유해가스

유해가스(Harmful Gas)는 밀폐공간에서 탄산가스 · 황화수소 등의 유해물질이 가스 상태로 공기 중에 발생하는 것으로 정의된다(「산업안전보건기준에 관한 규칙」 제618조 제2호). 한편, 유해공기는 산소농도 범위가 18% 미만 23.5% 이상인 공기, 탄산가스 농도가 1.5% 이상인 공기, 황화수소 농도가 10ppm 이상인 공기, 폭발하한 농도의 10%를 초과하는 가연성 가스, 증기 및 미스트를 포함하는 공기, 폭발하한 농도에 근접하거나 초과하는 공기와 혼합된 가연성분진을 포함하는 공기를 의미한다.

일반적으로 전기자동차와 같은 친환경 자동차는 내연기관 자동차와는 다르게 배터리(battery)에 저장된 고전압 전기에너지로 구동모터 및 공조 장치 등을 구동한다. 친환경 자동차는 이렇듯 전기에너지를 이용하여 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 무공해 자동차이다. 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경 오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 무공해 자동차의 개발이 요구되고 있다. 여기서 친환경 자동차는 고전압 배터리를 사용하는 데, 주로 고전압 리튬이온 배터리를 이용한다. 리튬이온 배터리의 경우, 과충전에 의한 발열이나 외부 충격 등의 이유로 인체에 유해가스가 발생 할 수 있다.

자동차용 배터리는 니켈, 리튬, 코발트, 망가니즈 등의 금속류와 폴리머 전해질로 구성돼 폐배터리를 일반 쓰레기와 함께 매립할 경우 토양·지하수를 오염시킬 수 있고, 소각할 경우에는 폭발이나 유해가스 방출 등으로 큰 피해를 유발할 수 있다.

개요

유해가스는 인체에 유해한 가스를 총칭하는 용어이다. 인체에 악영향을 끼치는 유해 가스의 종류로는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 산화물(oxidant),탄화수소, 불소화합물, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아 등이 있으며 이 중 질소산화물은 광화학 반응을 통하여 산화물이 되고 산화물은 스모그 현상을 발생시킬 수 있다.

자동차 유해 배출 가스

내연기관인 가솔린 엔진과 디젤에서 발생하는 인체 및 지국 환경에 유해한 자동차 배출 가스로 인해 최근 친환경 자동차인 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Pulgin Hybrid Electric Vehicle) 자동차, 전기자동차가 각광을 받고 있다. 이런 친환경 자동차는 유해 배기 가스가 내연 대비 아주 적거나 아예 발생하지 않는 자동차를 친환경 자동차라고 한다.

자동차 기관에서 배출되는 유해가스에는 배기가스, 블로바이가스(미연소 가스상태의 탄화수소), 연료증발가스(연료계통에서 증발한 탄화수소) 등이 있다.

• 무해성 가스 : 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O)이 완전 연소되었을 경우 발생
• 유해성 가스 : 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)

배출가스는 법적규제치를 두어 관리 및 규제하고 있으며, 배출 허용 기준을 초과하게 되면 개선 명령 및 벌금과 같은 법적 제재를 받게 된다.

일산화탄소

가솔린의 성분은 탄소와 수소의 화합물로 일산화탄소가 발생

• 불완전 연소 때 다량 발생
• 촉매변환기에 의한 CO₂로 전환이 가능
• 농후한 혼합기가 공급되면 산소가 부족해서 발생
• 인체에 다량 흡입하면 사망을 유발

일산화탄소(CO)는 가장 유해한 자동차 배출 가스이다. 일산화탄소는 호흡에 의해 몸속으로 들어가면 혈액 속의 해모글로빈과 결합하여 산소의 결합력보다 일산화탄소의 결합력이 세므로 산소의 운반 작용을 저해하므로 일산화탄소헤모글로빈 결합이 20%가 되면 두통 현기증 등의 가스 중독 현상을 일으키고 이 수치가 60% 정도가 되면 사망이 이를 수도 있는 자동차 배출 가스이다.

