[논문]국내 휘발유 승용차의 CO2 배출 현황

유영숙; 류정호; 정성운; 전민선; 김대욱; 엄명도; 김종춘

국내 휘발유 승용차의 CO2 배출 현황
A Study on the Characteristics of Carbon Dioxide Emissions from Gasoline Passenger Cars 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.15 no.2, 2007년, pp.58 - 64

유영숙 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 류정호 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 정성운 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 전민선 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 김대욱 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 엄명도 (국립환경과학원 교통환경연구소) , 김종춘 (국립환경과학원 교통환경연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

As the concerns regarding global worming were increased, the pressure of greenhouse gas(GHG) emission reduction on mobile source was also increased. Carbon dioxides contribute over 90% of total GHG emission and the mobile source occupies about 20% of this $CO_2$ emission. Therefore automotive exhaust is suspected to be one of the major reasons of the rapid increase in greenhouse effect gases in ambient air. In this study, in order to investigate $CO_2$ emission characteristics from gasoline passenger cars(PC), which is the most dominant vehicle type in Korea, 106 vehicles were tested on the chassis dynamometer. $CO_2$ emissions and fuel efficiency were measured. The emission characteristics by displacement, gross vehicle weight, vehicle speed and CVS-75/vehicle speed mode were discussed. Test modes were vehicle speed modes and CVS-75 mode that have been used to develop emission factors and to regulate for light-duty vehicle in Korea. It was found that $CO_2$ emissions showed higher large displacement, heavy gross vehicle weight, low vehicle speed and CVS-75 mode than small displacement, light gross vehicle weight, high vehicle speed and vehicle speed mode, respectively. From these results, correlation between $CO_2$ emission and fuel efficiency was also determined. The results of this study will contribute to domestic greenhouse gas emissions calculation and making the national policy for climate change.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 승용차에서 배출되는 CO₂의 배기량별, 총중량별, 차속별, CVS-75/국내 차속별 배출특성을 분석하고, 연비와의 상관관계를 분석함으로써 향후 자동차CO₂배출량통계 구축과 국내자동차의 CO₂ 규제기준 설정 및 저감기술 개발 등을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

제안 방법

국내 전체 등록대수의 60% 이상을 차지하는 승용차의 CO₂의 배출현황을 알아보고자 휘발유 승용차를경, 소, 중, 대형으로구분하여총106대를시험하였으며CVS-75모드와차속별모드를이용하여배기량별, 총중량별, 차속별, CVS-75/국내차속모드비교, 연비와의 상관관계등을 조사하였다.
차대동력계는 자동차의 실측 주행모드를 모사하여 주행할 수 있도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다. 배출가스 측정은 시험자동차가 차대동력계의 롤러위에서 각 모드별로 주행할 때 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료채취장치(CVS : Constant volume sampler)로 일정량의 공기로 희석한 후, 시료채취백에 채취하여 배출가스분석기로분석하였다. 차대동력계는직류동력계(Clayton사, DCE-80)이며 배출가스 분석기는 자동차 배기관에서 배출되는 CO, CO₂, THC, 및 NOx 등 가스상 물질을 측정하는 것으로 Horiba사 MEXA-9200모델을 사용하였다.
본 연구에서는 사용한 배출가스분석기는 자동차배기관에서 배출되는 가스상물질 CO, THC, NOx, CO₂, CH₄을 측정하는 것으로 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운전직후 분석결과를 알 수 있다.(Photo.
휘발유 승용차(800~5000cc)를 국내 시가지 차속별 주행조건에서 CO2를 측정·분석하였다.

대상 데이터

1과 같이 총 3단계로 구분되어 있다. CVS-75 모드 이외에도 서울시내의 일정 구간을 운행하여 차속별로분류시켜만든 대표차속별 주행모드를 이용하였다. 이 주행모드는 총 15개의 각기 다른 대표차속으로 이루어져 있으며, 이 중 본 시험에서는 4.
시험대상차종은 휘발유 승용차로 시험대상차량은 차종별 점유율 등을 고려한 대표차종을 선정하였다. 배기량별로는 경형, 소형, 중형, 대형으로 구분하였으며 총 106대의 승용차를 시험하였다. 시험대상차종 및 대수를 Table 1에 나타내었다.
소형차 배출가스 시험장치는 차대동력계(Clayton 사, DCE-80), 보조운전장치, 시료채취장치, 희석터널, 입자상물질 측정장치 및 배출가스 분석기 등으로 구성되어 있다. 차대동력계는 자동차의 실측 주행모드를 모사하여 주행할 수 있도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다.
시험대상차종은 휘발유 승용차로 시험대상차량은 차종별 점유율 등을 고려한 대표차종을 선정하였다. 배기량별로는 경형, 소형, 중형, 대형으로 구분하였으며 총 106대의 승용차를 시험하였다.
차량시험모드는 CVS-75 모드와 차속별 모드로 실험하였다. CVS-75모드는 현재 대기환경보전법의 승용차 배출가스 규제시험모드로, Fig.

