가장 기본적인 수준에서 에너지 수요를 충족시키는 능력은 세계의 번영을 지배하는 것입니다. 에너지 고갈로 인해 실패한 문명의 수를 고려하면 역사가 이 사실을 증명합니다. 또한 화석 연료의 발견은 산업 발전, 첨단 기술 및 기반 시설을 크게 가속화하고 전 세계의 생활 수준을 향상시켰습니다. 그것도 언젠가는 고갈될 것이라는 사실을 우리는 한참 후에야 깨달았습니다. 석유를 둘러싸고 셀 수 없이 많은 전쟁이 벌어졌습니다. 그 이유는 전 세계 지역이 매장량이 고갈되기 전에 에너지 수요와 성장을 충족시키기 위해 석유에 의존하고 있기 때문입니다.
해결책으로 우리는 바이오 연료에 눈을 돌립니다. 우리가 연료를 바라보는 방식을 바꿀 잠재력이 있는 재생 가능한 에너지의 원천입니다. 이것이 무엇이며 우리의 주요 소비 영역인 차량용 연료에 어떤 이점이 있는지 자세히 살펴보겠습니다.
연료는 본질적으로 에너지 운반체입니다. 그들은 화학적 형태로 에너지를 저장합니다. 에너지는 연소가 가장 원초적인 형태의 열에너지로 변환된 후 정상적으로 방출되어 활용됩니다. 그런 다음 난방, 발전 및 기계 가동을 위한 연료로 사용할 수 있습니다.
바이오 연료와 화석 연료를 구별하는 것은 동물 및 식물 폐기물과 같은 유기 공급원에서 파생된다는 것입니다. 대조적으로, 화석 연료는 지각 내에서 자연적인 지열 과정의 결과로 에너지 저장고입니다. 석유, 천연가스, 석탄과 같은 유용한 연료를 나타내는 데 수백만 년이 걸립니다. 또한 화석 연료와 달리 바이오 연료는 대부분 탄소 중립적입니다. 즉, 소비 중에 방출되는 탄소는 성장 단계에서 포획된 탄소보다 적거나 같습니다.
바이오 연료의 개념은 새로운 것이 아닙니다. 사실 화석연료가 발견되기 전에는 에너지의 주요 원천이었습니다. 석탄을 사용하기 전에 우리는 나무를 연료로 사용했습니다. 그러나 일반적으로 연료로 사용하기 위해 재배되지는 않았습니다. 목재 산업에서 1차 바이오 연료 사용의 잔재를 여전히 볼 수 있습니다.
1차 바이오 연료는 처리되지 않은 것입니다. 목재와 같은 연료는 빠르고 쉽게 수확할 수 있으며 연소하여 에너지를 방출할 수 있습니다. 재생 가능한 자원이지만 현금 작물로 목재를 수확하는 것은 에너지 수요가 증가하는 속도를 따라갈 수 없습니다. 그 결과 우리는 탄소 양성 과정인 대규모 삼림 벌채를 겪어야 합니다. 또한, 목재는 우리 차량에 사용할 수 없습니다. 이러한 증가하는 수요에 부응하기 위해 우리는 2차 바이오연료에 관심을 돌려야 합니다.
2차 바이오 연료가 있는 곳입니다. 정제된 연료를 생산하는 식물성 원료의 파생물입니다. 2차 바이오연료의 좋은 점은 연료 혼합물이 생성되어 이미 운송 산업의 인프라와 통합될 수 있다는 것입니다.
현재 연구 중인 차세대 바이오 연료를 사용하면 프로세스를 보다 효율적으로 만들 수 있어 보다 지속 가능한 생산 및 배송 프로세스가 가능해집니다. 다음은 한동안 주변에 있었고 이미 차량에 활용되고 있는 일부 바이오 연료입니다.
바이오에탄올은 가장 널리 사용되는 바이오 연료입니다. 바이오에탄올을 생산하는 전 세계에는 미국과 브라질의 두 주요 센터가 있습니다. 그러나 프로세스는 거의 동일합니다.
본질적으로 발효에 의해 설탕을 양조하는 것인데, 이는 효모가 있는 상태에서 설탕의 화학적 특성을 변경하여 에탄올을 생성하는 생화학적 과정입니다. 소비를 위해 양조하는 알코올과 매우 유사합니다. 그러나 일반적으로 메탄올과 같은 다른 화합물과 함께 변성되어 음용에 부적합합니다.
브라질은 방대한 사탕수수 작물로 인해 바이오에탄올 생산의 세계 선두주자입니다. 이는 주로 브라질이 2003년부터 브라질에서 판매되는 차량을 FlexFuel 차량(FFV)으로 규정했기 때문입니다. 이 차량은 E85 연료로 판매되는 85% 가솔린과 15% 에탄올을 혼합하여 운행됩니다. 얼마 지나지 않아 전 세계의 자동차 제조업체들이 이 표준에 부합하는 모델을 생산하기 시작했습니다.
