a study on characteristics of methane and nitrous oxide ... · 온난화를 방지하기 위해서...
TRANSCRIPT
工學碩士學位請求論文
휘발유 자동차의 메탄(CH4)과
아산화질소(N2O)의 배출특성에 한 연구
A Study on Characteristics of Methane and Nitrous
Oxide Emissions from Gasoline Passenger Cars
2005年 8月
仁荷大學校 工學大學院
環境工學科
全 旼 宣
工學碩士學位請求論文
휘발유 자동차의 메탄(CH4)과
아산화질소(N2O)의 배출특성에 한 연구
A Study on Characteristics of Methane and Nitrous
Oxide Emissions from Gasoline Passenger Cars
2005年 8月
指 敎授 趙 碩 衍
이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함
仁荷大學校 工學大學院
環境工學科
全 旼 宣
本 論文을 全旼宣의 碩士學位 論文으로 認定함
2005年 8月
主審 印
副審 印
委員 印
- i -
요 약 문
본 연구는 자동차에서 배출되는 온실가스인 메탄과 아산화질소의 차량
연식별 차종별 배출특성 조사를 목 으로 한다 이를 하여 소형차 13
와 형차 8 의 휘발유 승용차를 차 동력계를 이용하여 차속별 모드와
CVS-75 모드로 실험하 다 차량 연식은 2000년 1월 규제기 이 바 것
을 감안하여 1999년 이 과 2000년 이후로 구분하고 주행거리는 10만km
후로 나 어 실험하 다 한 동일한 조건에서의 냉간 시동과 열간 시
동을 실험하여 매온도에 따른 연식별 주행거리별 메탄과 아산화질소의
배출특성을 알아보았다
연식별로 비교한 경우 2000년 이후 차량은 1999년 이 차량에 비해 메
탄과 아산화질소 모두 차속별 평균 59 감율을 보 다 주행거리별로
는 10만km 이상의 차량이 10만km 미만의 차량보다 메탄의 경우 차속별
평균 48 아산화질소는 18 정도 증가하는 경향을 보 다 두 물질 모
두 주행거리보다 차량 연식에 의한 계가 더 한 것으로 나타났다
이는 각 물질의 생성에 향을 미치는 HC와 NOx를 규제하고 있는 배출
가스 기 에 의해 개선된 연소기술과 매기술에 의해 감소한 것으로 사
료된다
냉간 시동과 열간 시동의 비교로 메탄은 연식과 주행거리와 상 없이
매의 낮은 온도에서 많이 배출되며 아산화질소는 연식과 주행거리의 향
보다 새 매의 경우 냉간 시동에서 노후된 매의 경우 열간 시동에서
많이 배출되는 특성을 보 다 실험데이타를 환산하여 IPCC 배출계수와
비교한 결과 메탄은 IPCC 배출계수보다 낮게 나타났으며 아산화질소는
높게 나타나 IPCC 배출계수는 실제 배출값과 많이 다르다는 것이 조사되
었으며 정확한 배출량 산정을 해 차량 특성을 고려해야 할 것이다
- ii -
ABSTRACT
Human activities can alter the greenhouse effect emitting these
greenhouse gases modifying the earths surface temperature and
changing climate Automotive exhaust is suspected to be one of the
main causes of the rapid increase in greenhouse effect gases in
ambient air Although Methane and nitrous oxide emissions are
generally orders of magnitude lower than emissions of CO2 the global
warming potential(GWP) of both Methane and nitrous oxide greater
than that of CO2 The environmental impact of Methane and nitrous
oxide emissions from vehicles is negligible and is likely to remain so
for the foreseeable future
In this study in order to investigate greenhouse gas emission
characteristics from gasoline passenger cars 21 vehicles were tested on
the chassis dynamometers and Methane and nitrous oxide emissions
were measured The emission characteristics by model year mileage
vehicles speed were discussed
Methane is emitted from vehicles due to the imcomplete combustion
of fuel in the vehicle engine and the incomplete oxidation of
engine-out methane in current catalytic aftertreatment systems Nitrous
oxide is emitted from vehicles due to the imcomplete reduction of
engine-out NOx emissions in current catalytic aftertreatment systems
Although there are currently no specific emission standards for
methane and nitrous oxide emissions existing standards do effectively
result in reduced methane emissions through the design and
