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가솔린 자동차 vs 디젤 자동차!?

친환경 자동차로 가는 길


 

날씨를 확인할 때 여러분은 온도 이외에 어떤 것을 확인하시나요? 저는 미세먼지 현황을 눈여겨 보곤 합니다. 몇 달 전 중국에서 불어오는 바람으로 미세먼지가 이슈가 된 적이 있습니다. 미세먼지는 자동차 배기가스에서도 생성됩니다. 전기자동차도 유해한 배기가스가 없기 때문에 주목을 받고 있는 것이죠!


그렇다면 우리가 평소 이용하는 내연기관 자동차들은 어떠한 과정으로 환경에 영향을 미치고 있는 걸까요? 대표적인 내연기관 자동차인 가솔린 자동차와 디젤 자동차를 살펴보겠습니다!

 



가솔린디젤?!



 

원유는 끓는 점에 따라 분리됩니다. 끓는 점이 25°C라면 LPG, 40~75°C라면 가솔린, 75~150°C라면 나프타, 150~240°C라면 등유, 220~250°C라면 경유, 250~350°C라면 윤활유, 350°C 이상이면 중유가 나오죠. 찌꺼기는 아스팔트를 만들 때 쓰이죠. 가솔린은 자동차 연료로, 경유는 디젤엔진의 원료로 사용되고 있습니다.

 

가솔린과 디젤 자동차는 발화 방식에서 차이를 보입니다. 가솔린은 공기와 연료를 섞은 혼합기에 불꽃을 터뜨려 인공적으로 폭발을 일으키는 방식입니다. 반면 디젤은 압축된 공기에 경유를 안개처럼 분사해 자체적으로 폭발시키죠. 이 때문에 디젤 자동차가 연비가 더 좋은 편입니다.

 



 

가솔린과 디젤 자동차는 연소 효율을 좋게 하기 위해 주로 아래 표와 같은 4가지 방법을 사용합니다.


   

여기서 연소란 '연료 + 산화제 -> 생성물+ 빛 + 열'을 뜻합니다화학식으로는 ‘C2H2+O2 -> H2O + 빛+ 열이라고 표기할 수 있죠.

 

이 연소 과정 중에 생성되는 NOx(질소산화물)과 C2가 문제가 됩니다. NOx 가솔린과 디젤 두가지에서 모두 생성됩니다. 하지만 위의 표를 통해 디젤 자동차에서  NOx가 더 많은 양이 생성됨을 알 수 있습니다NOx는 심각한 호흡기 문제를 일으키고, 산성비의 원인이 되며, 지구온난화의 주범이기도 합니다. 물론 가솔린 자동차가  NOx에서 자유로운 것은 절대 아닙니다. 엔진만 놓고 보면 가솔린과 디젤 모두 NOx를 발생시키지만 가솔린 엔진은 삼원촉매를 이용해 99%를 정화시키기 때문에 환경에 덜 나쁘게 비춰진다는 주장도 있습니다.




 

이런 환경 문제로 인해 1992EURO1을 시작으로 2013EURO6까지 NOx 배출 규제가 시행되고 있습니다. 분진(PM)은 위 도표에서 확인 할 수 있는 C2와 동일합니다. , 최근 우리나라에서 문제가 되고 있는 미세먼지를 말하죠. PM은 호흡기 질환을 유발하기 때문에 주의해야 합니다.

 

PM과  NOx 의 생성조건은 정반대입니다. 실린더 내부 온도가 낮으면 디젤이 불완전 연소돼 PM이 발생되고, 실린더 내부 온도가 높으면 질소가 변형돼  NOx 가 발생하게 됩니다. 이러한 유해물질들을 줄이기 위해 저감장치를 사용해야 하죠.

 

PM을 막기 위해서는 배기가스 후처리장치(Diesel Particulate Filter :DPF NOx  막기 위한 저감장치인 배출가스 재순환 장치(Exhaust-Gas Recirculation : EGR)를 사용합니다.


