[논문]철도차량에 의한 배기가스 배출량 예측에 관한 기초연구

박덕신; 정우성; 정병철; 김태오

문제 정의

본 논문에서는 비도로용 차량 중 철도 차량에서 배출되는 배기가스(HC, CO, NOx, PM)의 량을 미국 EPA의 배출율 자료와 국내에서 운행 중인 철도차량에서 소비한 디젤유의 연료사용량을 근거로 계산하여 철도차량의 종류별, 노선별로 예측한 결과를 언급하였다.
규제기준이 강화되고 있다. 본 논문에서는 철도 차량에 대한 배출량을 각 오염물질별로 계산한 결과를 요약하였다. 배출량은 Line-Haul 및 Switch로 구분되어 있는 미국 EPA의 배출율 자료와 철도 디젤차량의 연료사용량올 근거로 산출하였으며, 노선별 및 철도 디젤차량 차량 종류별로 분류하여 산정하였다.
본 논문은 철도차량에 의해 연간 배출되는 대기오염물질의 배출량을 새로운 방법으로 산출한 것으로서 향후 지속적인 연구로 배출계수 및 배출율을 실제 국내에서 측정한 자료를 활용하여 배출량 예측의 정확도를 높여나가고자 한다.

제안 방법

Line-Haul에 해당되는 여객 및 화물의의 연료사용량에 Line-Haul의 배출계수를 적용하여 배출율을 계산했다. 전체 배출량은 탄화수소가 1208.
차종별 연료사용량은 여객, 화물 및 기타로 명확하게 구분이 되어 여객과 화물은 Line-Haul에 해당되므로 Line-Haul의 배출율 값을 적용하고, 기타는 Switch의 배출율을 적용했다. 그러나 노선별 연료사용량은 Line-Haul과 Switch의 구분이 모호하여 차종별 연료사용량에서 Line-Haul 및 Switch의 비율을 파악한 후 그 값을 노선별 연료사용량 비율로 대체하여 사용했다.
오염물질별 연간 총 배출량을 산출하기 위해서는 먼저 철도 차량 중 디젤차량의 보유대수를 파악한다. 그리고, 차종별, 노선별 철도 디젤차량에 의한 연료사용량을 Line-Haul 및 Switch 두 가지 모드로 구분하여 계산한다. 이렇게 계산된 연료사용량 자료에 미국 EPA의 배출율을 곱하여 차종별, 노선별 연간 배출율을 계산한 후 Line-Haul 및 Switch 두 가지 모드에 대해서 오염물질별 연간 총 배출량(metric-ton/year)을 계산한다.
노선별 및 차종별 연료사용량을 Line-Haul과 Switch로 구분하여 연료사용량에 미국 EPA의 배출율을 적용했다. 차종별 연료사용량은 여객, 화물 및 기타로 명확하게 구분이 되어 여객과 화물은 Line-Haul에 해당되므로 Line-Haul의 배출율 값을 적용하고, 기타는 Switch의 배출율을 적용했다.
본 논문에서는 철도 차량에 대한 배출량을 각 오염물질별로 계산한 결과를 요약하였다. 배출량은 Line-Haul 및 Switch로 구분되어 있는 미국 EPA의 배출율 자료와 철도 디젤차량의 연료사용량올 근거로 산출하였으며, 노선별 및 철도 디젤차량 차량 종류별로 분류하여 산정하였다.
여객, 화물 및 기타에 대한 연료사용량을 근거로 대기오염물질 배출량을 산출했다. Line-Haul에 해당되는 여객 및 화물의의 연료사용량에 Line-Haul의 배출계수를 적용하여 배출율을 계산했다.
그리고, 차종별, 노선별 철도 디젤차량에 의한 연료사용량을 Line-Haul 및 Switch 두 가지 모드로 구분하여 계산한다. 이렇게 계산된 연료사용량 자료에 미국 EPA의 배출율을 곱하여 차종별, 노선별 연간 배출율을 계산한 후 Line-Haul 및 Switch 두 가지 모드에 대해서 오염물질별 연간 총 배출량(metric-ton/year)을 계산한다.
적용했다. 차종별 연료사용량은 여객, 화물 및 기타로 명확하게 구분이 되어 여객과 화물은 Line-Haul에 해당되므로 Line-Haul의 배출율 값을 적용하고, 기타는 Switch의 배출율을 적용했다. 그러나 노선별 연료사용량은 Line-Haul과 Switch의 구분이 모호하여 차종별 연료사용량에서 Line-Haul 및 Switch의 비율을 파악한 후 그 값을 노선별 연료사용량 비율로 대체하여 사용했다.
국내 39개 노선에 대한 대기 오염물질 배출량 계산 결과를 표 5에 나타냈다. 표에서와 같이 Line-Haul 및 Switch로 구분하여 배출량을 산정하고, 39개 노선별 배출량을 계산했다. 경부선에서의 연간 탄화수소 배출량은 Line-Haul 모드에 의해서는 332.

