배출가스

배출가스(排出gas)란 사용이 끝난 후 기계의 밖으로 내보내어지는 가스로 다량의 수증기, 연소 생성물, 미연소 연료, 그을음, 먼지 따위로 이루어졌으며 일산화 탄소 따위의 유해 성분을 함유한다. 자동차의 경우는 도시 공해의 원인이 되기 때문에 성분을 규제한다.

개요

자동차 대수의 격증, 석탄에서 석유로의 연료자원 대체 등에 의한 석유소비량의 격증, 결과, 석유정제공장, 급유장, 석유보일러, 자동차로부터의 유적, 배출가스에 의한 오염이 지금은 대기 오염의 주요원천이 되고 있다. 이 배출가스중에는 석유계 연료가 함유한 유황의 완전 또는 불완전연소에 의해 발생하는 아황산가스, 일산화탄소, 질소산화물, 알데히드, 납화합물 등이 함유되어 있다. 특히 자동차에 의한 배출가스중에는 질소, 산소, 수증기, 탄산가스 및 수소 등의 정상 반응생성물외에 미량의 유해성분, 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소 및 탄화수소의 옥시제네이트 등, 대기오염물질이거나 광화학반응에 관여하는 물질을 함유하고 있다. 대기중의 일산화탄소는 주요 발생됨은 연소이지만, 자동차배출가스중에도 다량으로 함유되어 있다. 또한 질소산화물의 가장 중요한 발생원은 자동차 배기이다.

자동차 배출가스

종류

증발가스

혼합기 형성장치나 연료탱크에서 연료가 증발하여 방출되는 가스를 말한다. 주성분은 사용연료와 같다. 석유계 연료에서는 주로 미연 탄화수소로서 파라핀-, 올레핀-, 방향족-탄화수소가 대부분이다.

블로바이 가스

연소실의 혼합기 또는 부분적으로 연소된 가스가 피스톤과 실린더 사이의 틈새를 통해 크랭크 케이스로 누설된 것을 말한다. 크랭크케이스 배출물이라고도 한다. 대부분 미연-hc이고 일부가 연소가스 및 불완전 연소가스이다.

배기가스

탄화수소 혼합물인 석유계 연료는 완전 연소의 경우, 산소와 결합하여 수증기와 탄산가스를 생성한다. 탄산가스는 지구 온난화에 결정적인 영향을 미치는 물질로서, 총량규제 대상이다. 기관의 작동상태가 최상이어도 혼합기를 완전 연소시킬 수는 없다. 따라서 배기가스 중에서는 유해물질이 포함될 수밖에 없다. 중부하 중속으로 가솔린기관을 운전할 때, 배기가스의 대부분은 질소 71%, 탄산가스 18%, 수증기 9.2%이고 유해물질은 배기가스 총량의 약 1%정도가 된다. 1%에 포함된 유해물질은 일산화탄소, 미연탄화수소, 질소산화물, 납화합물 등이다.

• 일산화탄소 : 일산화탄소는 무색, 무취의 유독성 가스로서 호흡을 통해 인체에 유입되면 혈액 중의 헤모글로빈과 결합하여 혈액의 산소운반작용을 방해한다. 일산화탄소가 체적비로 0.3% 이상 함유된 공기를 30분 이상 호흡할 경우에는 목숨까지도 잃게 된다. 일산화탄소는 혈액과의 친화력이 산소의 약 300배 이상이다. 개인차가 있으나 일산화탄소-헤모글로빈의 포화도가 10% 정도이면 자각 증상이, 20% 이상이면 두통이나 현기증이, 40% 전/후에서는 구토나 판단력 감퇴, 60% 전/후에서는 경련 또는 혼수상태, 70% 이상이면 사망하는 것으로 알려져 있다. 배기가스 유해물질 중 일산화탄소는 공기부족상태에서 연소가 진행될 때 발생된다. 즉 혼합기가 농후하면 농후할수록 일산화탄소의 발생량은 증가한다. 그러나 공기 과잉상태일지라도 공기와 연료가 잘 혼합되지 않은 상태에서 연소가 진행되면 일산화탄소는 생성된다.

• 미연 탄화수소 : 탄화수소란 탄소와 수소로 조성된 화합물을 총칭한다. 탄화수소는 배기가스뿐만 아니라 블로바이가스나 증발가스 중에도 포함되어 있다. 특히 배기가스 중의 불완전 연소된 탄화수소는 그 형태가 다양하다. 부분적으로 연소가 진행된 탄화수소들로는 예를 들면, 알데히드, 케톤, 카르복실 산 등이 있다. 열분해 생성물과 그 파생물로는 아세틸렌, 에틸렌, 다환 탄화수소등이 있다. 불완전 연소된 탄화수소는 일산화탄소와 마찬가지로 공기부족 상태에서 또는 아주 희박한 상태에서 연소가 진행될 때 주로 발생한다. 또 연소실 표면 근처, 화염이 전달되지 않는 경계면에서도 발생한다. 탄화수소는 저농도에서 호흡기계통을 자극하고, 탄화수소의 1차 산화에 의해 생성되는 알데히드는 점막이나 피부 등을 자극하고, 다시 산화되면 과산화물이 형성된다. 이 과산화물은 질소산화물과 함께 광화학 스모그를 발생시키며 눈을 심하게 자극하고, 암을 유발시키거나, 악취의 원인이 되기도 한다. 특히 알데히드는 함산소연료의 연소 시에 다량 발생하며, 그중에서 포름알데히드는 이미 규제 대상물질이다.

