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LPG 차량을 위한 기술 개발의 성공 조건

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2005-09-01 05:44:04

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LPG 차량을 위한 기술 개발의 성공 조건


최근 디젤차를 위한 경유가격이 인상되면서 LPG차가 세삼 주목을 끌고 있다. 특히 산자부에서는 이런 점에 착안에 LPG버스의 보급 확대를 위한 방안을 마련하고자 하고 있다. 하지만 환경부 교통환경기획과와 마찰이 발생하여 예산처에서 예산을 지원하는 과정에 문제가 발생했다. 이를 계기로 LPG차량을 위한 기술 개발에 어떤 문제점이 있는지 고려대학교 박심수 교수의 허락을 얻어 최근 가스산업신문에 실렸던 시평을 싣는다.(편집자 주)

글/박심수(고려대학교 교수)

LPG 차량의 7월 판매 대수가 6월 같은 기간보다 2배 이상으로 늘어나서 자동차제작사의 판매부문에서는 생산량 확대를 요청할 정도라고 한다. 판매량이 급증한 것은 7월부터 정부의 제2차 에너지세제 개편이 시행됨에 따라 휘발유, 경유 및 LPG의 가격비율이 100:75:50으로 조정됐기 때문이다.

에너지세제 개편을 통해 가격구조가 개편된 것은 금년부터 시판을 허용한 경유승용차의 증가를 억제하려는 경유차환경위원회의 합의문에 근거를 두고 정부에서 관련 부처 간에 2년여 동안 조정을 한 결과이다. 에너지세제 개편 이전보다는 LPG가 유리해졌지만 아직도 휘발유에 비해 여러 가지 불편한 점(충전소 부족, 차량의 트렁크 공간협소, 연비 열세 등)이 남아있다. 에너지상대가격이 LPG에 불리하게 작용했던 지난 2003년 자동차제작사는 LPG 다목적차량(RV 포함) 거의 대부분을 생산 중단하였다. 여기에는 LPG 가격이 상대적으로 비싸서 소비자가 LPG 차량을 구매하지 않는다는 자동차제작사의 변명도 있었지만 필자의 생각으로는 배출가스 허용기준인 TLEV(과도저공해자동차, Transitional Low Emission Vehicle) 기준을 충족하지 못하여 기술개발이 완료될 때 까지 생산을 보류한 것도 원인의 하나라고 본다.

우리나라의 각 연료별 승용차의 배출가스 허용기준과 기술개발을 살펴보면, 휘발유 차량은 2003년부터 LEV(저공해자동차, Low Emission Vehicle)기준을 적용하고 있고 내년부터는 ULEV(초저공해자동차, Ultra Low Emission Vehicle)기준을 적용할 예정이다. 경유 차량은 주지하다시피 금년부터 유럽기준인 Euro-3기준이 적용되고 일부 자동차제작사는 내년부터의 기준인 Euro-4기준을 미리 충족시키며 차량을 생산하고 있다.

LPG 차량은 2003년부터 TLEV기준에 맞게 생산되고 있으며 내년부터는 휘발유 차량과 같이 ULEV기준이 적용될 예정이다. 휘발유 차량의 배출가스허용기준은 그동안 적용단계별로 TLEV, LEV 및 ULEV의 순으로 엄격하게 적용되어 왔고, 그동안 상대적으로 덜 엄격한 기준 적용을 받던 가스 차량도 내년부터는 휘발유 차량과 동일한 기준 적용을 받게 된다.

여기에 더해 최근 UN의 자료를 보면 Euro-4기준을 만족하는 차량들을 시험한 결과 DPF(경유 입자상물질 필터, Diesel Particulate Filter)를 장착하지 않은 경유승용차가 배출질량 및 배출입자수에서 가장 많은 입자상물질(PM, Particulate materials)을 배출하고 GDI(휘발유 직접분사 엔진), 희박연소 엔진, 휘발유 MPI 엔진(CNG 및 LPG와 비슷한 수준)의 순서로 적게 배출되며 DPF를 장착한 경유승용차에서 배출되는 입자상물질이 가장 적다고 보고되어 향후 휘발유, LPG 차량에도 DPF를 장착해야만 하는 가능성도 배제할 수 없게 되었다.

