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스키노백과 1탄: ‘윤활유’, 잘 굴러가려면 너가 필요해!

제목: 스키노백과 1: ‘윤활유’, 잘 굴러가려면 너가 필요해!

SK루브리컨츠가 개발한 친환경 윤활유는 연비 개선과 이산화탄소 저감 효과가 뛰어납니다. 화물차 총 20대에 SK루브리컨츠가 개발한 초저점도 친환경 윤활유를 넣고 수개월 동안 주행하는 실험이 있었습니다. 일반 윤활유를 사용한 화물차를 동일한 조건 하에서 주행했고, 연비와 이산화탄소 배출량을 비교했죠. 결과는 놀라웠습니다. SK루브리컨츠 친환경 윤활유를 사용한 화물차량이 연비를 최대 3.1% 개선했거든요. 또한 차 한 대 당 연간 1.4t에서 2.8t 규모의 이산화탄소 저감 효과를 기록했습니다. 이는 소나무 약 424그루를 심는 효과와 맞먹는다고 합니다.

[1 이노베이션] 초저점도 친환경 윤활유, 자동차 연비도 개선해준다!?

초저점도 윤활유는 어떻게 연비를 절약하는 것일까요? 윤활유란 무엇이고, 어떤 기능을 하는 기름일까요? 오늘 여러분들께 소개해드리겠습니다. 함께 보시죠!

SK Careers Editor 민경산

 

 

 

 

 

윤활이란 두 개의 고체가 접촉하면서 서로 미끄러질 때 두 면 사이에 윤활제를 넣어 마찰이나 마모를 줄이는 것입니다. 정밀한 기계일수록 여러 부품들이 복합적으로 작용하면서 동력을 냅니다. 이때 윤활제가 없다면 기계가 쉽게 닳거나, 마찰열로 인한 화재가 발생할 수 있습니다.

 

 

 

윤활유는 인류의 도구문명과 함께 해왔습니다. 석유 시추 이전에는 주로 동Ÿ식물성기름이 사용됐습니다. 고대 이집트에서는 피라미드와 같은 거대 건축물을 지을 때 올리브 오일을 사용해서 석재, 목재 등을 옮겼죠. 로마시대에서는 전차의 바퀴가 망가지는 것을 막기 위해 수지(tallow)를 주로 사용했고요, 중세시대에도 고래기름이나 피마자유 등 다양한 동*식물성 기름이 쓰였습니다.

(*수지: 양초, 비누 등을 만드는 데 쓰이는 동물 기름)

19세기 중반부터는 석유를 활용한 윤활유가 등장합니다. 미국의 존 앨리스 박사의 공로가 컸습니다. 그는 상처 치료용 연고를 만들려던 과정속에서 석유 성분이 기존의 동*식물성 지방보다 뛰어난 윤활작용을 한다는 사실을 발견했습니다. 그 후로 1866년 콘티뉴어스 오일 리파이닝(Continuous Oil Refining Co.)를 설립, 1873부터는 발보린(Valvoline)이라는 윤활유 브랜드를 만드는 등 윤활유 개발을 지속했습니다. 당시 미국에서는 석유산업과 철도산업이 급속하게 발전하고 있었기 때문에, ‘광유라고도 불리는 석유 기반 윤활유가 그야말로 대박을 터뜨립니다.

그런데 항공기가 등장하면서 윤활유는 다시 한번 변화를 맞이하게 됩니다. 항공기는 자동차보다도 훨씬 무거운 엔진이 높은 열을 내면서 가동됩니다. 광유는 온도 변화에 따른 안정성이 떨어졌기 때문에 항공기에서는 쓸 수 없었죠. 이를 해결하기 위해 광유에다가 각종 첨가물을 넣은 합성유가 발명됩니다. 오늘날의 엔진오일의 시초라고 할 수 있죠. 마찰저감제, 산화방지제 등 다양한 첨가물이 합성되면서 윤활유는 한층 개선됐을 뿐만 아니라 산업군에 따른 맞춤형상품이 개발될 수 있었죠. 이처럼 윤활유는 인류의 도구 및 기계문명의 성장과 함께 해왔습니다.

