F1 머신에 사용되는 연료의 기술과 진화

F1 머신은 단순히 빠른 자동차가 아니다. F1 머신은 여러 세대를 거치면서 자동차 그 이상의 것이 되었다. 그런 발전에 따라 F1 머신에 사용되는 연료의 기술과 진화도 이루어져 왔다. 그 속에는 연료 한 방울까지 계산된 정밀한 과학이 숨겨져 있다. 많은 사람은 F1 경주를 떠올릴 때 엔진 소리와 속도를 먼저 생각하지만, 실제로 그 속도 뒤에는 ‘연료의 기술’이 존재한다. F1에서 사용되는 연료는 우리가 주유소에서 넣는 일반 휘발유와 다르다. 이 연료는 국제자동차연맹(FIA)의 엄격한 규정 속에서 설계되며, 엔진 효율과 환경 기준을 동시에 만족시켜야 한다. 지금부터 F1 머신이 어떤 연료를 사용하는지, 그리고 그 연료가 어떻게 자동차 기술의 미래를 바꾸고 있는지 구체적으로 살펴보자.

 

1. F1 머신의 속도를 결정하는 보이지 않는 과학, ‘연료’

F1 머신은 세상에서 가장 극단적인 조건을 견디는 내연기관 차량이다. 겉으로는 단순히 빠른 자동차처럼 보이지만, 그 내부에서는 마치 항공기용 엔진 수준의 열과 압력이 매 순간 폭발적으로 발생한다. 이런 환경에서 엔진이 완벽히 작동하기 위해서는, 연료가 단순한 ‘휘발유’ 수준을 넘어서야 한다. F1에서 사용되는 연료는 엄밀히 말하면 고정밀 화학물질의 조합체로, 국제자동차연맹(FIA)이 설정한 규정 내에서 각 팀이 자체 개발을 진행한다.
이 연료의 품질은 단순한 출력뿐 아니라, 엔진의 내구성, 연소 온도, 연료 분사 압력, 점화 타이밍 등과 모두 맞물려 있다. 일반 도로용 휘발유의 옥탄가가 95~98 정도인 반면, F1 연료는 옥탄가가 102~109 수준으로 훨씬 높다. 높은 옥탄가는 폭발 압력에 대한 저항성이 강하다는 뜻이며, 이는 15,000 RPM을 넘나드는 F1 엔진의 회전 속도에서도 노킹(knocking)이 발생하지 않도록 돕는다.
실제 2024 시즌 기준으로 F1 팀들이 사용하는 연료의 성분 중 10%는 바이오 기반으로 구성되어 있으며, 나머지는 정제된 고순도 탄화수소다. FIA는 모든 연료 샘플을 분자 단위까지 분석하여 규정 위반을 사전에 차단한다. 하지만 같은 범주 내에서도 Shell, Petronas, ExxonMobil, Aramco 같은 파트너 기업들은 각 팀의 엔진 특성에 맞춰 미세하게 다른 조합을 만든다.
예를 들어, 페라리 팀의 Shell 연료는 분자 밀도를 높여 폭발 압력을 최적화하는 전략을 사용하고, 메르세데스 팀의 Petronas 연료는 점화 안정성과 연소 잔류물 최소화에 집중한다. 이러한 연료 개발은 단순히 ‘에너지를 많이 내는 것’을 목표로 하지 않는다. F1 머신의 엔진은 정밀하게 계산된 연료-공기 혼합비(A/F ratio)로 작동하며, 연료의 화학적 특성은 이 비율의 균형을 유지하는 핵심이다.
2024년 기준 Shell은 “연료 효율 3% 개선”을 공식 발표했는데, 이 수치는 단일 경기에서 약 0.1초의 랩타임 차이를 의미한다. F1에서는 0.1초가 포디엄을 결정짓는 치명적인 수치이기 때문에, 연료 개발은 단순한 보조 요소가 아니라 팀 전략의 중심이다. 결국 F1의 ‘속도’는 엔진의 힘이 아니라 연료의 과학이 만들어낸 예술적 균형이라 할 수 있다.

