내연기관 자동차의 대기오염

일상생활에서 자동차는 사치품이 아니라 필수재가 된 것은 틀림없어졌다. 더불어 산업화와 도시화가 진행되면서 인구 밀도는 점점 더 심해졌으며 그로 인해 좁은 공간에 많은 차량이 운행하게 되었다. 의도치 않게 자동차에 의한 대기오염이 발생하게 되었으며 초기에는 예상치 못한 여러 가지 문제들이 발생하게 되었다. 내연기관은 개발초기부터 에너지원이 석탄과 석유 등에 의존하도록 개발되었다. 그 원리는 지금까지 적용되어 왔으며 기하급수적으로 늘어나는 내연기관은 대기오염의 주범이 되기도 한다. 우리나라는 자외선이 강한 여름에 그 영향이 더 강하게 나타난다. 대기오염을 줄이고자 다른 대체 에너지원을 사용하는 내연기관을 지속적으로 연구하고 개발하고 있으며 상용화하고 있는 단계이다.

 

내연기관의 대기오염 사례

대표적인 오염 사례는 로스앤젤레스에서 1954년 발생한 대기오염 사건이 있다. 차량 배기가스에 의한 광화학 스모그가 원인이다. 섭씨 38도씨 이상의 이상 고온이 일주일 이상 지속되면서 다수의 시민이 천식 및 기관지염을 호소하였다. 65세 이상의 노인 사망률이 급증하고 시정거리가 0.8km 에서 1.6km 정도로 단축되었다. 고무제품의 손상과 과일류 등 농작물의 피해가 속출하였다. 특히 인체에는 눈, 코, 기도에서 점막 자극이 심각하였다. 이 사건으로 자동차 배기가스 조절장치를 개발하고 부착하게 되었다. 1992년 멕시코시티에서는 도시 내에 존재하는 차량의 배기가스, 매연, 분진 등으로 인한 오존불량지수가 급격히 증가하여 호흡기 질환, 안질환, 폐렴 및 구토 증상이 발생하였다. 이에 준계엄상태의 조치령을 발동하였으며 도심지의 학교들은 휴교하고 차량들은 통행금지, 정유업체는 절반으로 조업을 단축시켰다. 우리나라의 경우에는 1992년 철도청의 구로기지 변전소의 정전사고가 발생했다. 그 원인은 차량 배기가스로 인한 강선의 부식으로 밝혀졌다. 도심지 내의 전차선 및 급전선이 지방과 비교할 경우 2.2배 정도 부식이 빠른 것으로 보고 있다. 맑은 날에도 안개가 낀 것처럼 시정장애가 연간 60일 정도는 발생하고 있다.

 

내연기관의 에너지원

대부분의 자동차는 애너지원으로 화석연료를 사용하고 있다. 원유를 증류하여 액체연료를 얻고 있으며 주성분은 탄화수소가 98% 이상 함유되어 있다. 이 중에서 내연기관의 주요 연료로 사용하고 있는 것은 휘발유와 경유이다. 휘발유는 석유 제품 중에서 가장 경질이다. 인화점이 낮아서 불꽃점화방식의 내연기관에 주로 사용된다. 휘발유는 가솔린이라고도 부른다. 가솔린은 내연기관의 연료로 사용하기 위한 적합한 제품으로 정의를 하고 있다. 따라서 내연기관의 연료에만 가솔린이라고 부르는 것이 좋다. 휘발유는 용도에 따라서 자동차용, 항공기용, 공업용으로 분류가 가능하다. 자동차용 기체 연료에는 메탄을 주성분으로 하는 합성천연가스와 압축천연가스가 있다. 프로판과 부탄을 주성분으로 하는 액화석유가스가 있다. 기체연료는 적은 과잉공기를 사용하여 완전연소가 가능하다. 연소효율이 높고 매연이 발생하지 않는다. 황과 회분이 거의 없어 황과 관련된 오염물과 분진에 의한 대기오염 발생이 없다. 이런 장점으로 서울시에서는 시내버스의 에너지원을 경유에서 기체연료로 바꿔서 시내의 오염을 상당량 줄인 것으로 유명하다. 가솔린과 비교했을 경우에 출력과 단위연료당 연비가 좋지 않으며 저장이 어려워 별도의 설비가 필요하다. 비중이 공기보다 무거워서 폭발의 위험성이 큰 단점이 있다.

 

배출경로와 오염물질

자동차의 배기통은 탄화수소의 60%, 일산화탄소, 질소산화물, 납의 주요 배출원이다. 크랭크케이스에서 배출되는 블로바이 가스는 탄화수소의 20%에 해당되는 배출량을 차지한다. 연료 탱크의 증발에서 나머지 20%의 탄화수소가 배출된다. 블로바이가스는 피스톤과 실린더 사이에서 누출되는 가스이다. 탄화수소의 주요 배출원이며 윤활유를 오염시키기때문에 제어장치를 통하여 기화기로 순화해 처리한다. 가솔린이나 LPG 차량에서만 문제가 되며 디젤 엔진의 경우에는 해당이 없다.