이론/모형

배출가스 측정은 시험자동차가 차대동력계의 롤러위에서 각 모드별로 주행할 때 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료채취장치(CVS : Constant volume sampler)로 일정량의 공기로 희석한 후, 시료채취백에 채취하여 배출가스분석기로분석하였다. 차대동력계는직류동력계(Clayton사, DCE-80)이며 배출가스 분석기는 자동차 배기관에서 배출되는 CO, CO₂, THC, 및 NOx 등 가스상 물질을 측정하는 것으로 Horiba사 MEXA-9200모델을 사용하였다.

성능/효과

- 자동변속기에서의 CO₂배출량이 수동변속기에 비해30～50% 가량높게 배출되었다.
1) 동일연료, 동일운전조건하에서 차량의 배기량이 크고, 차량무게가 무거울수록, 자동변속기일수록 연료소비는 많아지며 이에 따라CO₂배출량은 증가하는 것을 확인하였다.
유럽의 경우 자동차업계와 자발적인 협정을 체결함에 따라유럽으로 수출되는 모든 승용차는 2012년까지 120 g/km를 만족시켜야 하며 우리나라의 자동차공업협회(KAMA)도 이 협정에 가입하였다.²⁾ 또한 미국 캘리포니아주의 경우 2009년부터 적용되는 CO₂규제기준을 설정하여 2020년까지 약 17%의 CO₂를저감할 계획을 추진중이다.
2) 차속에 따른 CO₂배출특성을 조사한 결과, 자동차 속도가 증가함에 따라 CO₂ 배출은 전반적으로 감소하는 경향을 보여주고 있으며 25km/hr 이상의 차속에서는 감소율이 완만해지는 것으로나타났다.
다른 연구결과에서도 관성중량(Inertia weight)이 증가할수록 CO₂ 배출이 선형적으로 증가하는 것으로나타났다.³⁾ Fig. 5에서 보여주듯이 배기량과 총중량이 작을수록 CO₂는 적게 배출되며 2000cc이상의 대형차와 1500cc미만의 소형차를 비교할 경우 대형차가 소형차보다 약 36% 높게 배출하였으며, 1500～2000cc의 중형차도 소형차보다 약 9% 더 많이 배출하는 것으로 측정되었다.
3) 국내외 승용차 배출규제시험모드인 CVS-75모드와 국내주행패턴을 모사한 NIER모드에서의 CO₂ 배출현황을 비교한 결과, CVS-75모드가 NIER모드보다 약 19～34% 높은 배출수준을 나타내고 있음을 확인하였다.
3) 본 연구에서는 승용차의 변속기종류별 배출율을 비교하였으며 자동변속기에서의 CO₂ 배출량이수동변속기에비해30～50% 가량 높게 배출되는 것으로 조사되었다. 최근 국내 승용차 변속기의90% 이상이 자동변속기를 채용하고 있는데 이러한 추세로 인해 CO₂ 배출량이 상당량 증가할 것으로 예상된다.
4) CVS-75모드에서의 저온 및 고온운전 그리고 고속운전조건이 CO₂배출에 미치는 영향을 측정, 분석한 결과, 저온운전조건인 Phase1이 고온운전조건인Phase3보다CO₂를12～28% 더많이배출하는 것을 확인하였으며 저속운전 및 빈번한정차도CO₂배출증가의원인임을 확인하였다.
5) 제작사별 승용차 CO₂ 배출수준을 측정, 분석한결과, 2009년 EU의 자발적인 CO₂ 배출기준 140 g/km보다 43%~90% 높은 배출수준으로 조사되어 향후 기후변화협약관련 제작사의 대응전략이 필요할 것으로 사료된다.
국내․외 휘발유승용차 배출가스 규제시험모드로서 1877초 동안 평균 34km/h로 주행하는 배출규제시험모드인 CVS-75모드와 국내주행패턴을 대표하는 대표시험모드 중 유사한 차속을 갖는 NIER모드(국내차속모드)에서 CO₂ 배출을 비교한 결과, 상관계수가 0.947로 모드별 상관성이 높은 것으로 나타났다.(Fig.
우리나라의 경우 수송부문의 CO₂배출량은 전체 에너지 연소에 의한 배출량의 약 20%를 차지하며, 차종별로는 트럭 44%, 승용차 34%, 버스 22%순의 배출비율을 보이고 있다. 또한 1990년부터 매년 7.6%의 높은 증가율을 보이고 있으며¹⁾ 꾸준히 증가하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유, LPG 차량에 의해 더욱 증가할 것으로 예상된다. 지속적인 자동차의 증가는 CO₂의 배출량 증가와 온실효과의 가속화를 초래할 것으로 예상됨에 따라 최근 유럽, 미국 등의 선진국에서는 자동차 CO₂를 저감하기 위한 직접 규제 수단을 채택하고 있다.
CO₂와연비는 반비례관계로서연비가 우수할수록 즉 단위연료소비량당 주행거리가 길수록 CO₂ 량은 감소한다. 본 연구결과에서처럼 차량배기량이 클수록연비는나빠지고 CO₂배출량은 증가하는데 대형차보다 소형차의 연비가 50%향상됨과동시에이산화탄소도소형차에비해대형차가 50% 많이 배출하고 있어 경차를 선호하는 국민의식 필요할 때라 판단된다.
14에 나타낸 것과 같이 연비와 CO₂배출량은높은 상관성을 갖는데 이것은 CO₂ 배출이 대부분연료사용량에만 의존하기 때문이다. 본 연구에서조사된 연비와 CO₂ 배출과의 결정계수는 0.8693이며 다른 연구결과에서 제시된 0.9381~0.9708과 비교적 유사한수준을나타내었다.^4,5)
01수준(양쪽)에서 유의하였다. 이로 인해 동일연료, 동일운전조건하에서 차량의 배기량이 클수록, 차량무게가 증가할수록 연료소비는 많아지며 이에 따라 CO₂배출량은 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 다른 연구결과에서도 관성중량(Inertia weight)이 증가할수록 CO₂ 배출이 선형적으로 증가하는 것으로나타났다.