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2. FIA의 연료 규정과 ‘합법적 혁신’의 경계

FIA는 모든 F1 팀이 사용하는 연료를 사전에 검사하며, 규정 위반 시 즉시 실격 처리한다. 규정은 명확하다. “연료는 상용 휘발유와 화학적 특성이 유사해야 하며, 탄소 수가 C5~C12 범위의 탄화수소여야 한다.” 즉, 과도한 첨가제나 산소계 혼합물은 금지된다.
그러나 규정이 존재한다고 해서 모든 팀이 동일한 성능의 연료를 쓰는 것은 아니다. 각 팀은 동일한 화학 범주 안에서 성분의 비율을 극도로 정밀하게 조절한다. 예를 들어, Shell은 연료 내 방향족 화합물의 비율을 줄여 폭발 속도를 개선했고, Petronas는 점화 안정성을 높이는 방향으로 접근했다. 이 작은 차이들이 바로 레이스 전략의 핵심이 된다.
2023년 FIA는 연료 샘플의 분석을 통해 ‘바이오 성분’을 최소 10% 이상 포함하도록 규정을 강화했다. 이는 F1이 단순한 경기 스포츠를 넘어 지속가능한 기술의 테스트베드로 변하고 있음을 의미한다. 실제로 FIA는 2026 시즌부터 100% 합성연료(Synthetic Fuel) 도입을 예고했으며, 이는 화석 연료 의존도를 줄이는 핵심 정책으로 평가받는다.

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3. 팀별 연료 개발의 비밀: 분자 단위로 벌어지는 기술 전쟁

F1 연료 개발은 자동차 기술 중에서도 가장 비밀스럽고 고도화된 분야 중 하나다. 각 팀의 연료 파트너들은 연소 속도, 점화 안정성, 기화율, 냉각 효율, 윤활 특성 등 수십 가지 변수를 동시에 고려하며 ‘분자 단위의 전쟁’을 벌인다. 예를 들어, Shell은 페라리의 엔진 제원 수천 건을 시뮬레이션해, 연료 분자의 사슬 구조를 변경함으로써 폭발 압력 곡선을 일정하게 유지하도록 조정했다. 이는 연소실 내부에서 불꽃이 퍼지는 속도를 균일하게 만들어 엔진의 진동과 마찰 손실을 줄이는 효과를 가져왔다.
반면 Mercedes-AMG 팀은 Petronas와 협력해 연료와 엔진 오일 간의 ‘분자 상호작용’을 연구하고 있다. 그들은 연료가 점화된 직후 생성되는 미세한 탄소 입자를 최소화함으로써 엔진 오일의 수명을 늘리고 마찰 손실을 줄이는 전략을 사용한다. 이런 접근은 연료와 오일이 서로 영향을 주지 않도록 설계해야 하기 때문에, 화학적 조합이 극도로 정교해야 한다.
Honda와 Red Bull Racing은 ExxonMobil과 함께 2023~2024 시즌 동안 기화 안정성(Volatility Stability) 을 강화하는 데 초점을 맞췄다. 엔진이 초고속 회전할 때 연료가 고르게 분사되지 않으면 실린더 온도 차이가 생기고 출력 손실이 발생한다. 이를 해결하기 위해 ExxonMobil은 연료 내 ‘파라핀 계열’ 성분의 비율을 조정하여 고온 상태에서도 연료 분자가 일정한 밀도로 기화되도록 설계했다.
Aston Martin 팀은 Aramco와 협력하여 지속가능 연료 개발에 집중하고 있다. Aramco는 2024년 기준 ‘합성 연료 파일럿 플랜트’를 운영하며, 이산화탄소를 포집하여 재활용하는 공정 기술을 실제 F1 연료 실험에 반영하고 있다. 이러한 실험은 단순히 엔진 효율 개선을 넘어서, 미래의 탄소중립 모빌리티 기술 개발로 이어지고 있다.
이처럼 각 팀의 연료 연구는 화학과 기계공학, 데이터 과학이 결합된 형태로 발전하고 있다. F1 연료는 단순히 에너지를 ‘태워서 속도를 내는 물질’이 아니라, 엔진 내부의 온도, 압력, 마찰, 기류 흐름을 통합적으로 제어하는 복합 시스템의 일부다. 이런 기술은 이후 일반 자동차용 연료 개발에도 반영되어, 실제로 Shell과 Petronas는 F1에서 얻은 데이터를 바탕으로 상용 휘발유의 효율을 약 1.5% 개선한 바 있다.

 

 

4. 지속가능한 F1을 향한 새로운 도전, ‘합성연료의 시대’ 

현재 F1은 ‘탄소 중립’이라는 거대한 변곡점 위에 서 있다. 국제자동차연맹(FIA)은 2030년까지 F1 대회의 전체 운영 과정에서 발생하는 탄소 배출량을 순제로(Net Zero Carbon)로 만들겠다는 명확한 목표를 세웠다. 이 선언은 단순히 스포츠의 이미지 개선을 위한 구호가 아니라, 자동차 산업 전체의 미래를 재정의하는 기술적 실험이기도 하다. 그 중심에는 바로 ‘합성연료(Synthetic Fuel)’ 가 있다.

