압축공기란?

알게 모르게 압축공기는 생일 파티의 풍선, 자동차와 자전거의 타이어 공기 등 우리 생활의 모든 측면에서 사용되고 있습니다. 여러분이 지금 보고 있는 휴대전화, 태블릿, 컴퓨터 등에도 사용되고 있을 것입니다.

이미 짐작하시겠지만, 압축공기의 주요 성분은 공기입니다. 공기는 다양한 기체로 구성된 기체 혼합물으로, 주로 질소(78%)와 산소(21%)로 구성되며, 각각 특정한 양의 운동 에너지를 가진 다른 공기 분자를 포함합니다.

공기의 온도는 이러한 분자의 평균 운동 에너지와 정비례합니다. 즉, 평균 운동 에너지가 크고 공기 분자가 빠르게 움직이면 공기 온도가 높고, 운동 에너지가 작으면 온도는 낮습니다.

공기를 압축하면 분자가 더 빠르게 움직여서 온도가 증가합니다. 이 현상을 “압축 열”이라고 합니다. 공기를 압축하면 문자 그대로 공기를 더 작은 공간으로 축소하여 분자 사이의 거리가 더 가까워집니다. 이때 배출되는 에너지는 공기를 더 작은 공간으로 축소하는 데 필요한 에너지와 동일합니다. 다시 말해 나중에 사용하기 위해 에너지를 보관합니다.

풍선을 예로 들어 보겠습니다. 풍선에 바람을 주입하면 공기의 부피가 더 커집니다. 풍선 안에 있는 압축공기에 포함된 에너지는 바람을 주입하는 데 필요한 에너지와 동일합니다. 풍선을 놓아 공기가 배출되면 이 에너지가 소멸되어 풍선이 날아갑니다. 이는 정변위 공기압축기의 기본 원리이기도 합니다.

압축공기는 에너지를 보관하여 운반하는 데 탁월한 매체입니다. 압축공기는 유연하고 다양하며 배터리, 스팀 등과 같은 다른 에너지 보관 방법에 비해 상대적으로 더 안전합니다. 배터리는 크고 충전 수명이 제한적입니다. 반면에 스팀은 비용면에서 비효율적이고 사용자 편의적이지 않습니다(너무 뜨거움). 압축공기를 전기와 비교할 때 전기는 더 비용 효율적입니다. 그렇다면 왜 압축공기를 사용하나요?