미국은 주로 옥수수 설탕을 연료용 에탄올 생산의 원료로 사용합니다. 그러나 산업계는 생산 공정이 에너지 네거티브인지 아닌지에 대해 여전히 논쟁 중입니다. 이는 옥수수에서 바이오에탄올을 생산하기 위해 배출되는 연료보다 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 의미합니다. 그렇다면 왜 이렇게 생산되는 것일까요? 가장 가능성 있는 답은 농민과 업계에 고용된 수백만 명의 사람들을 보호하는 정부 보조금입니다. 또한 탄소 제거 프로세스를 통해 화석 연료에 덜 의존하고 지속 가능한 미래를 향해 나아갈 수 있습니다.
차량이 E85 연료로 작동할 수 있는지 확인하려면 차량 식별 번호(VIN)를 확인해야 합니다. 17자리 VIN의 8개 문자가 이 표시를 제공합니다. 일반적으로 엔진 블록 앞, 후드 아래 자동차 프레임 앞, 뒷바퀴 구멍 또는 스페어 타이어 아래, 운전석 도어 잼 또는 도어 포스트 내부에 있습니다. 일부 차량에는 FlexFuel 기능을 나타내는 스티커가 연료 도어 덮개 내부에 붙어 있습니다.
연료 생산을 위해 농업용 공급원료를 사용하는 것과 관련된 또 다른 문제는 토지 사용과 그에 따른 식량 비용을 설명하지 못하는 것입니다. 연료 수요가 증가함에 따라 식량을 위한 농작물의 경작지가 연료를 위한 농지로 전환될 것입니다. 셀룰로오스 에탄올은 이 문제에 대한 해결책을 제공합니다. 버개스, 나무, 풀, 먹을 수 없는 식물 부분과 같은 농업 폐기물을 사용하지만 동일한 공정으로 에탄올을 생산하는 2세대 바이오 연료입니다.
셀룰로오스 에탄올을 사용하면 인간의 먹이 사슬에 미치는 영향을 줄이면서 탄소 음성 연료의 이점을 얻을 수 있습니다. 농업 폐기물은 일반적으로 매립지에 버려지거나 1차 연료로 사용하기 위해 건조됩니다. 에탄올로 전환하여 더 넓은 시장에 활용할 수 있습니다.
운송 산업의 많은 부분, 특히 트럭 및 화물 열차와 같은 물류 서비스 차량은 기본 연료로 디젤에 의존합니다. 그러나 질소, 황 및 탄소 산화물의 비율이 더 높은 가장 오염된 연료 중 하나입니다.
바이오디젤은 디젤 기반 석유 제품을 대체하는 해답입니다. 1세대 바이오디젤은 식물에서 추출한 오일을 사용하여 생산됩니다. 패스트 푸드 산업의 폐 식물성 기름조차도 바이오 디젤을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 에탄올과 마찬가지로 블렌딩(보통 20%)되지만 순수한 형태로도 사용할 수 있습니다.
오일을 바이오디젤로 전환시키는 화학적 과정을 에스테르 교환 반응이라고 합니다. 이 공정은 촉매가 있는 상태에서 오일을 알코올과 반응시키는 것을 포함합니다. 순수 바이오디젤과 글리세린(제약 및 화장품 산업에서 활용할 수 있는 부산물)을 얻습니다.
2세대 바이오디젤은 조류와 같이 무게에 비해 높은 농도의 오일 매장량을 포함하는 미생물을 배양하는 방법을 찾고 있습니다. 조류는 또한 광합성 유기체이므로 환경의 탄소를 상쇄할 뿐만 아니라 대규모로 바이오디젤을 생산할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
바이오가스는 아마도 운송에 가장 적게 사용되는 연료일 것입니다. 그러나 활용하면 기후 변화에 가장 큰 영향을 미칩니다. 바이오가스의 문제점은 분해의 자연적인 부산물로 생성된다는 것입니다. 결과적으로 매립지와 동물 폐기물은 주성분인 메탄을 대량으로 생산하는 데 기여합니다. 이산화탄소보다 지구 온난화에 약 40배 더 강력한 온실 가스인 메탄은 대기 중으로 빠져 나옵니다.
그 영향을 완화하기 위해 더 나은 대안은 그것을 수집하고 연소용 연료로 활용하는 것입니다. 바이오가스로 운행하는 버스는 가축 농장 근처의 소화기를 통해 생산된 바이오가스를 활용하여 이미 유럽 일부 지역에서 실험되고 있습니다.
천연 박테리아가 혐기성 환경에서 분해를 돕게 하여 수집할 수 있습니다. 대중적인 인기를 얻지 못한 이유는 프로세스가 느리고 생산 속도가 확장성을 위해 막대한 투자가 필요하기 때문입니다. 또한, 대량 채택을 위해서는 주유소뿐 아니라 자동차 내부의 인프라에도 과감한 변화가 필요합니다. 차에 가압 실린더를 장착할 때 준수해야 하는 안전 요구 사항은 말할 것도 없습니다.