• 납화합물 : 납화합물은 인체의 장기에 악영향을 미치는 물질로서 혈액과 골수에 작용한다. 가솔린의 옥탄가를 높일 목적으로 연료에 4에틸납이나 4메틸납을 첨가할 경우에, 배기가스에서 납화합물이 검출된다. 납화합물은 불활성으로서 연소 중에 연소되지 않고 대부분 그대로 배기가스와 함께 대기 중에 방출되며 일부는 흡기관, 밸브, 연소실 등에 퇴적되거나 또는 블로바이가스를 통해 윤활유에 섞이게 된다. 납화물의 약 75% 정도가 배기가스와 함께 대기 중으로 방출된다. 국내에서는 납화합물의 첨가가 제한된 무연휘발유만이 시판되고 있다.

규제

자동차가 배출하는 유해한 가스를 법적으로 규제하는 것으로, 배기 규제라고도 한다.배기관으로부터 나오는 가스나 연기 외에 블로바이 가스 또는 연료 증발 가스도 대상이 된다.세계 최초의 배출 가스 규제는 광화학 스모그가 문제가 되었던 미국 캘리포니아 주에서 1963년부터 블로바이 가스를 규제하기 시작하여, 1970년에 성립된 머스키 법이 유명하다. 우리나라에서는 자동차 배출 가스 규제가 1987년에 시작되어, 매년 추가 및 수정이 되고 있다. 현재는 세계 모든 나라가 배출 가스에 대하여 여러 가지 규제를 실시하고 있다.

목적

자동차의 증가로 대기오염물질 중 자동차배출가스가 차지하는 비중이 날로 높아지고 있어 자동차배출가스 저감에 대한 시민의 자발적인 참여를 유도하고, 자동차배출가스로 인한 대기환경 오염의 경각심을 고취하기 위함. 특히 우리 시 상설단속반의 단속이 계속 강화되고 있으며, 단속 시 허용기준치를 초과할 경우 5만~50만 원의 과태료가 부과될 뿐만 아니라 지정된 검사대행업체로부터 정비점검확인서를 받아 단속기관에 통보해야 하므로 경제적, 시간적 손실이 크다.

자동차 배출가스 등급제

자동차 배출가스 등급제는 '자동차 배출가스 등급 산정방법에 관한 규정'에 따라 운행 중이거나 제작 단계에 있는 모든 차량을 유종, 연식, 미세먼지와 질소산화물 등 오염물질의 배출 정도에 따라 5개 등급으로 분류하는 제도를 말한다.

산정기준

• 경형, 소형·중형 승용, 소형·중형 화물 자동차

등급	전기차, 수소차	휘발유, 가스(하이브리드 포함)	경유(하이브리드 포함)
1등급	모든 전기, 수소만을 사용하는 차량	2009년~2016년 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.019g/km 이하)	해당없음
2등급	해당없음	2006년~2016년 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.10g/km 이하)	해당없음
3등급	해당없음	2000년~2003년 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.720g/km 이하)	2009년9월 이후 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.353g/km 이하, 입자상물질 : 0.005g/km 이하)
4등급	해당없음	1988년~1999년 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 1.930g/km 이하)	2006년 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.463g/km 이하, 입자상물질 : 0.025 ~ 0.060g/km)
5등급	해당없음	1987년 이전 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 5.30g/km 이상)	2002년7월1일 이전 기준적용 차종 (질소산화물 + 탄화수소 : 0.560g/km 이상, 입자상물질 : 0.050g/km 이상)

• 대형·초대형 승용, 대형·초대형 화물 자동차

등급	전기차, 수소차	휘발유, 가스	경유
1등급	모든 전기, 수소만을 사용하는 차량	2016년12월기준적용차종 (질소산화물:0.35g/kWh이하 , 탄화수소:0.10g/kWh이하) 휘발유·가스(하이브리드)	해당없음
2등급	해당없음	2013년,2016년기준적용차종 (질소산화물:0.40g/kWh이하 , 탄화수소:0.14g/kWh이하)	2014년기준적용차종일부 (질소산화물:0.35g/kWh이하 , 탄화수소:0.12g/kWh이하) 경유(하이브리드)
3등급	해당없음	2006년,2009년기준적용차종 (질소산화물:3.50g/kWh이하 , 탄화수소:0.55g/kWh이하)	2009년9월기준적용차종, 2014년기준적용차종일부 (질소산화물:2.00g/kWh이하 , 탄화수소:0.55g/kWh이하)
4등급	해당없음	2002년7월기준적용차종 (질소산화물:3.50g/kWh이하 , 탄화수소:0.90g/kWh이하)	2006년기준적용차종 (질소산화물:3.50g/kWh이하 , 탄화수소:0.55g/kWh이하)
5등급	해당없음	2000년이전기준적용차종 (질소산화물:5.5g/kWh이상 , 탄화수소:1.2g/kWh이상)	2002년7월이전기준적용차종 (질소산화물:5.00g/kWh이상 , 탄화수소:0.66g/kWh이상)

