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[작성일 : 2004-08-31 04:17:36 ]  
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제 목
국내 자동차 배출가스 저감 대책 및 규제 동향
국내 자동차 배출가스 저감 대책 및 규제 동향

1. 목적

'80 년대 후반에 들어와 급격히 증가한 자동차는 전국토를 주차장화하면서 많은 오염물질을 배출하여 대기를 오염시키고 있다. 그간 강력히 추진한 저황연료 정책과 고정 배출원의 방지시설 부착 의무화 등은 대기중의 아황산가스 농도와 총 부유먼지 농도를 지속적으로 저감시켜 환경기준치를 달성하였으나 자동차에서 배출되는 오염물질은 대기중의 질소산화물과 오존 농도 및 미세한 부유먼지 농도를 증가시켜 대기오염의 패턴을 바꾸어 놓았다. 즉 대기오염의 주범이 산업장이나 난방 연료와 같은 고정 배출원에서 자동차와 같은 이동 배출원으로 바꾸어진 것이다.
환경청이 발족했던 '80년에 53만대에 불과했던 자동차 등록대수는 '95년말에 847만대로 급증하였으며 '90년이후 매년 100만대씩의 자동차가 증가하고 있다. 이와 같은 급격한 자동차의 증가는 그간 몇 차례에 걸쳐 실시한 엄격한 배출가스 규제에도 불구하고 자동차에 의한 도시대기오염은 전체적으로 개선 될 기미를 보이지 않고 있다.
여기서는 우리나라의 자동차 배출가스에 의한 대기오염 현황과 자동차 배출가스 저감 대책 및 기술개발 동향을 간단히 살펴보고자 한다.

2. 자동차 배출가스 저감 기술

2.1 가솔린 자동차

2.1.1 배출가스 허용기준 강화

휘발유자동차의 배출가스 규제가 본격적으로 시행된 것은 환경보전법이 제정되고 환경청이 발족된 1980년 부터이다. 휘발유 승용차에 대해서는 일본의 '73 년 규제치를 도입하여 적용하였으며 배출가스 검사방법도 10모드 방법을 채택하였다. 그후 '84년에 규제가 다소 강화되었고 '87년 7월에는 당시 미국, 일본만이 적용하고 있었던 엄격한 배출가스 규제를 실시하였으며 시험방법도 미국에서 사용하고 있던 FTP- 75 시험방법을 도입하여 CVS- 75 시험방법이라는 이름으로 사용하였다.
우리나라는 '87년 7월부터 엄격한 배출가스 규제를 실시하였으며 당시 적용하였던 규제수준은 일본에서 '78년부터 미국에서는 '82년부터 시행하였던 기준이었으며 오늘날에는 대부분의 선진국에서 이 기준을 적용하고 있다. 다만 미국에서는 '94년부터 이 기준보다 NOx 를 60%, HC를 30% 정도 강화하여 적용하고 있으며 우리나라는 2000년부터 미국의 '94 년 규제수준 으로 강화될 것이다

2.1.2 최신의 자동차 배기가스 최소화 기술

졸-겔 기술 … 자동차 머플러 촉매변환기 연구중

졸-겔 기술이라고 불리는 화학적 과정을 새롭게 도입하여 자동차 시동후 처음 1.5분 동안 배출되는 유해한 가스의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 촉매컨버터(머플러)를 만들 수 있을 것으로 전망된다. 이 연구결과는 97년 9월 라스베가스에서 열린 미국 화학회에서 발표되었다. 대부분의 촉매변환기(자동차 머플러)는 탄화수소, 일산화탄소, 산화질소 등의 유독한 불완전 연소의 생성물들을 물, 이산화탄소, 질소와 같은 무해한 물질로 바꾸어 준다. 그러나 자동차가 시동후 아직 머플러의 최대 촉매변환효율에 이르는 최적작동조건에 도달하기 전인 처음 90초동안에 정상적인 운전조건에서 방출되는 유독기체 총량의 70% 달하는 양의 유독기체가 대기중으로 배출된다.

