악명 높은 디젤게이트 스캔들은 승용차 연료로서의 디젤의 인기에 해를 끼쳤을지 모르지만, 디젤은 여전히 많은 트럭과 상업용 차량이 선택하는 연료입니다. 대체 연료가 궁극적으로 디젤을 대체할 수는 있지만, 그 단점으로 인해 대형 차량의 주요 연료로서 디젤의 위치가 조만간 도전받을 가능성은 거의 없습니다.
이를 감안할 때, 연구자들의 주요 우선순위 중 하나는 오늘날의 디젤 차량의 배기가스를 줄이는 것입니다. 최신 디젤 엔진은 이미 디젤 미립자 필터(DPF)와 배기가스 재순환 장치(EGR)를 사용하여 배기관 배기가스를 줄입니다. 그러나 이러한 기술은 불완전한 솔루션이며 때로는 다른 오염 물질을 줄이면서도 특정 오염 물질을 증가시킵니다. 디젤 배출을 더욱 줄이는 가장 유망한 방법 중 하나는 디젤 연료에 물을 첨가하는 것입니다. 이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있지만 Carbon Research에 발표된 2025년 논문에 따르면 가장 효과적인 방법은 디젤 중수형 에멀젼(WiDE)이라고 주장합니다.
이 논문에서는 디젤 연료에 소량의 물을 첨가하면 디젤 배기가스에서 질소산화물과 입자상 물질을 각각 67%와 68%까지 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 다른 배출 감소 기술과 마찬가지로 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 가장 분명한 것은 동일한 효과를 얻기 위해 디젤 탱크에 물을 약간 추가할 수 없다는 것입니다.
WiDE는 어떻게 만들어지나요?
많은 디젤 차량 운전자는 이미 물이 기존 디젤 연료에 들어가면 어떤 일이 발생하는지에 대한 일반적인 아이디어를 갖고 있을 것입니다. 엔진이 대략 공회전을 시작하고 배기관에서 연기가 나오며 대시보드에 “연료에 물이 있음” 경고가 표시될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 물의 유입으로 인해 다양한 구성 요소가 손상될 수도 있습니다. 이러한 문제는 물과 디젤이 섞이지 않는다는 사실에서 비롯됩니다. 따라서 WiDE는 문제를 해결하기 위해 계면활성제를 사용합니다.
WiDE는 유화제를 사용하는데, 분자의 한쪽 끝은 디젤유를 끌어당기고 다른 쪽 끝은 물을 끌어당깁니다. 이는 물과 디젤을 효과적으로 결합하여 분리되지 않습니다. 물은 연소 온도를 낮추고 산소화를 개선하여 배출을 줄입니다. 불행하게도 이는 단기적인 해결책일 뿐입니다. 이 결합 효과는 시간이 지남에 따라 감소하고 결국 물과 디젤은 다시 분리됩니다. 비슷한 효과가 조미료의 기름과 물 기반 요소를 함께 유지하기 위해 유화제를 사용하는 마요네즈 병에서도 관찰될 수 있습니다. 너무 오래 놔두면 분리되어 매우 맛없어 보이는 결과를 얻게 됩니다.
논문에서는 연구자들이 어떤 유화제 조합이 물과 디젤을 가장 오랫동안 함께 유지하는 데 가장 효과적인지 아직 알지 못한다고 지적합니다. 지금까지 최선을 다한 결과 WiDE의 유효 기간은 60일에 불과했습니다. 이는 안정제를 추가하면 12개월 이상의 유효 기간을 가질 수 있는 기존 디젤보다 여전히 훨씬 짧습니다.
WiDE가 상용화되기까지는 아직 해야 할 일이 많이 남아 있습니다.
짧은 유통기한은 과학자들이 여전히 알아내야 할 몇 가지 문제 중 하나일 뿐입니다. 또 다른 큰 문제는 연구자들이 최적의 물 대 디젤 비율에 대해 의견이 일치하지 않는다는 것입니다. 연구에서는 3%에서 40%까지 수분 함량의 광범위한 비율을 고려했지만 결과는 상당히 달랐습니다.
WiDE가 엔진 성능에 미치는 영향도 불확실합니다. 일부 연구에서는 소량의 물을 추가하면 디젤 엔진의 토크 출력과 효율성이 약간 향상될 수 있다는 사실을 발견한 반면, 다른 연구에서는 두 지표 모두에서 큰 감소를 기록했습니다. 이 논문에서는 일부 연구에서 언급된 작은 성능 향상이 연소 중에 물이 증발하는 “미세 폭발” 효과에 기인할 수 있다고 제안합니다. 이로 인해 분자가 분해되어 연소실의 공기-연료 혼합물이 개선됩니다.
WiDE가 실제로 다양한 유형의 배출량을 얼마나 줄이는지에 대해서도 마찬가지로 불투명한 그림이 나타납니다. NOx를 확실히 감소시키는 반면, 일산화탄소 및 미연소 탄화수소와 같은 다른 오염물질의 수준이 증가하는지 감소하는지에 대한 결론은 다릅니다. 또한 우리는 WiDE의 장기적인 안정성과 엔진 구성 요소에 미치는 영향에 대해서도 충분히 알지 못합니다. 아직 완벽한 해결책과는 거리가 멀지만 비록 현재로서는 물-디젤 혼합물이 주유소에 나타나지 않더라도 잠재력은 충분합니다.
