[에너지라이프] 항공기 운항에 최적화된 특수 연료, 항공유

GS칼텍스 - 2019.10.02

글로벌 시대를 위한 안정적 연료 ‘항공유’

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1990년에 개봉한 영화 ’다이하드2’에서 주인공 맥클레인(브루스윌리스 역)은 수십 명의 테러리스트들이 타고 있던 비행기의 연료 주입구에 라이터를 던져 비행기를 한 방에 폭파 시킵니다. 악당들을 한 번에 처치하는 이 명장면은 참으로 통쾌하고 카타르시스까지 느끼게 하지만 현실에서 누군가 항공 연료에 라이터를 던져 화재가 일어난다면 큰 재앙이 될 것입니다. 그런데, 실제로 이런 일이 벌어질 수 있을까요? 결론부터 말씀드리면 “No”입니다. 실제 여러 TV프로그램에서도 실험을 하였는데요. 항공유에 불이 붙어있는 라이터나 성냥을 던지니 불이 오히려 꺼져버렸습니다. 항공유는 다른 연료에 비해 인화점이 상대적으로 높기 때문에 불이 쉽게 붙지 않는 성질을 가지고 있기 때문인데요. 항공기에 최적화된 성질을 가지고 있는 수송 연료, ‘항공유’에 대해 한번 알아볼까요?

특수한 상황에서도 안정적인, 항공유

항공유가 높은 안정성을 요구하는 이유항공유는 일반적인 수송 연료인 휘발유와 경유에 비해 관리 규격이 특이한 편입니다. 다른 연료와 다르게 항공유가 사용되는 비행기는 지상이 아닌 하늘을 날아야 하기 때문이죠. 그래서 항공유는 고도 변화에 따라 기온과 압력이 변하는 특수 환경을 고려하여야 합니다.

고도 10Km에서 외부 온도는 영하 55도 수준이며, 공기의 압력은 지상의 20%밖에 되지 않습니다. 일반 연료는 온도가 많이 낮아지면 침전물이 생기면서 연료 필터 등을 막을 수도 있고, 기압이 낮아지면 연료의 끓는점이 낮아져 연료에 기포가 발생하여 마찬가지로 연료 흐름이 원활하지 않게 될 수 있는데요. 항공 연료는 이런 특수한 환경에서도 안정적으로 연료를 공급해야 합니다. 이런 조건을 만족시키기 위해 민간 여객기에서는 등유 기반의 연료에 다양한 첨가제를 넣어 사용합니다. 항공유에는 산화 방지제, 정전기 방지제, 빙결 방지제, 부식 방지제(금속불활성제) 등의 첨가제가 포함되는데요. 이러한 첨가 성분으로 인해 항공유는 휘발유나 경유에 비해 고공의 저온 저압에서도 증기폐쇄를 일으키지 않으며 응고하지 않습니다.

또한, 항공 연료의 원활한 공급은 수 백명의 안전과 직결되기 때문에 품질 규격 관리가 중요한데요. 주요 품질 관리 항목으로는 화재와 관련이 있는 인화점, 연료의 결빙현상과 관련이 있는 석출점(어는점), 수분의 빙결 방지와 관련이 있는 물분리지수 등이 있습니다. GS칼텍스는 세계 주요 석유업체가 규정한 AFQRJOS(Aviation Fuel Quality Requirements for Jointly Operated Systems)를 비롯하여 영국 국방부와 미군의 규격 등 국제 규격을 엄격하게 준수하여 항공유를 생산하며 철저한 품질 관리를 통하여 안정성을 보장하고 있습니다.

일반 비행기와 군용 전투기의 연료는 다를까?

비행기도 종류가 여러 가지입니다. 민간 여객기, 군용 비행기, 경비행기 등이 있는데요. 비행기의 종류에 따라 사용하는 항공유도 다릅니다. 각 비행기의 특성이 다르기 때문에 그에 맞는 원료를 사용하는 것인데요. 항공유의 종류를 크게 나누면 다음과 같습니다.

