[유록스]SCR과 요소수, 어떻게 NOx 무해화 기술의 표준이 됐나

[유록스롯데정밀화학한명륜]

석유기반 연료를 연소해 에너지를 얻는 엔진은 그 과정을 통해 필연적으로 배기가스 내 유해물질들이 포함된다. 20세기 중반 이후, 자동차 제조사와 각국 정부는 대기 오염으로 인한 막대한 대가를 치르고 배기가스 내 오염물질을 줄이기 위한 다각도의 노력을 행해 왔다. 그런 가운데 지난 2012년부터는 고압의 연소 환경에서 발생하는 질소산화물의 무해화가 핵심 과제가 됐다. 이번 콘텐츠에서는 SCR 시스템이 현재 유로6 기준에 따른 질소산화물(NOx)의 표준적 기술로 발전해 왔는지에 대해 살펴본다.

질소산화물, 연비 개선에 대한 반대급부?

최근 배기가스, 특히 디젤 엔진의 환경 오염 문제를 지적할 때 빠지지 않는 키워드는 질소산화물이다. 질소산화물(NOx)이란 산소와 질소가 반응하여 생성되는 물질이다. 산소와 질소는 일반적으로 상온 및 1기압에서는 반응하지 않지만 고온, 고압의 실린더 내에서는 반응이 쉽게 일어난다. 특히 특히 최소 14:1에서 16.5:1의 높은 압축비로 압축 착화하는 디젤 엔진의 연소실은 산소와 질소가 반응하기 좋은 환경이다.

압축비가 높으면 연료 분사량이 적어도 강한 토크를 발휘할 수 있다. 특히 1980년대 중반 이후 터보차저를 통해 실린더 내의 압력을 더 높여, 낮은 엔진회전수에서 강한 토크를 발휘할 수 있게 되자 우수한 연비를 구현한 디젤 엔진 자동차들이 인기를 끌었다. 또한 이산화탄소의 발생량도 줄일 수 있어 당시에는 환경 오염을 줄일 수 있는 엔진 구조로 보았다. 2000년대 초반까지만 하더라도 유럽의 고민거리는 대기중 이산화탄소로 인한 산성비와 그로 인한 대리석, 청동 소재의 문화유산 부식이었던 까닭이다.

그러나 질소산화물 역시 만만치 않은 환경 오염을 일으킨다는 점이 부각되기 시작했다. 이러한 질소산화물에는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO₂), 일산화이질소(N₂O) 등이 포함되어 있다. 또한 무엇보다도 대기 중 햇빛과 수증기를 만나면 미세먼지의 주범인 질산염으로 전환된다. 높은 압력으로 연료를 포말처럼 분사하는 커먼레일 방식의 디젤 엔진은 그 자체로도 미립자 생산이 많지만 2000년대 초반부터 유럽은 이를 DPF(디젤 미립자 포집필터)를 통해 잡았다. 그런데 의외의 배기가스 포함 물질이 미세먼지의 원인이 된 것이었다. 이에 따라 유럽은 2014년부터 배기가스 내 질소산화물을 승용 기준 0.08g/km로 제한하는 유로6 규정을 발효, 실행 중이다. 추후 해당 규제는 더욱 엄격해질 예정이며 2019년 하반기부터는 한국에서도 0.06g/km로 강화된 ‘유로6d-Temp’ 기준이 적용된다. 

LNT와 SCR의 운명은 어떻게 엇갈렸나

유로6 규제 도입을 앞두고, 유럽의 주요 자동차 제조사들은 새로운 환경 기준을 맞추기 위한 무해화 방법을 정하기 위해 치열한 논의를 거쳤다. 이는 기업의 운명을 좌지우지할 수 있는 사안이었다. 가혹한 일이었지만 당시에는 각자의 논리와 전망을 갖고 디젤 엔진 배기가스 무해화 전략을 선택해야만 했다.

당시 제조사들의 테이블에 올려진 선택지는 백금 촉매를 사용하는 LNT(Lean Nox Trap)과 요소수를 사용하는 SCR(Selective Catalytic Reduction)이었다. LNT 방식을 선택한 제조사들이 주목한 장점은 SCR과 같이 새로운 장치의 추가 없이 가능하다는 점이다.

또 다른 한 쪽은 요소수 기반의 선택환원촉매(SCR, Selective Catalytic Reduction) 방식을 택했다. 원래 SCR은 공장에서 사용하는 고배기량 디젤 엔진의 질소산화물을 처리하기 위해 1978년 일본의 IHI 코퍼레이션에서 최초로 사용된 것으로 알려졌다. 1970년대 일본에서는 요코하마 등 도쿄 인근 공업지대 주민들이 선박이나 공장의 대형 디젤엔진이 대기중으로 내뿜은 질소산화물로 인해 쓰러지는 사고가 발생했다. 이에 대처하기 위한 것이 당시 선택환원촉매 시스템이었다.

SCR 장치는 기본적으로 연료의 완전 연소를 추구한다. 연료가 완전 연소 시 매연과 미세먼지의 발생은 줄어들지만 질소산화물의 발생은 증가하게 되는데 질소산화물은 배기구를 통해 배출되기 전 요소수와 만나 질소와 물로 분해된다. SCR 장치를 통해 질소산화물은 90% 내외 수준으로 처리되기 때문에 최근 배기가스 규제를 만족시키기 위해 절대 다수의 제조사들은 SCR를 채택해 차량에 탑재하고 있다. 