일산화탄소(CO)는 이론공연비에 가까울수록 발생량이 감소하는 특성이 있다.

탄화수소

• 엔진의 작동 온도가 낮을 때와 공연비가 희박할 대 발생
• 혼합기가 완전 연소되지 않는 경우 가솔린의 성분이 분해되어 발생
• 농후한 연료로 인한 불완전 연소할 때 발생
• 화염전파 후 연소실내의 냉각작용으로 타다 남은 혼합가스

탄화수소(HC)가 유해 물질이 되는 것은 질소산화물과 더불어 대기 중에서 광화학 반응을 일으켜 스모그(Smog) 현상을 일으킨다. 사람의 인체에는 수백 ppm 정도가 되어야 영향시계를 악화시키고 점막을 자극하고 미각의 기능을 저하을 미치지만 식물계에는 많은 피해를 준다.

탄화수소는 아주 농후한 공연비이거나 희박한 공연비에서 배출량이 증가한다. 희박한 공연비에서는 실화로 인하여 발생한다.

질소산화물

• 연소실 안이 고온일 때 흡입공기 중의 산소와 질소가 산화하여 발생
• 엔진 내부 온도가 1,500℃이상에서 발생량이 급증

자동차 유해 배가 가스 중의 하나인 질소산화물(NOx)는 눈에는 자극이 없으나 기관지염, 폐기종, 폐염, 폐암 등을 유발할 수 있다. 질소산화물 중에서 가장 해로운 것이 이산화질소인데 이는 NO의 5배 이상으로 인체의 호흡기에 나쁜 영향을 주며 또한 광화학반응도 일으킨다. 광화학 스모그(Smog)는 이산화질소가 태양 에너지에 의하여 활성의 NO와 O로 분해하여 산소(O₂)를 산화하여 오존(O₃)으로 되기도 하고 탄화수소와 조합하여 알데히드, PAN, NO₃, 오존 등의 옥시던트를 포함한 스모그을 발생시킨다. 스모그는 사람 인체의 목을 자극하며 식물에도 피해를 준다.

자동차 유해 배기 가스인 질소산화물은 이론 공연비로 갈수록 발생량이 증가하여 이론공연비에서 최고치를 나타낸다.

유해배출가스 저감장치

• 블로바이가스(탄화수소)

경/중부하 영역에서는 PCV밸브가 열려 흡기다기관으로 들어가고, 급가속 및 고부하 영역에서는 블리더 호스를 통해 흡기다기관으로 들어감.

• 연료증발가스(탄화수소)

• 연료장치에서 증발되는 가스를 캐니스터에 포집하였다가 공전 및 난기 운전 이외의 기관 가동에서 PCSV가 컴퓨터 신호로 작동, 연소실로 들어 간다.
• 연료탱크에서 증발되는 증발가스를 제어하는 캐니스터 퍼지 컨트롤 솔레이드 밸브는 가속할 때 가장 많이 작용.

• 배기가스(일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물)

• EGR(배기가스 재 순환장치) : 배기가스의 일부를 흡기다기관으로 보내어 연소실로 재순환시켜 연소 온도를 낮춤, 질소산화물 발생을 억제하는 장치

• EGR밸브는 배기 다기관과 서지 탱크 사이에 설치
• EGR밸브, 서모밸브, EGR솔레노이드 밸브로 구성
• ECU 제어신호에 의한 EGR 솔레노이드 밸브가 EGR밸브의 진공통로를 개폐시킴.
• 공전 및 워밍업 시에는 작동되지 않음.

• 촉매변환기 : 촉매를 이용하여 유해배출가스의 산화 또는 환원시키는 역할

참고자료

• 〈유해가스〉, 《물백과사전》
• 〈유해가스〉, 《지형 공간정보체계 용어사전》

같이 보기

• 가스
• 일산화탄소
• 질소산화물
• 탄화수소

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