• 「대기환경보전법 시행규칙」 별표 5에 따른 자동차의 종류

종류	정의	규모
승용자동차	사람을 운송하기 적합하게 제작된 것	소형 : 엔진배기량이 1,000cc 이상이고, 차량 총중량이 3.5톤 미만이며, 승차인원이 8명 이하 중형 : 엔진배기량이 1,000cc 이상이고, 차량 총중량이 3.5톤 미만이며, 승차인원이 9명 이상 대형 : 차량 총중량이 3.5톤 이상 15톤 미만 초대형 : 차량 총중량이 15톤 이상
화물자동차	화물을 운송하기 적합하게 제작된 것	소형 : 엔진배기량이 1,000cc 이상이고, 차량 총중량이 2톤 미만 중형 : 엔진배기량이 1,000cc 이상이고, 차량 총중량이 2톤 이상 3.5톤 미만 대형 : 차량 총중량이 3.5톤 이상 15톤 미만 초대형 : 차량 총중량이 15톤 이상

자동차 배출가스 저감장치

• 경유차 매연저감장치 필터에 매연 연소로 발생한 재가 쌓이게 되면 차량의 출력이 떨어지고 매연을 저감시키는 효율도 떨어지게 된다. 이를 방지하기 위해서는 10개월 또는 10만km 주기로 정기적인 경유차 매연저감장치 필터청소(클리닝)가 필수적이다. 경유차 매연저감장치 필터청소를 장려하기 위해 청소비용을 지원하는 한편, 군포시 한국복합물류센터에 설치되어 있는 통합클리닝센터를 향후 고속도로 휴게소 등 차량 소유자들이 편리하게 이용할 수 있는 지역으로 확대할 예정이다.

• 앞으로 노후 대형버스ㆍ화물차를 대상으로 입자상 물질(PM)과 질소산화물(NOx)을 동시에 저감하는 장치를 부착하고, 노후화된 휘발유ㆍ가스차를 대상으로 삼원촉매장치를 교체할 예정이다.

경유차 매연저감장치

휘발유차 삼원촉매장치

소각로 배출가스

소각로의 배출 가스 속에는 염화수소, 암모니아, 황산화물, 질소 산화물, 유기산, 알데히드 등의 유해 가스를 포함한다. 더스트 농도는 쓰레기의 질, 소각로의 성능, 소각 온도 등에 크게 영향을 받는다. 유해 물질의 제거에는 스크러버가 유효하지만 세정수의 처리 대책이 필요하다. 소각로는 대기 배출 시설로 규정되어 배출 가스별로 배출 허용 기준을 지키도록 되어 있다.

항공 배출가스

항공기는 엄청난 양의 연료를 사용한다. 항공은 다른 부문에 비해 상대적으로 세계 온실가스 배출에 기여하는 부분이 적지만, 가장 빠르게 늘어나는 분야 중 하나이기도 하다. 2000년과 2019년 사이에는 매년 평균 5% 이상의 비행 증가가 있었고, 2019년에는 전 세계 CO2 배출량의 2.5%를 차지했다. 코로나19로 항공편과 승객 수가 급감은 했지만, 앞으로 몇 년 안에 2019년 수준으로 돌아와 계속 증가할 것으로 예상된다. 일부 전문가들은 앞으로 항공여행 산업은 기하급수적으로 늘어날 분야로 꼽고 있다. 가파른 속도로 성장할 수 있다는 것이며, 이에 따라 배출가스 또한 급증할 것이라는 전망이다.

참고자료

• 〈배출가스〉, 《간호학대사전》, 1996-03-01
• 김재휘, 〈자동차가솔린기관(오토기관)〉, 《최신자동차공학시리즈 1》, 2012-09-03
• 〈배출가스 규제〉, 《자동차 용어사전》
• 〈자동차 배기가스 규제〉, 《구리 시민행복 특별시》
• 〈등급산정기준〉, 《환경부》, 2018-04-25
• 환경용어연구회, 〈소각로 배출 가스〉, 《환경공학용어사전》
• 김상욱 기자, 〈항공기, 배출가스 줄일 수 있는 가장 빠른 방법〉, 《뉴스타운》, 2021-05-31

같이 보기

• 연료
• 석탄
• 자동차
• 전기차

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