차 그리고 나 : 카즈앤미 (Since 1999 : www.carznme.com)

   한국 : FTP75
   미국 : FTP75 + US06 + SC03
   유럽 : ECE 4회 반복 + EUDC
   일본 : 10-15 Mode
 

  이 표의 내용을 보면, 전체 차량의 32%를 차지하는 버스,트럭과 같은 경유자동차가 오염물질별로 43%에서 98.5%까지를 차지하고 있습니다. 이것을 다시 자동차연료별로 구분하여 오염물질별 배출비중을 보면,

  전체 차량댓수의 30%에 그치는 경유차량이, 오존의 생성과 관계가 있는 NOx의 배출비중에서는 84%를,그리고 인간의 호흡기질환에 큰 영향을 미치는 미세먼지(PM)의 배출에 있어서는 98%를 차지하고 있습니다.

  이런 현실 때문에 환경부에서도 경유자동차의 저공해기술을 개발하기 위해 힘써왔으며.요즘 대중매체를 통해 가끔씩 거론되는 CNG버스도 경유자동차의 대기 오염을 줄이기 위한 사업의 하나입니다. 환경부가 추진하고 있는 경유자동차 배출가스 저감 사업의 중요한 프로젝트를 들어보면, 다음과 같습니다.

  이미 경유자동차의 유해가스 배출을 억제하고 있는 나라들이 많이 있습니다. 우리보다 기술적인 우위에 있다고 하는 일본의 경우에도 '동경 시내에서의 경유자동차 통행금지'를 놓고 많은 논쟁이 있어 왔습니다. 우리나라에서도 경유자동차의 유해가스 배출을 억제하는 정책이 체계적으로 시행되어야 합니다. 기왕에 계획을 가지고 추진하고 있는 환경부의 정책이, 서로간의 이해 관계 때문에, 원활하게 진행되지도 못하는 사태는 없었으면 합니다.

   각 나라별로 CO2의 배출량을 줄이기로 한 교토의정서에 따라 유럽위원회는 자동차에서 배출되는 CO2 도 감축시킬 것을 결정하였고, 그 계획은 1999년에 Europe Committee와 유럽자동차협회(ACEA)사이에 체결된 CO2 감축 계획 협약서를 통하여 구체화되었습니다. 이 협약을 체결하면서 ACEA는 유럽에 자동차를 수출하고 있는 일본과 한국의 자동차회사들에 대해서도 똑같은 협약을 체결해줄 것을 요청하였고, 이에 따라 Europe Committee는 일본(JAMA)과 한국(KAMA)에 대해서도 동일한 협약 내용을 제시하여, 2000년에 일본과 한국도 CO2협약을 체결하게 되었습니다.
   이 협약의 내용을 정리하면 가장 핵심적인 내용은
 (1) 일정 연도까지 정해진 양으로 CO2의 배출량을 억제 : CO2 Emission Target
 (2) CO2배출량 개선의 진전을 매년 확인 : CO2 Emission Monitoring
 (3) 소비자로 하여금 저연비차량을 구입하도록 유도 : Fuel Economy Labelling 입니다.

자동차제작사가 직접적인 대응을 취해야 할 항목은 (1)번 항목으로 이것의 자세한 내용은 아래 표와 같습니다.

 이 기사내용에는 프렘에어 외에도 차량에 장착된 트윈 람다(Lambda=산소)센서, 3원촉매 등이 환경친화적 첨단기술이라고 하고 있으나, 람다센서는 일반적으로 산소센서로 더 많이 알려져 있는 것이고, 3원촉매도 현재의 국내 차량에 모두 장착되어 있으니, 특별한 것은 없다고 하겠습니다. 그러나, 프렘에어에 대해서는 처음 접하는 분들이 많을 것으로 생각되어 기사내용보다 조금 더 자세히 이 시스템에 대해서 설명하고자 합니다.