FIA는 2026 시즌부터 모든 팀이 100% 비화석 기반 합성연료를 사용하도록 의무화할 예정이다. 이 연료는 원유를 정제해 얻는 기존 휘발유와 달리, 공기 중의 이산화탄소(CO₂)를 포집하여 수소(H₂)와 화학적으로 결합시켜 만든다. 결과적으로 연소 과정에서 배출되는 CO₂가 다시 연료 생산에 재활용되기 때문에, 전체 탄소 배출량이 ‘0’에 가까워진다. 이렇게 만들어진 연료는 화석 연료를 대체할 뿐 아니라, 기존 내연기관과 호환된다는 점에서 현실적인 지속가능 에너지로 주목받고 있다.

2025년 기준으로 Shell, Aramco, HIF Global, Porsche eFuels 등은 이미 합성연료 상용화를 위한 시범 생산을 시작했다. 특히 Shell은 칠레 Punta Arenas 지역에 대규모 CO₂ 포집형 합성연료 플랜트를 운영 중이며, 연간 약 5만 리터 규모의 생산량을 목표로 하고 있다. 또한 Porsche와 Siemens Energy는 독일 남부 지역에서 eFuel 프로젝트를 공동으로 진행하며, 2026년부터 연간 10만 리터 이상 생산할 계획을 발표했다. 이러한 움직임은 단순히 F1을 위한 것이 아니라, 글로벌 내연기관 시장 전체의 ‘생존 전략’으로 확산되는 중이다.

F1이 합성연료 도입을 서두르는 이유는 단순한 친환경 이미지 때문이 아니다. 전기차가 급성장하는 시대에, F1이 여전히 ‘내연기관 기반 스포츠’로서 의미를 가지려면, 탄소중립을 실현하면서도 내연기관의 기술적 정체성을 지켜야 하기 때문이다. 합성연료는 바로 그 절묘한 해답이 된다. 이 연료는 기존 엔진의 구조를 크게 변경하지 않아도 사용할 수 있으며, 고온·고압의 F1 환경에서도 충분히 안정적인 폭발력을 유지한다.
FIA의 기술 위원회는 2024년 말 기준, F1 엔진 제조사들에게 합성연료용 연소 실험을 의무적으로 수행하도록 지시했다. 이 테스트에서는 연료의 점화 온도, 폭발 압력, 잔류 탄소 입자량 등이 모두 측정되며, 실제 경기 수준의 열 조건에서 ‘성능 손실이 없는지’가 핵심 평가 기준이다.

Aramco는 2025년 3분기 기준, 합성연료의 에너지 밀도가 기존 휘발유의 98% 수준에 도달했다고 발표했다. 이는 F1 머신이 기존과 동일한 출력과 속도를 유지하면서도, 탄소 배출량을 85% 이상 줄일 수 있음을 의미한다. Red Bull Powertrains 역시 Aramco와 공동으로 합성연료 엔진 캘리브레이션을 진행 중이며, 초기 테스트에서 기존 휘발유 엔진 대비 ‘출력 손실 1% 미만’이라는 놀라운 결과를 얻었다.
이러한 데이터는 F1이 단순히 레이싱 경기의 상징이 아니라, 미래 에너지 산업의 테스트베드(Testbed)로 기능하고 있음을 보여준다.

합성연료의 도입은 환경적 의미 외에도 산업적 파급력이 크다. F1을 통해 검증된 연료 기술은 도로용 차량, 항공, 해운 분야로 확산될 수 있다. 예를 들어, Shell은 F1용 합성연료 기술을 항공기용 SAF(Sustainable Aviation Fuel)에 응용 중이며, Petronas는 상용 트럭용 저탄소 합성디젤 개발 프로젝트를 추진하고 있다. 이처럼 F1의 한정된 기술 실험이 실제 산업 전체의 탈탄소 전략으로 확장되고 있다.

물론 합성연료가 완전한 해결책은 아니다. 생산 과정에서 수소를 얻기 위한 전력 소비량이 크며, 아직은 경제성이 낮다. 하지만 F1이 이 기술을 선택한 이유는 명확하다. 그것은 ‘현존 내연기관을 지속가능하게 유지할 수 있는 가장 현실적인 방법’이기 때문이다. F1의 연료 혁신은 단지 경기 기술의 발전이 아니라, 전 세계 자동차 산업이 전동화와 합성연료화라는 두 축으로 진화하는 과정의 축소판이라 할 수 있다.

결국 F1의 합성연료 도입은 스포츠의 영역을 넘어선 기술적 선언이다. 그것은 “속도의 유산을 지키면서, 지구의 미래를 책임지겠다”는 약속이기도 하다. 앞으로의 F1은 더 이상 검은 연기를 내뿜는 고성능 엔진의 상징이 아니라, 탄소중립 시대의 과학적 실험장으로 기억될 것이다. 그 작은 연료 한 방울 속에는 70년의 기술 진화, 화학의 정밀함, 그리고 지속가능한 에너지로 향하는 인류의 도전이 함께 녹아 있다.