JP-8! 요즘 공군에서 유행하는 항공연료라며?

부아앙~ 오늘도 활주로 인근에서는 항공기에 기름을 급유하는 트럭이 지나간다. 이 트럭의 기름탱크에는 어떤 기름을 사용하는가를 적은 글자가 붙어있는데, 그것이 'JP-8'이다. 이 JP-8이 어떤 기름인지 궁금해 조사해봤다.

출처 : https://www.chosun.com/

1. 항공연료와 그 종류에 대해

미리 말하지만 공군에서 나의 보직은 위에 나온 기름들을 관리하는 유류보급이 아닌 군사경찰이다. 군사경찰 중에서도 내가 맡고 있는 보직의 특성상, 활주로(속칭 라인) 내에서 작업하는 일도 많기 때문에 라인 내 특기와 관련된 장비나 들리는 정보들이 타 병과에 비해 많은 편이다. 자주 이런 신기한(?) 것들을 접하다보니 자연스럽게 이런 것들에 궁금증을 가지게 되었고, 이런 내용들을 노트에 적어놨다가 찾아본다. 그 중 하나가 이번에 적을 JP-8에 대한 것이다.
 
항공연료(Aviation fuel, 航空燃料)는 말 그대로 항공기에 동력을 공급하기 위해 항공기 엔진에 쓰는 연료를 말한다. 산화방지제, 금속 불활성제, 동결방지제 및 기타 첨가제를 첨가제로서 추가하기도 하는 이 항공연료는 일반적으로 차나 난방 등에 사용되는 연료보다 품질이 높으며 연료의 요구 조건 또한 엄격하다.
 
이 항공연료로 제트연료(jet fuel), 항공가솔린(avgas)가 전통적으로 쓰여왔으며, 최근들어 바이오연료(biofuel)와 천연가스류(압축천연가스(CNG) 및 액화천연가스(LNG))가 떠오르기 시작했다.

 

1-1. 제트연료(jet fuel)

제트연료(출처 : www.alibaba.com/)

제트연료는 무연 등유(Jet A-1 등의 원료)나 나프타-등유 혼합유(Jet B 등의 원료)를 기반으로 만든 투명한 연노랑색 연료이며, 경유(디젤 연료)와 마찬가지로 디젤 엔진(압축 점화 엔진)과 터빈 엔진에 사용할 수 있다. 휘발성 및 어는점, 밀도에 따라 Jet A, Jet A-1, Jet B, TS-1 등으로 분류된다. 
군대에서는 제트 연료를 제트 추진제(Jet Propellant)의 약칭 JP를 이용한 고유한 분류 체계를 사용한다. Jet A-1은 JP-8과 비슷하며, Jet B는 JP-4와 유사하지만 JP(군용 제트 추진제)는 고도로 전문화된 품질의 제품이며, 일부 특정한 용도에 맞게 개발되어 일반 항공연료와의 차이가 존재한다.

 

1-2. 항공가솔린(aviation gasoline)

항공가솔린은 종류에 따라 빨간색, 초록색, 파란색을 띈다. (출처 : iskysthelimit)

항공가솔린 혹은 약칭 아브가스(Avgas)는 소형 항공기, 경헬기, 복고풍 프로펠러 항공기에 사용되는 다색 연료다. 이 가솔린은 모터 가솔린(motor gasoline)의 약칭인 모가스(mogas, 비항공용 가솔린)나 LPG라고도 불리는 오토가스(autogas)와 같은 모터구동 이동수단(motor vehicles)에 사용되는 전통적인 가솔린과는 구별된다. 간단히 말해 차량용 가솔린과는 다른 종류라는 것이다. 위에서 제트연료가 디젤연료로도 사용할 수 있는 것과 차이가 있다는 말이다.
 
이 항공가솔린은 모터옥탄가(MON)로 표시되는데 MON 체계로 분류되는 항공가솔린에는 80/87, 82UL, 85UL, 91UL, 94UL, B91/115, 100, 100/130, 100LL, 100VLL, 102UL, 115/145 등이 몇몇 연료에는 알파벳 대문자 일부분이 포함되는데, 각각의 뜻은 아래와 같다.

LL	Low Lead	저연의(납이 적은)
VLL	Very Low Lead	초저연의(납이 매우 적은)
UL	UnLeaded	무연의(납이 아예 없는)

 
또한 항공가솔린은 휘발성이 크고 인화점이 낮아 다른 항공 연료에 비해 불이 잘 붙는다. 이러한 특징으로 현대의 대형 항공기나 군용 항공기에서 사용하지 않는다.

