대기오염물질과 온실가스가 주는 폐해는 점차 심각한 수준으로 발전하고 있는 상황에서 자동차에 의한 배출가스가 대표적인 배출원의 하나로 손꼽히고 있다. 교통부문에 있어서는 교통운영전략 등에 의해 배출가스량을 억제 및 관리할 수 있는 방법론에 대한 연구가 필요한 상황이나 아직까지 차량의 운행행태 즉 가속, 감속, 정지 시 등에 따른 배출량을 산정할 수 있는 모형에 대한 연구는 미미한 수준이다. 본 연구에서는 신호교차로와 같은 도로를 주행하는 차량이 가속, 감속 정지 하면서 배출하는 배출가스량을 산정할 수 있는 모형을 구축하였으며 이를 위하여 차량 실험을 기반으로 배출량표를 작성하고 차량의 움직임을 운동학적 접근법으로 분석하여 모형을 구축하였다. 최종적으로는 미시적 시뮬레이터와 배출표를 이용하여 가장 현실적인 배출량 산정체계를 구축하여 모형을 검증, 평가하였다. 평가 결과 기존의 평균주행속도를 이용한 배출모형 보다 상대적으로 정확한 배출량을 산정하는 것으로 분석되었다.
차량배출가스는 대기오염을 유발하는 주요 요인인 것으로 알려져 있으며, 배출가스 감소를 위한 다양한 정책수립 및 기술개발이 활발히 진행 중이다. 이에 본 연구는 차량의 배출가스 중 호흡기 질환에 특히 유해한 것으로 알려진 질소산화물($NO_x$)과 초미세먼지($PM_{2.5}$)를 대상으로 시공간적 배출량의 패턴을 분석하고 교통기반 공공보건 증진 방안을 제시하였다. 서울외곽순환고속도로를 공간적 분석범위로 설정하고 2015년 1월부터 6월 사이에 수집된 속도와 교통량 자료를 기반으로 배출계수를 이용하여 거시적 모형을 통한 차량배출가스 발생 총량을 추정하였다. 추정된 배출가스 자료에 군집분석을 적용하여 차량배출가스 수준(Level of Vehicle Emission)을 정의하였으며, 평일 차량배출가스 발생량의 물질별 시간대별 공간별 패턴을 분석하였다. 이를 바탕으로 교통기반 공공보건 정책방안을 교통계획 및 교통시설물, 공공보건 정보, 교통운영 및 관리 측면으로 나누어 제시하였다. 본 연구에서 제시한 차량배출가스 분석방향 및 전략은 공공보건 정책 마련에 기여할 것으로 판단된다.
최근 차량용 에너지의 소비는 대부분 화석연료로부터 사용된다. 기존 화석 연료를 사용하는 자동차보다 친환경적이며 저렴하고 재생이 가능한 연료의 요구증대로 대체연료 자동차산업이 강조되고 있다. 오늘날 고옥탄가와 높은 자기발화온도 특징을 가지고 있는 천연가스는 저렴한 비용, 기존 화석연료보다 풍부한 매장으로 기존 스파크 점화엔진인 가솔린엔진의 대체에너지로 간주되고 있다. 본 연구는 기존 2리터 가솔린 엔진에 CNG 가스 분사시스템을 장착하여 전소 및 혼소 연료분사시스템을 설치하였다. 또한 CNG전소 및 가솔린/CNG 혼소차량의 ECU 제어전략을 최적화 하였다. 혼소차량에 대하여 NEDC모드 주행결과 가솔린 차량 대비 혼소차량의 CO2 저감율을 16%확인하였다. 또한 CO와 HC의 배기가스 배출량은 가솔린 차량과 동등한 수준을 확보하였다. 하지만 NOx의 배기가스 배출수준은 증가된 현상을 확인할 수 있었다.
DME는 높은 세탄가와 낮은 배출가스로 인하여 청정 디젤엔진 대체연료로 사용될 수 있고, LPG와 물리적 특성이 유사하기 때문에 혼합사용이 가능하다. 본 연구에서는 DME-LPG 혼합연료를 LPG 차량 연료에 적용한 실증평가를 수행하였다. 평가 차량으로는 LPG 연료 공급방식별로 액상연료공급방식(LPLi), 기상연료공급방식(LPGi), 분배식펌프 방식(Mixer type)의 LPG 자동차를 선택하였다. 배출가스(CO, THC, $NO_X$)와 연료소비효율에 대한 영향을 비교하기 위하여 LPG와 DME-LPG 혼합연료에 대한 성능평가를 수행하였다. 차량의 주행거리가 증가함에 따라 DME-LPG 혼합연료를 사용한 차량의 배출가스와 연료소비효율은 LPG 연료를 사용한 경우와 비교해서 동등한 수준으로 평가되었다.
가스연료인 LPG와 CNG는 청정 대체연료로서 차량용 연료로 많이 사용되고 있다. 특히 CNG의 경우 저탄소 연료로서 온실가스 배출량 저감에 기여할 수 있다, LPG의 경우 가솔린 차량과 거의 동등한 성능을 가지면서도 연료가격이 저렴하여 택시에 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 동일차량에서 LPG와 CNG를 사용하여 배출가스와 최근 문제가 되고 있는 입자상물질의 배출개수(PN; particle number)에 대하여 비교하였다. 차대동력계를 이용하여 FTP-75와 WLTC 모드에 대하여 시험을 진행하였다. PN은 두 대의 CPC(Condensation Particle Counter)를 이용하여 5 nm 이상과 23 nm 이상의 입자에 대하여 배출 개수를 측정하였다. 배출가스에 있어서는 CO2의 경우 LPG 차량이, 메탄의 경우 CNG 차량이 많이 배출되었다. PN의 경우 두 연료에서 배출되는 PN은 비슷한 수준이었으며, WLTC 에서 고속운전하는 동안 23 nm 이하 크기의 입자 배출 개수가 많았다.
