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Kermit Frog는 "녹색이 되는 것이 그렇게 쉬운 일이 아닙니다."라고 말했습니다. 그가 자동차를 언급한 것은 아니지만 그의 관찰은 오늘날 자동차 산업에 특히 적절해 보입니다. "친환경" 자동차를 설계, 개발 및 마케팅하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 이것이 가솔린 차량이 여전히 도로와 화석 연료를 지배하는 이유입니다. 여전히 세계 에너지 소비의 거의 75%를 차지합니다. 그러나 휘발유 가격이 치솟고 유해한 배출 가스에 대한 우려가 높아지면서 대체 연료를 사용하는 자동차가 점점 더 중요해질 것입니다. 천연 가스 차량(NGV)은 이러한 자동차의 완벽한 예입니다. 연료 효율적이고 환경 친화적이며 소유 비용이 상대적으로 낮습니다.
대체 연료 차량 이미지 갤러리
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이 기사에서는 NGV의 기본 아이디어를 설명하고 관련된 고유한 설계 과제를 살펴보고 이 기술의 장점과 이점을 검토합니다.
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"가스"라는 단어는 유사하지만 정확히 동일하지 않은 많은 다른 물질을 설명하는 데 사용되기 때문에 혼란스러운 용어입니다. 예를 들어, 자동차에 넣는 "가스"는 원유 또는 석유의 한 구성 요소인 가솔린입니다. 석유는 고대 해양 동물의 부패로 지하에서 형성된 화합물의 어둡고 끈적한 액체 혼합물입니다.
천연 가스도 고대 유기체의 부패에서 유래하지만 자연적으로 액체 형태가 아닌 기체 형태를 취합니다. 천연 가스는 일반적으로 원유와 관련하여 발생합니다. 그것은 육상 식물과 수생 유기물에서 파생되며 기름 매장물의 위 또는 아래에서 형성됩니다. 그것은 종종 저수지에 존재하는 고압에서 원유에 용해됩니다. 비연관 가스라고 하는 천연 가스 저장소도 있으며, 이 저장소에는 석유만 있고 가스는 없습니다.
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천연 가스는 주로 메탄 및 기타 탄화수소 가스로 구성됩니다. 탄화수소는 탄소와 수소 원소로만 구성된 유기 화합물입니다. 천연 가스의 탄화수소는 단일 결합으로 결합된 수소와 탄소를 포함하기 때문에 포화 탄화수소라고 합니다. 도표에서 알 수 있듯이 메탄은 가장 단순한 포화 탄화수소입니다.
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가솔린과 마찬가지로 천연가스는 가연성이므로 가솔린과 같은 연소 엔진에 사용할 수 있습니다. 하지만 천연가스를 태울 수 있는 자동차는 1930년대까지 등장하지 않았습니다.
지하 저수지에 갇힌 천연 가스를 땅에 구멍을 뚫어 추출합니다. 다이아몬드 박힌 드릴 비트가 장착된 현대식 유정은 25,000피트에 가까운 깊이까지 드릴링할 수 있습니다.
19세기 내내 천연가스의 사용은 많은 양의 가스를 장거리로 수송할 방법이 없었기 때문에 국지적인 사용으로 남아 있었습니다. 1890년에 누출 방지 파이프라인 연결 장치가 발명되어 소스에서 가스 마일을 수송할 수 있게 되었습니다. 파이프라인 기술의 개선은 장거리 가스 전송이 실용화될 때까지 향후 20년 동안 계속되었습니다. 1927년부터 1931년까지 노동자들은 미국에서 10개 이상의 주요 천연 가스 전송 시스템을 건설하여 천연 가스를 많은 응용 분야에서 실행 가능한 에너지원으로 만들었습니다. 1960년대 후반과 1970년대 초반의 석유 부족으로 인해 천연 가스, 특히 자동차의 연료 공급원으로 천연 가스에 대한 관심이 다시 높아졌습니다.
오늘날 천연 가스 차량 소유자는 미국에 있는 1,300개 주유소 중 한 곳에서 자동차를 충전할 수 있습니다. Honda는 또한 천연 가스 구동 Civic을 구매하는 사람들에게 개인용 천연 가스 펌프를 제공합니다. 펌프는 가정의 기존 천연 가스 라인을 사용하며 $500 ~ $1500에 설치할 수 있습니다.
다음 섹션에서는 천연 가스 차량이 어떻게 설계되는지 논의할 것입니다.
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그러나 NGV가 효율적으로 작동하려면 몇 가지 수정이 필요합니다. 이러한 변경 사항은 주로 연료 저장 탱크, 엔진 및 섀시에 있습니다.
연료 저장고
대부분의 NGV는 압축 천연 가스를 사용하여 작동하므로 연료가 더 적은 공간을 차지합니다. 주유소에서 가스는 제곱인치당 3,000-3,600파운드로 압축되어 차량의 후면, 상단 또는 하부 구조에 부착된 고압의 튜브 모양 실린더로 펌핑됩니다. 초기 NGV의 저장 탱크는 부피가 커서 차량의 화물 공간을 많이 차지했지만 더 새롭고 더 가벼운 실린더가 개발되었습니다. 통합 저장 시스템(ISS)이라고 하는 이 복합 실린더는 충돌 시 보호하기 위해 유리 섬유 쉘과 충격 흡수 폼 안에 들어 있습니다. 실린더는 또한 직경이 더 작아 세 개가 기존의 가솔린 탱크와 유사한 크기와 모양으로 함께 수용될 수 있습니다.
