타이어·브레이크 마모 등 비배기가 배기보다 미세먼지 기여 높아
타이어·브레이크 마모 등 비배기가 배기보다 미세먼지 기여 높아
  • 김신 기자
  • 승인 2019.12.20 10:11
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배터리 탑재로 무거워진 몸집, 내연기관차 보다 24% 과체중
도로교통 분야 ‘비배기 미세먼지 > 배기 미세먼지’ 英 교통부
獨 환경청 ‘비배기 배출 비율, 2030년 PM10 93%·PM2.5 74%’
내연기관차 배출가스 기준은 갈수록 엄격, 비배기 저감 필요성 커져
화석연료 발전으로 달리는 전기차, 휘발유차 대비 PM 92.7%
도로 부문 연료 연소 과정에서 배출되는 미세먼지 보다 주행 과정의 타이어 마모 등에서 유래되는 비배기 기여도가 더 높다는 연구가 속속 공개되고 있다. 사진은 자동차들이 도로를 주행중인 모습.
도로 부문 연료 연소 과정에서 배출되는 미세먼지 보다 주행 과정의 타이어 마모 등에서 유래되는 비배기 기여도가 더 높다는 연구가 속속 공개되고 있다. 사진은 자동차들이 도로를 주행중인 모습.

[지앤이타임즈] 전기차가 미세먼지 배출에서 자유롭지 않다는 다양한 연구 결과가 주목을 받고 있다.

전기 생산 과정을 포함한 전주기를 감안할 때 내연기관에서 배출되는 미세먼지와 큰 차이 없다는 연구에 더해 최근에는 타이어 마모 등 비배기 분야 미세먼지 배출도 이슈가 되고 있다.

특히 내연기관차에 대한 배출가스 규제가 강화되면서 배기 분야 미세먼지 발생 비중은 낮아지고 있지만 전기차의 경우 주행 거리를 늘리기 위해 배터리 탑재 용량이 커지면서 비배기 분야 미세먼지 유발에 미치는 영향이 커지고 있다는 분석이다.

우리나라 국책연구기관인 에너지경제연구원 김재경 박사가 지난 2017년 12월에 발표한 ‘자동차의 전력화(electrification) 확산에 대비한 수송용 에너지 가격 및 세제 개편 방향’에 따르면 동일 거리 주행시 전기차에서 배출되는 온실가스는 휘발유 차량 대비 53%, 미세먼지는 92.7% 수준에 달하는 것으로 분석됐다.

에너지경제연구원 김재경 박사

수송 에너지원이 생산, 운송, 저장, 소비되는 과정 즉 원유 추출(Well)에서 차량 운행(Wheel)까지의 전 과정인 ‘Well-to-Wheel’을 분석한 결과 전기차 연료가 되는 전기 생산 과정에서 상당한 온실가스와 미세먼지가 배출되고 있다는 분석이다.

실제로 2016년 기준 발전 연료 중 유연탄 비중이 40.06%로 가장 높았고 천연가스 23% 등 화석 연료 비중이 절대적으로 높았다.

내연기관자동차는 석유 같은 화석에너지를 직접 연료로 사용하는 반면 전기차는 화석에너지로 발전한 전기를 사용한다는 점이 다를 뿐 구동 연료는 모두 화석에너지 기반이어 온실가스와 미세먼지 등 유해 배기가스 배출 정도는 크게 차이가 없다는 연구 결과이다.

또한 김재경 박사는 ‘전기차 역시 주행 과정에서 브레이크 패드나 타이어 마모 같은 과정을 통해 내연기관차와 마찬가지의 비산먼지를 발생시키고 있다’며 비배기가스 위해성을 경고했는데 세계 여러 기관에서 비슷한 연구 결과가 보고되고 있다.

◇ 배터리 무게로 전기차 비배기 미세먼지 역시 심각

도로 수송수단 미세먼지는 일반적으로 연료 연소에 따른 배기 과정에서 배출되는 것으로 알려져 있다.

하지만 도로 주행 과정에서 발생하는 타이어나 브레이크 마모 같은 비배기 미세먼지(Non - exhaust PM)도 상당한 비중을 차지하고 있다는 분석이다.

자동차에서 배출되는 비배기 미세먼지는 타이어와 브레이크·노면 마모 그리고 도로 지면에 쌓인 미세먼지 입자들이 다시 날리는 재부유(再浮遊) 등이 영향을 미친다.

특히 전기차는 배터리 때문에 비슷한 출력의 내연기관차 보다 중량이 더 무거워 비배기 분야 미세먼지 배출량이 높다는 분석이다.

영국교통연구소(Transport Research Laboratory)가 지난 2014년 발표한 ‘수송부문 비배기 미세먼지 배출 연구 보고서(Briefing paper on non-exhaust particulate emissions from road transport)’에 따르면 타이어는 자동차의 가속, 제동, 코너링 과정에서 고무가 마모되며 비배기 미세먼지가 발생되는데 차량 무게, 엔진 출력, 운행 속도 등이 영향을 미친다.

