항공기 바이오 연료, 환경 영향 30% 까지 줄인다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-07-01 23:42:15
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* 비행운의 얼음 결정은 배기가스의 미세 먼지와 에어로졸이 물의 결정화 촉진해 형성
* 바이오 등유가 50% 함유된 혼합물 기후 영향 20-30% 감소 시켜
* 연료에 방향족이 적다는 것-> 배기가스 그을음이 적어-> 비행운에 얼음 결정 적게 들어 가
* 항공기가 바이오 등유 혼합물로 비행하면 그을음 배출량이 45~53% 감소

항공: 바이오 연료가 비행운을 줄인다.
바이오 등유가 50% 함유된 혼합물은 환경 영향을 20~30% 줄여.


긍정적인 효과:
비행기가 일반 등유 대신 바이오 연료를 사용하면 항공 교통의 CO2 발자국을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 비행운으로 인한 부정적인 기후 영향도 줄어든다. 시험 비행의 결과다.
등유의 절반을 바이오 기반 연료로 대체하면 그을음 배출이 절반으로 줄어들고 비행운에 있는 얼음 결정의 수가 줄어들고 기후에 미치는 영향이 20~30% 감소한다고 연구원들이 "네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)" 저널에 보고했다.  

▲ 과학을 위한 추격 비행 : NASA 측정 항공기가 다양한 연료 혼합물로 연료를 보급한 테스트 항공기 바로 뒤에서 비행하고 있다. 이것은 바이오 등유가 배기 가스와 비행운을 어떻게 변화시키는 지 보여준다. © DLR / NASA

식물 폐기물, 수소 또는 플라스틱 폐기물에서 발생하는지 여부:
전기 자동차 또는 태양열 비행기 외에도 바이오 기반 및 합성 연료는 특히 이전에 원유에서 얻은 등유에 대한 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 대체 연료의 주요 목표는 항공기의 온실 가스 및 오염 물질 배출을 줄이고 항공 교통의 CO2 균형을 개선하는 것이다.
대기 중 높은 곳에서 방출되는 배기가스 제트로 인한 비행운이 기후에 특히 강한 영향을 미치기 때문이다.

추격 비행 중 측정

오버파펜호펜(Oberpfaffenhofen)에 있는 독일 항공우주센터(DLR)의 크리스티안 포이그트(Christiane Voigt)가 이끄는 팀은 NASA와 함께 다양한 비행 테스트에서 바이오 등유가 항공기 배출량과 기후에 미치는 영향을 줄일 수 있는지 조사했다.

이를 위해 과학자들은 석탄으로 만든 등유와 합성 연료의 혼합물인 일반 Jet A-1 등유 혹은 30 또는 50%의 바이오 연료 Hefa(Hydroprocessed Esters and Fatty Acids / 수소화 처리된 에스테르 및 지방 산)로 구동되는 Airbus A320을 수차례 타고 비행했다.

시험 항공기로부터 1~2분 후, NASA 연구 항공기 DC-8이 이륙하여 비행 중에 배기가스 제트의 배출 및 비행운 형성을 측정했다. 비행운의 얼음 결정은 일반적으로 배기가스의 미세 먼지와 에어로졸이 물의 결정화를 촉진하기 때문에 형성된다.
줄무늬는 약 8~12km 고도의 춥고 습한 조건에서 몇 시간 지속될 수 있으며 일반적으로 온난화 효과가 있다.

그을음과 얼음 결정의 절반만

측정 결과:
테스트 항공기가 바이오 등유 혼합물로 비행하면 그을음 배출량이 45~53% 감소했다.
이것은 얼음 결정의 형성도 약 절반으로 감소했음을 의미한다. 동시에 배출물에 의해 생성된 얼음 결정은 일반 등유 배기가스보다 다소 크기 때문에 수명이 단축된다.
연구팀은 "더 큰 얼음 결정은 더 빨리 승화하고 더 빨리 침착되기 때문에 더 큰 결정을 가진 비행운이 오래 지속되지 않는 이유"라고 말했다.

전반적으로 과학자들은 연료 혼합물을 사용하여 비행운의 기후 영향을 20~30% 줄일 수 있다고 결정했다. “얼음 결정의 수가 적으면 비행운으로 인해 대기로 유입되는 추가 에너지가 줄어든다. 이것은 응결 흔적 구름의 기후 온난화 효과를 크게 줄인다”며 "이 증거는 기후 친화적인 항공의 가능성에 대한 돌파구이다”고 포이그트가 설명했다.
▲ 그림 5 : 기준 제트 A1 연료 (Ref2, 검정색) 및 저 방향족 반합성 제트 연료 SSF1 (파란색)의 비행운 입자 크기에 대한 겉보기 얼음 배출 지수 분포. 출처: 관련논문 Cleaner burning aviation fuels can reduce contrail cloudiness 6월17일 출판

고리형 탄화수소 함량이 중요

이 긍정적인 효과의 이유 중 하나는 바이오 기반 및 합성 연료의 구성이다.
DLR 슈투트가르트 연소 기술 연구소의 패트릭 르 클레르크(Patrick Le Clercq)는 "이 모든 지속 가능한 연료는 소위 방향족이라고 하는 고리형 탄화수소 없이 생산할 수 있다는 공통점이 있다"고 설명했다. "연료에 방향족이 적다는 것은 배기가스에서 그을음이 적어서 비행운에 얼음 결정이 적게 들어 있다는 것을 의미한다.”

대체 연료는 원유 및 기타 화석 연료를 원료로 사용하지 않기 때문에 CO2 발자국도 더 낮다.
바이오 기반 연료는 식물이 이전에 공기에서 흡수하여 유기물 형태로 조직에 내장된 CO2 양만 방출한다.

재생 에너지의 도움으로 얻은 폐기물이나 수소의 연료도 CO2를 절감하는 데 도움이 될 수 있다. "이러한 방식으로 지속 가능한 연료는 항공, 비행운 및 CO2 발자국의 두 가지 가장 큰 기후 온난화 효과를 줄인다"고 Le Clercq는 말했다.

가교 기술로서의 대체 연료

연구팀에 따르면 대체 연료는 장기적으로 정교한 전기 항공기와 같은 더 나은 솔루션을 사용할 수 있을 때까지 최소한 일시적으로 항공을 보다 기후 친화적으로 만드는 데 도움이 될 수 있다. DLR의 마르쿠스 피셔(Markus Fischer)는 "소위 Sustainable Aviation Fuels SAF를 통해 우리는 배출 없는 항공을 향한 징검다리 기술을 보유하고 있다"고 말했다.

등유와 지속 가능한 연료의 혼합물에 대한 결과가 나온 후, 연구자들은 이제 지속 가능한 연료만 사용하는 비행이 배기가스와 비행운에 어떤 영향을 미치는지 확인하기를 열망하고 있다. 이를 위해 최근 에어버스, 롤스로이스, DLR 등 파트너사에서 합동 비행 시험을 진행했다.
현재 데이터를 평가 중이다. 추가 시험 비행은 2021년 가을에 계획돼 있다.
(Nature Comunications Earth & Environment, 2021; doi:
10.1038/s43247-021-00174-y)
출처: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) , Max-Planck-Gesellschaft

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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