, GLP 대비 연간 1,160유로의 연료비를 절약할 수 있습니다. 그 차이는 매우 큽니다.

구매 보조금

깨끗한 에너지라는 점은 도움이 됩니다. 자동차용 천연가스를 동력원으로 하는 차량의 구매는 여러 행정기관의 다양한 보조금 제도로 지원받고 있습니다. 에너지 다각화 및 절약 연구소(IDAE)는 차량 교체 시 교통 부문을 위한 다양한 유형의 보조금을 마련하고 있으며, 여기에는 사용자를 위한 경제적 지원과 충전소 설치를 원하는 회사를 위한 지원이 모두 포함됩니다. 이러한 보조금은 MOVEA 계획(대체 에너지 차량 이동성 촉진 계획)에 명시되어 있으며, 이 계획의 주된 목표는 대체 연료 차량 구매를 장려하는 것으로, 이를 위해 1,660만 유로의 예산이 책정되어 있습니다.

이에 따라 천연가스를 사용하는 승용차는 MOVEA 2016 계획 아래 정부로부터 3,000유로의 보조금을 받았으며, 낡은 차량을 폐차하면 추가로 700유로, 판매 대리점에서 추가로 1,000유로를 받을 수 있었습니다. 밴 및 경상용차의 경우 보조금은 3,500유로에서 6,500유로 사이였고, 버스와 트럭은 11,000유로에서 21,000유로 사이였습니다.

이 수치는 자금이 소진될 때까지 유효했던 최신 MOVEA 계획의 금액입니다. MOVEA 이후에는 MOVALT 계획이 이어졌는데, 이는 대체 에너지 차량 판매를 촉진하기 위한 것으로 MOVEA와 비슷하거나 그보다 높은 500유로에서 19,000유로 사이의 보조금을 제공했습니다. 이 계획은 처음에 3,500만 유로의 예산으로 시작되었습니다. 현재 2018년 신규 계획의 최종 예산을 확정하기 위해 국가 일반 예산 승인을 기다리고 있는 상황이지만, 모든 정황으로 보아 새로운 MOVALT는 총 5,000만 유로의 예산을 갖게 될 것으로 보입니다.

또한 이러한 보조금은 정부와 자동차 제조사가 제공하는 보조금과 별도로, 일부 자치 지방정부 및 지자체가 추가로 제공하는 혜택을 받는 것을 막지 않습니다. 지역과 지자체에 따라서는 가격 할인부터 지상 주차 요금 면제, 또는 오염 경보 시 교통 제한 구역 통행 허용까지 다양한 혜택이 제공됩니다.

천연가스 차량의 또 다른 장점은 친환경 효율성이 높거나 GNC와 같은 대체 연료를 사용하며 Euro6 배출 기준을 충족하는 업무용 차량에 대해 개인소득세에서 차량 가치의 20%를 공제받을 수 있다는 점입니다.

마지막으로, GNC를 연료로 사용하는 대부분의 차량은 배출가스가 매우 낮기 때문에 CO2 배출량이 킬로미터당 120g을 넘지 않는 차량은 등록세 납부가 면제됩니다.

정비

제조사가 정한 올바른 정비 주기는 열기관 차량과 GNC 엔진 차량 모두 매우 유사합니다. 사실상 정확히 같다고 할 수 있습니다.

다만, 이러한 모델을 규제하는 EU 규정인 ECE R110은 연료 탱크를 매년 점검하고, 가스 배관은 4년마다 점검할 것을 요구합니다. 이는 가스 누출이 없는지 확인하고 안전 밸브가 올바르게 작동하는지 검증하기 위함입니다. 차량의 나머지 부분에는 이러한 제한이 없지만, 차량에 탑재된 가스 저장 탱크는 최대 사용 수명이 20년으로 정해져 있어, 그 이후에는 새 탱크로 교체해야 합니다.

가격

자동차용 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진을 장착한 차량은 가솔린 차량보다 가격이 약간 더 높습니다. 다만 전기차와 동급 가솔린 또는 디젤 차량 간의 차이만큼 큰 격차는 아닙니다. 이 차이는 약 2,000유로에서 2,500유로 정도입니다. 다행히도 이 차이는 중앙 정부와 지방정부의 경제적 지원 덕분에 적어도 일부는 상쇄할 수 있습니다. 또한 일부 제조사가 이 기술을 적용한 모델에 대해 진행하는 판촉 프로모션을 통해 동급 디젤 또는 가솔린 모델과 가격이 완전히 같아지기도 합니다.

어떤 경우든 GNC 차량과 가솔린 차량 간의 가격 차이를 회수하려면, 단순히 GNC의 kg당 가격이 가솔린보다 저렴하다는 점에서 발생하는 절감액만 고려하더라도 천연가스 차량 운전자는 약 82,000km를 주행해야 하며, 일반적인 사용 패턴으로 보면 약 4년이 걸립니다.

주행 거리와 연료 공급

자동차에 적용 가능한 새로운 에너지원에 관심 있는 사람들이 가장 크게 걱정하는 두 가지는 모델의 주행 거리와 충전 또는 연료 보충입니다. 이 점에서 GNC 차량은 특히 유리합니다. 충전이 일반 차량과 거의 같으며, 오히려 더 안전하고 시간도 같다고 말할 수 있습니다. 주유기의 호스를 차량에 연결하기만 하면 단 2~3분이면 작업이 완료됩니다. 호스는 수동으로 작동시키지 않으며, 고객 카드를 대면 시스템이 올바르게 장착되었는지 확인하고 요청한 양만큼 가스를 충전합니다.