Kerosene 타입 (민간 여객기)

등유 유분을 말하며, 항공유는 Jet A-1이라 부릅니다. 인화점이 높아 점화하기 위해 온도가 상당히 높아야 합니다. 대부분의 사람들이 이용하는 비행기인 민간 여객기에 사용되는 항공유의 99%를 차지하는 것이 바로 등유를 사용한 Kerosene 타입의 제트 연료입니다. 전 세계 대부분의 민간항공기는 Jet A-1을 사용하고 있습니다. Jet A-1은 인화점이 38도 이상, 빙점은 -47도 이하입니다.

Wide-cut 타입 (군용 비행기)

등유와 휘발유가 섞여있는 타입의 항공유로 Jet A-1에 비해 가벼워 항공기 엔진을 구동하는 데 적합하여 과거에 주로 군에서 사용했던 연료입니다. 하지만, 인화점이 낮아 화재폭발의 위험성이 높고, 높은 고도에서는 연료가 증발/손실 되기도 하여 현재 군에서는 사용하지 않습니다. 다만, 석출점(결빙점)이 낮기 때문에 캐나다 북부, 알래스카, 러시아 등 추운지방에서 사용되기도 합니다.

AV-Gasoline (항공 휘발유)

자동차 엔진과 같은 원리의 가솔린 엔진이 있는 경비행기 등에 사용됩니다. 하지만 옥탄가가 높아 일반 차량용 휘발유와는 다릅니다.

하늘을 나는 자동차의 연료는 휘발유? 항공유?

어렸을 적 SF영화를 보면 하늘은 나는 자동차가 항상 등장했습니다. 세월이 많이 지난 지금 실제로 다양한 곳에서 하늘을 나는 자동차를 만들기 위해 노력해왔고, 아직 상용화는 되지 않았지만 개발에는 성공했습니다. 그럼 자동차와 비행기의 중간 형태에 있는 하늘을 나는 자동차에는 어떤 연료를 사용해야 할까요? 고도에 따른 온도와 기압의 변화를 버텨내는 항공유가 필요할까요? 아니면 좀 더 가볍고 효율적일 수 있는 휘발유나 경유가 들어가야 하는 걸까요?

비행 자동차 Aeromobil 3.0은 2014년 10월 29일 첫 비행 테스트를 무사히 마쳤습니다. 이 자동차를 만든 Aeromobil 사는 결론적으로 항공 휘발유를 연료로 사용하는 비행자동차를 만들었습니다. 사실 경비행기나 프로펠러 비행기, 헬리콥터 등 소형 피스톤 엔진 구동 항공기에서는 이미 AV-Gasoline(항공 휘발유)을 사용하고 있습니다. 하늘을 나는 자동차의 경우 일반 여객기에 비해 지상으로부터 공중에 떠있는 높이가 높지 않고 비행시간이 짧아 항공 휘발유를 사용하는 것인데요.

차량용 휘발유와 하늘을 나는 자동차에 쓰이는 항공 휘발유는 차이점이 있습니다. 하늘을 나는 자동차는 이륙 시 출력과 가속이 일반 자동차에 비해 월등합니다. 이로 인해 이륙 시 발생할 수 있는 이상 연소 발생을 억제하기 위해 비행 자동차용 항공 휘발유는 일반 차량용 휘발유에 비해 주로 옥탄가가 높은 휘발유를 사용합니다. 옥탄가는 휘발유의 노킹 정도를 측정하는 값으로, 옥탄가가 높을수록 고급 휘발유로 분류되는데요. 그렇다면 옥탄가 높은 항공 휘발유를 일반 승용차의 연료로 사용할 수 있을까요? 안됩니다! 납의 함량이 다르기 때문인데요.