implementation of advanced combustion and catalyst technologies
In order to calculate accurately vehicle greenhouse gas emissions
should be considered by vehicle model year of emission standards
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
工學碩士學位請求論文
휘발유 자동차의 메탄(CH4)과
아산화질소(N2O)의 배출특성에 한 연구
A Study on Characteristics of Methane and Nitrous
Oxide Emissions from Gasoline Passenger Cars
2005年 8月
指 敎授 趙 碩 衍
이 論文을 碩士學位 論文으로 提出함
仁荷大學校 工學大學院
環境工學科
全 旼 宣
本 論文을 全旼宣의 碩士學位 論文으로 認定함
2005年 8月
主審 印
副審 印
委員 印
- i -
요 약 문
본 연구는 자동차에서 배출되는 온실가스인 메탄과 아산화질소의 차량
연식별 차종별 배출특성 조사를 목 으로 한다 이를 하여 소형차 13
와 형차 8 의 휘발유 승용차를 차 동력계를 이용하여 차속별 모드와
CVS-75 모드로 실험하 다 차량 연식은 2000년 1월 규제기 이 바 것
을 감안하여 1999년 이 과 2000년 이후로 구분하고 주행거리는 10만km
후로 나 어 실험하 다 한 동일한 조건에서의 냉간 시동과 열간 시
동을 실험하여 매온도에 따른 연식별 주행거리별 메탄과 아산화질소의
배출특성을 알아보았다
연식별로 비교한 경우 2000년 이후 차량은 1999년 이 차량에 비해 메
탄과 아산화질소 모두 차속별 평균 59 감율을 보 다 주행거리별로
는 10만km 이상의 차량이 10만km 미만의 차량보다 메탄의 경우 차속별
평균 48 아산화질소는 18 정도 증가하는 경향을 보 다 두 물질 모
두 주행거리보다 차량 연식에 의한 계가 더 한 것으로 나타났다
이는 각 물질의 생성에 향을 미치는 HC와 NOx를 규제하고 있는 배출
가스 기 에 의해 개선된 연소기술과 매기술에 의해 감소한 것으로 사
료된다
냉간 시동과 열간 시동의 비교로 메탄은 연식과 주행거리와 상 없이
매의 낮은 온도에서 많이 배출되며 아산화질소는 연식과 주행거리의 향
보다 새 매의 경우 냉간 시동에서 노후된 매의 경우 열간 시동에서
많이 배출되는 특성을 보 다 실험데이타를 환산하여 IPCC 배출계수와
비교한 결과 메탄은 IPCC 배출계수보다 낮게 나타났으며 아산화질소는
높게 나타나 IPCC 배출계수는 실제 배출값과 많이 다르다는 것이 조사되
었으며 정확한 배출량 산정을 해 차량 특성을 고려해야 할 것이다
- ii -
ABSTRACT
Human activities can alter the greenhouse effect emitting these
greenhouse gases modifying the earths surface temperature and
changing climate Automotive exhaust is suspected to be one of the
main causes of the rapid increase in greenhouse effect gases in
ambient air Although Methane and nitrous oxide emissions are
generally orders of magnitude lower than emissions of CO2 the global
warming potential(GWP) of both Methane and nitrous oxide greater
than that of CO2 The environmental impact of Methane and nitrous
oxide emissions from vehicles is negligible and is likely to remain so
for the foreseeable future
In this study in order to investigate greenhouse gas emission
characteristics from gasoline passenger cars 21 vehicles were tested on
the chassis dynamometers and Methane and nitrous oxide emissions
were measured The emission characteristics by model year mileage
vehicles speed were discussed
Methane is emitted from vehicles due to the imcomplete combustion
of fuel in the vehicle engine and the incomplete oxidation of
engine-out methane in current catalytic aftertreatment systems Nitrous
oxide is emitted from vehicles due to the imcomplete reduction of
engine-out NOx emissions in current catalytic aftertreatment systems
Although there are currently no specific emission standards for
methane and nitrous oxide emissions existing standards do effectively
result in reduced methane emissions through the design and
implementation of advanced combustion and catalyst technologies
