자동차의 에너지 절약과 배출가스 개선 

2005년 2월 교토의정서가 발효 되었다.

에너지를 절약하려면 자동차 배출가스를 개선시켜야 하므로 여기서는 자동차 배출가스 개선을 기준으로 에너지 절감 대책을 기술하고자 한다.

1. 자동차 배출가스

 가. 배출가스 종류

    연료형자동차는 화학연료가 연소되면서 대소를 불문하고 일산화탄소(CO) 탄화수소(HC) 질소산화물 (NOX) 먼지 등 여러 가지 물질이 생성되어 배기관으로 밖으로 나오는 것을 “자동차배출가스”라 한다.

    ① 일산화탄소(CO): 농도가 심하면 두통·현기증이 나고 방치하면 사망한다고 하며, 원인은  연소하는 동안의 산소 부족에서 생긴다.

    ② 탄화수소(HC): 농도가 높으면 점막(粘膜)을 자극하고 조직을 파괴하고 질소산화물과 반응해서 광화학스모그의 원인이 되며, 가솔린의 주성분이 불완전 연소되어 그대로 배출되는 것이다.

    ③ 질소산화물(NO, NO2): 산소결핍증·중추신경기능의 감퇴를 일으킴과 동시에 광화학스모그의 원인이 되며, 공기 중의 산소와 황이 고온에서 반응하여 생성되는 것이다.

    ④ 매연 기타

 나. 배출가스의 규제

   세계에서 자동차의 배출가스 규제를 가장 먼저 시행된 곳은 미국 캘리포니아 주(州)의 로스앤젤레스로 1943년에 유명한 LA 스모그가 발생하여 이것이 미국에서의 자동차 배출가스 공해의 시작이었다.

한국에서 자동차 배출가스가 문제되기 시작한 것은 1970년대 초반부터로 이무렵 한국에서도 승용차가 생산되기 시작하였고 자동차 보유대수가 급격히 증가되면서 가솔린 자동차의 일산화탄소 CO에 대한 규제가 시작 되었고 1980년 대기보전법의 제정·공포로 신차에 대한 규제(CO, HC 및 NO)도 시작하게 되었다.

유럽에서는 현재 EURO기준을 만들어 2008년부터는 디젤의 경우 입자성물질 0.01g/km ,이산화탄소 배출량 120(g/km)이하로 줄일 계획이다.

2. 자동차 배출가스 감소 대책

 가. 교토의정서

    전 세계 국가들이 지구기후변화 방지를 위한 노력을 하겠다는 것이었고, 이를 이행하기 위하여 누가, 얼마만큼, 어떻게 줄이는가에 대한 문제를 결정한 것이 ‘교토의정서’라고 할 수 있다.

교토의정서에 의하면 기후변화협약 Annex국가들은 2008~2012년 기간 중 자국 내 온실가스 배출 총량을 1990년대 수준대비 평균 5.2% 감축하여야 한다고 2005년 2월 교토의정서가 발효되었다.

또한 교토의정서는 온실가스를 효과적이고 경제적으로 줄이기 위하여 공동이행제도(JI), 청정개발체제(CDM), 배출권거래제도(ET)와 같은 유연성체제를 도입하였는데, 이들을「교토메카니즘(Kyoto Mechanism)」이라고 한다.

 나. 자가진단장치(OBD) 부착

    배출가스 자가진단장치(OBD)의 의무 장착시한이 내년 1월로 다가오면서 수입차판매가 급감할까봐 관련업계가 전전긍긍하고 있다.

미국은 이미 2004년부터 모든 가솔린 차량에 OBD 장착을 의무화 한데 이어 우리나라도 내년1월부터 전면 시행한다.

따라서 내년부터 국내외 업체를 막론하고 국내 시판차량은 OBD키트를 달아야 한다.

이로 인하여 국산차 업체는 내수 판매대수가 워낙 많으므로 개발비가 무시할 수준이지만 벤츠, BMW, 아우디, 폴크스바겐, 푸조 등 유럽 차들은 별도의 OBD킷트를 만든데 들어가는 비용이 수십억 원이 든다고 한다.

※ OBD(On Board Diagnostics)란 배출가스 허용기준을 초과하면 차내 계기판에 정비 지시등이 켜져 운전자에게 알려주는 자가진단장치의 전자회로 킷트로 승용차의 배기가스 연결 부위에 장착한다.

3. 배출가스 저감 기술

  배출가스 개선 방법에는 연소후 처리방식(External Process System)과 연소 내 처리 방식(Internal Process System)의 두 가지 기술이 있다.

 가. 연소후 처리방식 (External process) : 삼원촉매방식

   ① 구성과 동작원리 : 백금·팔라듐·로듐 등을 사용한 촉매 컨버터로 배기 중에 산소가 남지 않도록 하는 물리적 방식이다.

배기온도를 충분히 높게 유지하면 일산화탄소 CO와 탄화수소 HC에 대해서는 질소산화물 NOX가 산화제로서 작용하고, 한편 CO와 HC는 NOX의 환원제로서 작용하여 3성분을 동시에 절감할 수 있다.

   ② 효과와 문제점 : 현재 가장 일반적으로 쓰이는 방식인데 공장의 굴뚝에 설치하는 일종의 집진기와 같은 역할로 시간이 경과하면서 부식되거나 성능이 떨어진다.

 나. 연소 내 처리방식(Internal process): VAD방식

   ① 구성과 동작원리 : 전자소자로 구성되어 있으며 연소부터 배출까지 전과정을 시스템적으로 정확하게 제어가 되도록 해주는 새로운 방식이다.

   ② 효과와 문제점 : 떨어지는 자동차성능을 복원시켜 차 스스로 배출가스를 개선시키므로 반영구적이나 소비자들에게 확산시키는 데는 많은 시간이 필요하다.

4. 결론

  지구는 에너지부족과 배기가스로 몸살을 앓고 있으며 마치 시소(놀이기구)와 같아 어느 한 쪽으로도 치우치지 못하고 있다.

해서 배출가스를 개선하여 연료를 절감하기 위해서는 현재는 연소 후 처리방식(External Process System)보다 진 일보한 연소 내 처리 방식(Internal Process System)을 적극적으로 활용하여야 한다.

또한 연소 내 처리방식은 연비와 배출가스는 물론 소음 출력 및 승차감 등 차의 전반적인 성능을 개선시켜주므로 차의 질이 좋아지고 수명도 연장 된다.

따라서 자동차에서 에너지절감을 개선하기 위해서는 먼저 배출가스 질을 시스템적으로 개선하여야만 연료형자동차로 인하여 생기는 에너지 부족과 배출가스 질을 개선시킬 수 있는 지름길이다.

<제공 = 모터파워>