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[오토저널] 자동차와 배출가스

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-11-05 11:38:15

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1955년 이래 우리나라의 자동차 산업은 수입부품에 크게 의존하는 경향을 보였지만 1960년 이래 정부가 자동차 산업 발전 계획을 주도하였다. 그 당시에는 현재 중국 자동차 업계와 유사하게 외국 회사들이 국내 벤처기업과 합작 투자를 하지 않는 한 외국 자동차 회사의 한국 내 진출을 허용하지 않았었다. 1975년 현대자동차그룹이 우리나라에서 최초로 개발한 ‘포니’가 생산된 후, 자동차산업은 차량 설계, 성능개발 및 핵심구동부품에 대한 강력한 엔지니어링 역량을 보여주며 빠르게 성장하여 왔다.


우리나라는 연간 400만대 이상을 생산하는 거대한 자동차 제조 국가중의 하나이며, 자동차 및 트럭의 2/3가 매년 전 세계로 수출되고 있다. 특히 현대·기아자동차는 2015년 세계판매량 5위(시장점유율 약 9%)로 성장하였다. 이러한 배경에는 자체모델 개발 및 생산과 자동차 핵심기술의 현지화 및 국산화가 있다 할 수 있다.


그러나 배기가스 시스템을 포함한 엔진구동 부품은, 1980년대 중반 미국 시장 진출시까지는 현지화가 되지 못하였고 1991년에서야 엔진과 변속기 독자모델을 보유하게 되었다. 후처리 분야에서는 2개의 합작 촉매회사인 Hee-Sung촉매(설립 당시 Engelhard와 합작, 현재는 BASF 계열)와 Ordeg(설립 당시 Degussa와 합작, 현재는 Umicore 계열)이 우리나라의 자동차 제조업체에게 촉매기술을 공급하기 위해 설립되었다. 또한, 최초로 포괄적인 대기질 정책과 배출 기준이 제정되었다.

 

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경유차량에 대한 유럽의 기준뿐만 아니라 휘발유 차량에 대한 캘리포니아의 NMOG 및 NOx 규정을 포함하여, 지난 20년간 배출 기준에 대한 중요 정책이 도입되었다.  

2000년대 우리나라 자동차 산업 발전은 전반적인 제품의 질적인 개선과 경쟁력있는 기술 개발을 포함하여 자동차 산업에 중요한 이정표가 되었다. 제조업체와 부품 공급업체들은 R&D분야에 투자를 하여 우리나라 자동차 기술의 경쟁력을 강화하였고, 우리나라의 촉매 합작 회사들은 SULEV, Euro-V 및 Euro-VI를 포함한 새롭게 강화된 배출 규제를 충족시키기 위해 기술 개발에 중점을 두면서 R&D 역량 또한 확장하였고 동시에 최신 기술을 모회사에게 제공하는 수준으로 발전하였다. 이러한 발전에도 불구하고, 한국 자동차 촉매 산업의 세계 시장 점유율은 10%에 미치지 못하였으며, 고객은 국내 제조업체에 국한되었다.


1992년부터 최근까지 우리나라의 자동차 촉매 기술은 여러 가지의 정부의 지원사업 하에 산학연 협력을 통해 급속히 발전하였다. 1997년에는 Euro-3/4 규제에 대응하기 위한 정부의 지원으로 디젤 후처리 장치에 대한 산·학·연컨소시엄이 구성되어 협력연구가 시작되었고, 계속하여 2000년부터는 산업부와 환경부가 후원하는 많은 기술개발 프로그램을 바탕으로 엄격한 Euro-5/6에 대응할 수 있게 되었다. 그러나 본질적으로 배기가스 과학기술의 발전과 자동차 촉매기술은 정부와 산업계의 협력으로 세계적인 수준의 저연비 기술과 배기정화기술 및 저온 촉매 발전에 선도적 역할을 하였다. 엔진기술의 발전과 병행하여 획기적인 저배기기술인 LEV-III 및 EU-6d와 같은 엄격한 배출 기준인 NOx, 탄화수소 및 CO 배출량을 만족시킬 수 있는 초저 배출기술을 위한 촉매 ERC가 2016년 설립되어 저온 탄화수소 제어기술 및 NOx 제어기술, 입자상물질 저감기술, 코팅기술 등을 개발하고 있다.


