유연 휘발유

1. 개요

유연 휘발유는 1921년 토머스 미즐리에 의해 테트라에틸납(TEL)의 엔진 노킹 방지 효과가 발견되면서 시작되었다. 유연 휘발유는 에탄올을 대체하기 위해 적극적으로 추진되었으나, 1960년대부터 환경 문제로 인해 사용이 금지되었다. 1970년 일본의 납 중독 사건과 미국의 지질학자 클레어 패터슨의 운동으로 인해 여러 국가에서 유연 휘발유 사용을 금지하기 시작했으며, 2021년 알제리에서 판매가 중단되면서 전 세계적으로 유연 휘발유 판매가 중단되었다. 유연 휘발유에 포함된 테트라에틸납은 맹독성 물질로, 납 중독을 유발하여 지능 저하, 뇌 발달 장애 등 심각한 건강 문제를 야기할 수 있다.

2. 역사적 배경

유연 휘발유는 1921년 미국의 자동차 회사 제너럴 모터스(GM)의 연구원 토머스 미즐리가 테트라에틸납(TEL)을 휘발유에 첨가하면 엔진 노킹 현상을 방지하고 옥탄가를 5~15 정도 높일 수 있다는 사실을 발견하면서 시작되었다. 그러나 테트라에틸납을 포함한 알킬납은 맹독성 물질로, 호흡이나 피부 접촉을 통해 쉽게 흡수되어 중추 신경계에 납 중독 증상을 일으킨다.

2.1. 에틸의 발명

1921년 12월, 미국의 자동차 회사인 제너럴 모터스(GM)의 자회사 데이턴 연구소에서 토머스 미즐리가 테트라에틸납(TEL)을 가솔린에 첨가하면 엔진 노킹 현상을 방지할 수 있다는 것을 발견했다. 미즐리의 상사는 찰스 케터링이었다. 데이턴사는 TEL을 "에틸" (Ethyl)이라고 불렀지만, 보고서나 광고에서는 납 첨가 사실을 숨겼다. TEL 특허권은 GM으로 이전되었다.

GM 등 자동차 회사와 석유 회사는 에탄올 (에탄올 혼합 연료)이 "자신들의 이익에 도움이 되지 않는다"고 판단하여, 에틸 가솔린의 도입을 추진했다. 미즐리는 이 공로로 1922년 12월 미국 화학회 등에서 여러 상을 받았다.

GM은 TEL 대량 생산을 듀폰에 위탁하고, 1923년 4월 제너럴 모터스 케미컬 컴퍼니를 설립했다. 찰스 케터링이 사장, 미즐리는 부사장이 되었다. 그러나 듀폰 공장 관계자들이 납 중독으로 사망하자, 듀폰사는 TEL 생산에서 철수했다.

1924년, GM은 록펠러의 스탠다드 석유사와 에틸 가솔린 코퍼레이션을 설립하고, 미즐리를 부장으로 영입했다. 뉴저지 주 베이웨이 정유소에 공장을 건설하고, 고온 에틸클로라이드 제조법을 채택했다. 그러나 초기 2개월 동안 납 오염으로 5명이 사망했다. 뉴저지 주 정부는 공장을 폐쇄하고, 스탠다드 석유는 TEL 제조를 금지했다.

에틸 가솔린은 대기 중 대량의 납을 방출하여 1960년대에 환경 문제가 되었다. 미즐리 자신도 납 중독으로 장기 요양이 필요했다.

2.2. 유연 휘발유의 확산과 문제점

유연 휘발유는 제2차 세계 대전 중을 포함하여 1970년대까지 자동차의 연료 등으로 널리 사용되었다.

그러나 인체에 유독하고 대기 오염의 원인이 되기 때문에 일본에서는 1975년에 자동차용 레귤러 가솔린이, 1987년에 자동차용 고옥탄가 가솔린(하이오크)이 완전히 무연화되었다. 1980년경까지는 하이오크 가솔린용으로 알킬 납이 약간 사용되었지만, 오늘날에는 MTBE 등 함산소계 첨가제로 완전히 바뀌었다.

일본에서는 휘발유 등 품질 확보법에 따라 자동차용 유연 휘발유 판매가 금지되어 있다. 또한 독물 및 극물 취체법에 따라 유연 가솔린의 알킬 납 농도는 0.3 mL/L (항공용은 1.3 mL/L) 이하로 규제되고, 오렌지색(항공용은 적·청·녹·자)으로 착색하도록 의무화되어 있다. 자동차용 무연 가솔린도 오렌지색 착색이 의무화되어 있어, 제도상으로는 색깔만으로 유연/무연 여부를 구별할 수 없다.

미국에서는 대기 정화법 (Clean Air Act)에 의해 1995년에 유연 가솔린이 규제되었다.

