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배기가스

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목차

1. 개요

배기가스는 연소 과정에서 발생하는 기체로, 주로 질소, 수증기, 이산화탄소로 구성되지만, 불완전 연소로 인해 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 미세먼지 등 유해 물질을 포함하기도 한다. 이러한 배기가스는 내연 기관, 화력 발전소 등에서 발생하며, 건강과 환경에 심각한 영향을 미친다. 배기가스 저감을 위해 촉매 변환기, 선택적 촉매 환원, 배기가스 재순환 장치 등의 기술이 사용되며, 대한민국은 자동차 배출가스 기준을 강화하여 대기 오염을 줄이려는 노력을 기울이고 있다.

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배기가스
배기가스 정보
네팔 공장에서 발생하는 대기 오염
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개요
정의연소 엔진에서 연료 반응의 결과로 배출되는 가스
배출 경로대기로 배출
소형 선박에서는 수중 배기도 발생하나, 결국 대기로 방출
주요 구성 성분
유해 성분미세먼지
기타 성분질소
이산화탄소
수증기
배기가스 처리 및 규제
목적유해 성분 제거 및 배출량 감소
규제 대상자동차 배출가스 규제와 같은 규제 대상으로 지정됨
배기가스 배출 차량
연료 종류B20 바이오디젤을 사용하는 대중교통 버스
배출 모드아이들링 모드

2. 구성 성분

대부분의 연소 가스에서 가장 많은 부분을 차지하는 것은 질소(N2), 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2)이다. 이들은 독성이 없거나 유해하지 않지만, 수증기와 이산화탄소는 온실가스로 기후변화에 기여한다. 연소 가스의 비교적 적은 부분은 불완전 연소로 인한 일산화탄소(CO), 미연소 연료로 인한 탄화수소(CxHy), 과도한 연소 온도로 인한 질소산화물(NOx), 불완전 연소로 인한 미세먼지(주로 그을음)와 같이 바람직하지 않거나 유해하거나 독성이 있는 물질이다.

유기화합물에서 발생하는 배기가스는 대부분 이산화탄소와 수증기이지만, 미량 성분으로 다른 물질을 포함한다. 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 또는 미세먼지(PM) 등이다.

아래에 그 성분을 적는다.


  • 일산화탄소(CO): 유기화합물이 산화될 때, 산소 공급이 부족한 불완전연소일 경우 발생한다. 인체에 대한 독성이 있다.
  • 탄화수소(HC): 가솔린(C8H18 등)이 휘발하거나, 연소가 불완전하여 연소되지 못한 혼합기(미연소탄화수소)가 그대로 배출될 때 발생한다. 태양광의 자외선 성분에 의해 광화학 스모그를 일으키는 광화학 산화물로 변화한다. 호흡기 등의 점막에 대한 자극, 농작물에 대한 악영향이 나타난다.
  • 질소산화물(NOx): 고온·고압 상태가 되는 연소실에서는 질소가 산화되기 쉬워 발생한다. 배기가스 전체 중 자동차 배기가스에 의한 발생량이 3할을 차지한다. 질소산화물에는 산소의 결합량에 따라 여러 종류가 있으므로, 일반적으로 산소의 수를 x로 표기하여 여러 가지 질소산화물을 통틀어 나타낸다.
  • 미세먼지(PM): 마이크로미터 단위의 입자. 대기 중에 부유하고 있는 것은 부유미세먼지(SPM)라고 불리며, 입자 크기 10 µm 이하의 것을 정의하고 있다. 특히 입자 크기가 작은 2.5 µm 이하의 것은 미세먼지(PM2.5)라고 불린다.
  • 이산화탄소(CO2): 유기화합물의 연소나 생물의 대사에 의해 발생한다. 현대에는 전기 모터를 병용하는 하이브리드카나 저연비의 가솔린 직분사 엔진이 사용되고 있다.
  • 황산화물(SOx): 황의 산화물의 총칭. 이산화황(SO2)과 삼산화황(SO3)을 주로 가리킨다. 충분히 정제되지 않은 석유나 저품위의 석탄 등은 황을 포함하고 있으며, 이들의 연소에 의해 발생한다. 대기오염과 산성비의 원인 중 하나이다.


참고로, CO, HC, NOx의 억제 방법은 상반되기 때문에, 단일 방법으로는 모두 낮은 수준으로 억제할 수 없다. 자동차용 가솔린 엔진의 경우, 모든 배출량을 억제하려면 세 가지 모두 비교적 낮은 수준으로 억제되는 공연비(약 14.7 = 스토이키오메트리)로 연소시키고, 삼원촉매로 처리하는 등의 방법이 있다. 이것들을 기준치 이하로 달성하려면 기화기로는 어려운 면도 있으며, 연료량을 세밀하게 제어할 수 있는 전자제어식 연료분사장치(FI)가 적합하기 때문에, 오토바이 등에서도 FI화가 진행되고 있다. 한편, 배기가스가 항상 산소 과잉이 되는 디젤 엔진은 환원제에 암모니아/암모니아수나 요소수를 사용한 선택적 촉매 환원 탈질 장치나 요소 SCR 시스템으로 후처리한다.