In order to calculate accurately vehicle greenhouse gas emissions
should be considered by vehicle model year of emission standards
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
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1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
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2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
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공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
本 論文을 全旼宣의 碩士學位 論文으로 認定함
2005年 8月
主審 印
副審 印
委員 印
- i -
요 약 문
본 연구는 자동차에서 배출되는 온실가스인 메탄과 아산화질소의 차량
연식별 차종별 배출특성 조사를 목 으로 한다 이를 하여 소형차 13
와 형차 8 의 휘발유 승용차를 차 동력계를 이용하여 차속별 모드와
CVS-75 모드로 실험하 다 차량 연식은 2000년 1월 규제기 이 바 것
을 감안하여 1999년 이 과 2000년 이후로 구분하고 주행거리는 10만km
후로 나 어 실험하 다 한 동일한 조건에서의 냉간 시동과 열간 시
동을 실험하여 매온도에 따른 연식별 주행거리별 메탄과 아산화질소의
배출특성을 알아보았다
연식별로 비교한 경우 2000년 이후 차량은 1999년 이 차량에 비해 메
탄과 아산화질소 모두 차속별 평균 59 감율을 보 다 주행거리별로
는 10만km 이상의 차량이 10만km 미만의 차량보다 메탄의 경우 차속별
평균 48 아산화질소는 18 정도 증가하는 경향을 보 다 두 물질 모
두 주행거리보다 차량 연식에 의한 계가 더 한 것으로 나타났다
이는 각 물질의 생성에 향을 미치는 HC와 NOx를 규제하고 있는 배출
가스 기 에 의해 개선된 연소기술과 매기술에 의해 감소한 것으로 사
료된다
냉간 시동과 열간 시동의 비교로 메탄은 연식과 주행거리와 상 없이
매의 낮은 온도에서 많이 배출되며 아산화질소는 연식과 주행거리의 향
보다 새 매의 경우 냉간 시동에서 노후된 매의 경우 열간 시동에서
많이 배출되는 특성을 보 다 실험데이타를 환산하여 IPCC 배출계수와
비교한 결과 메탄은 IPCC 배출계수보다 낮게 나타났으며 아산화질소는
높게 나타나 IPCC 배출계수는 실제 배출값과 많이 다르다는 것이 조사되
었으며 정확한 배출량 산정을 해 차량 특성을 고려해야 할 것이다
- ii -
ABSTRACT
Human activities can alter the greenhouse effect emitting these
greenhouse gases modifying the earths surface temperature and
changing climate Automotive exhaust is suspected to be one of the
main causes of the rapid increase in greenhouse effect gases in
ambient air Although Methane and nitrous oxide emissions are
generally orders of magnitude lower than emissions of CO2 the global
warming potential(GWP) of both Methane and nitrous oxide greater
than that of CO2 The environmental impact of Methane and nitrous
oxide emissions from vehicles is negligible and is likely to remain so
for the foreseeable future
In this study in order to investigate greenhouse gas emission
characteristics from gasoline passenger cars 21 vehicles were tested on
the chassis dynamometers and Methane and nitrous oxide emissions
were measured The emission characteristics by model year mileage
vehicles speed were discussed
Methane is emitted from vehicles due to the imcomplete combustion
of fuel in the vehicle engine and the incomplete oxidation of
engine-out methane in current catalytic aftertreatment systems Nitrous
oxide is emitted from vehicles due to the imcomplete reduction of
engine-out NOx emissions in current catalytic aftertreatment systems
Although there are currently no specific emission standards for
methane and nitrous oxide emissions existing standards do effectively
result in reduced methane emissions through the design and
implementation of advanced combustion and catalyst technologies