 

1-3. 항공 바이오연료(aviation biofuel)

2017년 기준으로 항공 분야는 세계 온실가스 배출의 약 2%를 차지하는 중점 배출원 중 하나이며 국제 사회가 2015년 파리 협약에 명시된 기후 목표를 달성하기 위해선 항공 산업의 저탄소 에너지로의 전환이 실현되어야 한다. 이러한 상황을 극복하기 위해 항공업계에서는 2050년까지 탄소 배출량을 2005년 수준에서 50% 줄이기로 약속했다. 그러기 위해 각종 연구를 통해 저탄소 SAF(지속가능 항공 연료)와 화석 기반 제트 연료를 혼합한 새로운 연료를 만들게 되었다. 이렇게 기존의 화석기반 항공 연료(제트연료, 항공가솔린)에 대한 대안으로 나타난 바이오매스(biomass)를 액체로 만들어 사용하는 항공 연료를 항공 바이오연료라고 한다. 참고로 이런 항공 바이오연료를 포함한 지속가능한 항공 연료를 SAT(Sustainable Aviation Fuel)라고 부른다.
 
2008년, 영국의 버진 애틀랜틱(Virgin Atlantic, 1984~)이 항공 바이오연료 기반의 항공연료를 처음 사용했고, 안전한 착륙까지 하게 되며 항공업계에서는 바이오연료를 조금씩 늘려가기 시작했다.
2019년 기준, 노르웨이의 베르겐 공항과 오슬로 가르데르모엔 공항, 미국의 로스앤젤레스 국제공항, 스웨덴의 스톡홀름 알란다 공항, 오스트레일리아의 브리즈번 공항에서만 바이오연료가 정규적으로 유통되고 있으며 다른 공항에서도 조금씩 비정기적으로 유통되고 있다. 첫 비행 이후 10년 정도 지났을 무렵에 국제적인 5개의 공항에서 이러한 새로운 연료가 유통된다는 것은 연료계에서 큰 변화점에 다다르고 있다고 할 수 있겠다. 
이러한 과정을 통해 IEA는 바이오연료가 2030년까지 항공연료 수요의 약 10%에 도달하고 2040년에는 20%에 근접할 것으로 예상할 것이라고 발표했다.

2020년 기준 유럽 내 지속가능한 항공 연료 개발국(개발 중 포함) (출처 : WEF)

아직까지 만들기 어렵고 가격이 비싸 대부분의 공항에서 대형 항공기에 제트연료를 사용하고 있지만 시간이 갈수록, 기술이 발달할수록 새롭고 친환경적인 연료가 점차 많은 비중을 차지할 것으로 보인다.

 

1-4. 천연가스류(CNG와 LNG)

항공바이오연료와 함께 천연가스류(압축천연가스(CNG) 및 액화천연가스(LNG))도 항공연료로 떠오르기 시작했다.
 
먼저, 압축천연가스(CNG)는 휘발유(가솔린)와 같은 다른 자동차 연료에 비해 더 깨끗하고 저렴하다! 2014년 말까지, 이란, 중국, 파키스탄, 아르헨티나 등 전세계적으로 2,000만대 이상의 천연가스 자동차가 운행되고 있을 정도로 생각보다 많은 곳에서 쓰이고 있다. 에너지 효율은 일반적으로 가솔린 엔진과 동일하지만 현대 디젤 엔진에 비해 낮다는 단점이 있다. 또 CNG 자동차는 엔진 압축비가 낮아 폭발력이 떨어지고 그로 인해 운행시에 전달되는 힘이 디젤차에 비해 적다. 그러나 CNG 전용 엔진은 120-130의 높은 옥탄가로 인해 털털털 거리는 소리가 적다는 장점도 있다.
이러한 CNG는 도로용 차량뿐만 아니라, 항공 연료로도 사용할 수 있다. 실제로 미국의 (주)아비아트 항공(Aviat Aircraft Inc., 1991~)의 허스키 CNG(Husky CNG)나 프랑스의 쇼마라트(Chomarat, 1898~)의 VX-1 키티호크(VX-1 KittyHawk)용 CNG 등이 사용되고 있는데 이 CNG는 소형 항공기용으로 주로 사용된다.
 
또 다른 천연가스인 액화천연가스(LNG) 또한 항공용으로 사용된다.러시아의 항공방위산업체 중 하나인 뚜빨리브(투폴레프, Туполев, 1922~)는 1970년대 중반부터 수소 동력 및 LNG 동력 항공기를 생산하기 위한 개발 프로그램을 운영 중이다. 그 프로젝트의 일환으로 수소연료나 LNG연료로 운행가능한 여객기 뚜빨리브 뚜-204(Туполев Ту-204, 1989~)와 뚜빨리브 뚜-334(Туполев Ту-334, 1999~)이 운용되고 있고, 화물기 뚜빨리브 뚜-330(Туполев Ту-330) 또한 개발 중에 있다가 재정 문제로 개발 중단되었다.
LNG 동력 항공기용 연료는 일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물 배출을 상당히 줄임으로서 제트 엔진에 비해 톤 당 약 5000루블(약 66달러)의 연료 구매 비용을 절감할 수 있게 된다는 장점이 존재한다.
 
요약하면 항공기 엔진을 작동시키기 위해 쓰는 연료를 항공연료라고 하며, 그 종류에는 제트 연료, 항공가솔린, 항공 바이오연료, 천연가스류(CNG, LNG)가 있다는 것이다. 사실 진짜 알아 볼 것은 JP-8이라는 항공연료다.