 프렘에어는 과거에도 몇 번 기사화된 적이 있습니다. 그러나,과거에 기사화되었을 때에는 대개 프렘에어 단품의 기술에 대한 내용이었고, 상품화된 특정 차량에 장착된 것은 이번이 처음인 것으로 알고 있습니다. ‘프렘에어’는 지상으로부터 1미터 이내에 있는 대기 중의 오존을 산소로 환원시킬 목적으로 자동차의 라디에이터에 백금(Platinum)과 같은 귀금속을 코팅하는 것을 말합니다. 자동차가 주행하면 자동차의 앞방향에 있는 대기는 라디에이터 그릴을 통과하게 됩니다. 이렇게 자동차가 주행함으로써 라디에이터를 통과하게 되는 대기 중의 오존을 귀금속의 촉매작용으로 산소로 환원 시키려는 생각에서, 프렘에어가 개발되었습니다.

 ‘프렘에어’라는 명칭은 이 시스템의 개발자로 산업용(자동차용 포함)촉매 회사인 ‘엔겔하드(Engelhard)’사의

국내에서도 대기오염이 심해져 가고 또한 대기오염에 자동차의 배출가스가 미치는 영향도가 커짐에 따라, 자동차의 배출가스에 대한 규제가 강화되고 있으며 그와 더불어 자동차 연료의 청정연료화도 요구되고 있습니다. 사실 자동차연료의 청정연료화는 이미 그 효과가 미국에서 입증되고 있고 또한 광범위한 지역에 걸쳐 동시에 효과가 나타날 수 있는 대기오염 개선 방안입니다. 미국에서는 오존의 발생이 심한 지역을 중심으로 1996년부터 이미 청정연료의 판매를 의무화하고 있습니다. 국내에서도 여름철에 오존발생주의보를 통하여 우리에게도 익숙한 용어인 오존은 무색,무취의 기체로 휘발성유기화합물이나 질소산화물이 햇빛을 받아 발생되는데, 폐 등을 포함하는 호흡기에 질환을 일으키는 유해가스입니다.캘리포니아가 오존 발생의 대표적인 지역으로 1996년에 자동차의 연료로 청정연료를 사용함으로써 아래의 표와 같이 유해가스의 배출량을 저감하는 성과를 달성한 것으로 추정되고 있습니다.

표에서 볼 수 있듯이 자동차에 청정연료를 사용하면, 오존의 생성에 관계되는 휘발성유기화합물과 질소산화물이 저감되므로 오존의 생성을 줄일 수 있습니다. 따라서 청정연료를 사용하면 대기오염물질에 의한 암의 발생도 줄이는 것으로 알려져 있는데, 기대되는 암발생율의 감소치는 약 30~40%로 추정되고 있습니다.

이런 청정연료를 생산하기 위해서는, 자동차 엔진의 연소실내에서 연소되기 쉬운 성분으로 구성되어야 하기 때문에 추가적인 정제과정이 필요하므로 생산비용이 다소 비싸지는 점이 있다고 합니다. 그러나,지금까지 입증된 바로는 청정연료의 사용이 효과적인 대기오염 저감방법입니다. 차량의 종류, 차량에 장착되어 있는 배출가스 정화시스템의 종류, 그리고 차량의 나이 등에 관계없이 모든 차량에 동시적용이 가능하며, 무엇보다도 효과가 즉각적이다라는 점이 청정연료를 사용해야 하는 이유입니다.

그러나 이 청정연료는 앞에서 언급하였던 ‘한 쪽이 좋아지면 다른 쪽이 나빠지는 경우’에 해당합니다. 유해배출가스를 줄이는 대신에 연비는 1~3%정도 악화되는 것으로 알려지고 있습니다. 그래서, 지금 홍보되고 있는 ‘연비 개선 가솔린’은 진짜로 연비는 좋아지고 배출가스특성이나 성능에는 아무런 영향을 미치지 않는지 궁금합니다.

지금부터 100년전에 미국에서는 자동차가 태동하여 증기자동차,전기자동차,가솔린자동차가 시장을 차지하려고 경합하였습니다.(이렇게 보면,전기자동차 자체가 신기술은 아닙니다.) 그 중에서 가솔린자동차가 대표주자가 되어 20세기를 이끌었습니다.

21세기에 들어선 지금, 하나뿐인 지구를 보존하자는 환경운동의 영향으로 자동차는 커다란 변화를 맞이하고 있습니다. 다음 세대를 이끌어 갈 자동차는 무엇일까?

