배기가스 유해 성분

[택사랑]

배출가스의 유해성분

*자동차 배출가스의 유해성

지금의 우리는 자동차 정비를 할 때에 감각을 이용한 교환 정비에 치중해 왔지만 이제부터는 합리적인 데이터를 이용하여 원인과 결과를 잡아내야 한다. 고객과 함께 문제에 대한 충분한 공감대를 갖고 상담을 통하여 원인을 찾는 것이 대 고객에 대한 신뢰의 기반을 다지는 것이며 좋은 결과를 갖기 위한 우리 스스로의 단련이라고 보면 될 것이다.

자동차의 시스템은 문명이 발달함과 비례하여 운전자의 안전과 편의를 최대한 배려하기 위하여 첨단화되어 가고 있다. 하지만 자동차의 배출 가스로 인하여 발생되고 있는 환경 문제 역시 아주 심각한 지경에 이른 것 또한 우리의 현실이다.

[그림 4] 감각 정비에서 벗어나 합리적인 데이터 정비를...

그렇기 때문에 이제는 우리가 생각의 변환을 가져야 할 시점인 것이다. 정비가 지금까지는 수리를 위한 후속 대책이었던 반면 앞으로는 엄격한 환경관리대책으로 인하여 예방을 위한 선결책으로 변하고 있는 것이다.
우리에게는 자신을 위하여 얼마만큼 논리적인 정비방법을 연마하느냐에 비례해서 좋은 미래가 보장될 것이라 생각한다.

우리나라에 자동차가 그리 많지 않을 무렵 지나가는 자동차를 어린아이들이 쫓아 다니곤 했던 기억이 멀지 않다. 지금에서 생각해 보니 그 이유는 가솔린 냄새가 짜릿한 자극을 주었기 때문이 아니었나 생각된다.

지금은 이해가 안 되는 대목이긴 하지만 당시에는 자동차에서 나오는 배기 가스가 인체에 나쁜 영향을 준다고 하더라도 그 수가 많지 않았기 때문에 대기로 확산되면서 엷어지기 때문에 그 독성은 크게 문제가 되지 않았을 것이다. 오히려 그 냄새가 갖고 있는 독특한 기억을 사람들에게 주었는지도 모르겠다. 물론 그 당시에도 제대로 배출 가스를 마시면 중독은 고사하고 치사의 위험이 있었을 것이다.

당시의 자동차가 요즘의 배출 가스보다 탄화수소나 일산화탄소 등을 더 많이 포함하고 있었을 것이다. 그러나 자동차의 수요가 아주 적었기 때문에 배기 가스의 독성이나 유해성은 사회적으로 문제가 되지 않았을 것이다. [그림 5] 자동차 뒷꽁무니에서 쏟아져 나오는 유해 가스

일반적으로 시동이 걸린 후에 자동차의 종류에 따라 다르긴 하지만 약 2000cc 이하의 자동차를 기준한다면 몇 분만에 웬만한 공간은 가득 채워질 만큼의 배기 가스가 배출되고 있다. 또한 자동차가 급 가속할 때에는 10배 이상의 유해한 가스를 배출하게 된다.

그러나 머플러 배기관 출구에서 1m가량 떨어지면 대기로 퍼지기 때문에 상당히 엷어지게 된다. 밀폐된 공간에서 또는 환기가 잘 되지 않는 공간에서는 엔진의 시동이 오래 걸려 있으면 그 공간은 사람에게 치명적일 수 있다. 이는 배기 가스에 포함되어 있는 일산화탄소의 독성으로 인하여 사람에게 치명상을 주는 것이다.

예전의 우리 생활은 연탄을 주연료로 사용하였는데 잘 건조된 연탄을 사용하면 별 문제가 없지만 습기가 많은 연료를 사용하였을 땐 그 연소 상태가 불안정 하기 때문에 불완전 연소에 의하여 발생되는 연탄가스에 의하여 중독되어 수많은 인명을 빼앗아 갔다.

그 결과 역시도 일산화탄소가 주범인 셈이다. 그러나 대기와 접한 우리의 일반적인 도로에서는 넓은 공간에 배출되기 때문에 옥내에서 배출되는 배기 가스의 약200배 이상 엷어지므로 별 문제가 되지 않는 것이다.

그러나 교통량이 많은 시내를 주행할 때 창문을 열고 정차해 있으면 앞차에서 뿜어대는 배기 가스의 냄새에 두통이 일어날 정도로 불쾌함을 느낀 경험을 우리 모두는 갖고 있을 것이다.