연료의 친환경성은 연료공급이 정밀하게 제어되는 엔진에 대해서만 인정할 수 있다. 일반적으로 연료는 탄소와 수소의 화합물로 이루어져 있고 이중 친환경 연료는 탄소개수가 적은 특징이 있다. 예를 들어 천연가스는 메탄이 주성분이고 탄소개수가 1개이며 LPG는 프로페인과 뷰테인으로 이루어져 있으며 탄소개수가 3개 또는 4개이다. 즉 연료만으로 보면 다른 연료에 비해 의심의 여지없이 청정연료임에 틀림없다.

이들 연료가 공기 중의 산소와 결합하여 연소되는 과정에서 발생되는 유해배출가스는 후처리장치에서 정화시킨다. 그러나 후처리장치는 특정한 공기연료 혼합비율로 조성된 혼합가스가 아니면 연소된 배출가스를 처리하는 정화효율이 저하되게 된다. 휘발유 엔진의 경우 이것을 극복하고자 80년대 중반부터 연료공급장치를 캬브레터(기화기)방식에서 분사장치로 바꾸어 적용하여 LEV, ULEV의 단계를 넘어 SULEV(초저저공해자동차, Super Ultra Low Emission Vehicle)를 만족하는 수준에 이르렀다.

LPG 엔진은 기존에 사용하던 믹서방식은 연료공급이 정밀하게 제어되지 않아 최근에는 휘발유와 같은 방식의 연료분사장치를 사용하여 TLEV 배출가스허용기준을 겨우 만족하고 있는 수준이다. 이것도 몇 차종은 LPG 분사장치를 적용하고 있으나 나머지는 기존의 믹서시스템을 이용하되 후처리장치의 귀금속함량을 증대시켜 배출가스를 저감시키고 있다.

현재 기술적으로 가장 앞서 있다는 LPG 연료분사장치의 가장 큰 문제점은 휘발유 연료분사장치와는 달리 LPG 연료의 점성이 작고 기화점이 낮기 때문에 엔진시동을 끈 후에 분사장치 끝단에서 연료의 누설이 생기는 점이다. 이렇게 누설된 양만으로도 배출가스인증시험에서 ULEV는 물론 LEV 기준도 만족시키지 못하게 된다. 이를 극복하고자 자동차제작사는 많은 노력을 하고 있으나 아직 완벽한 양산체제의 제품을 개발하지 못하고 있고 LPG업계에서도 이 문제를 해결하기위해 다각도로 기술개발을 지원하고 있는 실정이다. 자동차제작사들은 ULEV 기준 및 차기기준을 만족하기 위하여 2004년부터 환경부의 Eco Star 무․저공해자동차기술개발사업에 참여하여 승용차용 시스템을 개발하고 있으며 수년 내에 새로운 시스템을 적용한 LPG 차량이 양산될 수 있을 것으로 기대한다.

이 문제가 해결된다 하더라도 이 시스템을 적용하는 차량의 확대 선정과 기술개발지원은 몇 가지 고려를 해야 한다. 우물에 가서 숭늉을 찾을 수는 없듯이 기술개발에는 단계가 있고 자동차제작사에서는 설령 시스템개발이 완료되었다 하더라도 내구성, 상품성 및 수익성이 보장되지 않는 한 생산하지 않을 것임은 자명하다.
즉, 적용하는 연료에 따른 충전소문제 및 차량생산 대수를 고려하여 대상 차종을 이해관계자들이 협의하되 연구만으로 끝나서는 안 되고 양산으로 연결할 수 있도록 해야 한다. 연구개발결과를 양산으로 연결하기 위해서 합의에 의해 개발주체를 자동차제작사가 맡게 하는 것도 좋은 방법이 되겠다. 정부, 자동차제작사 및 연료업계는 긴밀히 협의하여 서로 도움이 되는 Win-Win을 위한 LPG 차량의 개발방향이 어떤 것인지 직시할 필요가 있다.
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