휘발유와 경유는 모두 원유에서 만들어지지만, 끓는점과 점화 방식부터 옥탄가·세탄가, 연비까지 서로 다른 연료다. 두 연료의 핵심 차이를 자동차 엔진과 정유공장 관점에서 쉽게 설명한다. .
주유소에서는 휘발유와 경유가 나란히 판매된다.
둘 다 원유에서 만들어지고 자동차의 연료로 사용되는데, 휘발유차에 경유를 넣거나 경유차에 휘발유를 넣으면 심각한 문제가 발생한다.
색깔이나 이름만 다른 연료가 아니라는 뜻이다.
휘발유와 경유는 원유에서 분리되는 온도 범위부터 분자 특성, 엔진에서 불이 붙는 방식, 품질을 평가하는 기준까지 서로 다르다.
이번 글에서는 가격 문제가 아니라 휘발유와 경유라는 연료 자체의 차이에 집중한다.
경유 가격이 최근 휘발유와 비슷해진 이유는 별도의 글에서 국제 제품가격과 유류세를 중심으로 설명한다.
휘발유와 경유의 차이를 먼저 한눈에 보면
| 구분 | 휘발유 | 경유 |
| 영어 명칭 | Gasoline | Diesel 또는 Gas Oil |
| 주 사용처 | 승용차, 소형 차량 | 화물차, 버스, 중장비, 일부 승용차 |
| 대표 탄화수소 범위 | 상대적으로 가벼운 성분 | 상대적으로 무거운 성분 |
| 일반적인 증류 범위 | 대략 30~200℃ | 대략 180~360℃ |
| 엔진 점화 방식 | 점화플러그로 점화 | 압축열로 자연 점화 |
| 대표 품질 지표 | 옥탄가 | 세탄가 |
| 휘발성 | 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 에너지 밀도 | 상대적으로 낮음 | 상대적으로 높음 |
| 일반적인 연비 | 낮은 편 | 높은 편 |
| 주요 장점 | 부드러운 회전, 높은 출력, 저온 시동성 | 높은 열효율, 토크, 연비 |
| 주요 약점 | 연비와 토크 측면에서 불리 | 질소산화물·입자상 물질 관리 필요 |
표에 표시한 증류 온도는 이해를 돕기 위한 일반적인 범위다. 실제 제품 규격은 원유 특성, 정유공장 구성과 국가별 품질기준에 따라 달라질 수 있다.
둘 다 원유에서 만들어지는데 왜 다를까?
원유는 하나의 순수한 물질이 아니다.
끓는점과 분자 크기가 서로 다른 수많은 탄화수소가 섞인 혼합물이다.
정유공장에서는 원유를 가열한 뒤 증류탑에 보내 끓는점에 따라 여러 유분으로 나눈다.
대략적인 흐름은 다음과 같다.
가벼운 가스
↓
나프타·휘발유 계열
↓
등유·항공유 계열
↓
경유 계열
↓
중질유·잔사유휘발유 성분은 비교적 낮은 온도에서 증발하고, 경유 성분은 그보다 높은 온도에서 증발한다.
그래서 휘발유는 쉽게 기화하고 냄새도 강하게 퍼지는 반면, 경유는 상대적으로 덜 휘발하고 점성도 더 높다.
다만 원유를 단순히 증류한다고 해서 시장이 요구하는 양만큼 휘발유와 경유가 자동으로 만들어지는 것은 아니다.
정유공장에서는 FCC, Hydrocracker, Reforming, Hydrotreating 등 여러 후속 공정을 이용해 제품 수율과 품질을 조정한다.
휘발유는 불꽃으로, 경유는 압축열로 점화된다
두 연료의 가장 중요한 차이는 엔진 내부에서 불이 붙는 방식이다.
휘발유 엔진
휘발유 엔진은 공기와 휘발유를 섞어 실린더 안으로 보내고 압축한다.
그다음 점화플러그가 전기 불꽃을 발생시켜 혼합기에 불을 붙인다.
공기·휘발유 혼합
→ 압축
→ 점화플러그
→ 연소
→ 피스톤 작동그래서 휘발유 엔진은 Spark Ignition Engine, 불꽃점화 엔진이라고 부른다.
디젤 엔진
디젤 엔진은 먼저 공기만 강하게 압축한다.
기체는 압축되면 온도가 올라간다. 뜨거워진 압축공기 속에 경유를 분사하면 별도의 점화플러그 없이 연료가 스스로 점화된다.
공기 흡입
→ 강한 압축
→ 공기 온도 상승
→ 경유 분사
→ 자기착화그래서 디젤 엔진은 Compression Ignition Engine, 압축착화 엔진이라고 부른다.
디젤 엔진에도 예열을 돕는 글로플러그가 사용될 수 있지만, 휘발유 엔진의 점화플러그처럼 매번 불꽃을 만들어 연소시키는 장치는 아니다.
휘발유의 옥탄가와 경유의 세탄가는 무엇이 다를까?