 

2. 제트 연료 JP-8

2-1. 군용 제트추진제 JP 시리즈

군용 항공 연료는 일반적인 항공 연료와 달리 더 안정적이고 발화점이 높으며, 폭발 가능성을 확 줄여야하기 때문에 그에 따른 독특한 공정 과정을 거치게 되는데, 이로 인해  민항용 제트 연료계 분류와 또다른 분류 체계를 사용하는데, 이를 이를 제트 추진제(Jet Propellant)라고 하며, 보통 약칭인 JP를 앞부분에 두고 뒷부분에 숫자를 적는 고유한 분류 체계를 만들어 사용한다. JP체계에 따른 항공 연료는 아래 표를 참고 바란다.

연료명	개발 연도	인화점	어는점	특징
JP-1 (avtur)	1944	43°C	-60°C	미사용
JP-2	1945	-	-60°C	JP-1보다 만들기 쉬움 현재는 미사용
JP-3	1947	43.3~65.5°C	-60°C	JP-1보다 연료 가용성이 크고, JP-2보다 휘발성이 강함 현재는 미사용
JP-4 (F-40, avtag)	1951	-18°C	-72°C	JP-1보다 어는점이 훨씬 낮지만 가용성이 높음 1951~1995년간 미 공군의 주요 제트 연료
JP-5 (F-44, AVCAT 연료)	1952	60°C	-46°C	인화점이 높고 정전기 방지제는 미포함 미 해군의 황색 등유 기반 제트 연료
JP-6	1956	60°C	-54°C	JP-5보다 어는점이 낮고, 열산화 안정성이 향상됨 제너럴일렉트릭 YJ93(노스아메리칸 XB-70 발키리(1964~1969)용 터보제트)용 제트 연료 현재 미사용
JPTS	1956	43°C	-53°C	열안정화 제트연료(TSJF)와 숯연료 LF-1를 합쳐 만듬 프랫&휘트니 J57(록히드 U-2용 터보제트)용 제트 연료
JP-7	1960	60°C	-43°C	프랫&휘트니 J58(록히드 A-12, 록히드 SR-71 블랙버드용 터보제트)용 제트 연료
JP-8 (F-34)	1978	38°C	-47°C	미 공군의 등유 기반 제트 연료(지상용 및 항공용 모두 사용)

그 외 토마호크 순항유도탄용 가스 터빈 연료인 JP-9나 AGM-86 ALCM 순항유도탄용 가스 터빈 연료인 JP-10와 같은 순항유도탄용 제트 연료도 있지만 여기서는 논외로 한다.

 

2-2. 군용 제트추진제 JP-8

2000년대 이후 미 공군에서 가장 많이 사용하는 항공용 제트 연료가 바로 그 JP-8이다. 이 연료는 민간용 제트 연료 A-1과 유사하지만, 부식 억제제와 방빙(anti-icing) 첨가제가 추가되었다.
 
여기서 방빙과 제빙의 차이점을 잠깐 짚고 넘어가자. 제빙(de-icing)은 얼음을 제거하는 것을 말하며, 방빙(anti-icing)은 애초에 얼음이 생기는 것을 막는 것을 말한다.
 
1951년부터 1995년까지 미 공군에서는 JP-1보다 어는 점이 낮은 JP-4를 항공 연료로 주로 사용해왔는데, 이 JP-4보다 가연성, 위험성이 낮은 JP-8이 1978년 개발되었다. 이후 미군은 JP-8이 개발되었을 때부터 1995년까지 모든 항공 연료를 새로운 연료로 대체하게 완전히 된다.
 
이후 미군은 NATO군과 동맹국에도 해당 항공 연료를 공급하기 시작했으며, 그 결과 대한민국에서도 그 신연료를 볼 수 있게 되었다. 또, 미군이 JP-8을 항공용 연료뿐 아니라 전차나 군용차량과 같은 지상용 장비 엔진 연료로도 사용하면서 유류 보급의 단일화를 이루었고, 이로서 연료 보급에 크게 신경을 쓰지 않게 되어 군사적 효율 또한 높아졌다.
 
이 JP-8은 결빙 억제제, 부식 억제제, 윤활제 및 정전기 방지제로 제조되며, JP-4보다 발암물질인 벤젠과 신경독을 일으키는 n-헥산이 적어 인체에도 해가 적은 편이며, 기름기가 많은 촉감 또한 가지고 있어 다른 기름에 비해 잘 흐른다는 장점이 있다.
 
 
사실 이 글을 쓰기전까지도 차 연료=기름이라고만 단순히 생각하고 있었는데, 실제로 그렇지 않았다는 것, 항공 연료도 종류가 다양하다는 것, 그리고 관련 사업 분야에서도 각종 혁신과 발전이 존재한다는 것, 군용 항공 연료와 민간용 항공 연료에 차이가 있고, 각각의 분류 기준이 있다는 것과 같은 연료에 대한 새로운 개념들 사실들을 알게 되었다. 이 정보는 나중에 자동차 연료를 공부하게 될 때도 도움이 될 것 같다는 생각이 들기도 했다.