이처럼 환경 및 우리 생명에 많은 영향을 끼치는 자동차 배출가스는 기타 다른 부분에서의 오염도보다는 덜할지 모르나 그 부분에 일조를 하고 있는 만큼 우리의 주어진 임무 중 하나가 자동차에서의 배출되는 유해가스의 억제에 노력해야 하는 부분일 것이다.

*배출가스의 유해성분

자동차에서 배출되고 있는 배기 가스는 인체에 유해한 성분이며 오염 성분으로서 다음과 같은 것이 포함되어 있다.

일산화탄소(CO)
탄화수소(HC)
질소산화물(NOX)
알데히드(RCHo)
발암성 다환 방향족

위의 물질 외에 각종 탄화수소와 유, 연 화합물, 매연, 그 밖의 입상물질, 악취의 원인 물질, 연료의 유황 성분으로 인하여 SO2(이산화황)가 발생한다.

승용차 엔진의 경우 매연은 적으나 탄화수소와 일산화탄소가 많으며 디젤 기관의 경우에는 탄화수소와 일산화탄소가 적은 반면에 매연이 많다. 이 밖의 성분으로는 이산화탄소(CO2)가 많고 수분 또한 온도가 약 60 이하이기 때문에 배출가스 중에 포함되어 있다고 생각하면 될 것이다.

[그림 6] 일산화탄소(CO)

질소는 대기(공기)중의 질소와 큰 차이는 없지만 산소는 승용차 엔진에서는 대부분 산화를 통하여 소비되고 있다. 배출 가스의 구성물은 엔진의 종류에 따라 다르긴 하지만 운전 습관에 따라 크게 달라지게 된다. 쉽게 표현하면 배기가스의 배출되는 가스의 구성물을 차종과 운전자와 관계 없이 평균치로 산출하여 적용 시킨다면 큰 오류를 초래할 수 있다.

때문에 무작위로 샘플링한 자동차를 대상으로 한 유해성분의 농도 범위는 다음과 같다.

엔진	운전조건	일산화탄소(%)	탄화수소(ppm)	질소산화물(ppm)	아황산가스(ppm)
가솔린엔진	아이들링 가속(0 →40㎞/h) 정속(40㎞/h) 감속(40 →0㎞/h)	4.0~15.0 0.7~5.0 0.5~4.0 1.5~4.0	300~2000 300~600 200~400 1000~3000	50~1000 1000~4000 1000~3000 5~50	0
LPG엔진	아이들링 가속(0 →40㎞/h) 정속(40㎞/h) 감속(40 →0㎞/h)	2.0~5.0 0.7~2.5 0.4~1.0 1.5~4.0	150~1000 190~350 120~200 2000~4000	40 1200~2000 4500 60	0
디젤엔진	아이들링 가속(0 →40㎞/h) 정속(40㎞/h) 감속(40 →0㎞/h)	0~ 0~0.1 0~ 0~	300~500 200 90~150 300~400	50~70 800~1000 200~1000 30~50	20~100

이 밖에 영업용 택시에서 흔히 볼 수 있는 LPG를 연료로 하는 기관은 대체적으로 가솔린 기관과 같은 것으로 봐도 무방하다. 요즘은 승용이나 승합차에서도 LPG사용을 권장하고 있는 추세이기 때문에 많은 확산이 예상된다. LPG는 연료의 특성상 운전 부하가 작은 조건에서는 일산화탄소의 농도가 가솔린 기관보다 적게 할 수는 있으나 그 외의 조건에서는 가솔린 기관과 본질적으로 큰 차이가 없다.

*배출가스의 성분

알데히드는 홀 무 알데히드(HCHO) 알세 토 알데히드(CH3CHO) 등을 포함하고 있다. 이는 수용성의 것으로 규정하기는 어려움이 많다. 가솔린 기관이든 디젤 기관이든 간에 비슷한 농도로서 10ppm에서 200ppm의 농도 범위 안에 있는 경우가 많다.

이산화황(SO2)은 연료 중의 유황 성분이 산화되어 발생되는 것인데 가솔린 기관에서는 연료 중의 유황 성분이 비교적 적기 때문에 2ppm에서10ppm의 농도 정도이다. 디젤 기관에서 사용되는 연료인 경유는 성분에 따라 좌우되는 것이 보통인데 20ppm에서 150ppm의 농도가 포함되어 있는 경우가 많다.