이 시동후 짧은 기간동안의 오염물질배출을 최소로 줄이는 연구가 미시간 Dearborn소재의 포드자동차 연구소의 화학부 소속의 Chaitanya Narula박사팀에 의해 수행되었다. 한가지 해법은 촉매컨버터를 자동차 엔진쪽으로 가까이 위치시켜 더 빨리 뜨거워지게 하는 것이다. 그러나 이는 컨버터의 정상작동온도를 지나치게 높여 촉매의 수명을 단축시키게 되는 단점이 있다. 이에 대한 개선책으로서 Narula박사팀은 다공성이 증가된 촉매를 써서 고온 작동 온도를 견딜 수 있게 할 뿐만아니라 오염기체를 변환시킬 수 있는 촉매 표면적도 증대시켰다. Narula박사는 또 추후의 변환과정에 필요한 산소를 더 효율적으로 보존해 주는 산화 Praseodymium(Pr) 촉매의 한 형태를 새로 개발하였다.

이 두 촉매 제조 경우에 있어서, 포드 연구진은 종래의 고온제조공법 대신 상온에서 세라믹과 유리같은(Glass-Like) 물질을 만드는데 쓰이는 방법인 졸-겔 기술을 사용하였다. 또다른 방법은 촉매컨버터를 전해(電解)법으로 가열하는 것이다. Narula박사는 "뜨거워져야 하는 부분은 촉매뿐이지 컨버터 장치 전체가 아니다"라고 설명한다. 따라서 이 포드 연구진은 제조과정에서 촉매층 직전에 벌집구조의 컨버터에 전기전도층을 입히는 기술을 개발했다. 이 장치를 쓰면 대형 컨버터 전체가 배터리의 큰 소모없이 10초이내에 정상작동온도에 도달할 수 있다고 한다. 한편, 이러한 이 촉매장치의 작동상태를 (일년에 한번씩 하는 정기 검사에 의해서가 아니라) 지속적으로 모니터할 수 있는 자동차내 설치 계기판도 제작할 수 있을 것으로 보인다.

arula는 졸-겔 과정을 써서 배기가스관 거의 끝 가까운 부분에 장착시킨 실리콘 막(Silicon Membrane)의 한쪽면에 얇은 촉매층을 형성시켰다. 만일 탄화수소가 변환되지 못하고 컨버터를 통과해서 그냥 지나가게 되면 배기관쪽이 뜨거워지게 되고, 결과적으로 전기적 전위(Electrical Potential)의 변화가 생겨나 자동차의 컴퓨터에 경고신호를 보낼 것이다.

2.2 디젤 엔진 매연 여과장치를 통한 디젤 매연 대책

2.2.1 기술개발배경

국내외적으로 환경에 대한 관심 고조
자동차 매연은 호흡기에 나쁜영향 및 스모그의 원인
국내외 차량 배기 규제 강화에 따른 대응 기술 필요
경제 성장에 따른 자동차 대수가 연평균 25% 증가
한국은 선진 여타국에 비해 경유차 과다보유 : 33%(미국3%, 일본18.7%, 독일17.7%)
경유차에 의한 발생 매연으로 대도시 대기 오염 심화
여타 선진국에 비해 경유차량 배기 규제치 낮음
입자상 물질 제거장치가 현실적으로 가장 효율적
2.2.2 기술개발내용

(1) 방식별

1) 경유 버너방식


IN LINE 방식 채택(필터 재생중에도 매연 배출 없음)
전자 제어 장치 채택으로 전자를 재생방식
별도 연료 불필요(차량의 연료이용)
필터부가 소음기와 대체(장착공간 확보 용이)
자체 통합적 진단 시스템 보유
쉽게 시스템 작동 상태 파악 가능
중대형 차량에 적합(150PS 이상)
높은 신뢰성 확보(유럽에서 실차화개발 및 국내 시험운행을 통한 장치 보완)
2) 저전류 소비형 전기 히터 방식