20여년 만에 배출가스 정화기술 불모지에서 선진국으로 진입한 우리나라 촉매 및 자동차기술은 산학연의 끊임없는 협력으로 글로벌 자동차 산업의 경쟁력을 유지할 수 있고 혁신적 기술개발을 지속해 나갈 것으로 보인다.


전술한 바와 같이 PM, NOx 및 CO 등과 같은 유해가스는 인체에 직접적인 위해를 가하는 물질인 관계로 주배출원인 자동차의 배기가스를 줄이려는 목적으로 전술한 기술과 규제가 추진되어 왔다고 볼 수 있지만 비교적 가까운 과거에 글로벌 이슈로 등장한 지구온난화에 영향을 주는 CO2 가스를 줄이는 문제도 자동차업계의 주요 과제로 등장하였다.


2015년 12월에 현재 지구의 평균 온도를 2℃ 낮추는 목적으로 195개국이 파리기후협약에서 서명하였다. 자동차에서 발생되는 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 산화시킬 때 나오는 CO2 가스발생은 필연적이다. CO2 규제수준은 나라마다 조금씩 다르지만 규제를 가장 강력하게 실행하고 있는 유럽의 경우 2015년 현재 130g/km이지만, 2020년에는 95g/km로 점점더 강화하고 있다. 이 규제를 지키지 못할 경우 CO21g/km 초과시 부과되는 벌금은 95¢(12만원)이다.


전세계 자동차 제조회사에서는 내연기관에서 발생되는 CO2 규제를 만족하기 위해서 자동차의 경량화 및 연비향상을 시킬 수 있는 T-GDI엔진, Stop and Go, 48V 엔진기술을 개발완료하였다. 그리고 향후 가솔린 자동차에서도 CO2가스 감소와 연비효율을 높이기 위해서 디젤자동차의 공연비(Air/Fuel, >1.0)에서 운전될 수 있는 자동차를 개발중에 있다. 이때 발생되는 NOx 배기가스를 정화시킬 수 있는 암모니아 가스를 촉매자체에서 생성하여 환원제로 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.


자동차 내연기관으로부터 나오는 CO2 가스를 제로로 만드는 기술로는 연료전지자동차 혹은 전기자동차를 들 수 있다. 많은 전문가들은 현재 자동차 내연기관이 차지하는 비율이 2015년도 97%에서 2025년에는 내연기관 50%, 하이브리드 자동차(HEV) 35%, 연료전지자동차 혹은 전기자동차 15%를 전망하고 있다. 연료전지자동차 혹은 전기자동차 시대는 산업 전반에 많은 페러다임의 변화 뿐만 아니라 환경에 많은 영향을 줄 것으로 확신한다.


그러나 이들 자동차의 상용화를 위해서 넘어야할 난제들도 있다. 연료전지자동차의 경우 수소(H2)의 생산비용, 촉매가격, 수소 Station 설치에 대한 주민들의 민원 등이 있고 전기자동차의 경우에는 총전시간 단축, 1충전 주행거리 증대(350km 이상), 충전소 및 인프라 확충 등 많은 시간과 투자가 요구되는 자동차로서 환경오염 및 지구의 온난화를 막기 위해서 정부, 자동차제조업체, 자동차배기 정화용 촉매 제조회사 및 학연의 협력과 지속적인 노력이 요구되고 있다. 

 

글 / 이춘범 (자동차부품연구원)
출처 / 오토저널 18년 4월호 (http://www.ksae.org) 
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