 

 

 

윤활유의 구성과 쓰임새에 대해서도 알아보겠습니다. 먼저 윤활유를 등식으로 표현해볼게요.

 ‘윤활유 = 기유 + 첨가제’

기유의 품질은 곧 윤활유의 품질입니다. , 기유가 좋아야 성능이 뛰어난 윤활유가 만들어지죠. 자동차 엔진오일 또는 기어오일의 경우 기유 비율이 80~ 85%를 차지하고, 터빈 오일과 같은 산업용 윤활유에는 이 비중이 95~99%까지 올라갑니다. 따라서 엔진오일을 비롯한 윤활유를 고를 땐 기유의 품질을 우선적으로 고려해야 합니다. 그 다음으로 어떤 첨가제가 들어갔는지를 본다면 사용 목적에 알맞은 윤활유를 고를 수 있겠죠?

 

 

 

윤활유는 크게 여섯 가지의 기능을 합니다.

[01. 마찰/마모 저감] 마찰을 작게 하여 기계가 마모되는 것을 막아줍니다

[02. 냉각] 마찰을 통해 발생한 열을 흡수하고, 이를 윤활 시스템 외부로 방출해줍니다.

[03. 세정] 엔진을 작동시키다 보면 탄화물이 발생할 수 있고, 외부에서 먼지가 낄 수 있는데 윤활유가 들어가면서 자연스레 씻겨 내려갑니다.

[04. 기계보호(방청)] 흔히 녹이 슨다고들 많이 하죠? ‘로 이루어진 제품은 산소와 맞닥뜨리게 될 경우, 산화반응이 일어나기 쉽죠? 윤활유가 들어가서 막아줍니다.

[05. 밀봉] 실린더 내부의 분사가스가 새는 것을 막아줍니다.

[06. 용력 분산] 마찰 때문에 순간적으로 기계의 특정 부분에 집중적으로 가해질 경우 이를 분산시켜줍니다.

마찰을 막아주고 열을 식혀주는 작용 이외에도 다양한 기능을 하고 있는 윤활유입니다. 정말 눈에 보이지 않는 곳에서 열일하고 있죠?

기유의 품질은 무엇으로 결정될까요? 너무 깊숙히 들어갈 경우 내용이 방대해질 수 있기 때문에,이번 기사에서는 차량용 엔진오일에 초점을 맞추겠습니다. 또한 점도점도지수를 중점적으로 다루겠습니다.

 

 

 

점도점도 지수는 엄연히 다른 개념입니다. 점도는 끈적거리는 정도를 뜻합니다. 액체가 흐르는 것에 저항하는 내부 마찰력이죠. 위의 그림에서 보시는 것처럼 점도는 저온 점도고온 점도로 구분됩니다. 저온점도는 엔진 전체에 오일이 얼마나 빨리 도달하는가를 결정해요. 수치가 낮을수록 더 빨리 도달한다는 뜻입니다. 고온점도는 높은 온도에서도 점도를 일정 수준으로 유지하는 정도인데요, 일반적으로 온도가 높아지면 기름이 묽어지는데(=점도가 낮아지는데), 고온점도가 높다면 덜 묽어진다는 의미입니다.

 

 

 

 

 

사실 저온점도, 고온점도는 일장일단이 있어서 어느 한 쪽을 일방적으로 선호하면 안 됩니다. 엔진오일 제조업체에서 차량에 맞는 제품을 추천해주는 데에는 다 이유가 있죠. 왜 그런지 구체적으로 살펴보겠습니다. (cf. [ 차에 맞는 SK ZIC 제품 찾기] ).