2010년 3월 일산화탄소에 대한 MOPITT 위성 컴퓨터 영상

2. 1. 주요 성분

대부분의 연소 가스는 질소(N₂), 수증기(H₂O), 이산화탄소(CO₂)로 구성된다.[29] 이들은 독성이 없거나 유해하지 않지만, 수증기와 이산화탄소는 온실가스로 지구 온난화에 영향을 미친다.[29] 자동차의 이산화탄소(CO₂) 배출은 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 대한 인위적 기여의 일부이며, 과학계의 대다수는 이것이 기후 변화를 일으키고 있다고 주장한다.[29] 자동차는 유럽 연합의 인위적 이산화탄소 배출량의 약 20%를 발생시키는 것으로 계산되며, 승용차는 약 12%를 차지한다.[30]

연소 가스의 비교적 적은 부분은 불완전 연소로 인한 일산화탄소(CO), 미연소 연료로 인한 탄화수소(CxHy), 과도한 연소 온도로 인한 질소산화물(NOx), 그리고 불완전 연소로 인한 미세먼지(주로 그을음)와 같이 바람직하지 않거나 유해하거나 독성이 있는 물질이다.[29]

유기화합물에서 발생하는 배기가스는 대부분 이산화탄소와 수증기이지만, 미량 성분으로 다른 물질을 포함한다. 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NO) 또는 미세먼지(PM) 등이다.

  • 일산화탄소(CO): 유기화합물이 산화될 때, 산소 공급이 부족한 불완전연소일 경우 발생하며, 인체에 독성이 있다.
  • 탄화수소(HC): 광화학 스모그를 일으키는 광화학 산화물로 변화하며, 호흡기 등의 점막에 대한 자극, 농작물에 대한 악영향이 나타난다.
  • 질소산화물(NO): 고온·고압 상태가 되는 연소실에서 질소가 산화되어 발생한다.
  • 미세먼지(PM): 마이크로미터 단위의 입자.
  • 이산화탄소(CO): 유기화합물의 연소나 생물의 대사에 의해 발생한다.
  • 황산화물(SO): 황의 산화물의 총칭으로, 대기오염과 산성비의 원인 중 하나이다.


CO, HC, NO의 억제 방법은 상반되기 때문에, 단일 방법으로는 모두 낮은 수준으로 억제할 수 없다. 자동차용 가솔린 엔진의 경우, 모든 배출량을 억제하려면 세 가지 모두 비교적 낮은 수준으로 억제되는 공연비(약 14.7 = 스토이키오메트리)로 연소시키고, 삼원촉매로 처리하는 등의 방법이 있다.

2. 2. 유해 성분

대부분의 연소 가스에서 가장 많은 부분을 차지하는 것은 질소(N2), 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2)이다. 이들은 독성이 없거나 유해하지 않지만, 수증기와 이산화탄소는 온실가스로 기후변화에 기여한다. 연소 가스의 비교적 적은 부분은 불완전 연소로 인한 일산화탄소(CO), 미연소 연료로 인한 탄화수소(CxHy), 과도한 연소 온도로 인한 질소산화물(NOx), 불완전 연소로 인한 미세먼지(주로 그을음)와 같이 바람직하지 않거나 유해하거나 독성이 있는 물질이다.