휘발유와 경유의 품질을 비교할 때 가장 많이 등장하는 숫자가 옥탄가와 세탄가다.
두 수치는 모두 연소 특성을 나타내지만 의미는 거의 반대에 가깝다.
옥탄가: 휘발유가 너무 일찍 폭발하지 않는 능력
휘발유 엔진에서는 점화플러그가 불꽃을 만들기 전에 연료가 스스로 폭발하면 안 된다.
압축 과정에서 혼합기가 비정상적으로 자기착화하면 금속을 두드리는 듯한 소리가 발생할 수 있다. 이를 노킹이라고 한다.
옥탄가는 휘발유가 이런 비정상 연소를 얼마나 잘 견디는지를 나타내는 지표다.
옥탄가가 높을수록 압축 중 자기착화와 노킹에 강하다.
고압축비 엔진이나 고성능 엔진이 고옥탄가 휘발유를 요구하는 이유다.
하지만 일반 휘발유에 맞게 설계된 차량에 고급휘발유를 넣는다고 모든 차량에서 출력이나 연비가 크게 개선되는 것은 아니다. 엔진 설계와 제어 로직이 고옥탄가의 장점을 활용할 수 있어야 한다.
세탄가: 경유가 얼마나 빠르게 착화되는가
경유는 반대로 고온의 압축공기 속에 분사된 뒤 적절한 시점에 빠르게 점화되어야 한다.
연료 분사 후 실제 연소가 시작될 때까지의 시간이 지나치게 길면 연소 소음과 진동이 커지고 배출가스 특성도 나빠질 수 있다.
세탄가가 높을수록 일반적으로 착화 지연이 짧고 원활하게 연소된다.
정리하면 다음과 같다.
휘발유의 옥탄가
= 너무 일찍 불붙지 않는 능력
경유의 세탄가
= 분사된 뒤 적절히 빠르게 불붙는 능력같은 ‘점화 성능’처럼 들리지만 엔진이 연료에 요구하는 특성이 서로 다르다.
경유차는 왜 연비가 좋은가?
경유가 휘발유보다 무조건 우수한 연료라서 연비가 좋은 것은 아니다.
연료의 특성과 디젤 엔진의 운전 방식이 함께 작용한 결과다.
1. 디젤 엔진의 압축비가 높다
디젤 엔진은 공기를 강하게 압축해 발생한 열로 연료를 점화한다.
일반적으로 휘발유 엔진보다 높은 압축비를 사용하며, 높은 압축비는 열효율 향상에 유리하다.
2. 경유의 부피당 에너지가 더 크다
경유는 휘발유보다 밀도가 높아 같은 1리터 안에 포함된 에너지가 일반적으로 더 많다.
따라서 같은 양의 연료로 더 많은 일을 할 여지가 있다.
3. 저부하 운전의 손실이 상대적으로 작다
전통적인 휘발유 엔진은 흡입 공기량을 스로틀 밸브로 조절하면서 일부 손실이 발생한다.
디젤 엔진은 주로 분사하는 연료량을 조절하기 때문에 저부하 영역에서 상대적으로 효율적인 특성을 보일 수 있다.
이런 이유로 장거리 운행이 많거나 화물을 운반하는 차량에서 디젤 엔진이 오랫동안 사용돼 왔다.
경유차는 왜 힘이 좋다고 느낄까?
자동차의 ‘힘’을 이야기할 때 출력과 토크를 구분해야 한다.
출력은 일정 시간 동안 얼마나 많은 일을 할 수 있는지를 나타내고, 토크는 회전축을 돌리는 힘과 관련이 있다.
디젤 엔진은 일반적으로 비교적 낮은 회전수에서 높은 토크를 만들어내는 특성이 있다.
그래서 다음과 같은 용도에 유리하다.
- 화물 적재
- 버스 운행
- 언덕길 주행
- 건설장비
- 농기계
- 장거리 운송
반면 휘발유 엔진은 상대적으로 높은 회전수까지 부드럽게 운전되고 출력 반응이 빠른 장점이 있다.
최근에는 터보차저, 직접분사와 하이브리드 기술이 확대되면서 휘발유와 디젤 엔진의 전통적인 차이도 일부 줄어들고 있다.
배출가스는 어느 쪽이 더 깨끗할까?
한쪽이 모든 면에서 더 깨끗하다고 단순하게 말하기는 어렵다.
연료와 엔진 방식에 따라 주요 배출물의 성격이 다르기 때문이다.
휘발유 엔진
상대적으로 다음 항목의 관리가 중요하다.
- 일산화탄소
- 미연 탄화수소
- 이산화탄소
- 입자상 물질
특히 가솔린 직접분사 엔진에서 관리가 필요할 수 있다.
디젤 엔진
상대적으로 다음 항목이 중요하다.