저온점도는 기름이 빨리 퍼지는 정도입니다. 저온점도가 낮을수록 차에 시동을 걸 때 엔진 마모가 덜 생깁니다. 피스톤 사이에 빠르게 들어가서 윤활작용을 해주기 때문이죠. 하지만 기름이 덜 끈적하기 때문에 증발이 빨리 일어납니다. 그래서 수명이 짧고 부하가 많이 걸리는 트럭이나 레이싱용 차량에는 어울리지 않습니다.

고온점도는 높은 온도에도 점도가 유지되는 정도입니다. 그래서 고온점도가 높으면 엔진 내벽을 더 잘 보호할 수 있습니다. 끈끈하기 때문에 높은 온도에서도 기름막이 튼튼하게 유지되죠. 하지만 시동을 걸 때 엔진 내벽으로 오일이 느리게 퍼져서 마모가 쉽게 발생합니다. 또한 끈끈하니까 그만큼 상대적으로 뻑뻑하겠죠? 덜 매끄럽기 때문에 피스톤이 움직일 때 저항력이 커지면서 연비가 나빠지게 됩니다.

 

 

 

한편 점도 지수란 온도에 따라 점도가 변화하는 정도를 수치로 표현한 것입니다. , 온도의 Up & Down에 따라 점도가 변화하는 폭을 나타낸 것이에요. 하단의 등식을 기억해주세요 !

 점도 지수가 높다 = 점도가 덜 변한다 (온도변화에 의한 점도변화가 작다)

원래 점도는 온도와 반비례 관계입니다. 온도가 낮을수록 점도는 높아지구요, 온도가 높을수록 점도는 낮아지죠. 차량 엔진의 입장에서 온도가 낮을 때는 시동을 걸 때입니다. 이때 엔진오일이 끈적해져서 빨리 퍼지지 못하면 엔진 마모가 심해질 겁니다. 그리고 엔진의 움직임이 커질수록 온도도 높아질탠데 이때 점도가 낮아지면 빨리 증발되어 엔진을 보호해주지 못할 겁니다.

결론적으로, 차가 시동을 걸 때는 엔진오일이 빨리 퍼져야 하고, 차가 바삐 움직일 때에는 엔진을 보호해주기 위해 엔진오일이 끈끈한 기름막을 만들어야 합니다. 이를 위해서는 점도가 덜 변하는(=점도 지수가 높은) 상황이어야 하죠.

 

 

 

 

이제 ‘SK ZIC ZERO’가 왜 친환경적 제품인지 설명해드리겠습니다. 우선 대부분이 0W-라는 초저점도의 제품입니다. 점도가 낮기 때문에 잦은 시동에도 엔진을 잘 보호할 수 있고, 덜 끈적이기 때문에 엔진을 작동시킬 때의 연비 손상을 줄일 수 있습니다. 또한 SK 지크 제로에는 SK가 독자적으로 개발한 이온 액체가 첨가되어 있습니다. 기유의 성능을 향상시켜주는 첨가제가 들어간 것이죠. 이 이온 액체는 상온에서도 높은 극성을 띄기 때문에 금속 표면에 쉽게 붙어서 마찰과 마모를 막아줍니다. 초저점도 기유와 엔진부품의 마모를 효과적으로 막아주는 첨가제가 ‘SK ZIC ZERO’를 친환경 윤활유로 만들어준 셈이죠.

( SK이노베이션 윤활유기술 Unit 황선애 선임연구원 인터뷰 기사 )

 

 

 

 

 

윤활유에 대한 핵심 개념들 위주로 기사를 작성했습니다. SK이노베이션의 ESG활동은 사회공헌활동(ex. 맹그로브 숲 복원사업)뿐만 아니라 제품개발(SK 지크 제로)을 통해서도 이뤄지고 있다는 점, 기억해두시면 좋을 것 같습니다. 그럼 저는 또 다른 기사로 여러분들을 찾아 뵙겠습니다. 그때까지 모두 안녕~~ !