  • 일산화탄소(CO): 유기화합물이 산화될 때, 산소 공급이 부족한 불완전연소일 경우 발생한다. 인체에 대한 독성이 있으며, 일산화탄소 중독은 많은 국가에서 가장 흔한 치명적인 공기 중독의 유형이다.[18] 헤모글로빈과 결합하여 카르복시헤모글로빈을 생성하며, 이는 산소 수송을 차단한다. 2011년 미국에서 일산화탄소 배출량의 52%는 이동식 차량에 의해 발생했다.[19]
  • 탄화수소(HC): 가솔린(C8H18 등)이 휘발하거나, 연소가 불완전하여 연소되지 못한 혼합기(미연소탄화수소)가 그대로 배출될 때 발생한다. 태양광의 자외선 성분에 의해 광화학 스모그를 일으키는 광화학 산화물로 변화한다. 호흡기 등의 점막에 대한 자극, 농작물에 대한 악영향이 나타난다. 2005년 미국 EPA 보고서에 따르면, 미국 내 VOC 배출의 26%는 도로 차량에서 발생하며, 나머지 19%는 주로 가솔린 및 경유 주유소인 비도로 장비에서 발생한다.[13] VOC 배출량의 27%는 페인트 및 페인트 희석제 제조 및 기타 용도로 사용되는 용매에서 나온다.[14]
  • 질소산화물(NOx): 고온·고압 상태가 되는 연소실에서는 질소가 산화되기 쉬워 발생한다. 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)는 암모니아, 수분 및 기타 화합물과 반응하여 질산 증기 및 관련 입자를 형성한다. 미세 입자는 민감한 폐 조직에 깊이 침투하여 손상을 입힐 수 있으며, 심한 경우 조기 사망을 초래할 수 있다. NO 계열 물질을 흡입하면 폐암[8] 및 대장암[9] 위험이 증가하고, 이러한 입자를 흡입하면 폐기종 및 기관지염과 같은 호흡기 질환과 심장병이 발생하거나 악화될 수 있다.[10][11][12]
  • 미세먼지(PM): 마이크로미터 단위의 입자. 대기 중에 부유하고 있는 것은 부유미세먼지(SPM)라고 불리며, 입자 크기 10 µm 이하의 것을 정의하고 있다. 특히 입자 크기가 작은 2.5 µm 이하의 것은 미세먼지(PM2.5)라고 불린다. 흡입을 통한 미세먼지의 건강 영향은 인간과 동물을 대상으로 광범위하게 연구되어 왔으며, 천식, 폐암, 심혈관 질환, 조기 사망 등이 포함된다.[22][23][24] 2006년 발표된 자료에서 미국 연방 고속도로청(FHWA)은 2002년 PM10의 약 1%, PM2.5의 약 2%가 도로상의 자동차 배기가스(대부분 디젤 엔진에서 발생)에서 나왔다고 밝혔다.[27]
  • 황산화물(SOx): 황의 산화물의 총칭. 이산화황(SO2)과 삼산화황(SO3)을 주로 가리킨다. 충분히 정제되지 않은 석유나 저품위의 석탄 등은 황을 포함하고 있으며, 이들의 연소에 의해 발생한다. 대기오염과 산성비의 원인 중 하나이다.


참고로, CO, HC, NOx의 억제 방법은 상반되기 때문에, 단일 방법으로는 모두 낮은 수준으로 억제할 수 없다. 자동차용 가솔린 엔진의 경우, 모든 배출량을 억제하려면 세 가지 모두 비교적 낮은 수준으로 억제되는 공연비(약 14.7 = 스토이키오메트리)로 연소시키고, 삼원촉매로 처리하는 등의 방법이 있다.

3. 생성 원인 및 종류

3. 1. 내연 기관



점화 기관에서 연료와 공기 혼합물의 연소로 인한 가스를 배기가스라고 한다. 가솔린 엔진 배기가스의 주성분은 질소 (약 71%), 이산화탄소 (약 14%), 수증기 (약 13%)이다.[5] 미량 원소는 0.6% 미만이며, 질소산화물은 0.25% 미만, 일산화탄소는 1 - 2%, 탄화수소는 0.25% 미만이다.[5] 이산화황은 소량 포함될 수 있다.[5]

가솔린 엔진의 일산화탄소 함량은 연료 분사와 촉매 변환기를 갖춘 잘 조정된 엔진의 경우 약 15ppm에서, 소형 발전기 및 정원 장비에서 일반적으로 볼 수 있는 것과 같이 풍부하게 조정된 기화기 엔진의 경우 최대 100,000ppm(10%)까지 다양하다.[6]

디젤 엔진 배기가스는 가솔린 엔진보다 더 많은 미세먼지와 질소산화물을 배출한다.[5]

항공기 가스터빈 엔진에서 배기가스 온도(Exhaust Gas Temperature, EGT)는 엔진 상태를 측정하는 주요 지표이다. 일반적으로 EGT는 "엔진 압력비"(Engine Pressure Ratio, EPR)라고 하는 주요 엔진 출력 지표와 비교된다. 예를 들어, 최대 출력 EPR에서는 허용 최대 EGT 한계가 있다. 엔진이 수명 주기 중 이 EGT 한계에 도달하는 단계에 이르면, 문제를 해결하기 위해 특정 정비가 필요하다. EGT가 EGT 한계보다 낮은 정도를 EGT 여유(margin)라고 한다. 엔진의 EGT 여유는 엔진이 새롭거나 정비를 마친 경우 가장 크다. 대부분의 항공사는 ACARS를 통해 이 정보를 원격으로 모니터링한다.

제트 엔진과 로켓 엔진에서 추진 노즐(propelling nozzle)에서 배출되는 배기가스는 어떤 경우에는 충격 마름모를 보인다.

