때로는 사물이 그래야 하기 때문에 특정한 방식으로 설계되기도 합니다. 신발은 발에 딱 맞는 모양으로 만들어지고, 비행기 날개의 모양은 물리 법칙에 따라 양력이 발생합니다. 신발이나 날개를 만드는 요소를 잃지 않고 할 수 있는 조작이 너무 많습니다. 어떤 때는 다른 길로 갈 수 있었는데도 한 길로 흘러가는 경우가 있습니다. 자동차 엔진은 후자 진영에 속한다.
오늘날 우리는 자동차가 땅에서 뽑아낸 기름으로 정제된 휘발유로 달린다는 것을 당연하게 여깁니다. 그것이 바로 그것이 이루어진 방식입니다. 주로 그것이 항상 행해진 방식이기 때문입니다. 그러나 엔진을 작동시키는 데 실제로 필요한 것은 연료를 작동으로 안정적으로 변환하는 방법뿐입니다. 기존 연소 엔진에서는 휘발유가 공기와 혼합되어 일련의 작은 제어 폭발을 통해 연소됩니다. 그 반응의 압력으로 피스톤이 움직이고, 피스톤이 고속도로를 질주하게 됩니다. 물론 피스톤을 움직이는 방법과 자동차에 연료를 공급하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
기후 변화가 점점 더 심각한 글로벌 문제로 대두되면서 사람들은 화석 연료를 대체할 에너지를 찾고 있습니다. 지금까지는 전기 자동차가 선두를 달리고 있지만(말장난 의도는 아님) 많은 연구자와 혁신가가 연소 자동차를 도로에서 운행할 수 있도록 새로운 연료를 개발하고 있습니다. 가장 이상하고 멋진 다섯 가지를 소개합니다.
해초
Sargassum 해초는 대서양 일부 지역에서 침입적이고 성가신 존재입니다. 대서양 사르가섬 벨트(Atlantic Sargassum Belt)라고 불리는 거대한 물질의 매트는 종종 카리브해나 멕시코만에서 씻겨 내려가는 조각들을 흘리게 됩니다. 일단 해안에 도착하면 모자반은 썩기 시작하고 분해되면서 황화수소를 생성합니다. 황화수소는 해변을 덜 낙원처럼 만드는 악취나는 가스입니다.
프린스턴 팀과 바베이도스의 서인도 제도 대학을 포함한 여러 그룹의 연구자들은 이 원치 않는 침입 식물을 에너지원으로 전환하는 방법을 연구하고 있습니다. 캐리비안 팀은 모자반을 다른 폐기물과 혼합하여 자동차용 기능성 연료로 변환하는 방법을 개발했습니다.
그들은 해안에 씻겨 내려가는 조류를 수집하고 이를 현지 농장의 거름 및 발효 탱크에서 알코올 생산으로 인한 폐수와 혼합할 수 있습니다. 분뇨의 박테리아는 모자반을 분해하고 차량에 동력을 공급하는 데 사용할 수 있는 바이오가스를 생성합니다. 약간의 작업과 코를 잡는 능력만 있으면 수중 침입자를 자산으로 변화시킬 수 있습니다.
액체질소
워싱턴 대학에서 항공학 및 우주비행학을 전공하고 은퇴한 교수인 Abe Hertzberg는 액체 질소가 미래의 연료라고 주장해 왔습니다. 개념 증명으로 Hertzberg는 Grumman Kubvan 우편 트럭을 LN2000이라는 실험용 차량으로 전환했습니다. 휘발유 대신 LN2000은 증기 엔진과 유사한 과정을 통해 액체 질소로 구동됩니다.
증기기관에서는 물이 증기로 변하고 팽창하여 터빈을 돌릴 때까지 가열됩니다. 질소 엔진에서 액체 질소는 특별히 단열된 탱크 내부에서 화씨 영하 320도의 극한 온도로 유지됩니다. 그런 다음 일련의 알루미늄 튜브와 파이프를 통해 당겨지고 순환하는 공기에 의해 주변 온도로 따뜻해집니다. 액체에서 기체로 변하는 과정에서 질소는 원래 부피의 700배로 팽창하여 엔진에 동력을 공급합니다. 유일한 배기 생성물은 이미 대기의 78%를 차지하는 기체 질소입니다. 이산화탄소 배출과 달리 질소 배출은 환경에 측정 가능한 부정적인 영향을 미치지 않습니다.
Hertzberg는 또한 액체 질소를 생산하는 과정이 실제로 대기 오염을 제거한다고 주장했습니다. 공기는 냉동 시스템을 통과하여 가스를 냉각하고 응축합니다. 그런 다음 이산화탄소를 포함한 오염물질을 뽑아내고 억제하는 동안 질소를 분리합니다. 완전히 탄소 중립적인 프로세스는 아니지만 현 상태에 비해 극적인 개선이 될 수 있습니다.
