기본 콘텐츠로 건너뛰기

압축공기 + 내연 기관 = 하이브리드 에어 자동차



 푸조는 2016 년에 출시될 2 세대 2008 에 압축공기 시스템을 가솔린 엔진과 결합한 하이브리드 에어 (Hybrid Air) 시스템을 적용할 예정이라고 발표했습니다. 이 하이브리드 시스템은 요즘 나오는 전기 - 내연기관 하이브리드와 다르게 배터리 대신 압축 공기 (정확히는 압축 질소) 를 사용하는 방식입니다. 압축 공기 엔진 자동차는 이미 소개 드린 바 있지만 (  http://jjy0501.blogspot.kr/2012/05/blog-post_9789.html 참조) 여러가지 단점을 가지고 있는데 이런 방식으로 이 단점을 극복하고 사용차로 만들려는 시도로 생각됩니다. 



(시트로엥 2008 하이브리드 에어. Peugeot Citroen Hybrid Air  Credit: PSA Peugeot Citroen )




(설명 영상)   


 압축 공기로 에너지를 저장하는 방식은 비싼 리튬 배터리 대비 가격이 저렴하고 쉽게 크기를 늘릴 수 있으며 한정된 자원인 리튬을 사용하지 않는다는 장점이 있습니다. 하지만 이전에 설명드렸듯이 압축 공기 엔진에는 여러가지 단점이 존재합니다. 그 단점이란 


 - 낮은 에너지 저장 밀도 : 고압의 압축공기, 예를 들어 30 MPa (4500 psi, 혹은 300 bar  참고로 300 bar 면 약 300 기압) 의 정도 고압 압축 공기의 에너지 저장 밀도는 1 리터당 50 Wh 수준에 불과합니다. 납축전지의 60 - 75 Wh/l 나 리튬 이온 배터리의 250 - 620 Wh/I 에 비해 낮은 것은 물론이고 리터당 9411 Wh 의 에너지 저장이 가능한 가솔린에 비해 현저히 낮은 수치인데 이를 쉽게 말하면 가까운 거리까지 이동하기 위해서는 아주 큰 압축 공기 탱크가 필요하다는 것입니다. 

 -  샤를의 법칙 : 공기가 팽창하면 샤를의 법칙에 의해 그 온도는 크게 떨어지게 됩니다. 이렇게 떨어진 온도로 인해 엔진이나 기타 부품들이 손상을 입을 수 있으며 특히 공기중 들어있는 수증기 때문에 미세한 얼음이나 서리가 끼어 엔진에 꽤 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 열 교환기가 필요해집니다. 

 - 짧은 주행 거리 : 낮은 에너지 밀도로 인해 압축 공기통이 크더라도 저장할 수 있는 에너지가 적어 주행 거리는 짧은 편입니다.  

 - 온실가스 배출 : 공기 자체는 연소되지 않고 온실가스도 배출하지 않습니다. 그러나 중요한 점은 압축 공기는 에너지를 저장하는 수단이지 에너지 그 자체가 아니라는 점입니다. 대개 공기를 압축하는데 전기를 사용하게 되는데 오늘날 전기의 대부분은 화석 연료를 이용해서 생산됩니다.

 - 안전 문제 : 고압 가스를 가진 공기 탱크가 필요하게 되므로 충돌시 폭발 문제를 생각하지 않을 수 없음. 


 푸보의 하이브리드 에어는 위에 언급한 문제를 해결하기 위한 아이디어 입니다. 푸조는 압축 공기의 낮은 에너지 저장 밀도와 짧은 주행 거리를 극복하기 위해서 가솔린 엔진과의 하이브리드 시스템으로 개발했습니다. 이것으로 짧은 주행 거리와 압축공기를 쉽게 보충할 수 없는 문제가 해결됩니다. 


 샤를의 법칙에 의한 문제를 피하기 위해서는 그냥 공기를 압축하는 대신 고압의 질소를 2 개의 탱크 사이에 (저압 및 에너지 저장 탱크) 저장했습니다. 따라서 공기 중 수증기 문제도 피할 수 있고 급격한 압력 변화로 인한 열 문제도 어느 정도 잡을 수 있습니다. 


 마지막으로 이 하이브리드 시스템은 차가 브레이크를 밟는 상황에서 공기를 압축하는 방식으로 에너지를 조금씩 저장합니다. (물론 공회전 하는 상황에서도) 이렇게 저장된 에너지로 단독으로 주행할 수 있지만 언덕을 오르는 등 힘이 더 필요한 상황에서는 압축된 공기의 에너지를 같이 이용한 파워 드라이빙이 가능합니다. 


 하이브리드 에어 시스템은 내연기관 + 전기 하이브리드 시스템과 비슷하게 고속도로에서 장거리 주행하는 경우에는 오히려 연비가 낮을 수도 있지만 가다 서다를 반복하는 도심 주행에서는 더 높은 연비를 보장합니다. 연비는 대략 40 km/l 라고 하는 데 실제로 어느 정도 수준인지는 실물이 나와서 정확한 측정을 해봐야 알 것으로 보입니다. 압축 공기와 가솔린 엔진의 전환은 자동으로 이뤄지며 압축공기로 낼 수 있는 최고 속도는 시속 43 마일 (약 시속 70 km)  정도라고 합니다. 


 그럴싸해 보이는 아이디어긴 한데 과연 얼마나 실용적일지 궁금하네요. 


 참고 






라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다. 잘 쓰지도 않을 방법을 열심히 공부하는 것은 아무래도 효율
댓글 4개
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만 신생대에 박쥐가 등장하면서 플로팔랑곱
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-teenage-girl-years-reconstructed.html
댓글 쓰기
자세한 내용 보기