3. 1. 1. 가솔린 엔진

점화 기관에서 연료와 공기 혼합물의 연소로 인한 가스를 배기가스라고 한다. 가솔린 엔진 배기가스의 주성분은 질소 (약 71%), 이산화탄소 (약 14%), 수증기 (약 13%)이다.[5] 미량 원소는 0.6% 미만이며, 질소산화물은 0.25% 미만, 일산화탄소는 1 - 2%, 탄화수소는 0.25% 미만이다.[5] 이산화황은 소량 포함될 수 있다.[5]

가솔린 엔진의 일산화탄소 함량은 연료 분사와 촉매 변환기를 갖춘 잘 조정된 엔진의 경우 약 15ppm에서, 소형 발전기 및 정원 장비에서 일반적으로 볼 수 있는 것과 같이 풍부하게 조정된 기화기 엔진의 경우 최대 100,000ppm(10%)까지 다양하다.[6]

3. 1. 2. 디젤 엔진

디젤 엔진 배기가스는 가솔린 엔진보다 더 많은 미세먼지와 질소산화물을 배출한다.[5]

3. 1. 3. 가스터빈 엔진

항공기 가스터빈 엔진에서 배기가스 온도(Exhaust Gas Temperature, EGT)는 엔진 상태를 측정하는 주요 지표이다. 일반적으로 EGT는 "엔진 압력비"(Engine Pressure Ratio, EPR)라고 하는 주요 엔진 출력 지표와 비교된다. 예를 들어, 최대 출력 EPR에서는 허용 최대 EGT 한계가 있다. 엔진이 수명 주기 중 이 EGT 한계에 도달하는 단계에 이르면, 문제를 해결하기 위해 특정 정비가 필요하다. EGT가 EGT 한계보다 낮은 정도를 EGT 여유(margin)라고 한다. 엔진의 EGT 여유는 엔진이 새롭거나 정비를 마친 경우 가장 크다. 대부분의 항공사는 ACARS를 통해 이 정보를 원격으로 모니터링한다.

3. 1. 4. 제트 엔진 및 로켓 엔진



제트 엔진과 로켓 엔진에서 추진 노즐(propelling nozzle)에서 배출되는 배기가스는 어떤 경우에는 충격 마름모를 보인다.

3. 2. 화력 발전소

화력 발전소에서 석탄, 석유, 천연가스 등 화석 연료를 연소하는 과정에서 배기가스가 발생한다.

3. 3. 기타

증기 기관에서 배기가스는 압력이 너무 낮아 더 이상 유용한 일을 할 수 없는 증기를 의미한다.

4. 배기가스 저감 기술

배출가스 기준은 자동차 배기가스뿐만 아니라 석유정제소(oil refinery), 천연가스 처리시설(natural gas processing), 석유화학(petrochemical) 공장 및 화학(chemical) 생산시설 등 대규모 산업시설의 여러 배기가스 배출원에서 배출되는 오염물질(pollutant) 감소에 중점을 둔다.[33][34] 하지만 이러한 배출가스는 종종 연도가스로 불린다. 자동차의 촉매변환기는 촉매를 사용하여 배기가스 오염을 분해하려고 한다. 선박의 세정기는 선박 배기가스에서 이산화황(SO2)을 제거하려고 한다. 선박 이산화황 배출에 대한 규정은 강화되고 있지만, 전 세계적으로 저황 경유만 사용하도록 지정된 특별 지역은 소수에 불과하다.

4. 1. 촉매 변환기

자동차의 촉매변환기는 촉매를 사용하여 배기가스 오염을 분해하려고 한다.[33][34]

==== 삼원 촉매 ====

가솔린 엔진에 사용되는 삼원 촉매는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 동시에 저감한다.

==== 선택적 촉매 환원(SCR) ====

선택적 촉매 환원(SCR)은 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)을 줄이는 데 사용되는 기술이다. SCR 시스템은 요소 (요소수)와 같은 환원제를 사용한다. 환원제는 배기가스 흐름에 분사되어 촉매를 거치면서 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시킨다. 이 기술은 질소산화물 배출량을 크게 줄일 수 있어, 환경 규제 준수에 기여한다.

4. 1. 1. 삼원 촉매

가솔린 엔진에 사용되는 삼원 촉매는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 동시에 저감한다.

4. 1. 2. 선택적 촉매 환원(SCR)

선택적 촉매 환원(SCR)은 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)을 줄이는 데 사용되는 기술이다. SCR 시스템은 요소 (요소수)와 같은 환원제를 사용한다. 환원제는 배기가스 흐름에 분사되어 촉매를 거치면서 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시킨다. 이 기술은 질소산화물 배출량을 크게 줄일 수 있어, 환경 규제 준수에 기여한다.