100년전에 미국에는 약 10만대의 자동차를 보유하고 있었고, 증기자동차, 전기자동차, 가솔린자동차가 각각 5:3:2의 비율이었습니다. 그런데 어떻게 가솔린자동차가 20세기의 주역을 차지하게 되었을까요? 당시의 각각의 자동차들이 가지고 있던 과제들을 정리하면 아래 표와 같습니다.

 특정기술의 자동차가 도로를 주행하기 위해 해결해야 할 과제에는, 기술자체의 과제뿐만 아니라 자원 공급망,그리고 가격의 문제도 포함되어 있는데, 가솔린자동차는 이 모든 것들을 해결함으로써 보급이 급속하게 진행되어 20세기의 주역이 되었습니다.

그러면, 21세기의 주역은 어떤 자동차가 차지하게 될까요?

현재, 자동차에 대한 사회적인 요구는 한마디로 환경 문제입니다. 자동차에서 직접적으로 배출되는 유해한 배출가스뿐만 아니라, 연료의 정상적인 연소에 의해서 만들어지는 이산화탄소도 지구온난화 문제와 관련되어 해결책이 요구되고 있습니다. 지구온난화 문제는 전세계적인 이슈로서, 이미 유럽에서는 구체적인 일정표를 가지고 이산화탄소를 줄이는 작업을 시작했고, 자동차도 일정부분을 담당해야 하므로 향후 3~4년 후에는, 그 결과가 가시화될 것입니다.
     자동차에서 이산화탄소의 배출을 억제하는 것은 간단히 말해 연료소비를 줄이는 것을 말합니다. 즉,동일한 양의 연료로 더 많은 거리를 주행할 수 있어야 합니다. 이 때문에 성급한 사람들은 이제 가솔린자동차의 시대는 지나갔다고도 말합니다. 그 대신에 전기자동차나 연료전지 자동차가 그 자리를 차지할 거라는 예상이 지배적입니다.

하지만, 장래에 연료전지 자동차가 주역이 된다고 하더라도 내연기관 자동차도 병존할 것이라는 예상 또한 가능한 것이어서, 가까운 장래에는 이들 시스템 모두가 병존하는 하이브리드 자동차가 두각을 나타낼 것이라는 예상을 하는 사람들이 많습니다.  

물론 이렇게 기술적 대체가 이루어지려면, 대체기술이 해결해야 할 과제가 있습니다.

• 첫째, 기존의 자원 공급망을 활용할 수 있을 것.
• 둘째, 우수한 차량 성능을 가지고 있을 것.
• 셋째, 성능 대비 가격이 적절할 것 입니다.

이런 과제들을 해결하는 대체기술로는 현재 하이브리드 자동차가 가장 근접해 있으므로, 가까운 장래에는 하이브리드 자동차의 보급이 증가할 것이라는 예상이 그다지 틀려 보이지는 않습니다.

   1985년에 100만대를 넘어선 자동차 댓수가 1997년에 천만대를 돌파하는 등 자동차 댓수의 급속한 증가로 말미암아 대기 오염도 가중되어, 100만대 시대에 비하여 자동차에서 배출되는 대기 오염 물질의 양은 2배이상 증가했습니다. 또한, 주요 외국 국가에 비교하여 동일 면적당 자동차 밀도가 매우 높기 때문에, 인구가 밀집해 있고 이에 따라 자동차도 밀집해 있는 대도시 및 주요 도시들의 경우, 자동차에 의한 대기 오염의 비중이 3배 가까이 증가했습니다.
    보다 심각한 현상은, 자동차 댓수로는 전체 자동차의 4.3%에 불과한 버스,화물차 등 대형 경유차가 전체 자동차 공해의 46.7%를 차지하고 있는 점입니다. 소형화물차까지 포함하면, 자동차 댓수의 30%에 해당하는 경유차가 자동차 오염물질의 60%를 배출하고 있습니다. 따라서, 대기오염을 줄이기 위해서는 경유차에 의한 대기오염을 시급히 줄여야 하겠지만, 앞으로도 한동안은 계속해서 경유차가 대기오염의 주요인이 될 것 같습니다.

