자동차 배출가스 영향과 대책

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자동차 배출가스 영향과 대책에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론

2. 자동차 배출가스의 성분 및 생성과 배출가스에 의한 대기오염 현황과 전망
2.1 배출 가스의 성분 및 생성
2.1.1 일산화탄소(CO)
2.1.2 탄화수소(HC)
2.1.3 매 연 (SOOT)
2.1.4 입자상 물질(Particulate Matter, P.M)
2.1.5 질소산화물 (NOx)
2.1.6 유화산화물 (SOx)
2.2 배출가스에 의한 대기오염 현황과 전망
2.2.1 대기중 일산화탄소(CO) 농도
2.2.2 대기중 이산화질소(NO2) 및 오존(O2) 농도
2.2.3 대기중 미세먼지 농도와 시정장애 현상

3. 자동차 배출가스 저감대책
3.1 자동차 배출가스 허용기준 강화
3.1.1 휘발유 자동차
3.1.2 디젤 자동차
3.1.3 기타 자동차
3.2 자동차 배출가스 관리
3.2.1 제작차에 대한 인증
3.2.2 제작차 배출허용기준 검사
3.2.3 결함확인 검사
3.2.4 운행차 배출가스 관리
3.2.5 대기오염 측정망을 통한 관리
3.3 자동차용 연료 및 첨가제

4. 자동차 배기가스 환경오염 저감기술 동향
4.1 휘발유 자동차
4.2 디젤 자동차
4.3 연비개선
4.4 후처리 기술
4.4.1 삼원촉매(Three Way Catalyst; TWC)
4.4.2 예열촉매(Pre-heat Catalyst)
4.4.3 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst; DOC)
4.5 신형 엔진 및 대체연료기술
4.5.1 천연가스 자동차(NGV)
4.5.2 전기자동차
4.5.3 하이브리드 자동차
4.5.4 연료전지 자동차
4.5.5 수소엔진자동차