공급은 보장되어 있습니다. 스페인은 유럽에서 GNC 운송 및 물류 경험이 가장 많은 나라입니다. 주요 소비국은 아니지만 현재 유통망에 240대의 탱크로리를 보유하고 있으며, 이는 중국(4,000대)과 일본(600대)에 이어 세계 세 번째 규모입니다. 또한 스페인 내 GNC 차량 수는 적지만, 현재의 주유소 네트워크는 수가 많지 않더라도 주요 도로망의 주요 목적지를 커버하기에 충분합니다.

현재 일반 대중에게 개방된 주유소는 34곳입니다(기업 전용 사용 시설은 더 많음). 이 연료를 사용하는 승용차 및 경상용차 4,400대를 위한 곳입니다. 2020년까지 GNC 차량이 17,200대에 이를 때에는 총 85곳이 될 것으로 예상됩니다. 이 중 20곳은 이미 건설 중이며, 31곳은 계획 단계에 있습니다. 이번에는 기업과 행정기관 모두 준비를 잘 하고 있으며, 스페인에서 이 연료의 개발과 도입을 위해 함께 노력하고 있습니다. 이 연료는 분명 무연 휘발유가 도입되었을 때보다 더 빠르게 보급될 것입니다. 당시에는 많은 지역이 준비가 되어 있지 않았습니다.

현재 천연가스 공급 회사들은 사용자의 집 안에 공급 지점을 설치할 수 있도록 허가와 승인을 얻기 위해 노력하고 있습니다. 이는 천연가스 배관에 연결된 보일러 크기의 장치를 설치하는 방식입니다. 이를 통해 공용 및 개인 차고 모두 충전 지점을 갖추게 되어, 사용자가 쉽게 차량에 연료를 보충할 수 있게 됩니다.

GNC의 장점

• 배출가스의 대폭 감소, 특히 가장 유해한 물질(CO2, NOx, CO, HC, SO2)의 감소와 유해 입자(PM10) 배출의 사실상 전무.
• 상당한 에너지 절감과 그에 따른 연료 소비 감소.
• 가솔린보다 낮은 분당 회전수로 작동하고 진동과 잔여물이 적어 GNC 엔진의 수명이 더 길어짐.
• 배출가스가 적어 정비 비용도 더 저렴함. 오일 교체 주기가 길어지고, 배기 시스템 전체의 마모가 적습니다.
• 천연가스는 탄화수소세가 50% 더 낮습니다. 그 낮은 가격 덕분에 차량 구매 시 발생하는 가격 차이를 빠르게 회수할 수 있습니다(특히 사용 빈도가 높은 사업용 차량의 경우).
• 신차 구매 시 정부 보조금(PIVE 계획) 외에도 GNC 차량은 MOVEA 계획(승용차의 경우 최대 3,700유로)과 같은 추가 세제 혜택과 보조금을 받을 수 있으며, 현물 소득 개인소득세에서 20% 공제도 가능합니다.
• GNC 차량은 일반 차량보다 더 안전합니다. 압축천연가스는 대기와 접촉했을 때 가솔린보다 발화 및 폭발 가능성이 낮기 때문입니다.
• GNC 엔진은 가솔린, 특히 디젤보다 작동 소음과 진동이 적습니다.
• GNC 주유 시스템은 더 효율적입니다. 호스가 완전히 밀폐되어 있어 전통 연료에서 호스 내 연료 휘발로 발생하는 손실이 없습니다.
• 천연가스 매장량은 석유보다 풍부합니다(유럽에서 약 160년간 공급 보장). 엔진은 바이오가스와 바이오메탄 모두로 작동할 수 있으며, 이중 연료(바이퓨얼) 시스템을 통해 가솔린 엔진에서도 GNC를 사용할 수 있습니다. 이 마지막 옵션은 현재 유럽에서 가장 널리 수용되고 있습니다.

GNC의 단점

• 기체 상태 저장에는 더 큰 용기가 필요합니다. 이로 인해 특히 개조된 차량의 경우 트렁크 공간의 일부를 차지하게 됩니다. 액체 저장 방식을 선택하면 차량의 주행 거리가 줄어들게 됩니다.
• 저장 탱크의 높은 압력 때문에 탱크와 배관은 매년 특정 검사를 통과해야 합니다. 이 검사는 천연가스용으로 개조된 차량에 대해 의무적입니다. 차량이 원래부터 GNC 차량으로 출고된 경우에는 제조사가 권장한 계획과 기존 ITV 일정에 따라 점검하며, 이는 일반 차량과 동일합니다.
• GNC 사용은 삼원 촉매 장치에 문제를 일으킬 수 있습니다. 천연가스를 사용하면 가솔린보다 배기가스 온도가 낮아, 삼원 촉매의 작동 온도가 부족해지고 노후화가 가속될 수 있습니다.
• 스페인의 이러한 연료 공급 인프라는 여전히 부족합니다. 전국에 GNC 공급 지점이 42곳뿐입니다.
• 차량 가격이 다소 높음(약 +2,500유로)으로 가솔린 또는 디젤의 동급 차량보다 비쌈

현재 판매 중인 GNC 승용차