닭똥
닭 배설물을 연료로 활용한 역사는 놀라울 정도로 길다. 1970년대 두 명의 대학생이 닭똥으로 달리는 자동차를 개조했습니다. 닭 똥이 분해되면서 엔진에 동력을 공급하는 데 사용할 수 있는 메탄 가스가 생성됩니다. 당시 학생들은 100파운드의 분뇨로 평균 차량이 약 400마일을 이동할 수 있을 것으로 추정했습니다.
오늘날에는 더욱 복잡한 닭 폐기물 처리 작업이 진행 중입니다. 그들은 1970년대 프로젝트처럼 거름을 사용했을 뿐만 아니라 닭 농장에서 나온 깃털, 뼈, 가공 폐기물도 사용했습니다. 종종 모든 폐기물은 폐기되거나 인근 들판에 퍼지거나 수계로 유입됩니다. 자동차 기업가들은 대안적인 운명을 제시하고 싶어합니다.
폐기물은 미생물이 폐기물을 분해하여 메탄 가스로 변환하는 혐기성 소화조, 가열 탱크 내부에 떨어집니다. 남은 부산물은 비료로 사용할 수도 있습니다. 그러나 메탄 자체가 강력한 온실가스라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 이는 육류 산업에서 발생하는 폐기물을 처리하는 좋은 방법일 수 있지만 반드시 가장 기후 친화적인 선택은 아닙니다.
인간 쓰레기
미국에서는 매일 약 340억 갤런의 하수가 처리됩니다. 열수액화(HTL)라는 공정을 사용하면 인간의 배설물(또는 기타 습식 바이오매스)을 바이오원유, 궁극적으로 액체 연료로 변환하는 것이 가능합니다.
폐기물은 HTL 반응기 내부에 배치되어 3,000psi로 가압되고 화씨 660도까지 가열됩니다. 미국 에너지부의 바이오에너지 기술 사무소와 태평양 북서부 국립 연구소의 과학자들 사이의 논의에 따르면 이 과정은 약 30분밖에 걸리지 않으며 출발 물질의 약 60%를 석유와 유사하게 사용할 수 있는 바이오원유 또는 바이오 연료로 변환한다고 합니다.
HTL 원자로는 폐수 처리장에 설치될 수 있으며 이미 존재하는 폐기물로부터 연간 최대 3천만 배럴의 바이오원유를 생산할 수 있습니다. 원자로는 지역사회 수준에 배치될 수 있기 때문에 석유 및 석유 제품을 전 세계로 운송하는 부담을 줄이는 데에도 도움이 될 것입니다.
커피
커피는 사람들에게 전력을 공급하는 일반적인 연료이며, 알고 보니 자동차에 전력을 공급하는 데에도 사용할 수 있습니다. 2010년에 발명가 마틴 베이컨(Martin Bacon)은 1988년식 폭스바겐 시로코(Volkswagen Scirocco)를 몇 가지 개조와 커피 한 잔을 사용하여 런던에서 맨체스터까지 337km(약 209마일)를 운전했습니다. 이 성과로 그는 커피로 움직이는 자동차로 가장 긴 여행을 한 세계 기록을 얻었습니다. 개조된 차량은 숯불로 커피 찌꺼기를 가열하여 수소 가스를 방출했습니다. 그런 다음 가스를 냉각하여 엔진에 동력을 공급하는 데 사용했습니다.
나중에 베이컨은 또 다른 커피 구동 차량인 포드 P100 픽업 트럭을 제작하여 최고 속도에 대한 별도의 기록을 세웠습니다. Coffee Car Mark 2는 시속 65.5마일에 도달했고 나중에 투어에 나섰습니다. Mark 2는 22파운드 커피 찌꺼기를 싣고 약 55마일을 이동할 수 있는 것으로 알려졌습니다.
한편, 바스대학교 연구진은 사용된 커피 찌꺼기가 에스테르 교환반응이라는 과정을 통해 바이오 연료로 전환될 수 있다는 사실을 발견했습니다. 촉매는 커피 찌꺼기의 지방을 바이오 연료로 전환하는 화학 반응을 시작합니다. 사용된 커피 찌꺼기는 중량 기준으로 최대 20%의 기름이며, 연구원들은 평균적인 소규모 커피숍에서 매일 약 0.5갤런의 바이오 연료를 만들기에 충분한 커피 찌꺼기 폐기물을 생산하는 것으로 추정했습니다.
