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[오토저널] 경유차 배출가스 저감정책

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-07-09 19:22:55

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자동차 배출가스는 대도시의 주요 대기오염원이다. 특히 수도권은 우리나라 전체 인구와 차량등록대수의 약 50%를 차지하고 있는 만큼, 자동차로부터 기인되는 대기오염에 더욱 취약한 지역이다. 2017년 9월에 발표된 정부의 미세먼지관리 종합대책을 살펴보면 수도권에서 경유차의 미세먼지(PM2.5) 점유율은 23%로 타 오염원 대비 가장 높고, 질소산화물 등으로 인한 2차 미세먼지 생성 영향이 큰 것으로 나타나 있다.


자동차에서 배출되는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)는 지구온난화를 유발하는 온실가스이다. 자동차 온실가스 규제가 강화되면서 엔진의 열효율이 높은 경유차는 이에 대응할 수 있는 기술로 인식되었으며, 국내에서도 경유차 점유율이 크게 높아졌다. 이러한 측면에서 경유차는 국내 자동차 배출가스 정책에 있어 매우 중요한 부분이라 할 수 있다.

 

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국내 제작차 배출허용기준이 짧은 기간 동안 미국, 유럽의 선진국 수준으로 급격히 강화된 점을 본다면, 경유차 문제와 관련된 발표들은 다소 의아한 부분이 있다. <그림 1>과 같이 경유차의 2014년 질소산화물 허용기준(Euro6)은 2003년(Euro3) 대비 88% 낮아졌다. 그러나 <그림 2>와 같이 서울시의 대기 중 NO2 농도에는 큰 변화가 나타나지 않았는데, 자동차 대기오염물질 저감정책의 실효성 측면에서 검토해야할 부분이다.


제작차 배출허용기준 강화 정책의 한계점 중 하나로 경유차의 질소산화물 배출 특성이 실내 인증시험 조건과 실제 도로 주행시에 상당한 차이가 있다는 점이 지적되어 왔다.

 

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유럽연합집행위원회 산하 공동연구센터(EC-JRC)는 2011년 보고서에서 Euro5 경유차의 실제 도로 주행시 질소산화물 배출은 인증기준의 4~7배 높은 것으로 발표하였다<그림 3>. 환경부 국립환경과학원이 국내 자동차를 대상으로 수행한 실도로 배출가스 평가 연구에서도 비슷한 결론이 도출되었다. 이러한 문제점은 2015년 미국 연방환경청(US EPA)이 폭스바겐 경유차에서 임의설정(Defeat device)을 적발함에 따라 전세계적인 이슈로 떠올랐다. 이후 국가별로 폭넓은 조사가 진행되었고, 환경부 조사결과 국내 Euro6 경유차의 실도로 질소산화물 배출량은 인증기준의 약 7배 수준이었고<그림 4>, 독일, 영국 정부의 결과도 다르지 않았다.


자동차 제작사는 경유차의 배출허용기준이 강화됨에 따라 EGR, LNT, SCR 등 다양한 질소산화물 저감 기술들을 적용해왔지만, 그 기능들이 실제 도로 주행과 같은 다양한 운행 조건에서도 충분히 작동되도록 개발하여 생산하지는 못했던 것이다.


아울러 배출가스 인증시험 방법에도 한계가 있었다. 일례로 유럽과 국내에서 적용되었던 NEDC 모드는 실제 도로 주행의 단편적인 주행조건만을 반영하고, 시험결과의 반복성, 재현성을 높이려는 측면에서 주행패턴이 상당히 단순화되어 있었다. 이렇게 정형화된 인증시험방법으로는 정부기관이 배출허용기준을 강화하더라도 제작사로 하여금 질소산화물 저감장치를 폭넓게 작동시키도록 유도하기에는 부족하였다.

 

자동차의 실도로 배출가스 문제를 제도적으로 보완하기 위해 PEMS(Portable Emission Measurement System)를 이용한 인증시험 방법이 도입되었다. 소형화된 배출가스 측정장치를 차량에 탑재하여 실제 도로를 일반적인 운행조건으로 주행하면서 배출가스를 측정하고, 별도의 실도로 배출허용기준을 적용하여 적합여부를 판정하는 방식이다.