2002년에는 112개국에서 자동차용 유연 가솔린이 사용되었지만, 같은 해부터 유엔 환경 계획의 노력으로 전 세계에서 무연화가 진행되어, 2021년 7월에 알제리에서 판매가 중단된 것을 마지막으로 완전히 없어졌다.

3. 유연 휘발유 폐지의 경위

유연 휘발유는 1970년대까지 자동차 연료 등으로 널리 사용되었다. 그러나 인체에 해롭고 대기 오염의 원인이 되어, 1970년 5월 일본 도쿄도 신주쿠구에서 발생한 "우시고메야나기초 납 중독사건"과 미국 지질학자 클레어 패터슨의 납 오염 반대 운동을 계기로 전 세계적으로 폐지되기 시작했다.

일본에서는 1975년에 자동차용 레귤러 가솔린, 1987년에 자동차용 고옥탄가 가솔린(하이오크)이 완전히 무연화되었다. 미국에서는 대기 정화법(Clean Air Act)에 의해 1995년에 유연 가솔린이 규제되었다. 유엔 환경 계획의 노력으로 2021년 7월 알제리에서 판매가 중단되면서 전 세계적으로 완전히 폐지되었다.

하지만, 가솔린 엔진을 사용하는 항공기 연료인 항공용 가솔린에는 여전히 유연 가솔린이 사용되고 있다.

3.1. 일본의 우시고메야나기초 납 중독 사건

1970년 5월, 일본 도쿄도 신주쿠구 이치가야야나기초에 있는 우시고메야나기초 교차로 주변 주민들이 만성적인 납 중독에 걸렸다는 의혹이 제기되면서 유연 휘발유가 사회 문제로 부각되었다. 분쿄구 의료 생활 협동 조합이 이러한 의혹을 제기했고, 매스 미디어는 자동차의 유연 휘발유가 원인이라고 보도했다.

문제가 커지자 도쿄도는 우시고메야나기초 교차로 주변 주민들을 대상으로 건강 조사를 실시했으나, 납 중독이 아닌 것으로 밝혀졌다.

하지만 이 사건을 계기로 납 중독의 위험성이 주목받았다. 통상산업성(현·경제산업성), 운수성(현·국토교통성) 등 정부는 자동차 배기가스에 포함된 납에 대한 대책을 마련해야 했고, 결국 가솔린을 완전 무연화하기로 결정했다. 후생성(현·후생노동성)은 1971년 6월에 납 화합물에 대한 환경 기준을 설정했다.

원래 유연 휘발유에 첨가되는 테트라에틸납은 독극물이므로 일반 소비자가 사용하는 상품에는 사용해서는 안 된다. 또한 3원 촉매(캐탈라이저)의 성능 유지를 위해서도 자동차용 가솔린의 무연화는 필요했다.

이 사건으로 인해 실린더 헤드에 주철제가 많아 무연화 대책이 어려웠던 소형 트럭은 디젤 엔진으로 전환되었지만, 이는 훗날 헤이세이 초기 디젤 배출 가스 공해의 원인이 되었다.

3.2. 국제적인 노력과 규제

1970년대부터 미국을 비롯한 여러 국가에서 유연 휘발유 사용을 단계적으로 금지하기 시작했다. 1995년 미국은 대기 정화법 (Clean Air Act)을 통해 유연 휘발유 사용을 규제했다. 2002년부터 유엔 환경 계획(UNEP)의 주도로 전 세계적인 유연 휘발유 퇴출 운동이 전개되었고, 2021년 7월 알제리에서의 판매 중단을 마지막으로 전 세계에서 유연 휘발유 판매가 중단되었다.

유럽, 북아메리카, 남아메리카, 아시아, 오세아니아 등 전세계 적으로 유연 휘발유 판매가 금지되었으며, 주요 국가별 금지 시기는 다음과 같다.

2002년 지구 정상 회의로부터 시작된 유연 휘발유 생산 및 판매 금지가 2006년 1월 1일부터 아프리카 대륙 전체에 걸쳐 완전히 단계적으로 실행되고 있어 유연 휘발유 생산 및 판매가 금지되어가고 있다.

4. 국가별 유연 휘발유 차량과 무연 휘발유화

세계 각국은 유연 휘발유의 유해성을 인식하고 무연 휘발유로의 전환을 추진해왔다.

1970년 5월, 일본 도쿄도 신주쿠구의 우시고메야나기초 교차로에서 "우시고메야나기초 납 중독 사건"이 발생하였다. 이 사건은 자동차의 유연 휘발유가 원인이라고 알려지며 사회 문제화되었으나, 이후 조사 결과 납 중독이 아닌 것으로 밝혀졌다. 그러나 이 사건을 계기로 납의 독성이 주목받게 되었고, 일본 정부는 가솔린을 완전 무연화하기로 결정했다.