후속연구

향후 이러한 차종별CO₂배출량자료는 국가수송부문 온실가스 저감대책 수립 및 배출통계구축에 필요한 기초 자료로 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라 수송부문에서 차종별 이산화탄소 배출 비율은?	자동차에서 배출되는 온실가스는 주로 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)가 있으며 이중 이산화탄소의 배출비율은 약 90% 이상으로 배출량에 있어서 메탄과 아산화질소에 비해 큰 비중을 차지하고 있다. 우리나라의 경우 수송부문의 CO2 배출량은 전체 에너지 연소에 의한 배출량의 약 20%를 차지하며, 차종별로는 트럭 44%, 승용차 34%, 버스 22%순의 배출비율을 보이고 있다. 또한 1990년부터 매년 7.
	자동차에서 배출되는 온실가스 종류는?	자동차에서 배출되는 온실가스는 주로 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)가 있으며 이중 이산화탄소의 배출비율은 약 90% 이상으로 배출량에 있어서 메탄과 아산화질소에 비해 큰 비중을 차지하고 있다. 우리나라의 경우 수송부문의 CO2 배출량은 전체 에너지 연소에 의한 배출량의 약 20%를 차지하며, 차종별로는 트럭 44%, 승용차 34%, 버스 22%순의 배출비율을 보이고 있다.
	자동차에서 배출되는 온실가스 중 비중이 가장 큰 것은?	자동차에서 배출되는 온실가스는 주로 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)가 있으며 이중 이산화탄소의 배출비율은 약 90% 이상으로 배출량에 있어서 메탄과 아산화질소에 비해 큰 비중을 차지하고 있다. 우리나라의 경우 수송부문의 CO2 배출량은 전체 에너지 연소에 의한 배출량의 약 20%를 차지하며, 차종별로는 트럭 44%, 승용차 34%, 버스 22%순의 배출비율을 보이고 있다.

참고문헌 (5)

J. H. Ryu, Y. S. Lyu, M. D. Eom, M. S. Jeon, D. W. Kim, S. W. Jung and D. S. Kim, 'A Study on the Greenhouse Gas Control Strategies for Motor Vehicles,' National Institute of Environmental Research, pp.81-89, 2005
IEA(International Energy Agency), Dealing with Climate Change, OECD, pp.129-130, 2002
J. L. Sullivan, R. E. Baker and B. A. Boyer, ' $CO_2 $ Emission Benefit of Diesel (versus Gasoline) Powered Vehicles,' Environmental Science & Technology, Vol.38, No.12, pp.3217- 3223, 2004

상세보기
W. Gis and P. Bielaczyc, 'Emission of $CO_2 $ and Fuel Consumption for Automotive Vehicles,' Society of Automotive Engineers, pp.1-7, 1999
J. H. Ryu, Y. S. Lyu, S. W. Jung, M. S. Jeon, D. W. Kim, M. D. Eom and J. C. Kim, 'A Study on the characteristics of Carbon Dioxide Emissions from Gasoline Passenger Cars,' Spring Conference Proceedings, KSAE, Vol.1, pp.21-26, 2006

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