자동차 배출가스 저감 기술, 미래를 정화하다
자동차 배출가스 저감 기술, 미래를 정화하다
  • 김하늬 기자
  • 승인 2019.06.10 12:14
  • 댓글 0
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환경기준 강화·기술 발전 필요…
국립환경과학원 교통환경연구소 이종태 소장

[공학저널 김하늬 기자] 최근 세계 각국은 탄소가스 배출을 줄이기 위해 노력하고 있다. 그 중에서도 자동차 분야에서는 다양한 변화가 이뤄지고 있다. 자동차 배기가스는 대기오염의 주범으로 지목되는 것은 물론 우리의 건강을 위협하는 미세먼지를 발생시키고 있기 때문이다.

이동오염원은 자동차와 같은 도로부문과 건설기계, 선박 등의 비도로부문으로 구분된다. 대기정책지원시스템(CAPSS)의 2015년 국가대기오염물질 배출량에 따르면 이동오염원은 국내 미세먼지 발생에 약28% 정도 기여하는 것으로 알려져 있으며 도로부문이 12%, 비도로부문이 16%로 나타났다. 이에 전 세계는 대기오염 배출량을 줄일 수 있는 친환경 자동차 개발에 집중하고 있는 추세다.

디젤게이트 스캔들 이후 4년이 지났음에도 여전히 유럽연합(EU)의 도로에는 여전히 배출가스를 조작한 디젤자동차 3300만대가 질주하고 있는 것으로 나타났다. 영국 가디언지는 지난 달 30일 디젤게이트 당시 관련된 디젤자동차 4300만대 중 3/4 이상인 3300만대가 여전히 운행 중이라고 보도했다.

이른바 폭스바겐 배기가스 조작이라고도 불리는 디젤게이트는 지난 2015년 폭스바겐 AG 그룹의 디젤 배기가스 조작 사건이라고 할 수 있다. 폭스바겐의 디젤 엔진에서 디젤 배기가스가 기준치의 40배나 발생한다는 사실이 밝혀졌고, 센서감지 결과를 바탕으로 주행시험으로 판단이 될 때만 저감장치를 작동시켜 환경기준을 충족하도록 엔진 제어 장치를 프로그래밍했다는 사실이 드러난 것.

배기가스 임의설정은 자동차의 배출가스 인증 시 실시하는 실내 시험조건에서는 배출가스 저감장치를 충분히 가동해 대기오염물질의 배출을 낮게 유지하지만, 그 이외의 실제 도로 주행 조건에서는 저감장치의 기능을 떨어뜨려 오염물질을 과다하게 배출하는 일종의 배출가스 조작 행위다.

미국 연방환경청(US EPA)이 폭스바겐 경유차의 임의설정을 적발한 이후 국내에서는 국립환경과학원 교통환경연구소가 주관이 돼 조사를 진행했다. 교통환경연구소는 조사 착수 약 2개월 만에 2009년에서 2015년 사이에 판매된 폭스바겐 경유차 15종 약 12만 5천대가 인증시험 조건에서만 질소산화물 저감장치인 EGR을 정상 가동하고, 실제 도로 주행조건에서는 EGR 장치의 기능을 떨어뜨려 질소산화물을 과다 배출시키는 임의설정이 적용돼 있는 것을 확인했다.

임의설정을 원천적으로 차단하기 위해 교통환경연구소는 2011년부터 유럽연합과 기술 정보 교류 및 협업을 통해 ‘실제 도로 주행 배출가스 평가연구’를 수행했다. 이를 통해 유럽연합과 동일한 시점인 2017년 9월부터 인증을 받는 경유차에는 ‘실제 도로 주행 배출가스(RDE-Real Driving Emission) 관리제도’를 도입했다.