1975년 2월 1일 생산분부터 일본은 레귤러 가솔린 무연화를 추진하였고, 무연 휘발유 대책 차량과 유연 휘발유 차량을 구분하기 위해 연료 주입구 주변이나 창유리에 4종류의 스티커를 부착하였다.

미국에서는 1996년에 청정 공기법(Clean Air Act)에 따라 유연 휘발유 판매가 완전히 금지되었다.

유럽에서는 1980년대부터 유연 휘발유의 유해성에 대한 인식이 확산되기 시작했다. 이에 따라 각국 정부는 유연 휘발유 사용을 줄이기 위한 정책을 시행하였다.

4.1. 대한민국

1987년 상반기(6월 말)까지 대한민국에서 판매된 가솔린 엔진 탑재 자동차는 모두 유연 휘발유 사용 차량이었다. 당시 환경 문제 등으로 삼원 촉매 장치 설치 의무화 등 자동차 제조 규제가 강화되었으며, 1987년 7월부터 무연 휘발유 판매가 시작되었다. 1987년 7월 이후 시판된 소형 승용차(기아 프라이드, 대우 르망, 현대 포니엑셀, 현대 프레스토)와 중형 이상 승용차 중 현대 그랜저는 삼원 촉매 장치가 설치되었고 무연 휘발유만 사용하도록 하였다. 1988년 이후 시판되는 모든 승용차에도 삼원 촉매 장치 설치와 함께 무연 휘발유 사용이 의무화되었다. 이 차량들은 연료 주입구 주변 유리창에 "무연 휘발유만 사용하십시오"라는 안내 문구가 있는 스티커가 부착되었다.

1993년 1월부터 유연 휘발유 판매가 금지되면서 대한민국의 주유소에서 판매하는 모든 휘발유는 무연 휘발유로 바뀌었다. 이에 따라 1993년 이후 시판되는 가솔린 엔진 탑재 승용차는 무연 휘발유만 사용할 수 있으며, 1987년 7월부터 1992년 12월 사이에 시판된 차량과 달리 무연 휘발유 차량 안내 스티커가 부착되지 않았다.

1987년 7월 무연 휘발유 시판에 따라 1980년대에 시판된 가솔린 엔진 탑재 자동차 중 1987년 7월 이후 시판된 차량은 대부분 무연 휘발유만 사용하도록 변경되었으며, 1988년 이후 시판되는 모든 가솔린 엔진 탑재 자동차는 무연 휘발유만 의무적으로 사용하도록 하였다. 1980년대 시판된 유연 및 무연 휘발유 차량 목록은 다음과 같다.

* 1980년대 시판 차량 중 시판 당시 유연 휘발유 사양이었으나 1987년 7월 이후 무연 휘발유 사양으로 바뀐 차량
기아 프라이드 1세대(Y) (1987년 3월 시판, 1999년 단종)
대우 르망 (1986년 7월 시판, 1997년 2월 단종)
현대 포니엑셀, 현대 프레스토 (1985년 2월과 7월 시판, 1989년 4월 단종)
현대 그랜저 1세대 (1986년 7월 시판, 1992년 9월 단종)

* 1980년대 시판 차량 중 시판 당시 유연 휘발유 사양이었으나 1988년 이후 무연 휘발유 사양으로 바뀐 차량
대우 로얄 시리즈
* 로얄 듀크 (1987년 시판, 1989년 단종)
* 로얄 살롱 (1980년 시판, 1991년 단종)
* 로얄 살롱 슈퍼 (1986년 시판, 1991년 단종)
* 로얄 프린스 (1983년 시판, 1991년 단종)
현대 스텔라 (1983년 시판, 1992년 단종)

* 1980년대 시판 차량 중 시판 당시부터 무연 휘발유만 사용할 수 있는 차량
기아 콩코드 (1987년 10월 시판, 1995년 6월 단종)
대우 임페리얼 (1989년 2월 시판, 1993년 단종)
** 현대 쏘나타 2세대(Y2) (1988년 6월 시판, 1993년 5월 단종)

4.2. 일본

1971년 말 또는 1972년 3월 말까지 일본에서 제조된 가솔린 엔진을 탑재한 자동차는 모두 유연 휘발유 사양이었다.

1970년 5월, 도쿄도 신주쿠구 이치가야야나기초에 있는 우시고메야나기초 교차로에서 "우시고메야나기초 납 중독 사건"이 발생하였다. 이 사건은 민간 의료 기관이 이 교차로 주변 주민들이 만성적인 납 중독에 걸린 혐의가 있다고 발표하면서 매스 미디어를 통해 자동차의 유연 휘발유가 원인이라고 알려지며 사회 문제화되었다.