In Line Full- Flow 방식 채택 : 기계적 Moving part 없음
: 재생시 바이패스에 의한 매연 배출 없음
: 머풀러 불필요
: 장착이 간편(구조가 간단)

순간 저전력 소비 : 전장계에 과부하 방지
: 별도의 전력 장치 불필요

소형엔진 차량에 유리
(2) 장치의 성능

입자상물질(PM) 저감효율 90%이상
매연 저감효율 95% 이상
장치 부착으로 인한 차량 영향 없음
장치 부착으로 인한 2차 오염물질 배출 없음
2.2.3 기술개발효과

차량에 장착시 효과 : 입자상 물질(PM) 및 매연 배출 방지로 경유차량으로 인한 환경오염 개선 (특히, 차량으로 인한 대기 오염이 심각한 대도시는 큰 도움) : 구조가 간단하여 기존 차량의 구조 변경이 거의없이 장착 가능 : 국내에서 장치 성능이 입증될시 국내 기술이 선진기술로 인증되어 차량 수출에 일조 : 선진기술 확보로 대외 기술 수출도 가능
2.2.4 개발한 기술의 전망과 활용확대방안

신차장착 촉구
디젤 배기 가스 규제 강화(법제화-법제화에 의한 공해물질 저감 실효성 제고)
사용자의 재정적 부담 경감을 위한 금융 및 행정지원
2.3 2000년까지 천연가스자동차 15만대 보급키로

환경부는 대도시지역을 중심으로 날로 심각해지는 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 줄이기 위하여 기존 차량보다 오염물질 배출이 적은 천연가스자동차를 개발·보급키로 '96. 8. 23일 발표하였다.

천연자동차 보급계획은 앞으로 2000년까지 추가로 증가가 예상되는 총 563만대의 차량중 3%수준인 15만대 정도를 천연가스자동차로 보급(6대도 시를 포함한 주요도시)하여 대기오염물질 약 67천톤/년을 저감하도록 할 예정이다. 천연가스자동차는 엔진에서의 완전연소로 기존의 휘발유/경유 차량보다 탄화수소, 이산화탄소는 30∼80%, 매연 및 질소산화물은 30∼90%를 저감 시킬 수 있고 지구온난화의 주범인 이산화탄소도 30%이상 줄일 수 있을 뿐만 아니라 경제적 측면에서도 현재 천연가스는 전세계적으로 석유보다 그 매장량이 풍부하고 가격도 휘발유의 3분의1정도 저렴한 것으로 밝혀졌다. 따라서 천연가스자동차는 앞으로 가장 유망한 저공해 자동차로서 세계 각국에서 각광받고 있는 가운데 현재 전세계적으로 미국, 카나다, 이태리, 소련등 약 20여개국에서는 이미 총100만대 이상의 천연가스자동차가 운행 되고 있으며 가스충전소도 2,300여군데 설치되어 있다. 이러한 천연가스 자동차의 국내 보급을 위하여 환경부는 우선 금년 10월 부터 '97년까지 현대·대우·기아등 자동차제작사와 한국가스공사, 가스안전공사 등 가스업체와 공동으로 현재 개발되어 있는 천연가스자동차에 대한 시범운행('96년 9대 안산, '97년 100대 서울등 5개지역)을 실시하도록 한 후 '98년부터는 대도시를 중심으로 가스충전소등 기반시설을 확충하는 동시에 천연가스자동차를 집중 보급해 나가기로 했다.

또한 천연가스자동차 보급촉진을 위하여 천연가스자동차를 구입·이용 하는 경우에는 자동차세, 특별소비세등 각종 자동차 관련 세금 혜택을 부여하여 구입시 기존차량보다 높은 차량가격(500∼1200만원)에 대하여 구입 후 3∼5년이 지나면 이득이 될 수 있도록 하고, 충전소 설치나 차량구입비를 장기저리로 융자 지원하도록 하는 등 각종 유인책을 강구하는 한편 앞으로 자동차 제작자 및 다량 보유사업자들을 대상으로 일정비율 이상의 천연가스자동차를 의무적으로 생산·보유하도록 하는 방안도 적극 추진할 계획이다.