그 이유는, 우선 경유차를 선호할 수 밖에 없는 연료의 가격구조로 인하여 전체 자동차에서 경유차가 차지하는 비율이 미국,영국,일본 등 주요 국가들에 비하여 월등히 높다는 것입니다. 특히, 경유차가 화물운송과 대중교통수단으로 사용되기 때문에, 산업경쟁력과 물가 인상이라는 측면에서 경유가격의 인상을 어렵게 하고 있습니다.

두 번째 이유는, 자동차 제작사 및 부품회사, 그리고 정유회사 등 자동차 관련업계의 저공해기술 부족과 투자 미흡으로, 경유차에 대한 기술이 선진국에 비해 5년 이상 뒤떨어져 있기 때문에, 단기간 내에 괄목할 만한 기술변화는 기대하기 힘듭니다.
  그리고 대기 오염물질의 다량 배출에는 운전자 여러분의 책임도 있습니다. 소형보다는 중,대형차를 선호하고, 탑재허용중량보다 더 많은 화물을 적재하고, 탑승정원보다 더 많은 인원이 탑승하고, 연료장치를 불법적으로 조정하거나 개조하고, 그리고 정비 점검에 소홀히 하는 등 자율적인 환경관리 의식이 부족합니다. 우리의 대기는 우리가 관리하는 만큼만 관리된다는 것을 인식하고, 우리의 대기를 개선시키기 위해서는, 우리가 노력해야 합니다.

자동차의 인증절차 및 사후관리절차에서 특정 자동차에서 배출되는 유해가스의 양을 측정하기 위해서는 법규에 정한 절차를 따르고 있습니다. 보통의 경우, 제작자동차의 유해가스 배출시험은, 배기관을 통해 연소가스가 배출될 때의 유해가스양을 측정하는 배출가스시험과 자동차의 연료계통에서 증발하여 대기 중으로 방출되는 탄화수소의 양을 측정하는 증발가스시험으로 구성되어 있습니다.

배출가스시험이란, 자동차가 규정된 조건에서 특정주행모드를 주행할 때 배출되는 각 배출가스 성분의 양을 측정하는 것으로, 국내에서 경자동차, 승용자동차 및 소형화물자동차에 대해서 시행하고 있는 배출가스시험은 그 시험방법이 미국의 시험방법과 같습니다. 이 시험을 수행하기 위해서는,시험차를 주행시키면서 배출가스를 측정하기 때문에, 자동차의 바퀴가 구동 될 수 있도록 하는 ‘차대동력계’(Chassis Dynamometer)라는 설비가 필요하고, 또한 시험차의 배출가스에서 시료를 채취하는 시료채취장비, 그리고 채취된 시료를 분석하는 배출가스 분석장비가 필요합니다. 가솔린이나 LPG를 연료로 사용하는 자동차의 경우에는 HC,CO,NOx 등이 분석되며, 경유자동차의 경우에는 이들 배출가스에 더하여 고체상입자물질(Particulate Matters:줄여서 PM이라고 함.)을 측정합니다.

자동차가 차대동력계상에서 주행할 때, 시험차의 주행모드는 FTP75라고 불리우는 모드입니다. FTP75모드는 LA지역의 아침시간의 도로사정을 고려하여 만들어졌으며, 총 주행거리는 약 17.8Km, 평균속도는 34.1Km/h, 최고속도는 91.2Km/h,그리고 총 시험시간은 2477초로 약 41분입니다.
[아래 그림] FTP 주행 모드

얼마 전에 대중매체를 통하여 일부 몰지각한 사람들이 적발된 적이 있습니다. 자동차의 배출가스를 정화 시키는 중요부품인 촉매를 재생하여 비싼 값으로 몰래 팔고 있다는데, 현재 국내에서 신품 촉매는 자동차 제작사로만 납품되며, 직접 소비자를 상대하는 애프터마켓으로는 납품되지 않습니다. 또한 촉매의 특성상 촉매는, 성능 좋아진 중고품이나 재생품이 있을 수 없습니다. 이러한 일은 바로 우리 운전자들이 촉매 등 자동차의 배출가스 정화장치에 대하여 전혀 알고 있지 못하기 때문에 생긴 일입니다. 소위 돈을 쓰고 바보가 된 경우입니다.