이후 도쿄도의 조사 결과 납 중독이 아닌 것으로 밝혀졌지만, 이 사건을 계기로 납의 독성이 주목받게 되었다. 정부, 통상산업성(현·경제산업성), 운수성(현·국토교통성)은 자동차 배기가스에 포함된 납에 대한 대책을 요구받았고, 경과 조치를 거쳐 가솔린을 완전 무연화하기로 결정했다.

1975년 2월 1일 생산분부터 레귤러 가솔린 무연화에 따라 무연 휘발유 대책 차량과 유연 휘발유 차량을 구분하기 위해 4종류의 스티커(3cm×5cm 정도)가 제작되어 연료 주입구 주변이나 창유리에 부착되었다.

빨간색 스티커(유연) 차량과 주황색 스티커(고속 유연) 차량은 자동차 제조사에 따라 연식과 차체 번호로 구분되며, 무연 휘발유(무연 고급 휘발유 포함) 사용 시에는 자동차 제조사 발행 공식 자료로 확인하거나 자동차 제조사에 문의하여 확인할 수도 있다.

유연 휘발유의 제조·판매 종료에 따라 1990년대 이후 제조된 신차에는 이 스티커가 부착되지 않았으며, 기존 차량들도 스티커를 제거하거나 차량 자체가 폐차되어 현재는 스티커를 보기 힘들다.

4.3. 미국

미국에서는 1920년대부터 1980년대까지 유연 휘발유가 널리 사용되었다. 1970년대부터 환경 및 건강 문제로 인해 단계적으로 사용이 중단되기 시작했으며, 1996년에는 청정 공기법(Clean Air Act)에 따라 유연 휘발유 판매가 완전히 금지되었다.

4.4. 유럽

유럽에서는 1980년대부터 유연 휘발유의 유해성에 대한 인식이 확산되기 시작했다. 이에 따라 각국 정부는 유연 휘발유 사용을 줄이기 위한 정책을 시행하였다.

5. 유연 휘발유의 금지 연도

테트라에틸납이 함유된 유연 휘발유는 독성이 있어, 많은 국가에서 무연 휘발유로 대체되면서 생산 및 판매가 금지되었다. 다음은 노상 주행 자동차에 대해 유연 휘발유 판매가 금지된 국가 및 연도이다.

2002년 당시에는 112개국에서 자동차용 유연 휘발유가 사용되었으나, 유엔 환경 계획의 노력으로 전 세계적으로 무연화가 진행되어 2021년 7월 알제리에서의 판매 중단을 마지막으로 완전히 사라졌다.

6. 위험성

테트라에틸납(C₂H₅)₄Pb을 비롯한 알킬납은 맹독성 물질로, 호흡이나 피부 접촉을 통해 쉽게 흡수되어 중추 신경계에 납 중독 증상을 일으킨다. 1920년대부터 70년 이상 유연 휘발유가 널리 사용되면서, 현재 성인 인구 대다수는 납에 노출된 상태이다. 미국 듀크 대학교의 연구에 따르면, 납 노출로 인해 미국 성인 1억 7천만 명에게서 총 8억 2천400만 점의 지능 지수(IQ) 하락 효과가 나타났다고 한다. 특히 유연 휘발유가 가장 많이 사용된 1960~1970년대에 태어난 사람들은 납 노출의 영향이 더 클 수 있다.

이는 지능 지수 하락뿐만 아니라 뇌 발달 장애, 정신 질환과 심혈관 질환 발병 가능성 증가 등 장기적인 건강 문제로 이어질 수 있다. 1960년대 중후반에 태어난 사람은 최대 6점, 어린 시절 혈중 납 농도가 가장 높았던 사람은 7점 이상 IQ가 손해를 봤을 것으로 추정된다.

7. 항공용 유연 휘발유

레시프로 엔진을 동력으로 하는 항공기에 적합한 연료인 항공 휘발유(애비에이션 가솔린, Aviation Gasoline, 약칭 Avgas)에는 지금도 유연 휘발유가 사용되고 있다. 이는 옥탄가를 높여 레시프로 엔진의 노킹을 방지하기 위해서이다. 알킬납으로는 테트라에틸납(C₂H₅)₄Pb이 가장 많이 사용된다.

일본에서는 휘발유 등 품질 확보법에 근거하여 자동차용 유연 휘발유는 판매가 금지되어 있지만, 항공용 유연 가솔린의 알킬 납 농도는 1.3 mL/L 이하로 규제되고, 적·청·녹·자색으로 착색하도록 의무화되어 있다.

미국에서는 대기 정화법 (Clean Air Act)에 의해 1995년에 유연 가솔린이 규제되었다.

일부 레이싱 카 (경기 전용 차량)에서는 높은 노크 내성 때문에 레이스 가스 또는 앱 가스라는 이름으로 항공기용 유연 가솔린이 사용되기도 하지만, 환경·인체에 대한 문제와 공급 시설 문제로 사용이 줄어들고 있으며, 규칙에 의해 사용이 금지되는 경우도 많다.