환경부는 이러한 내용을 포함한 천연가스 자동차 보급계획을 마련하여 우선적으로 관련법규를 검토, 자동차 관리법, 고압가스 안전관리법, 도시가스 사업법 등과 같은 각종 법규 및 제도를 관계부처와 협조하여 정비·보완해 나갈 계획이다.

3. 자동차 1000만대 시대의 자동차공해 저감 대책 추진

저공해 및 고 연비 자동차 개발
보급여건 조성으로 자동차 공해관리의 선진화를 추구하고 운행차의 배출가스 관리를 강화하는 한편 자동차용 연료 품질기준을 고급화하여 오염물질 배출 총량을 억제할 계획이다. 이를 위하여 다음과 같은 시책을 중점 추진코자 한다.

환경친화적 수송연료가격 구조 및 세제도입 추진
관계부처와 협의하여 현재 취득·보유단계 중심의 자동차세제 구조를 점차 운행단계 중심(주행세)으로 전환함으로서 운행거리 저감 등으로 에너지 소비절감, 교통소통의 원활화 및 배출가스의 저감을 도모하는 한편 주행세에 내재된 사회적 비용중 일부를 대기오염저감을 위한 투자비로 활용할 계획이다. 또한 경유차의 배출가스 저감방안의 일환으로 휘발유 대비 경유가 인상율을 확대하여 경유차에 대한 수요억제를 유도하고자 한다.

천연가스자동차의 보급추진
2000년부터 수도권지역 시내버스에 천연가스차 보급을 위하여 충전소 설치 관련법령의 정비 및 부품의 국산화를 추진하고 1998년중에 천연가스 시내버스 4대를 시범운행하며 천연가스자동차 보급촉진을 위한 경제적 유인책을 마련할 예정이다.

고출력버스 보급 및 밀폐형 화물차 생산 제도화
1998년까지 고출력버스(230마력) 판매비율을 100% 완료하고, 1999년부터는 270마력 이상의 고출력버스 생산을 유도하며, 화물차의 적재함을 덮게형으로 생산토록 유도하여 과적으로 인한 배출가스 발생 및 비산 먼지를 억제할 계획이다.

자동차연료의 장기 기준 설정
국제 규제동향과 대기질 개선효과 및 비용·편익분석 등에 대한 연구·조사를 실시하여 항목별 품질기준 및 적용연도 등을 설정하며 휘발유의 경우 2002년이후의 장기 품질기준을, 경유는 방향족 화합물 및 90% 유출 온도등을 추가로 설정할 예정이다.

승용차의 촉매장치 교체 및 공해 저감장치 보급추진
노후화되어 저감효율이 떨어진 삼원촉매장치에 대하여는 제도적으로 교체를 의무화하는 방안을 검토·추진하고 최근 국내·외에서 개발된 장치의 성능과 내구성, 경제성 등을 종합적으로 비교·분석하여 보급방안을 마련할 계획이다.

이륜차 공해관리 강화
제작차의 탄화수소 규제기준을 강화하고 50cc미만의 이륜차를 포함한 제작차의 저공해화 대책을 강구하며, 오염물질저감 촉매장치의 부착효과 및 국내 적용성 등을 종합적으로 분석하여 제작단계에서부터 부착을 의무화하도록 추진해 나갈 것이다.

운행차 배출가스 검사방법 개선
현행 질소산화물 간접측정방법(공기과잉율 검사)을 수도권지역에서 전국으로 확대 실시하고 부하검사를 통한 직접 측정방법은 외국의 사례와 기술, 경제성 등을 충분히 검토하여 도입방안을 마련할 것이며, 배출가스 검사기관에 대한 관리·감독을 강화하고, 정비기관에 대한 정기적인 교육프로그램을 개발·시행할 계획이다.
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