 



 

배기가스 후처리장치(Diesel Particulate Filter :DPF

 

DPF는 경유차의 배기가스 중 미세먼지를 필터로 포집한 뒤 일정량이 쌓이면 550°C의 고온으로 태워서 제거합니다. 정상적으로 작동하면 미세먼지의 50~80%를 줄일 수 있습니다. EURO5 기준 이후로 대부분의 경유차에 장착됩니다.


 

배출가스 재순환 장치(Exhaust-Gas Recirculation : EGR)

 

EGR는 경유차의 NOx를 저감하기 위해 배기가스를 완전히 배출시키지 않고 기관 내부에 재순환시키는 방식입니다. 재순환된 배기 가스에는 이산화탄소가 많이 함유돼 있어, 연소과정에서의 산소 함량을 낮춥니다. 이는 연소실의 온도를 낮추기 때문에 NOx 배출을 최대 60%까지 감소시킵니다. EURO5 기준(180mg/km)에서 EURO6 기준(80mg/km)으로 강화되면서 대부분의 경유차에 EGR가 적용되고 있습니다.

 



 

여기서 말하는 재순환 장치는 배기가스 중의 일부를 기관 하부의 배기관에서 끌어내 이를 다시 흡기 기관으로 보내 연료/공기 혼합기에 혼합시키는 시스템입니다. 동일한 양의 연료를 연소시킬 때 온도 상승률이 낮아지는 효과가 있죠.

 

또한 공기에 비해 산소함량이 적은 배기가스가 연소해 순환하게 되면 연소 속도가 감소해 연소 최고온도가 낮아집니다. 이에 NOx의 양이 현저하게 감소하게 되죠. 따라서 EGR는 NOx 저감대책으로 효과적입니다.


디젤 자동차는 원래 친환경 자동차로 각광받았습니다. 하지만 최근에는 환경 오염의 주범으로 180도 입장이 바뀌었습니다. 디젤의 경우 기술적으로 배기가스를 대폭 줄일 수 있는 방법이 많습니다. 디젤차 배출가스 저감장치도 계속 발전하고 있죠. 하지만 저감장치 때문에 자동차 필요 부품이 엄청나게 증가하고, 그만큼 가격도 상승합니다. 운전자가 평소에 잘 관리하지 않으면 오염물질이 그대로 배출돼 저감장치가 유명무실해진다는 단점도 있습니다.




 

이 때문에 세계 각지에서는 디젤 자동차에 대한 규제를 강화하고 있습니다. 노르웨이는 2025년부터 경유가솔린 차량을 전면 판매 금지하기로 했습니다. 독일, 프랑스, 스페인 등은 2025년부터 주요 도시의 디젤 차량 운행 금지를 검토 중이죠. 한국 역시 신규 등록 자동차 중 디젤차가 차지하는 비중이 줄고 있습니다. 한국자동차산업협회에 따르면 전체 신규 등록 자동차 중 경유차가 차지하는 비중은 201552.5% 이후 지난해 49.7%로 내려갔습니다.

 

디젤 자동차가 줄어들면서 자연스럽게 전기자동차로 시선이 쏠리고 있습니다. 2017년 상반기 영국과 독일, 프랑스 디젤 자동차 판매량은 각각 10%, 9%, 7% 줄었습니다. 각국의 자동차 기업들도 전기자동차 개발에 본격적으로 나서고 있죠. 바야흐로 전기자동차의 시대가 다가오고 있는 것입니다. 과연 가솔린 자동차와 디젤 자동차가 머지 않은 미래에 우리의 삶 속에서 사라지게 될까요? 앞으로 얼마나 더 있으면 전기자동차가 대세가 될 수 있을까요? 인류와 오랫동안 함께 해온 교통수단인 자동차가 조금 더 친환경적으로 발전할 수 있길 기대해봅니다.


 

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