교통정책측면에서 국내의 자동차 배출가스로 인한 대기오염 문제는 그 중요성에 비해 구체화된 연구가 부족한 것이 현실이다. 이에 본 연구는 국내외 교통환경 관련연구를 차량배출량 산정, 차량배출량감소 정책, 차량배출량감소 교통운영 관련연구로 구분하고 연구동향 및 시사점을 도출하였다. 그 결과, 국내의 차량배출량 산정관련 연구는 차량의 주행특성을 반영하지 못하는 거시적인 산정방법위주의 연구에 그치고 있어, 미시적인 배출량산정 모형을 개발해야 할 필요성을 제기하였다. 차량배출량감소 정책관련 연구는 계량화된 기초자료를 축적하여 권역별 대기오염 수준에 맞는 차별화된 정책을 수립해야 함을 강조하였으며, 차량배출량감소 교통운영관련 연구는 환경영향의 정량적 평가와 ITS 및 신호시스템의 영향을 고려할 수 있는 시뮬레이션 기법 개발을 통해 차량배출량을 최소화 시키는 교통신호운영전략의 수립이 이루어져야함을 제안하였다. 최근 교통분야에서 환경의 고려가 중요시 되는바, 본 연구결과가 연구자들에게 최근 연구사항을 신속히 파악하여 연구효율을 극대화 하는데 기여하길 기대한다.
연구목적:본 연구는 온실가스 감축 정책 수립에 앞서 도로별 이산화탄소 배출 특성을 파악하는데 목적이 있다. 연구방법: 분석 방법은 인천광역시의 27개 간선도로축을 대상으로 통행배정모형을 이용한 교통량 및 속도 추정과 이를 적용한 도로축별 이산화탄소 배출량을 산정한 후, 군집분석을 통해 그룹별 특성을 분석하였다. 연구결과: 이산화탄소 총배출량, 화물차량에 의한 이산화탄소 배출량 , 이산화탄소 총 배출량 대비 화물차량 배출량 비율을 이용한 군집분석 결과, 4개의 군집으로 구분되었다. 각 군집에 포함된 도로별 특성 분석 결과, 이산화탄소 배출량 및 화물차량에 의한 영향 수준에 따라 그룹별 특성이 나타나는 것으로 분석되었다. 결론: 온실가스 저감을 위한 도로의 이산화탄소 관리는 이산화탄소 배출 특성을 고려한 방안 수립이 필요할 것으로 판단된다.
오래된 디젤 엔진을 탑재하고 있는 노후화된 건설용 기계 및 차량들은 보통 수명이 길기 때문에 최신의 배기 규제와는 동떨어진 수준의 유해한 배출가스를 계속 배출하고 있다. 따라서 이러한 구형 디젤 엔진을 최신 배기 규제를 만족하는 엔진으로 대체할 수 있다면 대기질 개선에 도움이 될 것으로 기대되는데, 건설 현장에서 손쉽게 구할 수 있는 프로판 연료를 적용한 엔진이 적합한 대안이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 6.8리터 CNG 엔진을 베이스로 프로판 전용 엔진을 개발하였으며, 가스 전용 인젝터, 배기가스재순환(EGR), 강화된 촉매 등의 기술이 적용되었다. 그 결과 동급의 디젤 엔진 출력 및 토크를 확보하는 한편 최신 배출가스 규제인 Stage-V 수준에서 질소산화물은 절반 수준에 해당하는 배출가스 성능을 달성하였다.
과거 10년전만해도 산업, 난방, 발전 등이 대기오염의 주된 원인이었으나 자동차의 증가로 말미암아 최근에는 자동차의 배기가스 즉 질산화물질(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 총먼지(TSP : Total Solid Particlate), 아황산가스(SO2) 등이 대기를 오염시키는 주요 물질이 되었다. 인구의 증가, 산업의 발달, 경제수준의 향상은 자동차 증가를 촉진시키는데 촉매제 역할을 해왔으며 대도시에서의 자동차에 의한 오염물질 배출량은 앞으로도 차량의 증가와 더불어 가속화할 전망이다.
고도의 산업화와 경제발전으로 인한 자동차 의존적인 교통체계는 도심의 교통혼잡, 에너지소비, 대기오염과 소음, 교통사고 등과 같은 많은 문제를 유발하고 있는 실정이다. 특히, 도심에서 자동차로 인한 대기오염은 과거 산업활동에 의해 발생된 공해문제보다 더욱 심각한 수준에 이르고 있다. 이에 본 연구에서는 미시적 시뮬레이션을 이용하여 자동차 배출가스 저감 효과를 파악하고 경제성 분석을 통해 도심지에서 대기오염을 최소화 하면서 차량 소통을 원활히 할 수 있는 교통정책이 무엇인지를 파악하였다. 그 결과, 차량 요일제가 투자비용이 없어 가장 효과적인 방법인 것으로 나타났으나 시민들에게 강제성을 부여함으로써 자동차 수요를 억제시키기 때문에 시민들과의 공감대 형성이 무엇보다 중요하며, 다른 대안들과 병행하여 추진하는 것이 효과적일 것이라는 결론을 얻었다. 향후 연구과제는 선호의식 조사를 통해 시민들이 생각하는 자동차 배출가스의 대기오염 영향을 조사하고 본 연구 결과를 통해 나타난 차량 요일제 도입시 참여 의사를 조사하여 실제 교통정책 도입 가능성 등을 파악하는 연구를 진행 해야겠다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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