4. 2. 배기가스 재순환 장치(EGR)

배출가스 기준은 자동차 배기가스뿐만 아니라 석유정제소(oil refinery), 천연가스 처리시설(natural gas processing), 석유화학(petrochemical) 공장 및 화학(chemical) 생산시설 등 대규모 산업시설의 여러 배기가스 배출원에서 배출되는 오염물질(pollutant) 감소에 중점을 둔다.[33][34] 하지만 이러한 배출가스는 종종 연도가스로 불린다. 자동차의 촉매변환기는 촉매를 사용하여 배기가스 오염을 분해한다.

4. 3. 매연 여과 장치(DPF)

배출가스 기준은 자동차 배기가스뿐만 아니라 석유정제소(oil refinery), 천연가스 처리시설(natural gas processing), 석유화학(petrochemical) 공장 및 화학(chemical) 생산시설 등 대규모 산업시설의 여러 배기가스 배출원에서 배출되는 오염물질(pollutant) 감소에 중점을 둔다.[33][34] 자동차의 촉매변환기는 촉매를 사용하여 배기가스 오염을 분해한다.

4. 4. 기타 저감 기술

차량 시동을 끈 지 여러 시간이 지난 후 시동을 걸고 처음 2분 동안 배출되는 배기가스의 양은 매우 많을 수 있다.[2] 이는 차가운 엔진의 농후한 공연비 요구사항과 저온 상태에서의 촉매 변환기의 비효율성 때문이다.[2]

차가운 엔진이 시동될 때 연료가 완전히 기화되지 않아 탄화수소와 일산화탄소 배출량이 증가하고, 엔진이 작동 온도에 도달해야만 이러한 배출량이 감소한다.[2] 컴퓨터 제어 연료 분사, 짧은 흡기 길이, 연료 및/또는 흡입 공기 예열 등의 기술 발전으로 이러한 시동 단계의 지속 시간이 단축되었다.[2]

촉매 변환기는 작동 온도까지 가열될 때까지 매우 비효율적이다.[2] 배기 매니폴드에 변환기를 더 가깝게 배치하고, 빠르게 가열되는 소형 변환기를 배기 매니폴드에 직접 배치함으로써 이 시간이 크게 단축되었다.[2] 소형 변환기는 시동 시 배출가스를 처리하여 대형 주 변환기가 가열될 수 있는 충분한 시간을 확보한다.[2] 전기 가열, 열 배터리, 화학 반응 예열, 화염 가열 및 초단열 등 여러 가지 방법으로 추가적인 개선이 가능하다.[2]

배출가스 기준은 자동차 배기가스뿐만 아니라 석유정제소(oil refinery), 천연가스 처리시설(natural gas processing), 석유화학(petrochemical) 공장 및 화학(chemical) 생산시설 등 대규모 산업시설의 여러 배기가스 배출원에서 배출되는 오염물질(pollutant) 감소에 중점을 둔다.[33][34] 자동차의 촉매변환기는 촉매를 사용하여 배기가스 오염을 분해하며, 선박의 세정기는 선박 배기가스에서 이산화황(SO2)을 제거한다.

5. 건강 및 환경 영향

산업, 발전 및 운송에서 화석 연료 사용으로 인한 대기 오염은 매년 500만 명 이상의 사망자를 발생시키는 것으로 추산된다.[35] 2013년 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 연구에 따르면, 미국에서만 자동차 배기가스로 인해 매년 5만 3천 명이 조기에 사망하는 것으로 나타났다.[36] 같은 대학의 또 다른 연구에 따르면, 영국에서만 교통 매연으로 인해 매년 5천 명이 사망한다.[37]

캘리포니아대학교 로스앤젤레스 캠퍼스 공중보건대학(University of California, Los Angeles School of Public Health)의 연구원들은 1998년부터 2007년 사이에 태어난 캘리포니아 암 등록부(California Cancer Registry)에 등재된 어린이에 대한 통계 연구의 예비 결과를 통해 교통 오염이 일부 암 발생 가능성을 5%에서 15%까지 증가시키는 것과 관련이 있을 수 있다고 밝혔다.[38] 세계보건기구(WHO) 연구에 따르면, 디젤 매연은 폐암 발생률을 증가시키는 것으로 나타났다.[39]

캘리포니아 대기자원위원회(California Air Resources Board)는 연구에서 남부 캘리포니아(Southern California)의 대기 오염(스모그)의 50% 이상이 자동차 배기가스 때문이라고 밝혔다. 연소 엔진에서 배출되는 오염 물질의 농도는 정지 신호가 있는 교차로 주변에서 공회전과 가속으로 인해 특히 높을 수 있다.[40]

5. 1. 건강 영향

배기가스에 포함된 유해 물질은 인체에 다양한 질병을 유발할 수 있다.