<중앙>  이미지 제공 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소 |
엔진 개조
NGV의 엔진이 시동되면 천연 가스가 저장 실린더에서 연료 라인으로 흐릅니다. 엔진 근처에서 천연 가스는 압력을 줄이기 위해 레귤레이터로 들어갑니다. 그런 다음 가스는 실린더에 연료를 도입하는 다점 가스 연료 분사 시스템을 통해 공급됩니다. 센서와 컴퓨터는 연료-공기 혼합물을 조정하여 점화 플러그가 가스를 점화할 때 가스가 효율적으로 연소되도록 합니다. 천연 가스 엔진에는 단조 알루미늄, 고압축 피스톤, 경화 니켈-텅스텐 배기 밸브 시트 및 메탄 전용 촉매 변환기도 포함됩니다.
<중앙>  사진 제공 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소 설치된 천연 가스 엔진 |
섀시 수정
연료 저장 용기를 위한 공간을 확보하기 위해 NGV 정지의 일부 수정이 필요할 수 있습니다. 차량 후면에서 세미 트레일링 암 서스펜션은 종종 많은 가솔린 구동 자동차에 표준으로 제공되는 측면 링크 서스펜션을 대체합니다. 이는 후방 차대에 더 많은 열린 공간을 제공하면서도 여전히 부드럽고 편안한 승차감을 제공합니다. NGV는 또한 스페어 타이어와 잭을 제거하여 평평한 평면도를 가능하게 합니다. Goodyear Tire의 Extended Mobility Tire와 같은 "Run-flat" 타이어는 스페어 타이어와 잭이 없다는 사실을 보완하기 위해 설치됩니다.
<중앙>  사진 제공 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소 |
급유의 차이점
천연 가스 차량에 연료를 보급하는 것도 약간 다를 수 있습니다. Honda Civic GX와 같은 일부 NGV에서는 연료 공급 지점이 뒤쪽에 있지만 연료 공급 지점은 일반적으로 차량의 전면에 있습니다. NGV는 가솔린 또는 디젤 차량에 연료를 공급하는 데 걸리는 시간과 거의 동일한 시간에 "급속 충전" 펌프로 연료를 공급할 수 있습니다. 또는 "천천히 충전" 방법을 사용하여 5~8시간 안에 NGV에 연료를 공급할 수 있습니다. Honda가 제공하는 가정용 주유소는 느린 충전 방식으로 자동차 소유자가 밤새 차량에 연료를 보급해야 합니다.
다음으로 천연가스 차량이 가솔린 차량에 비해 어떤 장점이 있고 단점이 있는지 논의할 것입니다.
천연 가스 차량은 다음과 같은 이점도 제공합니다.
단점
NGV에 대한 가장 큰 불만 중 하나는 가솔린 자동차만큼 넓지 않다는 것입니다. NGV는 연료 저장 실린더를 수용하기 위해 귀중한 화물과 트렁크 공간을 포기해야 하기 때문입니다. 뿐만 아니라 이러한 실린더는 설계 및 제작 비용이 많이 들 수 있습니다. 이는 가솔린 차량에 비해 천연 가스 차량의 전체 비용이 더 많이 드는 원인이 됩니다.
<중앙>  사진 제공 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소 연료 실린더를 보여주는 후면 차대 |
또 다른 단점은 NGV의 제한된 주행 범위로, 일반적으로 가솔린 차량의 절반 정도입니다. 예를 들어, Honda의 천연 가스 Civic인 Civic GX는 급유 없이 최대 220마일을 갈 수 있습니다. 일반적인 가솔린 구동 시빅은 연료를 보급하지 않고 약 350마일을 갈 수 있습니다. 전용 NGV가 도로에서 연료가 떨어지면 소유자의 집이나 지역 천연가스 충전소로 견인되어야 하며, 이는 "일반" 주유소보다 찾기가 더 어려울 수 있습니다.
마지막으로, 가솔린과 같은 천연 가스는 화석 연료이며 재생 가능한 자원으로 간주될 수 없다는 점에 유의해야 합니다. 미국의 천연 가스 매장량은 여전히 상당하지만 고갈되지 않는 것은 아닙니다. 일부에서는 2003년 생산량이 계속된다고 가정할 때 67.1년 동안 천연가스 매장량이 충분히 남아 있다고 예측합니다.
NGV가 제공하는 몇 가지 장점에도 불구하고 여전히 상대적으로 흔하지 않습니다. 천연 가스 연합(Natural Gas Coalition)에 따르면 현재 미국에는 130,000개의 NGV가 있고 전 세계적으로 250만 대가 넘는 NGV가 있습니다. 이를 고려하여 2001년에 1억 4,250만 대의 등록된 차량이 있었다는 점을 고려하십시오. 이는 미국에서 가스 동력 차량의 수가 NGV의 거의 1,100대 1임을 의미합니다. 그러나 Ford, General Motors, Toyota 및 Volvo를 포함한 40개 이상의 제조업체에서 현재 NGV를 생산하고 있습니다.
<중앙>  사진 제공 혼다 Phill 가정용 연료 공급 장치 |
Civic GX 및 E 200 NGT와 같은 차량은 매우 제한된 시장에서만 사용할 수 있지만(전자는 특정 서부 주에서, 후자는 유럽에서), NGV는 향후 20년 동안 소비자에게 더욱 널리 보급될 것으로 예상됩니다. 기름값이 계속 오르고 있기 때문이다. 그런 일이 발생하면 녹색이 되는 것이 조금 더 쉬울 것입니다.
천연 가스 차량 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
많은 장거리 트럭과 버스는 액화 천연 가스(LNG)라고 하는 다른 형태의 천연 가스를 사용합니다. LNG는 천연 가스를 -260°F로 냉각하여 액체로 응축하여 만듭니다. 액체 형태는 훨씬 더 밀도가 높기 때문에 차지하는 공간의 양에 비해 더 많은 위치 에너지를 갖습니다. 이는 자동차나 트럭의 동일한 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 의미합니다. |
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