브레이크는 제동 감속과정에서 디스크와 패드 마찰로 발생하는 마모로 미세입자가 생성돼 대기 중에 방출된다.

특히 브레이크 작동이 많은 혼잡한 교차점, 신호등, 횡단보도 등에서 브레이크 마모 입자의 농도가 높다.

◇ 전기차가 내연차보다 평균 24% 무거워

저명한 학술지인 대기환경(Atmospheric Environment)지의 134호(2016년)에 Victor R.J.H.Timmers와 Peter A.J. Achten이 발표한 논문에서는 차량 무게와 비배기 미세먼지 배출량의 상관 관계가 언급됐다.

차량이 무거울 수록 비배기 미세먼지 배출량이 많아지는데 배터리가 장착된 전기자동차가 동일한 사양의 내연기관 자동차보다 24% 정도 무겁다는 연구 결과가 소개됐다.

포드의 전기차 포커스(Focus), 일본 혼다 피트(Fit), 기아차의 소울 같은 전기차를 같은 사양의 내연기관차와 비교했는데 평균적으로 280kg 또는 24% 무거운 것으로 나타났다.

차량 무게 만큼 타이어 마모 등에서 발생하는 비배기 미세먼지 발생량이 많을 수 밖에 없는 것.

내연기관 자동차의 배출가스 허용기준이 갈수록 엄격해지면서 상대적으로 비배기 분야에서 배출되는 미세먼지 비중이 갈수록 높아질 것이라는 분석도 주목을 받고 있다.

특히 전기자동차 주행 거리를 늘리기 위해 용량이 더 큰 배터리가 장착되고 더 많은 구조적 무게를 필요로 하면서 비배기 미세먼지 배출은 더욱 증가할 것으로 전망되고 있다.

◇ 비배기 배출가스 비중 갈수록 높아져

글로벌 자동차제작사인 포드가 지난 2015년에 실시한 ‘승용차 실도로 주행 조건 시 비배기 미세먼지 배출 조사 (Investigation of Non-exhaust particle emissions under real world conditions from a light duty vehicle)’에서도 유사한 전망이 보고되고 있다.

독일연방환경청에 따르면 수송 부문의 비배기 배출 비율은 2005년 기준 PM10는 58%, PM2.5는 24%에서 2030년에는 각각 93%와 74%로 늘어나는 것으로 전망됐다.

독일 연방 환경청이 예상한 미세먼지 기여 전망, 갈수록 비배기 비중이 높아지고 있다.
독일 연방 환경청이 예상한 미세먼지 기여 전망, 갈수록 비배기 비중이 높아지고 있다.

이와 관련해 포드는 실제 도로 주행 조건에서 비배기 미세먼지 배출량을 측정할 수 있는 트레일러 기반의 측정 실험을 추진했는데 운전 유형에 따라 타이어와 브레이크 마모로 인해 5~15nm 크기의 초미세먼지 발생이 확인됐다.

영국 교통부(UK Department for Transport)가 2018년 실시한 연구 결과에서도 비배기 미세먼지 배출의 심각성이 보고됐다.

2018년 11월 발표된 ‘영국 교통부 관점에서의 비배기 미세먼지 배출(Non-exhaust emissions UK Department for Transport perspective)’ 자료에 따르면 자국 내 초미세먼지 배출은 가정용 나무·석탄 연소가 38%로 가장 많은 비중을 차지하고 있고 산업용 연소 16%, 용제 사용 및 산업 공정에서 13%의 기여도를 보이고 있다.

도로 교통 분야도 초미세먼지 배출의 12%를 차지하고 있는데 주목할 대목은 이중 7%를 비배기 분야가 차지한다는 점이다.

영국 교통부가 분석한 도로교통 미세먼지 배출현황. 자동차 배기가스 배출 기준 강화로 비중이 갈수록 줄어들고 있다.
영국 교통부가 분석한 도로교통 미세먼지 배출현황. 자동차 배기가스 배출 기준 강화로 비중이 갈수록 줄어들고 있다.

이처럼 비배기 미세먼지가 배기 미세먼지를 넘어선 것으로 분석되면서 영국 정부는 2030년까지 비배기 미세먼지는 10%, 배기 미세먼지는 1% 감축 목표를 설정한 것으로 확인되는 등 도로 교통 부문 규제가 비배기 미세먼지에 대한 기준 강화로 옮겨갈 필요성이 높아지고 있다.

한편 우리나라에서도 환경부 친환경자동차기술개발사업단에서 미세먼지와 이산화탄소를 저감하기 위한 저마모 저탄소 타이어 개발 사업을 진행하는 등 비배기 분야 유해물질 저감에 속도를 내고 있지만 배기 미세먼지보다 더 심각해지는 비배기 미세먼지의 배출 저감에 보다 적극적으로 대응해야 한다는 지적이 커지고 있다.