일산화탄소 중독은 많은 국가에서 가장 흔한 치명적인 공기 중독 유형이다.[18] 일산화탄소는 무색, 무취, 무미이지만 고도로 독성이 있으며, 헤모글로빈과 결합하여 카르복시헤모글로빈을 생성하여 산소 수송을 차단한다. 1000ppm을 초과하는 농도에서는 즉시 위험한 것으로 간주되며, 환기가 잘 되지 않는 공간에서 엔진을 작동시킬 때 가장 즉각적인 건강 위험이다. 2011년 미국에서 일산화탄소 배출량의 52%는 이동식 차량에 의해 발생했다.[19]

만성(장기간) 벤젠(C6H6) 노출은 골수에 손상을 입히고, 과다 출혈 및 면역 체계 억제를 유발하여 감염 가능성을 높인다. 벤젠은 백혈병을 유발하며 다른 혈액암 및 혈액 전암 상태와 관련이 있다.[20][21]

흡입을 통한 미세먼지의 건강 영향은 인간과 동물을 대상으로 광범위하게 연구되어 왔으며, 천식, 폐암, 심혈관 질환, 조기 사망 등을 포함한다.[22][23][24] 미세먼지는 폐의 가장 깊은 부분까지 침투할 수 있다.[25] 2006년 발표된 자료에서 미국 연방 고속도로청(FHWA)은 2002년 PM10의 약 1%, PM2.5의 약 2%가 도로상의 자동차 배기가스(대부분 디젤 엔진에서 발생)에서 나왔다고 밝혔다.[27]

산업, 발전 및 운송에서 화석 연료 사용으로 인한 대기 오염은 매년 500만 명 이상의 사망자를 발생시키는 것으로 추산된다.[35] 2013년 매사추세츠 공과대학교(Massachusetts Institute of Technology, MIT)의 연구에 따르면, 미국에서만 자동차 배기가스로 인해 매년 5만 3천 명이 조기에 사망하는 것으로 나타났다.[36]

캘리포니아대학교 로스앤젤레스 캠퍼스 공중보건대학(University of California, Los Angeles School of Public Health)의 연구원들은 교통 오염이 일부 암 발생 가능성을 5%에서 15%까지 증가시키는 것과 관련이 있을 수 있다고 밝혔다.[38] 세계보건기구(World Health Organization) 연구에 따르면, 디젤 매연은 폐암 발생률을 증가시키는 것으로 나타났다.[39]

캘리포니아 대기자원위원회(California Air Resources Board)는 연구에서 남부 캘리포니아(Southern California)의 대기 오염(스모그)의 50% 이상이 자동차 배기가스 때문이라고 밝혔다. 연소 엔진에서 배출되는 오염 물질의 농도는 정지 신호가 있는 교차로 주변에서 공회전과 가속으로 인해 특히 높을 수 있다. [40]

5. 2. 환경 영향

배기가스는 스모그, 미세먼지 등 대기오염의 주요 원인이며, 황산화물, 질소산화물은 산성비를 유발하여 토양과 수질을 오염시키고 생태계에 악영향을 미친다.[29] 오존은 성층권에서는 유익하지만, 지표면에서는 호흡기를 자극하여 기침, 숨막힘, 폐활량 감소를 유발하며 생태계 전반에 걸쳐 많은 부정적인 영향을 미친다.[30][31]

이산화탄소는 온실 가스이다. 자동차의 이산화탄소(CO2) 배출은 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 대한 인위적 기여의 일부이며, 과학계 대다수는 이것이 기후 변화를 일으키고 있다고 주장한다. 자동차는 유럽 연합의 인위적 이산화탄소 배출량의 약 20%를 발생시키는 것으로 계산되며, 승용차는 약 12%를 차지한다. 유럽 배출 기준은 신규 승용차와 경량차의 이산화탄소 배출량을 제한한다. 유럽 연합의 신차 평균 이산화탄소 배출량은 2010년 1분기까지 5.4% 감소하여 145.6 g/km에 달했다.

6. 대한민국 배기가스 규제

대한민국은 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 줄이기 위해 지속적으로 배출 허용 기준을 강화하고 있다.

자동차 제작 시 배출되는 유해 물질의 양을 제한하는 기준이 있다. 2000년 10월 기준 유럽 배출가스 기준 유럽 배출가스 기준 EURO III와 비슷한 수준이었다.[3]

2000년 미국 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 경량차량에 대한 더욱 엄격한 배출가스 기준을 시행하기 시작했다. 이 기준은 2004년 차량부터 단계적으로 적용되었으며, 모든 신차와 경트럭은 2007년 말까지 업데이트된 기준을 충족해야 했다.[4]

2000년 4월 미국 승용차 배출량 평균치 (미국 환경보호청 추산)[3]
구성 요소배출량연간 배출량
탄화수소1.75 g/km35 kg
일산화탄소13.06 g/km261 kg
NOx0.87 g/km17.3 kg
이산화탄소 (온실가스)258 g/km5189 kg