- 질소산화물
- 미세한 입자상 물질
- 이산화탄소
- 미연 탄화수소와 일산화탄소
디젤 엔진은 높은 효율 때문에 같은 거리를 달릴 때 연료 소비와 이산화탄소 배출이 적을 수 있지만, 고온·산소 과잉 조건에서 발생하는 질소산화물과 입자상 물질을 별도로 관리해야 한다.
그래서 현대 디젤차에는 여러 후처리 장치가 사용된다.
- DPF: 입자상 물질 포집
- EGR: 질소산화물 발생 억제
- SCR: 요소수를 이용한 질소산화물 저감
- 산화촉매: 일산화탄소와 탄화수소 저감
후처리 시스템이 정상적으로 관리되지 않으면 디젤차의 배출가스 성능도 크게 나빠질 수 있다.
휘발유차에 경유를 넣으면 어떻게 될까?
두 연료는 점도와 윤활성, 기화 특성, 점화 방식이 다르기 때문에 혼유는 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
휘발유차에 경유를 넣은 경우
경유는 휘발유처럼 쉽게 기화하지 않는다.
점화플러그 방식의 휘발유 엔진에서는 정상적인 혼합과 연소가 어려워 시동 불량, 출력 저하와 불완전연소가 발생할 수 있다.
경유차에 휘발유를 넣은 경우
이 경우가 연료계통에 더 치명적일 수 있다.
디젤 연료는 고압 연료펌프와 인젝터에서 일정한 윤활 역할도 한다. 휘발유가 섞이면 윤활성이 낮아져 고압펌프와 인젝터가 손상될 가능성이 있다.
혼유 사실을 알았다면 시동을 걸지 않는 것이 중요하다.
시동 전에 발견하면 연료탱크를 비우는 수준에서 해결될 수 있지만, 엔진을 가동해 혼합 연료가 연료계통 전체로 이동하면 수리 범위와 비용이 크게 늘 수 있다.
경유는 휘발유보다 항상 쌌을까?
그렇지 않다.
과거 국내 주유소에서 경유가 휘발유보다 저렴했던 데에는 경유에 상대적으로 낮은 세금이 적용된 영향이 컸다.
하지만 세금만으로 최종 가격이 결정되는 것은 아니다.
주유소 가격은 다음 요소의 영향을 함께 받는다.
국제 제품가격
+ 환율
+ 세금
+ 정유·유통 비용
+ 주유소 경쟁과 마진국제 시장에서 경유 공급이 부족해지고 Diesel Spread가 강해지면, 세금이 낮아도 국내 경유 가격이 휘발유에 가까워지거나 일부 지역에서는 더 높아질 수 있다.
이 문제는 제품 자체의 차이와 구분해서 보는 편이 좋다.
현직 정유공장 실무자의 시각
정유공장에서 휘발유와 경유는 단순히 증류탑의 서로 다른 높이에서 나오는 제품으로 끝나지 않는다.
제품별 수요와 가격에 따라 생산계획이 달라지고, 후속 공정의 운전도 함께 조정된다.
휘발유 생산에는 FCC와 Catalytic Reforming이 중요한 역할을 한다. 경유 품질과 생산량에는 Hydrocracker와 Hydrotreating의 영향이 크다.
경유 생산을 늘리려면 원료만 더 투입하면 되는 것이 아니다.
- Hydrogen Plant 여유
- Reactor 압력과 촉매 상태
- Feed 품질
- Steam·Fuel Gas·전력 사용량
- 제품 황 함량과 저온 유동성
- 다른 고부가 제품과의 원료 배분
이 조건을 함께 확인해야 한다.
시장에서는 경유 가격이 높더라도 정유공장 전체 관점에서는 Hydrocracker 공정의 Feed인 VGO를 윤활기유 공정에 보내는 편이 더 유리할 수 있다.
정유공장은 가장 비싼 제품을 무조건 많이 만드는 곳이 아니라, 원료와 설비의 제약 안에서 전체 Refinery Margin을 최대화하는 공장이다.
휘발유와 경유의 핵심 차이
휘발유와 경유의 차이는 다음 네 가지로 압축할 수 있다.
첫째, 끓는점과 분자 특성이 다르다
휘발유는 상대적으로 가볍고 휘발성이 높다. 경유는 더 무겁고 에너지 밀도가 높다.
둘째, 점화 방식이 다르다
휘발유 엔진은 점화플러그를 사용하고, 디젤 엔진은 압축된 고온 공기 속에서 연료를 자기착화시킨다.
셋째, 품질 지표가 다르다
휘발유는 노킹 저항성을 나타내는 옥탄가가 중요하고, 경유는 착화성을 나타내는 세탄가가 중요하다.
넷째, 적합한 사용처가 다르다
휘발유 엔진은 승차감과 고회전 성능에, 디젤 엔진은 연비와 저속 토크에 강점이 있다.
두 연료는 어느 하나가 무조건 우수한 관계가 아니다. 차량과 엔진이 요구하는 특성에 맞게 사용되는 서로 다른 석유제품이다.
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