RDE는 자동차에 이동식 배출가스 측정장치(PEMS-Portable Emission Measurement System)를 탑재해 실제 도로를 주행하면서 오염물질을 측정하고 배출허용기준에 적합한지를 확인하는 제도라고 할 수 있다. RDE 검사 시 서울의 도심뿐만 아니라, 교외, 고속도로를 약 1/3씩 주행해 다양한 주행조건에서의 배출특성을 평가하며, 배출허용기준은 실내 인증시험 기준의 1.5배 이내로 설정돼 있다.

이렇듯 교통환경연구소는 자동차에 의한 대기오염 발생 원인을 다각적으로 연구하고, 이를 저감시키기 위한 국가환경정책을 과학적으로 지원하고 있다. 자동차 실제도로 주행시 배출가스 규제 등의 배출허용기준 설정을 통해 자동차로 인한 오염물질 배출을 원천적으로 저감했으며, 운행경유차의 매연을 저감시키기 위한 매연여과장치 성능에 대한 인증제도 운영을 통해 효과와 성능이 입증된 제품이 사용되도록 관리해 미세먼지 저감에 기여하고 있다.

교통환경연구소 이종태 소장(사진)은 “지난 2016년 교통환경연구소가 국내 경유차의 실제 도로 주행조건에서 배출가스를 측정한 결과 질소산화물이 실내 인증시험기준의 약 7배 수준으로 배출됐던 것을 고려하면, RDE 도입으로 자동차 제작사는 새로운 저감장치 기술을 적용해 질소산화물 배출을 매우 낮은 수준으로 개선해야 하는 것”이라며 “2016년부터 자동차 제작사는 배출가스 인증신청 시 저감장치의 기본적인 제어 원리(BES-Base Emission Strategy)와 저감장치의 기능을 저하시킬 경우 해당 주행 조건 및 타당한 기술적 사유(AES-Auxiliary Emission Strategy)를 모두 제출하도록 법령이 강화됐다. 교통환경연구소는 강화된 법령을 철저히 시행해 폭스바겐 디젤 게이트와 같은 문제가 재발하지 않도록 할 것”이라고 말했다.

현재 국내에서는 이동오염원의 오염물질 배출량을 저감하기 위해 지속적으로 배출허용기준을 강화하고 있다. 자동차의 경우 휘발유차는 미국 캘리포니아의 LEV III, 경유차는 유럽의 Euro6 기준을 적용하고 있으며, 건설기계는 미국의 Tie4 기준이 적용 되는 등 미국, 유럽과 동등한 수준을 적용하고 있다.

이러한 강화된 환경기준을 만족하기 위해 내연기관에서 배출되는 오염물질을 제거할 수 있는 저감장치 기술도 지속적으로 발전돼 왔다.

미세먼지와 질소산화물 배출이 많은 경유엔진의 경우에는 입자상물질 포집필터(DPF, Diesel Particulate Filter), 선택적 환원촉매 장치(SCR, Selective Catalytic Reduction)를 적용해 엔진에서 배출되는 미세먼지와 질소산화물 배출을 90% 이상 저감할 수 있다.

휘발유차의 경우에도 저공해차 수준의 오염물질 저감을 위해 저온 활성 삼원촉매(Three Way Catalyst)와 미세먼지 저감을 위한 입자상물질 포집필터(GPF, Gasoline Particulate Filter)가 개발되고 있으며, LPG는 오염물질 및 온실가스 저감을 위해 현재 휘발유차에 많이 적용되고 있는 직접분사방식의 연료시스템(LPDI, LPG Direct Injection)을 개발 중이다.

이 소장은 “미세먼지와 관련해 자동차가 차지하는 기여율이 높은 상황에서 자동차에서의 미세먼지를 저감시키기 위한 배출허용기준 강화, 미세먼지 저감기술 연구 및 자동차 환경성 평가를 통한 친환경자동차 보급지원 업무와 연구를 지속해서 수행해 나갈 것”이라며 “또한 현재 관리되고 있지 않은 벤젠, 알데히드와 같은 미량유해물질에 대한 연구도 강화해 나갈 계획”이라고 말했다.


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