미국 경량차량, 경트럭 및 중형 승용차 - 2단계 배기가스 배출 기준 (Bin 5)[4]
구성 요소배출량연간 배출량
휘발성 유기 화합물(NMOG)0.046 g/km0.95 kg
일산화탄소2.1 g/km42.6 kg
NOx0.0305 g/km0.64 kg
포름알데히드0.0092 g/km0.186 kg



대한민국에서는 운행 중인 자동차의 배출가스 검사를 통해 배출 허용 기준 준수 여부를 확인한다. 2000년 10월 기준 유럽 배출가스 기준 유럽 배출가스 기준 EURO III와 비슷한 수준이었다.[3]

2000년 미국 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 경량차량에 대한 더욱 엄격한 배출가스 기준을 시행하였으며, 이 기준은 2004년 차량부터 단계적으로 적용되었다.[4] 모든 신차와 경트럭은 2007년 말까지 업데이트된 기준을 충족해야 했다.[4]

2000년 4월 미국 승용차 배출량 평균치 (미국 환경보호청 추산)[3]
구성 요소배출량연간 배출량
탄화수소1.75 g/km35 kg
일산화탄소13.06 g/km261 kg
NOx0.87 g/km17.3 kg
이산화탄소 (온실가스)258 g/km5186 kg



미국 경량차량, 경트럭 및 중형 승용차 - 2단계 배기가스 배출 기준 (Bin 5)[4]
구성 요소배출량연간 배출량
휘발성 유기 화합물0.046 g/km0.95 kg
일산화탄소2.1 g/km42.6 kg
NOx0.0305 g/km0.64 kg
포름알데히드0.0092 g/km0.18 kg


6. 1. 제작차 배출 허용 기준

자동차 제작 시 배출되는 유해 물질의 양을 제한하는 기준이다. 2000년 10월 기준 유럽 배출가스 기준 유럽 배출가스 기준 EURO III와 비슷한 수준이었다.[3]

2000년 미국 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 경량차량에 대한 더욱 엄격한 배기가스 기준을 시행하기 시작했다. 이 기준은 2004년 차량부터 단계적으로 적용되었으며, 모든 신차와 경트럭은 2007년 말까지 업데이트된 기준을 충족해야 했다.[4]

2000년 4월 미국 승용차 배출량 평균치 (미국 환경보호청 추산)[3]
구성 요소배출량연간 배출량
탄화수소1.75 g/km35 kg
일산화탄소13.06 g/km261 kg
NOx0.87 g/km17.3 kg
이산화탄소 (온실가스)258 g/km5189 kg



미국 경량차량, 경트럭 및 중형 승용차 - 2단계 배기가스 배출 기준 (Bin 5)[4]
구성 요소배출량연간 배출량
휘발성 유기 화합물(NMOG)0.046 g/km0.95 kg
일산화탄소2.1 g/km42.6 kg
NOx0.0305 g/km0.64 kg
포름알데히드0.0092 g/km0.186 kg


6. 2. 운행차 배출 허용 기준

대한민국에서는 운행 중인 자동차의 배출가스 검사를 통해 배출 허용 기준 준수 여부를 확인한다. 2000년 10월 기준 유럽 배출가스 기준 유럽 배출가스 기준 EURO III와 비슷한 수준이었다.[3]

2000년 미국 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency)은 경량차량에 대한 더욱 엄격한 배출가스 기준을 시행하였으며, 이 기준은 2004년 차량부터 단계적으로 적용되었다.[4] 모든 신차와 경트럭은 2007년 말까지 업데이트된 기준을 충족해야 했다.[4]

2000년 4월 미국 승용차 배출량 평균치 (미국 환경보호청 추산)[3]
구성 요소배출량연간 배출량
탄화수소1.75 g/km35 kg
일산화탄소13.06 g/km261 kg
NOx0.87 g/km17.3 kg
이산화탄소 (온실가스)258 g/km5186 kg



미국 경량차량, 경트럭 및 중형 승용차 - 2단계 배기가스 배출 기준 (Bin 5)[4]
구성 요소배출량연간 배출량
휘발성 유기 화합물0.046 g/km0.95 kg
일산화탄소2.1 g/km42.6 kg
NOx0.0305 g/km0.64 kg
포름알데히드0.0092 g/km0.18 kg