SCR 시스템을 부정적으로 본 제조사들은 우선 요소수 탱크로 인한 공차 중량 증가, SCR 시스템의 제작 비용으로 인한 차량 가격 상승 등을 이유로 LNT를 선택했다. 그러나 LNT 방식이 그리 효과가 높지 않았던 것에 비해, SCR 시스템은 경량화는 물론 냉각 및 순환 시스템을 잘 활용할 수 있도록 설계하여 동절기 동결 등 계절적 한계점도 해결했다. 또한 차체 다른 부분의 경량화를 통해 SCR 시스템의 추가로 인한 공차 중량 증가 문제를 해결해 연비 향상이라는 결과도 구현해냈다.

안정적이고 품질 높은 요소수, SCR 적용 자동차의 성장 이끌다

SCR 장치의 중요성이 대두되며 함께 그 가치가 조명되는 것이 요소수이다. SCR 장치의 핵심이 이 요소수이기 때문에 자동차 제조사에서는 출고 시 고품질의 요소수를 주입한다. 실제로 국내 시장에 출시되는 유럽 주요 제조사들의 유로6 디젤 엔진 기종 및 국산 디젤 엔진 차량 회사들이 순도가 높고 품질이 균일한 유록스 요소수를 순정으로 채택하는 것도 이와 같은 맥락이다.

저품질의 요소수의 사용은 SCR 본연의 무해화 기능 저하뿐만 아니라 분사 장치 착염 등으로 인해 고장을 일으킬 수 있다. 차량 가격이 비싼 수입차의 경우 SCR을 교체하게 되면 수백만 원 이상의 수리비가 요구된다.

롯데정밀화학 유록스가 고품질의 요소수를 시장에 공급할 수 있는 것은 우수한 원료를 포함한 최고의 생산, 제조 능력, 언제나 최고의 품질을 유지할 수 있는 품질 검사 시스템의 완비, 마지막 출고 시에도 이물질이 혼입될 가능성을 배제하는 포장의 품질 관리 삼원체 시스템 덕분이다.

우선 제조, 생산 단계에 있어서는 순도 높은 요소와 반도체 공장에서도 사용할 정도의 극초순수가 핵심이다. 또한 특수 필터를 포함한 총 8단계의 필터 시스템을 통해 미량의 중금속과 이물질을 확실하게 제거해 기준을 상회하는 최고 품질의 생산한다. 또한 환경부 기준 외에도 자체적인 3가지의 검증 기준을 추가해, 품질을 항상 균일한 상태로 유지할 수 있도록 하고 있다. 여기에 용기까지 자체 제작을 통해 유통과정에서의 불순물 유입 가능성까지 사전 차단했다. 

자동차 산업 전반 및 사회적으로도 배기가스와 환경오염에 대한 문제는 지속적으로 해결해나가야 할 과제이다. 특히 완전한 친환경 자동차 세상이 도래하기까지 시간이 필요한만큼 엔진 자동차의 필요성은 줄어들지 않을 것이다. 자동차 제조사는 이러한 과제 해결을 위해 지속적인 노력을 기울여 왔다. 수많은 시행착오와 개선, 개발을 통해 현재는 다수의 제조사가 SCR 장치를 공해 저감 장치의 표준으로 인식하고 있다. 이러한 상황에서 소비자는 제조사가 내린 답변에 올바른 사용이라는 대답을 던져야 할 것이다. 그리고 그러한 대답은 고품질의 요소수의 사용이라는 행동이 되어야 할 것이다.  

[물망초]

환경ㅈ기준에 맞춘차를타면서 오만 불이익을 당하는데요 정비비용도 비싸고 이왕불이익당할꺼 요소수안들어가는차 타는게 나은듯요.

[돌아온엘씨]

맞습니다~ 유로3가 리즈시절이 최고였죠

[미친야옹이]

그래서 제가 차를 안 바꿉니다.....^^

환경 부담금 내고...요소수 부품 들어갔다고 차값 엄청 비싸고 요소수 많이 쓰고.....부품비 비싸고...고장 잘 나고....

그래서 유지 관리비도 비싸고 .......

그런데 사회 에서는 화물차는 역적을 만들고.....

그럴거면 첨부터 팔지를 말던가...

아님 휘발유 차로 추레라를 만들어 주던지....^^

[오늘은가지마]

저도 유로3 오너입니다 ㅋㅋ
정부규제땜에 진짜 소비자들만 피보죠 ㅡㅡ
써글넘들 요소수 녹스센서값 듣고 기절초풍했네요...
그럴거면 군용 전투장비들도 환경규제시키지
아침에 수송부 일조점호 할때 두돈반들 매연 겁나 나오던데요ㅡㅡ;;
그리고 군생활 하면서 전차 엔진 정비하러갈때 본건데 냉간시동시 흑연 겁나게 쏟던데요ㄷㄷㄷ 바로앞에 서있음 깜시됩니다 ㅜㅜ
정부가 모범을 보이고 시행시켜야 되는데
역으로 바뀌는 처지이니 참ㅡㅡ

[두마리오천원]

벤츠 유로3 추레라 탑니다
안바꿉니다
나중에 LNG나오면 바로 갑니다
유로5 유로6 패슈~~~ㄱ

[대박씨]

그냥 광고없이 싸게 팔면 됩니다.