[논문]승용차의 이산화탄소(CO2) 배출특성에 관한 연구

유영숙; 류정호; 전민선; 김대욱; 정성운; 김선문; 엄명도; 김종춘

문제 정의

(2004)은 자동변속기가 수동변속기 에 비해 휘발유 승용 차는 6%, 경 유승용차는 5%가량 배출량이 높다고 제시하였다. 본 연구에서는 경형 승용차의 변속기 종류별 배출율을 비교하였으며 자동변속기에서의 CO? 배출량이 수동변속기에 비해 30-50%가량 높게 배출되는 것으로 조사되었다. 최근 국내 승용차 변속기의 90% 이상이 자동변속기를 채용하고 있는데 이러한 추세로 인해 CO? 배출량이 상당량 증가할 것으로 예상된다.
본 연구에서는 승용차에서 배출되는 CC>2의 연료별, 차종별 배출 특성을 분석하고, 차속 및 연비와의 상관관계를 분석함으로써 향후 자동차 co2 배출량 통계 구축과 국내 자동차의 CO₂ 규제기준 설정 및 저감기술 개발 등을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

제안 방법

배출량이 수동 변속기에 비해 30-50%가량 높게 배출되는 것으로 조사되었다. 또한 차량 열화에 의한 co2 배출경향을 조사하기 위하여 휘발유 중형 승용차와, 소형 승용차에 대하여 차령(규제연식) 및 누적주행거리별 CO₂ 배출경향을 차속별로 측정. 분석한 결과, 배출규제 연식별로는 '99연식 이전 대비 〜02연식은 5%, P3연식 이후는 8% 감소하는 것으로 나타났으며 배출가스 보증거리에 따라 큰 차이가 없어 CO₂ 배출량은 배출가스 관련 부품의 열화 성능과는 큰 관계가 없이 차량 자체의 열화에 의해 배줄이 다소 증가하는 것으로 나타났다.
우리나라 전체 등록 대수의 60% 이상을 차지하는 승용차의 CO? 의 배출 특성을 알아보고자 휘발유와 LPG 승용차를 경, 소, 중, 대형으로 구분하여 총 53대를 시험하였으며, 차속별모드와 CVS-75모드를 이용하여 차속 및 연료에 따른 배출 특성, 차량 열화에 의한 영향, 연비와의 상관관계 등을 조사하였다.
차량 열화에 의한 co2 배출 경향을 조사하기 위하여 휘발유 중형승용차와 소형승용차에 대하여 누적 주행거리 및 차령 (규제 연식)별 CO₂ 배출 경향을 차속 별로 측정. 분석하여 그림 8, 9에 나타내었다.
동력계의 롤러 위에서 각 모드별로 주행할 때 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량시료채 취 장치 (CVS : Constant Volume Sampler)를 이용하여 일정량의 공기로 희석하며 희석비율은 일반적으로 10〜15배이다. 희석된 배출가스는 시료 채취 백에 채취하여 배출가스 분석기 (Horiba사 MEXA-9200)로 분석하였다. 배출가스분석기는 자동차 배기관에서 배출되는 가스상물질 CO, THC, NOx, CO₂, C%을 측정하는 것으로 시료 채취와 분석이 on-line 시스템으로 되어 있어 운전 직후 분석 결과를 알 수 있다(그림 2).

대상 데이터

phase 1과 3은 주행패턴과 주행시간이 똑같으며 단지 시동단계의 엔진 온도 차이를 나타내고 있다. CVS-75 모드 이외에도 서울 시내의 일정 구간을 운행하여 차속별로 분류시켜만 든 대표차 속별 주행모드를 이용하였다. 이 주행모드는 총 15개의 각기 다른 대표차 속으로 이루어져 있으며, 이 중 본 시험에서는 4.
발유와 LPG로 구분하여 휘발유차 40대, LPG 차 13대 등 총 53대의 in-use 승용차를 시험하였다. 배기량 별로는 휘발유차의 경우 경형, 소형, 중형, 대형으로 구분하였으며, 택시의 점유율이 높은 LPG 차의 경우 중대형차량 위주로 차종별 점유율 등을 고려하여 대표차 종을 선정하였다.
발유와 LPG로 구분하여 휘발유차 40대, LPG 차 13대 등 총 53대의 in-use 승용차를 시험하였다. 배기량 별로는 휘발유차의 경우 경형, 소형, 중형, 대형으로 구분하였으며, 택시의 점유율이 높은 LPG 차의 경우 중대형차량 위주로 차종별 점유율 등을 고려하여 대표차 종을 선정하였다. 또한 열화에 의한 배출 특성 조사를 위해 차량의 주행거리를 내구보증 거리인 8만 km 전후로 구분하였다(환경부, 2004).
배출가스분석기는 자동차 배기관에서 배출되는 가스상물질 CO, THC, NOx, CO₂, C%을 측정하는 것으로 시료 채취와 분석이 on-line 시스템으로 되어 있어 운전 직후 분석 결과를 알 수 있다(그림 2). 배출가스 측정원리는 CO와 COz는 비분산적외선법 (NDIR: Non-Dispersive Infrared), NOx는 화학 발광법 (CLD : Chemiluminescence), THC와 CH₄은 불꽃 염 이온화검 출법 (H-FID: Heated Flame Ionization Detector)이다.