국제적으로는 이제 ‘환경친화적’이라는 말은 가장 강력한 무역장벽입니다. 미국은 벌써 90년대초부터 자동차의 배출가스규제를 강화하기 시작하여,현재에는 세계에서 가장 강력한 배출가스규제를 가지고 있고 이를 2000년대에도 계속해서 강화하고 있습니다. 우리나라의 자동차회사들이 미국에 규제를 만족시키는 데에 해마다 수 억원의 비용을 쓰고 있습니다. 유럽도 미국과 유사한 배출가스규제로 뒤따라 가고 있으며, 유럽에서는 여기에 더하여 연료소비율을 일정 값 이하로 줄인 차들만 판매가 가능하도록 있습니다. 여기에 대응하기 위해서 국내 자동차회사가 지불해야 할 금액은, 아마도 지금은 계산조차 할 수 없을 것 입니다.

결국 이러한 규제들도 언젠가는 국내 배출가스규제로 도입이 될 것이고, 그러면 현재보다 차량가격도 많이 오르고 또한 A/S비용도 많이 들 것입니다. 자동차배출가스 관련정보에 관심을 가지지 않으면, 앞에서 말한대로 비용쓰면서 바보되는 것이 남의 일이 아닐 것입니다.

환경은 남들이 보호해 주지 않는다는 것을 그 동안 많이 느끼셨을 것입니다. 또한 한 번 나빠진 환경을 복구하려면 많은 비용을 투자해야 합니다. 이미 자동차의 댓수가 커질대로 커져 버린 지금, 늦게나마 대기환경보호에 운전자 여러분들이 관심을 가지셔야 합니다. 보다 나은 대기환경을 후세에 돌려 주기 위해서는 말입니다.

이 코너는 지금까지 우리 운전자들이 관심을 가지지 않았던 자동차배출가스 관련 정보를 제공함으로써, 운전자들이 자동차의 배출가스에 관련된 메카니즘을 이해할 수 있도록 하고자 합니다. 운전자들이 배출가스에 관련하여 지식이 갖춰지면 우리나라의 대기환경도 그만큼 보호되지 않을까요?

  1.자동차 배출 대기오염물질 종류와 인체에 미치는 영향 (출처: 환경부 홈페이지)

  2.자동차공해로 인한 주요 피해사례(출처: 환경부 홈페이지)

자동차를 손수 운전하시는 분들과, 그렇지는 않지만 버스를 타고 다니시는 분들은 혹시 차로 100킬로미터를 갈 때 얼마나 많은 공기를 소모하고 있는지 아시는 지요.
얼마 안될 거라고요 ? 흠.. 한번 계산해 볼까요. 먼저 기본 상식을 알아보죠.
이론 공연비가 14.7 : 1이니까 연료 1g을 태울 때 필요한 공기량은 14.7g입니다.

연료 1리터를 태우는데 필요한 공기는 720 x 14.7  = 10,584 그램입니다.
그런데 공기 1그램은 775.2cc 이고 약 0.7752 리터입니다.

그러므로 필요한 공기량은 10,584 x 0.7752 = 8,204.7리터로 계산됩니다.

수치로는 감이 잘 오지 않으실 겁니다. 아래에 그래프로 그려 놓았습니다. 

그럼, 다음 계산으로 넘어가죠.  연료 1리터로 갈수 있는 거리는 차종에 따라서 다르긴 하지만 약 10키로라고 볼수 있습니다.  그러니까 위에 계산한 대로 100킬로미터를 주행하는 데 필요한 공기량은 82,050 리터(= 82.05m³)가 되는거죠.

이정도면 어느 정도 일까요 ?
아파트로 계산하면, 한 평은 3.3 m² 인건 아실테고, 큰방은 약 9평 정도 이고, 천장까지의 높이를 약 2미터로 계산하면, 큰방의 부피는 9 x 3.3 x 2 = 59.4 m³입니다.

정리를 해 보면,  82.050 / 59.4 = 약 1.4
차 한 대가 100키로를 주행하면, 큰 방 하나 반 정도의 공기를 태워 없앤다는 얘기가 되는거죠 . 그럼 도대체 우리가 자동차로 하루에 태워 없애는 공기는 모두 얼마나 될까요 ?
엄청나겠죠. 현재 우리나라의 자동차 대수가 천만대를 넘었으니 ....