최근 수도권 대기질 개선을 위한 정부, 민간, 학계, 단체 등의 활동이 활발히 이뤄지는 가운데 대기오염의 주범중의 하나인 경유차 문제가 사회적인 이슈로 떠오르고 있다. 이를 해결하기 위해서는 LPG, CNG 등의 저공해 자동차 확대보급과 더불어 제작되거나 운행중인 경유차의 매연저감장치가 하나의 방안으로 떠오르고 있다. 현재 우리나라에서는 20여대의 자동차가 후처리 장치를 부착해 시범운행 중에 있으며 이에 대한 연구개발을 활발히 펼치고 있다. 본지에서는 세계적으로 이용되거나 개발중인 경유자동차 후처리장치 기술에 대해 설명하고자 한다. 〈윤태 기자〉
◆후처리기술=경유승용차용 후처리기술에는 디젤산화촉매(DOC), 매연여과장치(DPF), 질소산화물저감촉매(NOx촉매)등이 이미 사용되거나 개발되고 있다.
특히 매연여과장치는 PM(먼지)을 80%이상 저감하고 매연은 90% 이상 저감시켜 가시매연이 거의 없는 장치이며 인체에 폐암 등의 원인으로 작용하는 미세입자 저감에도 효율적이다.
프랑스 뿌조자동차사는 지난 2000년부터 일부 경유승용차에 실용화된 기술을 이용해 DPF를 적용함으로써 환경친화형 자동차 이미지를 구축하고 있다. 현재 4개 차종에 장착돼 20만대 정도 운행되고 있으며 이는 전체 판매량의 10% 정도이다. 그러나 향후 경유 전차량에 대해 DPF를 적용할 계획이다. 즉 2006년까지 전체 경유차의 90% 이상이 DPF를 적용할 것으로 예상하는 전문가도 있어 DPF가 수년내 경유승용차의 표준부품으로 사용될 것으로 예측된다.
이밖에 독일의 경유자동차 2개사에서도 내년 상반기부터 DPF 적용 경유승용차 판매계획을 세운 것으로 알려져 환경친화형 자동차 판매경쟁이 치열해지고 있다.
그러나 문제는 비용이다. 경유승용 제작차용으로는 현재 100∼150만원 수준으로 알려졌으며 운행중인 중형경유자동차 개조는 500∼1000만원 수준이다. 그러나 양산시기로 예상되는 2010년경에는 100만원 이하로 공급이 가능할 것으로 예상된다.

◆디젤산화촉매(DOC)=디젤산화촉매기술은 가솔린엔진에서 삼원촉매가 개발되기 이전에 사용되던 산화촉매(이원촉매)기술과 기본적으로 동일한 기술로써 효과나 성능은 이미 입증돼 있다.
DOC는 배기가스중 HC(탄화수소)와 CO(일산화탄소)를 80%이상 감소시키고 PM의 용해성유기물질인 SOF(soluble organic fraction)성분도 50∼80를 제거한다.
그러나 배기가스 온도가 300℃ 이상의 고온이 되면 배출가스중의 산소와 반응해 산화반응을 일으켜 SO3, H2SO4 등의 유해물질을 배출할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 연료에 유황 함유율을 0.05%로 낮추는 저유황화가 이뤄져야 한다.
◆매연여과장치(DPF)=매연여과장치에서 가장 핵심이 되는 PM의 재생기술은 촉매나 첨가제를 사용해 PM의 연소온도를 낮춰 배출가스 온도로 연속적으로 태우는 자연재생(passive)방식 장치가 가장 유리한 것으로 예상된다.
배출가스 온도가 상대적으로 높은 미국과 유럽 등의 중량차는 촉매방식 DPF가 장치가 이미 상당량 장착돼 운행되고 있으며 소형 경유승용차에도 첨가제 방식 장치가 부착돼 시판되고 있다.
현재 개발되고 있는 연속재생방식의 DPF기술에서 재생온도를 낮추는 기술개발이 가장 중요한 경쟁요인이다. 그러나 현재 기술로는 경유승용차 등과 같은 배출가스 온도가 낮은 차량에 적용하기에는 무리이며 추가열원의 공급을 위한 보조재생장치가 필요하다. 이를 위해 전기히터나 버너 등의 장치가 사용되며 전자제어식 연료공급장치에서 분사시기를 지연시켜 배출가스 온도를 높여주는 기술도 적용된다.
◆CRT방식 매연여과장치=유럽에서는 Johnson Matthey사에서 개발한 CRT(Continuous Regeneration Trap)매연여과장치가 매우 실용성 있는 기술로 평가되고 있다.
이 장치의 성능은 PM과 CO, HC를 90% 이상 저감시키며 NOx는 3∼8%정도 저감시킬수 있다. 특히 PM중 10nm∼250nm크기의 입자수량도 현저하게 감소하는 것으로 발표되고 있다.
그러나 촉매의 PM재생 능력에 한계가 있어 엔진에서 배출되는 PM과 NOx의 비율이 일정수준 이상이고 배출가스가 275℃ 이상 돼야 작동이 가능하다. 결국 경유의 황 성분이 50ppm이하가 돼야하는 문제가 있어 CRT 상용화에 큰 장애가 된다. 따라서 전세계적으로 보급하기에는 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상된다.
◆PSA 연료분사장치 제어 첨가제 방식 매연여과장치=이 기술은 첨가제만으로는 다양한 운전여건을 만족시키기 어려워 재생 방식을 추가적으로 사용해 400∼500km 주기마다 강제로 재생시키는 것이다. 또한 강제재생을 하기 위해서는 산화촉매를 전방해 부착해 미연탄화수소 연소로 발열시키며 코몬레일 연료장치에서 멀티플 포스트 인젝션으로 배출가스 온도를 상승시킨다.
첨가제 방식과 촉매방식은 필터 내에서 연속재생이 일어나므로 필터에서 엔진의 배압을 낮은 수준으로 유지함으로써 타 장치에 비해 연비악화와 엔진성능의 저하요인이 적다는 장점이 있다.
최근 독일 환경청은 이 장치에 대해 만족스러운 결과를 발표했으며 경유승용차에 이 장치를 보급하겠다는 의지를 피력한 바 있다. 첨가제 사용과 필터 소재 등에 대해서는 기술적인 변화가 예상되지만 연료공급시스템의 제어기술을 사용하는 DPF 시스템의 경유승용차 적용 가능성이 상당히 높은 것으로 분석된다. <윤태기자>〈자료제공 : 한국기계연구원〉