성능/효과

배출량은 늘어난다. 2, 000 cc 이 상의 대형차량과 800cc 미만의 경차를 비교할 경우 30 km/h 이하의 저속구간에서는 대형차량이 경차보다 약 2배 정도의 CO₂> 배출하였으며, 2, 000cc 미만의 소형 및 중형차량도 경차보다 36, 63% 각각 더 많이 배출하는 것으로 나타났다.
동일 연료, 동일운전조건 하에서 차량의 배기량이 클수록, 차량 무게가 증가할수록 연료 소비는 많아지며 이에 따라 CO₂ 배출량은 늘어난다. 그림에서 보여주듯이 배기량이 작을수록 CC)2는 적게 배출되며 2, 000 CC 이상의 대형 차량과 800 cc 미만의 경차를 비교할 경우 30 km/h 이하의 저속구간에서는 대형차량이 경차보다 약 2배 정도의 CO? 를 배출하였으며, 2, 000 cc 미만의 소형 및 중형차량도 경차보다 36, 63% 각각 더 많이 배출하는 것으로 측정되었다. 자동차 온실가스를 저감시키는 여러 가지 저감 대책 중 대중교통수단 이용율을 증대시키고, 저연비차량을 개발하는 등의 적극적인 CO? 감축 대책 이 추진되고 있지만 이러한 정책추진에는 상당한 재정적 지원이 필요하다.
배출이 대부분 연료 사용량에만 의존하기 때문이다. 본 연구에서 조사된 연비와 CO? 배출과 의 결정계수는 0.9381로 상관성이 매우 높음을 확인할 수 있었다. 이러한 조사 결과는 향후 기후변화협약 대응을 위한 정부종합대책 추진과 수송부문은 온실가스 배출통계 구축을 위한 기초자료로 활용될 것이다.
또한 차량 열화에 의한 co2 배출경향을 조사하기 위하여 휘발유 중형 승용차와, 소형 승용차에 대하여 차령(규제연식) 및 누적주행거리별 CO₂ 배출경향을 차속별로 측정. 분석한 결과, 배출규제 연식별로는 '99연식 이전 대비 〜02연식은 5%, P3연식 이후는 8% 감소하는 것으로 나타났으며 배출가스 보증거리에 따라 큰 차이가 없어 CO₂ 배출량은 배출가스 관련 부품의 열화 성능과는 큰 관계가 없이 차량 자체의 열화에 의해 배줄이 다소 증가하는 것으로 나타났다.
자동차에서 배출되는 CO? 는 연료의 연소에 의해 발생하며, 이는 차속, 연료소비율, 배기량과 연관성이 높은 것으로 나타났다. 승용차의 차 속에 따른 CO₂ 배출 특성을 조사한 결과, 연료유형에 상관없이 자동차 속도가 증가함에 따라 CO₂ 배출은 전반적으로 감소하는 경향을 보여주고 있으며 45 km/hr 이상의 차속에서는 감소율이 완만해지는 것으로 나타났다. 연료별로는 휘발유 차량이 LPG 차량보다 약 20%가량 CO? 를 높게 배출하고 있어 CO₂ 배출 측면에서 LPG 차량이 휘발유 차량보다 유리한 측면이 있지만 휘발유 차량의 연료분사방식을 GDI (휘발유직접 분사) 방식 으로 변경할 경우 C0는 거의 동일한 배출 수준을 나타낼 것으로 사료된다.
차량의 변속기 종류에 따른 CO₂ 배출 특성을 경형승용차를 이용하여 시험한 결과 자동변속기에서의 CO₂ 배출량이 수동 변속기에 비해 30-50%가량 높게 배출되는 것으로 조사되었다. 또한 차량 열화에 의한 co2 배출경향을 조사하기 위하여 휘발유 중형 승용차와, 소형 승용차에 대하여 차령(규제연식) 및 누적주행거리별 CO₂ 배출경향을 차속별로 측정.
그림 11은 차 속별 연비 평균과 차속별 C0 배출량 평균을 나타내었다. 차속이 증가함에 따라 연비은 증가하고 CO₂ 배출량은 감소하다가 70 km/h 전후에 연비는 감소하고 CO₂ 배출은 증가하는 것으로 조사되었다. 그림 12에 나타낸 것과 같이 연비와 CQ 배출량은 매우 높은 부의 상관을 갖는데 이것은 co2 배출이 대부분 연료사용량에만 의존하기 때문이다.

후속연구

것으로 조사되고 있어 향후 기후변화협약 관련 국가 온실가스 감축 대책 추진 및 자동차 제작사의 국가 간 co2 배출규제 시 신중한 대응전략이 필요할 것으로 사료된다.
9381로 상관성이 매우 높음을 확인할 수 있었다. 이러한 조사 결과는 향후 기후변화협약 대응을 위한 정부종합대책 추진과 수송부문은 온실가스 배출통계 구축을 위한 기초자료로 활용될 것이다.

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