3. 결론

본문내용

메탄은 상온에서는 고압으로 가압하여도 기체상태로 존재하기 때문에 부피가 너무 커서 상업적인 운송이 어렵지만, 산지에서 채취한 가스를 -162°C로 낸각하여 액화시킨 액화천연가스(LNG : lipuified natural gas) 상태로 운반한다.
천연가스의 연료특성으로는 CO2 발생이 적고 취급과 조절이 용이하고 시동성이 좋으며, 옥탄가가 높아 압축비를 높일 수 있기 때문에 대형 디젤엔진에도 사용이 가능하다. 또한 비중이 공기보다 가벼워 누출시 대기로 쉽게 확산되어 안전성이 높은 편이다. 차량연료로는 LNG상태로도 사용가능하나 현재는 대부분 압축천연가스(CNG : compressed natural gas)상태로 사용되고 있다. CNG 자동차는 기존의 가솔린엔진과 디젤엔진을 개조하여 사용할 수 있다.
1) CNG 가솔린 엔진
CNG를 가솔린엔진에 적용하면 배출가스 저감효과가 현저하여 CO와 HC는 30~35%, CO2도 20~30%이상 감소하는 것으로 보고되고 있다. 또한 옥탄가가 130으로 높기 때문에 엔진압축비를 높일 수 있어 엔진효율과 연료소비율을 향상시킬 수 있다. 엔진연소실과 연료공급계통에 퇴적무리 적어 윤활유나 엔진오일, 필터 등의 교환주기가 길어지고 엔진수명도 긴 편이다. 그러나 CNG연료를 사용할 경우, 가솔린엔진에 비해 출력이 10%정도 감소하며 1회 충전주행거리가 짧고 개조에 필요한 장치비용도 상당하다. 출력저하의 원인으로는 CNG연료가 가솔린에 비해 단위체적당 발열량이 낮고 체적효율이 떨어지며, 화염속도가 느리기 때문에 모든 혼합기가 연소되는 타이밍손실 등에 기인한다. 물론 CNG는 옥탄가가 높기 때문에 압축비를 높여 출력향상을 도모하지만 마찰손실 때문에 한계가 있으며 보통 12~15:1까지 가능하다고 한다.
2) CNG 디젤엔진
자기발화온도가 높은 천연가스의 연소를 위해서는 외부로부터 점화에너지공급이 필요하며 착화원의 방식에 따라 경유파일로트방식과 불꽃점화방식으로 나누어진다. 경유파일로트방식은 CNG와 경유를 동시에 사용하는 혼소방식으로 연소실에 CNG와 공기혼합기를 먼저 공급한 후 디젤유를 적정량 분사하여 점화시키는 연소방식이다. 기존 디젤엔진연소실의 변경 없이 CNG공급시스템만을 장학함으로써 CNG 엔진으로 변경할 수 있는 장점이 있어 주로 운행차량에 사용되고 있다.
불꽃점화방식은 CNG만을 사용하는 전소방식으로 엔진연소실까지 개조해야 하기 때문에 자동차제작사에서 신차에 적용하고 있다. 디젤엔진에 점화플러그를 장착하고, 압축비를 낮추어 오토사이클로 연소시킨다. 미국의 CNG자동차 보급전략을 보면 시내버스는 충전시설의 운용이 용이하기 때문에 전소방식을 사용하나 대륙을 횡단하는 화물트럭은 충전시설의 효율적인 사용이 어려워 혼소방식을 채용한다. 혼소방식에서는 파일로트 연료로 사용되는 디젤유의 사용율을 낮추는 것이 핵심기술이다.
4.5.2 전기자동차
전기자동차는 내연기관 없이 전동기와 배터리만으로 주행되는 자동차로 차량 운행과정에서 공해를 배출하지 않는 장점이 있다. 전기자동차는 그동안의 많은 연구개발에 따라 전동기와 배터리의 비약적인 발전이 이루어지기는 하나 최근 양산되고 있는 가솔린 또는 디젤차량과 비교하여 아직 성능이나 가격 면에서 격차가 크기 때문에 최근에는 이들 단점을 보완할 수 있는 내연기관-전기 하이브리드자동차의 상용화 개발이 보다 활발히 진행되고 있다.
4.5.3 하이브리드 자동차
하이브리드 자동차는 2개의 동력원(내연기관과 축전지)을 이용하여 구동되는 자동차를 말한다. 즉, 가솔린엔진과 전기모터, 수소연소엔진과 연료전지, 천연가스와 가솔린엔진, 디젤엔진과 전기모터 등 2개의 동력원을 함께 쓰는 자동차이다. 주로 사용되는 가솔린엔진과 전기모터방식은 출발 시와 저속 주행 시에는 전기를 사용하다 기속 또는 정속 주행시에는 가솔린시스템으로 바뀌고, 최고속도에서는 전기와 가솔린시스템을 함께 이용하며, 정지할 때는 다시 전기모터로 자동 전환된다. 정지상태에서는 공회전이 없기 때문에 연비향상에 도움이 된다.
4.5.4 연료전지 자동차
기존의 내연기관 대신에 연료전지를 사용하여 연료가 가진 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 방법으로 효율이 좋고, 소음과 유해배출가스가 가의 없다. 수소연료와 산소를 반응시키는 것이 가장 바람직하나, 수소의 생산, 저장 및 공급에 이르기까지 많은 과제가 있기 때문에, 차량 내에 개질기를 탑재하여, 메탄올이나 가솔린을 수소로 개질하여 사용하는 방식이 활발히 연구되고 있다.
연료전지의 결점으로는 부하변동에 따르는 반응속도가 느려서 차량 냉각시 출발과 급가속성능이 떨어진다. 또한 아직은 연료전지의 가격이 높이 때문에, 대량보급은 2010년 이후에나 활발해질 것으로 생각되지만, 21세기에 가장 유망한 자동차의 하나로 평가되고 있다.
4.5.5 수소엔진자동차
수소는 연료전지의 연료로서도 유망시 되고 있으나 오래 전부터 내연기관에 대한 적용이 추진되어 왔다. 수소엔진은 수소와 공기만을 연소시키기 때문에 질소산화물을 제외하고는 HC와 CO 등 유해가스를 배출하지 않는 장점이 있다. 수소의 저장방식은 천연가스 자동차 와 유사하게 압축저장(CH2), 액화저장(LH2), 흡장저장(MH) 방식 등이 연구되어 왔으나 LH2가 유망시되고 있다.
<표 8> 각종 저공해 자동차의 성능 비교
3. 결론
오늘날 자동차는 우리의 일상생활에서 떼어 놓을 수 없는 생활필수품으로 등장하였다. 자동차의 많은 역기능 중 에서도 공해의 유발은 우리의 건강마저 해치고 있는 실정이다. 늘어나는 자동차에 의한 우리의 건강을 지키기 위해서는 관민기업이 삼위일체가 되어 개선책을 강구해 나가지 않으면 안된다.
정부에서는 엄격한 규제기준의 설정은 물론 관리 대책을 추진하고 자동차 제작사 에서는 저공해자동차를 만들어 보급해야 하며 자동차 이용자들은 자동차의 관리를 철저히 함과 아울러 자동차 이용을 자제함으로써 오염물질의 배출을 줄이는데 다같이 협력해 나가야 할 것이다.
[참 고 문 헌]
1. 조강래(1994), 자동차 대출가스에 의한 대기오염과 그 방지를 위한 기술적 대안
2. 한화진등(1995), 자동차 배출가스 종합대책, 환경부
3. 최덕일등(1994), 수도궈

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