연 화합물(연료에 첨가하는 노크제로서 아킬연을 가르킨다)이 연소에 의해 산화되어 소연제로서 첨가하는 등 할로겐 화합물과 결합하여 Pb, Cl, Br, NH4Cl, 2PbCl, Br 등으로 되어 있는 입상물질로서 3P 이하의 것은 대기 중에 부유하고 있으며 굵은 입자는 침강(가라 앉음) 한다.

연소가 덜된 연료 안에 포함되어 있는 아킬연은 공기 안에서는 광화학 분해되어 무기연이 된다. 하지만 이는 유연 휘발유에서 생성되는 특징이며 요즘 사용되고 있는 휘발유는 무연 휘발유로서 아킬연을 첨가하지 않기 때문에 대기에서 광화학 분해되어 무기연이 되는 일은 거의 없다. 디젤 기관에서 배출되는 배기 가스 가운데 중요시 되는 것으로는 배기연이다.

보통 검은 연기로 배출되는데 작은 탄소입자가 모여진 것으로, 즉 그으름을 말하는 것이다. 이 그을음은 연소 과정에서 생성되는 것으로서 가정용 보일러에서 등유가 연소할 때 발생되는 매연과는 약간 다른 것인데 연료 중에서 수소가 증발된 것으로 생각 하면 된다. 일반적으로 응집되어 있는 큰 입자로 되어 있다. 연료의 분사량이 많은 경우 특히 높은 부하 시에는 연료 대에 0.3% 에서 1.5% 정도의 매연을 발생하게 되는 경우가 있다. [그림 7] 디젤 엔진에서 배출되는 배기 매연

배기 가스의 악취는 디젤 기관의 경우가 특히 심하며 알데히드, 캐론 등 탄화수소의 산화물과도 연관성이 있는 것으로 되어 있는데 그 평가 방법에 대해서는 지속적으로 연구되고 있는 실정이다.

그렇다면 ‘탄화수소 유(油)’라는 말이 있는데 이에 대해 좀더 설명하자. 석유계의 연료는 탄소(C), 수소(H)의 결합체인 탄화수소이며 단순하게 표현하면 매탄(CH4)에서부터 C10이상의 탄화수소까지 극히 많은 성분이 배출 가스에 포함되어 있다.

보통 가솔린에서 C3는 극히 적은 편이며 C4이상 C10 정도까지의 탄화수소가 200여종 가까이 혼합되어 있는 것으로 나타나고 있다. 배기 가스 안에는 그 외에도 많은 성분이 포함되어 있으며 그 성분으로는 연료 안에는 없었던 것으로 매탄이나 에틸렌과 같이 연소 반응 중에 발생, 혹은 분해되는 것으로 이루어져 있다.

연료의 각 탄화수소를 계열별로 크게 구별하면 파라핀계, 올레핀계, 아세틸렌계, 나프타계 및 방향족 탄화수소물로 나누어져 있다.

[그림 8] 탄화수소는 광화학 반응에 의한 스모그의 원인이 된다

배기 가스 안의 탄화수소를 연료 성분과 분해되어 생성케 되는 성분으로 구별되는 경우도 있다. 배기 가스 안의 탄화수소가 대기 오염 물질로서 문제가 되는 것은 직접적인 독성으로서 보다는 광화학 반응에 의한 스모그가 원인이 되기 때문이며 이에 관계가 깊은 탄화수소로는 올레핀계 탄화수소, 알코올, 벤젠 등으로 탄소 수가 적은 파라핀계 탄화수소(포화 탄화수소)나 아세틸렌, 벤젠 등은 반응의 활성화하는 성질이 작다고 보면 된다. 그러나 보통은 탄화수소 전부를 차지 하므로서 문제가 되고 있다.

때문에 탄화수소에 관해서는 규정 및 표시에 관해 설명해 두지 않으면 큰 오류를 범하기 쉽다. 4가스 측정 장비로 농도를 측정하게 되는데 파라핀계 탄화수소는 이 경우 거의 탄소 원자수의 비율에 따라 100% 측정할 수 있는데 다른 계열의 탄화수소에 대해서는 분석한 감도가 없다.

다시 말해서 배기 가스 중에서 탄화수소의 약 반 정도만 측정할 수 밖에 없는 것이다. 이것은 해키산의 환산치로서 표시되는데 실제는 배기가스 안의 탄화수소는 탄소의 수가 작은 것이 많기 때문에 최적 비율은 이보다 많다고 볼 수 있다.

[바보온달]

좋은 게시물이네요. 스크랩 해갈게요~^^