PEMS는 배출가스 농도측정장치, 유량계, 샘플링장치 외에 GPS, 대기온도 및 압력 센서, 제어장치 등으로 구성된다. 2000년경부터 미국의 대형차 결함확인검사 제도 도입 연구에 적용되기 시작하여 그 성능과 신뢰성에 대한 검증이 본격적으로 진행되었고, 성공적으로 배출가스 인증제도에 정착되었다. 실도로 배출허용기준은 PEMS 장비의 측정오차와 예측하기 어려운 다양한 실도로 주행조건에서 측정하는 점을 반영하여 실내 인증시험 기준 대비 통상 1.5배 정도 높게 설정되었다.


PEMS를 이용한 자동차 배출가스 규제는 2007년 미국에서 대형차에 대해 처음으로 시행되었다. 유럽은 2013년 대형차 Euro6 규제부터 PEMS를 이용한 측정방법을 도입하였고, 국내는 2016년부터 유럽의 시험방법을 적용하였다. 미국과 유럽의 대형차 실도로 평가방법에는 다소 차이가 있는데, 미국의 경우 상대적으로 고부하 운전조건을 위주로 규제하는 반면, 유럽 평가 방법은 도심, 교외, 고속도로의 다양한 주행패턴이 반영되는 측면이 있다.


유럽연합은 2011년부터 총중량 3.5톤 미만의 소형차에도 PEMS를 적용하는 RDE-LDV(Real Driving Emission-Light Duty Vehicles) 평가방법 개발에 착수하였다. 국립환경과학원은 국내 경유차에 유럽연합의 배출허용기준과 시험방법을 적용하는 점을 고려하여 유럽연합과의 정보 공유를 통해 국내 도입 연구를 수행해왔다.


RDE-LDV 평가방법 개발 초기에는 소형차의 부족한 장비 탑재공간과 다양한 실도로 주행 환경에 따른 시험결과의 편차로 인해 PEMS를 소형차 배출가스 규제에 적용하는 것에 상당한 논란이 제기되기도 하였다. 그러나 측정장비 기술의 향상과 장기간의 데이터 분석방법 개발 등 표준화된 실도로 배출가스 평가방법을 도출해 냄으로써 이러한 문제점들이 해소될 수 있었다.

 

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또한, 폭스바겐에서 촉발된 소위 디젤게이트를 근본적으로 해결하고자 하는 각국 정부의 의지와 제작사의 적극적인 협조를 통해 RDE-LDV 제도 도입이 가속화되었고 2017년 9월 이후 인증을 받는 유럽연합과 국내 경유차에 시행되기에 이르렀다. 이러한 실도로 배출가스 평가방법의 도입은 제작차 배출가스 규제의 실효성을 제고해 줄 것이다. <그림 6>과 같이 RDE 제도 도입으로 경유차의 실내 인증시험과 실도로 주행에서의 질소산화물 배출량 차이는 대폭 줄어들 것이다. 2020년 이후의 RDE 기준이 적용될 경유차는 기존의 Euro6 차량 대비 질소산화물 배출량이 약 80% 이상 감소할 것으로 기대된다.

 

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RDE 기준에 대응하기 위해 경유차에는 SCR이 전면적으로 적용될 것으로 예상되며, SCR 기술 향상 정도에 따라 질소산화물 배출량은 휘발유차와 거의 동일한 수준까지도 감소될 수 있을 것이다. SCR은 엔진의 열효율에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 즉, 경유차가 가지고 있는 높은 열효율의 장점을 유지하면서 질소산화물 배출을 감소시킬 수 있어 온실가스 규제 대응 측면에서 경유차는 유효한 기술 경쟁력을 유지할 수도 있을 것으로 예상된다.


한편, PEMS를 이용한 배출가스 평가방법은 자동차 이외의 대기오염물질 주요 배출원인 건설기계 등 비도로 장비에도 적용이 검토되고 있다. 이와 같이 자동차의 실제 주행과 건설장비 등의 실제 사용조건에 기반한 배출가스 평가방법을 인증제도에 도입함으로써 이동오염원 관리정책의 환경개선효과를 보다 명확하게 예측할 수 있고, 자동차의 대기오염물질과 온실가스 관리 정책을 기술 중립적으로 설정하는 것에도 기여할 것이다. 

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