6. 3. 저공해 자동차 보급

6. 4. 노후 경유차 운행 제한

참조

[1] 논문 Characterization of particulate matter emitted from transit buses fueled with B20 in idle modes
[2] 서적 Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine Pearson Prentice Hall
[3] 웹사이트 Average Annual Emissions and Fuel Consumption for Passenger Cars and Light Trucks http://www.epa.gov/o[...] United States Environmental Protection Agency 2015-08-19
[4] 웹사이트 Light-Duty Vehicle, Light-Duty Truck, and Medium-Duty Passenger Vehicle -- Tier 2 Exhaust Emission Standards http://www.epa.gov/o[...] United States Environmental Protection Agency 2012-11-14
[5] 간행물 Self-Study Programme 230: Motor Vehicle Exhaust Emissions http://www.volkspage[...] AUDI 2000-04-01
[6] 웹사이트 Carbon Monoxide Poisoning: Operating Fossil Fuel Engines Inside Buildings (AEN-206) https://www.abe.iast[...]
[7] 웹사이트 Race Fuel - Nitromethane http://www.turbofast[...] 2008-01-23
[8] 논문 Lung Cancer and Exposure to Nitrogen Dioxide and Traffic: A Systematic Review and Meta-Analysis. 2015-11-01
[9] 논문 Ambient Air Pollution and Cancer Mortality in the Cancer Prevention Study II. 2017-08-21
[10] 웹사이트 Health http://www.epa.gov/a[...] United States Environmental Protection Agency 2013-02-14
[11] 웹사이트 The Regional Transport of Ozone: New EPA Rulemaking on Nitrogen Oxide Emissions (EPA-456/F-98-006) http://www.epa.gov/a[...] United States Environmental Protection Agency 1998-09-01
[12] 웹사이트 State and County Emission Summaries: Nitrogen Oxides http://www.epa.gov/c[...] United States Environmental Protection Agency 2013-10-25
[13] 웹사이트 State and County Emission Summaries: Volatile Organic Compounds http://www.epa.gov/c[...] United States Environmental Protection Agency 2013-10-25
[14] 웹사이트 Volatile Organic Compounds (VOCs) http://toxics.usgs.g[...] United States Geological Survey (USGS) 2013-04-12
[15] 웹사이트 Ozone Layer Protection - US EPA http://www.epa.gov/o[...]
[16] 웹사이트 Air Quality Planning and Standards http://www.epa.gov/a[...]
[17] 웹사이트 Ecosystem Effects Ground-level Ozone US EPA http://www.epa.gov/g[...]
[18] 논문 Metabolic modulation of carbon monoxide toxicity
[19] 웹사이트 State and County Emission Summaries: Carbon Monoxide http://www.epa.gov/c[...] United States Environmental Protection Agency 2013-10-25
[20] 웹사이트 Exhaust emissions: What comes out of your car's exhaust? http://www.theaa.com[...] Automobile Association Developments Limited 2012-02-23
[21] 논문 Air Toxics from Motor Vehicles http://www.browardco[...] United States Environmental Protection Agency
[22] 논문 Pulmonary health effects of air pollution. 2016-03-01
[23] 논문 Cardiovascular effects of air pollution. 2017-11-01
[24] 논문 Clinical effects of air pollution on the central nervous system; a review. 2017-09-01
[25] 보고서 PM 2.5 Objectives and History U.S. Environmental Protection Agency
[26] 논문 Air Quality Impacts of Climate Mitigation: UK Policy and Passenger Vehicle Choice
[27] 웹사이트 Transportation Air Quality: Selected Facts and Figures http://www.fhwa.dot.[...] U.S. Department of Transportation Federal Highway Commission
[28] 뉴스 Lacking filters, U.S. cars set to emit a septillion more particles - research https://www.reuters.[...] 2022-04-27
[29] 보고서 Summary for Policymakers. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change http://www.ipcc.ch/p[...] Cambridge University Press
[30] 웹사이트 Commission plans legislative framework to ensure the EU meets its target for cutting CO2 emissions from cars http://europa.eu/rap[...] European Commission 2007-02-07
[31] 웹사이트 EU Average New Car CO2 Emissions Down 5.4 Percent in Q1 http://www.autoevolu[...] SoftNews NET 2010-04-19
[32] 웹사이트 recovering water from diesel exhaust - Google Search https://www.google.c[...]
[33] 웹사이트 EPA Plain English Guide to the Clean Air Act http://www.epa.gov/o[...]
[34] 간행물 AP 42, Fifth Edition, Compilation of Air Pollutant Emission Factors http://www.epa.gov/t[...] US EPA Publication
[35] 논문 Air pollution deaths attributable to fossil fuels: observational and modelling study https://www.bmj.com/[...] 2023-11-29
[36] 논문 Air pollution and early deaths in the United States. Part I: Quantifying the impact of major sectors in 2005 2013-11-01
[37] 뉴스 Traffic pollution kills 5,000 a year in UK, says study https://www.bbc.com/[...]
[38] 뉴스 Smog Exposure During Pregnancy Might Raise Child's Cancer Risk: Study http://health.usnews[...] 2013-04-09
[39] 웹사이트 IARC Diesel engine exhaust carcinogenic https://www.iarc.who[...] 2023-06-18
[40] 논문 Modelling instantaneous traffic emission and the influence of traffic speed limits


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