1. 개요
연료(燃料, fuel)는 연소의 3요소인 가연물, 점화원, 산소공급원 중 가연물에 해당하는 물질들로, 공기 중의 산소와 쉽게 화합하여 연소할 뿐만 아니라 이 발생한 연소열을 경제적으로 이용할 수 있는 물질들을 말한다.순우리말로는 땔감이라 한다. 그러나 땔감은 대개 가정에서 난방을 위해 쓰이는 목재 연료(숯, 장작 등)만을 의미하고 연료는 산업적, 공업적인 느낌이 강한 말이다.
모든 동력 기관이 연료를 필요로 하는 것은 아니다. 수력 발전처럼 중력을 이용하거나,[1] 풍력 발전, 조력 발전처럼 자연 현상을 이용한 동력 기관은 연료를 소모하지 않는다. 이러한 자연 현상을 이용한 동력들도 굳이 기원을 파헤치자면 궁극적인 에너지원은 태양(핵융합 발전)이라 할 수 있겠다.
2. 역사
오랫동안 인류는 난방 및 조리를 위해 연료를 활용해왔다. 불을 일으키는 나무는 인류 문명 여명기부터 쓰인 최초의 연료라 할 수 있다.산업혁명 이후 증기기관, 내연기관 등의 동력 기관이 등장하면서 이들 기기를 위한 연료의 쓰임이 늘어났다. 이에 따라 연료의 확보는 국가 산업 발전에 핵심적인 것이 되었다. 이 시기에 석탄, 석유와 같은 화석연료는 인간의 필요에 따라 자유롭게 캐내다 쓸 수 있기 때문에 집중적인 조명을 받았다.[2] 또한 이런 연료들은 지구상에 다소 불균등하게 분포해있기 때문에 지정학적 역학 관계를 형성하게 되었다.
과학 기술의 발전으로 연소 이외의 방식으로 에너지를 얻는 방식도 생겨났다. 20세기 초 물리학의 발달로 가능해진 원자력(핵분열, 핵융합) 발전이 대표적이다. 이에 따라 우라늄, 플루토늄도 인류의 새로운 연료(핵연료)가 되었다.
20세기 후반부터는 지구온난화, 석유 고갈 위험 등의 환경 문제가 대두되어 화석 연료의 사용을 줄이려는 움직임이 형성되었다. 바이오매스를 비롯한 대체 에너지 역시 부각되었다. 그러나 21세기 초를 기준으로 아직까지는 석유가 인류의 대표적인 연료로 자리매김하고 있다. 아울러 에너지 생산은 그대로 화석연료로 하되 대형 발전소에서만 연료를 사용하고 일상에서는 전기를 사용하려는 경향성도 짙어졌다.
3. 특성
연료는 공기 중에 쉽게 연소가 가능해야 한다. 경제성, 운반성, 저장성, 사용 용이성 등이 좋은 연료의 기준이 된다. 발열량 역시 그러한 기준 중 하나이다.연료의 주 성분은 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 텅스텐, 회분(연소 반응을 통해 생성된 고체 산화물)이다.
4. 형태
4.1. 고체연료
석탄(아탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄)과 코크스, 그리고 초식성 동물의 똥이 있다.[3] 우리가 일상생활에서 자주 볼 수 있고 간단하여 자주 쓰이고 있다. 구매가 쉽고 가격이 저렴하여 전통적으로도 많이 이용되었다. 하지만 연소의 효율이 낮고 불순물이 많이 나온다는 단점이 있다.
4.2. 액체연료
대표적인 액체 연료는 석유인데, 휘발유, 경유, 중유, 등유, 아스팔트 등이 이에 해당한다.고체연료보다 품질이 균일하고 발열량이 더 높으며, 연소 효율이 뛰어나다. 액체 상태이기 때문에 점화 및 소화가 쉬우며 운반하기도 편리하지만, 화재 발생의 우려가 있으며 대기오염을 심하게 일으킨다. 또한 찌꺼기 제거가 힘들어, 로켓 재사용에 불리하다.
4.3. 기체연료
대표적인 기체연료로는 액화천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG), 그리고 석탄계 가스인 석탄가스와 발생로가스, 그리고 수성가스와 고로가스가 있다.연소 방법으로는 확산연소와 예혼합연소를 이용한다.
연소 효율이 좋으며 대기오염도 적어 활용도가 높다.
하지만 폭발의 위험성이 크다. LPG 충전소는 구청에서 영업권을 지정해줘야 한다. 직사광선을 피하고 온도도 40도 이하로 유지해야 한다. 통풍이 잘 되는 곳에 보관해야 하며 화기 근처에 두어서는 안된다.
기체이기 때문에 수송이나 저장이 불편하며 연료비가 비싸다는 단점이 있다.
2020년대 들어 우주항공 업계에서는 메테인으로 등유와 액체수소를 대체하고 있는 추세이다. 지구 밖에서도 얻기 용이한 성분이며, 찌꺼기가 끼지 않아 재사용에 용이하기 때문이다.[4]
5. 종류
6. 목록
7. 여담
북한에서는 연료용 기름을 연유(燃油)라고 한다.오늘날의 상당수 연료는 국가적 자원으로 취급된다. 다만 자원에는 연료만 있는 것은 아니고 철, 알루미늄 등 재료 계열의 자원들도 있다.
게임에서도 자원으로 종종 등장한다.
[1] 역사적으로 생각보다 수력발전의 동력이 꽤 큰 영향을 미쳤다. 오죽하면 석탄과 유사하다고 하여 하얀 석탄(houille blanche)이라고도 할 정도이다.# 영국이나 프랑스 등 서유럽에서 초기에 자본주의를 이룩한 국가들은 수력을 이용하고자 공장을 하천 변에 건설하곤 했다.[2] 세계사적으로 영국에서 제일 먼저 산업혁명이 일어난 것은 석탄의 접근성이 용이했던 것도 한 이유였다고 한다.# 위에서 언급한 대로 수력도 우수한 동력이었지만 지형의 제한을 받는다는 약점이 컸다. 하천변에 위치한 공장은 도시와 멀어 노동력 확보가 어려운 문제가 있었다. 근대 자본주의를 처음 이룩한 것은 16세기 네덜란드 공화국이지만 네덜란드에서 산업혁명이 일어나지 못한 원인 중 하나로 석탄의 부재를 드는 관점도 있다.[3] 바이오매스가 아니라 똥 그 자체를 연료로 사용한다. 특히 연료로 사용할 식물을 찾기 어려운 사막지대에서는 낙타 똥을 말려서 취사용 연료로 사용한다. 육식성 동물의 경우 황화 수소 등으로 인해 냄새가 매우 독하고 화력도 떨어지기에 사용하지 않는다.[4] 스타십, 뉴 글렌, 창정9, 아리안NEXT 등 차세대 발사체들은 전부 메테인 연료를 쓰는 엔진을 개발중이다.