대상 데이터

표에서 보여주듯이 Tier 0는 1973년에서 1999년까지 제작된 기관차를 대상으로 하며, Tier 1은 2000년에서 2004년까지 제작되었거나 제작될 기관차, Tier 2는 2005년 이후 제작될 디젤기관차를 대상으로 한다. 규제모드 역시 Line-Haul과 Switch 두 가지로 분류하였다.

성능/효과

39개 전 노선에서 Line-Haul 모드에 의해 배출되는 연간 탄화수소 배출량은 669.7 short-ton, Switch 모드에 의한 배출량은 539.3 short-ton으로 전체 총 탄화수소 배출량은 1,209.1 short-ton이 배출되는 것으로 나타났다. 전체 배출량 중 경부선의 비중이 높은 것으로 조사되었다.
5 short-ton, 입자상 물질이 681 short-ton로 나타났다. 각 물질별 Line-Haul 모드 및 Switch 모드의 배출비율은 탄화수소의 경우 Line-Haul에 의한 연간 총 배출량은 669.9 short-ton, Switch에 의한 연간 총 배출량은 538.4 short-ton로 철도 디젤차량에 의해서 연간 총 1208.3 short-ton의 탄화수소를 배출하는 것으로 나타났다. 표에서 여객에 의한 배출량이 화물에 의한 것보다 약 2배 가량 높다는 것을 알 수 있다.
연구결과 전체 배출량 중 경부선의 비중이 높았으며, 탄화수소의 경우 전체 669.7 short-ton 중 332.9 short-ton을 배출하여 50% 가량을 차지하는 것으로 나타났다. 경부선 다음으로 호남선, 중앙선에서의 배출이 많은 것으로 나타났다.
Line-Haul에 해당되는 여객 및 화물의의 연료사용량에 Line-Haul의 배출계수를 적용하여 배출율을 계산했다. 전체 배출량은 탄화수소가 1208.3 short-ton, 일산화탄소가 2761.7 short-ton, 질소산화물이 27411.5 short-ton, 입자상 물질이 681 short-ton로 나타났다. 각 물질별 Line-Haul 모드 및 Switch 모드의 배출비율은 탄화수소의 경우 Line-Haul에 의한 연간 총 배출량은 669.
경부선 다음으로 호남선, 중앙선에서의 배출이 많은 것으로 나타났다. 차량 종류별로 배출량을 계산할 결과 여객에 의한 배출량이 화물에 의한 것보다 약 2배 가량 높다는 것을 알 수 있다.
1 km에서 철도 디젤차량 중 디젤기관차, 일반동차, 특수동차 등을 일년 동안 운행하여 누적된 열차키로 및 연료사용량 등을 나타낸 것이다. 표에서 연간 총 연료사용량은 31, 881㎘이며, 디젤기관차가 전체의 약 78%로서 전체 연료사용량의 대부분을 차지하는 것으로 조사되었다.

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