국내 자동차용 휘발유는 무연휘발유로 납이 첨가되지 않는 반면, 항공 휘발유에는 옥탄가 상승을 위해 납 성분(테트라 에틸 납)이 첨가되고 있습니다. 항공 휘발유는 다양한 농도의 테트라 에틸 납을 함유하고 있습니다 (대부분 0.5g/L 이상). 납의 독성에 대한 우려 때문에 일반인과의 접촉 가능성이 높은 일반 차량용으로는 사용되고 있지 않지만, 일반인과 연료의 접촉이 적고 안정적인 운행이 중요한 비행기에서는 항공유에 첨가된 납 성분이 옥탄가 상향제로 작용하여 이륙시 발생할 수 있는 출력과 가속을 견딜 수 있도록 해줍니다.

항공유, 어디에 저장되며 연비는 얼마 일까?

대형 여객기의 연비는 어떨까요? 많은 짐과 승객을 옮기기도 하고, 여객기 자체의 무게가 일반 차량과는 비교하기 힘든 수준이라 당연히 낮을 수 밖에 없어 보이는데요. 약 400명이 탑승할 수 있는 보잉 747-400기의 경우, 연비가 약 0.065km/L로 생각보다 더 낮습니다. 1리터로 65미터를 가는 것이니, 일반 자동차 연비를 10km/L로 가정하고 비교했을 때 약 150배 차이가 나는 것이지요.

이렇게 연비가 좋지 않은 만큼 장거리 이동 시 많은 연료를 채워야 하는데요. 설계 운영 거리가 서울에서 뉴욕까지의 거리인 11,046 km를 약간 넘는 11,186km인 이 비행기는 최대 173,225 L의 항공유를 탑재할 수 있다고 합니다. 55L의 중형차를 기준으로 비교할 때 비행기 1대를 가득 채울 연료로 약 3,150대의 중형 차의 연료를 가득 채울 수 있는 어마어마한 양이죠. 비행기에 탈 승객도 화물도 많은데 이 많은 항공유는 어디에 실어서 가는 것일까요?

정답은 비행기 날개입니다. 보잉 747-400 경우 앞날개, 뒷날개 모두에 연료통이 있습니다. 그래서 연료를 사용할 때 좌우 날개의 연료를 동일하게 사용하여 무게 대칭을 맞출 수 있는 것입니다. 항공유가 단순히 연료로서만 사용되는 것이 아니라 무게 중심을 잡는 역할을 하는 것이죠.

글로벌 시대의 안정적인 연료로 중요한 역할을 하고 있는 항공유! 하늘이라는 특수한 환경에서도 안정성을 유지할 수 있게 해주는 특수한 연료 항공유를 알아봤습니다. 안전이 가장 중요한 항공기에 사용되는 연료이다 보니 우수한 품질규격을 유지하는 것이 중요해 보이는데요. GS칼텍스는 엄격한 품질관리를 통해 항공유의 품질 규격을 준수하고 있습니다. 우수한 품질 덕분에 한국 국적 항공사와 외국 항공사 등 50여 개 항공사에 항공유를 공급하고 있는데요. 특히 우리나라 대표 항공사인 대한항공이 국내에서 필요로 하는 항공유의 50%를 공급하고 있습니다.

뿐만 아니라 한국을 거치는 외국 국적 항공사 100여 개 중 40여 항공사도 우리 항공유를 쓰고 있으며, 최근 몇 년간 항공시장 판도를 바꾼 제주항공, 진에어, 이스타항공 등 소위 저비용 항공사(LCC : Low Cost Carrier)가 필요로 하는 항공유 소요량의 약 33.6%를 공급하고 있는데요. (2018년 기준) 앞으로도 우수한 품질의 항공유를 공급하여 국내 항공산업 발전에 기여할 것으로 기대합니다. 이상 <에너지 라이프 항공유>편, I am your Energy GS칼텍스였습니다!

에너지라이프, 운송연료, 항공유, 휘발유