배기 미세먼지와 비배기 미세먼지 그리고 그 유해성[이영재 박사의 ‘환경 그리고 자동차’⑱]
배기 미세먼지와 비배기 미세먼지 그리고 그 유해성[이영재 박사의 ‘환경 그리고 자동차’⑱]
  • 지앤이타임즈
  • 승인 2020.01.14 10:26
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[지앤이타임즈 : 환경부 친환경자동차기술개발사업단 이영재 단장]

환경부 친환경자동차기술개발사업단 이영재 단장
환경부 친환경자동차기술개발사업단 이영재 단장

자동차 배기관에서 배출되는 미세먼지와 타이어나 브레이크에서 배출되는 비배기 미세먼지에 대한 논란이 커지고 있다.

하지만 배기와 비배기 미세먼지 논란 사이에 2차 생성 미세먼지, 미세먼지 종류에 따른 위해성 등은 고려하지 않고 단순히 직접 배출량으로만 비교했다는 점에서 잘못 이해되는 부분이 있다.

‘에미션(emission)’이란 유해 배출물을 의미하며 가스상 물질인 HC, CO, NOx 등과 입자상물질(PM : Particulate Matter)인 미세먼지를 합해서 부르는 용어이다.

이중 배기 미세먼지과 비배기 미세먼지 배출이 최근 논란이 되고 있다.

‘배기 미세먼지’는 말 그대로 엔진 연소에 의해 배기관에서 직접 배출되는 미세먼지를 말한다.

‘비배기 미세먼지’는 타이어나 브레이크 등 배기 외의 요인에 의해 발생하는 미세먼지를 뜻한다.

디젤자동차 배기 PM의 배출 허용기준은 2000년의 Euro 3에서 2005년에는 Euro 4, 2009년에는 Euro 5, 2014년에는 Euro 6로 강화됐다.

그 과정에서 Euro 3의 PM 50 mg/km이 Euro 5에서는 5 mg/km으로 낮춰졌고 동시에 입자 개수 농도(PN: Particle Number)도 1km 당 6천억개 이하로 규제되고 있다.

이에 따라 Euro 5 규제부터는 기존의 엔진기술로는 PM의 저감이 더 이상 불가능해 매연여과장치(DPF)가 배기관에 부착돼 강제로 미세먼지를 포집하게 됐고 흡기관내 분사방식(MPI)의 가솔린자동차보다 덜 배출하게 됐다.

반면에 타이어와 브레이크에서 발생하는 미세먼지는 세계적으로 아직 규제되고 있지 않다.

즉 디젤자동차 등 내연기관자동차의 미세먼지 기준이 지속적으로 강화되면서 배기 PM은 크게 감소한 반면 타이어나 브레이크 같은 비배기 PM은 규제되지 않아 감소되고 있지 않다.

이 때문에 영국이나 독일 등의 자료에 의하면 최근 시점에서 자동차에서 배출되는 비배기 PM이 배기 PM을 상회한다는 보고서가 공표되고 있다.

특히 최근에 전기차의 보급이 확대되고 있는데 전기차는 배터리 탑재로 인해 내연기관차보다 차량 무게가 20% 이상 증가하기 때문에 타이어와 도로 마모량이 증가하는 것으로 보고되고 있다.

다만 전기차나 하이브리드차는 회생 제동으로 감속과 제동 시 모터가 전기식 브레이크로 작동하기 때문에 풋브레이크(foot brake)의 역할이 감소돼 내연기관차보다 PM을 덜 배출한다.

또한 유의해야 할 점은 단순히 배기와 비배기 배출량만으로 내연기관자동차의 미세먼지 배출량과 위해성 기여도를 평가해서는 안 된다.

디젤자동차 등 내연기관자동차의 배기관에서는 미세먼지 외에 질소산화물 등 유해가스가 다량 배출되는데 이는 대기 중에서 화학반응을 일으켜 미세먼지를 생성한다.

국내 수송 부문에서 배출되는 미세먼지 중에서 배기관 직접 배출량은 전체의 4분의 1 이하이나 질소산화물 등에서 유래하는 2차 생성량이 4분의 3 이상을 차지한다.

이런 영향을 감안해 환경부는 2차 생성 미세먼지를 포함하면 내연기관 자동차의 배기가스에 기인한 미세먼지 배출량이 여전히 많다고 분석하고 있다.

다른 하나는 미세먼지의 독성이다.

미세먼지는 그 자체로도 유해해서 WHO (World Health Organization) 산하의 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)에서 2013년 10월에 1군 발암물질로 규정했지만 그 이전인 2012년 6월에 이미 디젤엔진 배출가스를 1군 발암물질로 규정한 바 있다.

또한 캘리포니아 환경청에서는 디젤엔진의 미세먼지에는 soot(탄소입자)에 40여종의 유해 화학물질이 부착되어 있기 때문에 인체에 크게 유해하다고 판단해 1998년부터 독성물질(TAC : Toxic Air Contaminant)로 관리해 왔다.

최근에 국내에서도 유사한 결과가 보고되고 있다.

광주과학기술원의 박기홍교수 등이 2018년 11월 국제학술지인 Science Report에 발표한 바에 따르면, 초미세먼지(PM2.5)의 종류별로 세포 생존율, 돌연변이 유발성, 산화가능성, 염증반응, 산화스트레스 등 다양한 생물학적 화학적 독성 값을 평가한 결과 디젤 PM의 독성을 10으로 놓았을 때에, 가솔린 PM은 차등 가중시에 4.2 (균등가중시에 6.5), 바이오매스 연소는 4.3 (6.5), 석탄연소는 1.1 (2.4)로 나타났다.

반면 자동차 배기 미세먼지, 타이어·브레이크·도로의 마모먼지 등으로 구성되는 도로 비산먼지는 0.2 (2.2)로 디젤차 PM이 가장 독성이 크다는 결과를 보고하고 있다.

미세먼지는 그 자체로도 인체에 유해하지만 그중에서도 디젤자동차의 PM이 훨씬 유해하기 때문에 운행차 매연여과장치나 질소산화물 저감장치 부착 등 환경부의 미세먼지 저감사업은 유효한 정책이라고 생각된다.

이와 관련해 친환경자동차사업단에서도 자동차와 비도로 이동오염원에서 배출되는 미세먼지와 질소산화물을 저감하기 위해 LPG 직접분사엔진 트럭 등의 제작차 기술에서부터 운행차 PM/NOx 저감을 위한 담체, 촉매, 시스템 개발에 이르기까지 다양한 기술개발 사업을 추진하고 있다.