In order to calculate accurately vehicle greenhouse gas emissions
should be considered by vehicle model year of emission standards
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- i -
요 약 문
본 연구는 자동차에서 배출되는 온실가스인 메탄과 아산화질소의 차량
연식별 차종별 배출특성 조사를 목 으로 한다 이를 하여 소형차 13
와 형차 8 의 휘발유 승용차를 차 동력계를 이용하여 차속별 모드와
CVS-75 모드로 실험하 다 차량 연식은 2000년 1월 규제기 이 바 것
을 감안하여 1999년 이 과 2000년 이후로 구분하고 주행거리는 10만km
후로 나 어 실험하 다 한 동일한 조건에서의 냉간 시동과 열간 시
동을 실험하여 매온도에 따른 연식별 주행거리별 메탄과 아산화질소의
배출특성을 알아보았다
연식별로 비교한 경우 2000년 이후 차량은 1999년 이 차량에 비해 메
탄과 아산화질소 모두 차속별 평균 59 감율을 보 다 주행거리별로
는 10만km 이상의 차량이 10만km 미만의 차량보다 메탄의 경우 차속별
평균 48 아산화질소는 18 정도 증가하는 경향을 보 다 두 물질 모
두 주행거리보다 차량 연식에 의한 계가 더 한 것으로 나타났다
이는 각 물질의 생성에 향을 미치는 HC와 NOx를 규제하고 있는 배출
가스 기 에 의해 개선된 연소기술과 매기술에 의해 감소한 것으로 사
료된다
냉간 시동과 열간 시동의 비교로 메탄은 연식과 주행거리와 상 없이
매의 낮은 온도에서 많이 배출되며 아산화질소는 연식과 주행거리의 향
보다 새 매의 경우 냉간 시동에서 노후된 매의 경우 열간 시동에서
많이 배출되는 특성을 보 다 실험데이타를 환산하여 IPCC 배출계수와
비교한 결과 메탄은 IPCC 배출계수보다 낮게 나타났으며 아산화질소는
높게 나타나 IPCC 배출계수는 실제 배출값과 많이 다르다는 것이 조사되
었으며 정확한 배출량 산정을 해 차량 특성을 고려해야 할 것이다
- ii -
ABSTRACT
Human activities can alter the greenhouse effect emitting these
greenhouse gases modifying the earths surface temperature and
changing climate Automotive exhaust is suspected to be one of the
main causes of the rapid increase in greenhouse effect gases in
ambient air Although Methane and nitrous oxide emissions are
generally orders of magnitude lower than emissions of CO2 the global
warming potential(GWP) of both Methane and nitrous oxide greater
than that of CO2 The environmental impact of Methane and nitrous
oxide emissions from vehicles is negligible and is likely to remain so
for the foreseeable future
In this study in order to investigate greenhouse gas emission
characteristics from gasoline passenger cars 21 vehicles were tested on
the chassis dynamometers and Methane and nitrous oxide emissions
were measured The emission characteristics by model year mileage
vehicles speed were discussed
Methane is emitted from vehicles due to the imcomplete combustion
of fuel in the vehicle engine and the incomplete oxidation of
engine-out methane in current catalytic aftertreatment systems Nitrous
oxide is emitted from vehicles due to the imcomplete reduction of
engine-out NOx emissions in current catalytic aftertreatment systems
Although there are currently no specific emission standards for
methane and nitrous oxide emissions existing standards do effectively
result in reduced methane emissions through the design and
implementation of advanced combustion and catalyst technologies
In order to calculate accurately vehicle greenhouse gas emissions
should be considered by vehicle model year of emission standards
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- ii -
ABSTRACT
Human activities can alter the greenhouse effect emitting these
greenhouse gases modifying the earths surface temperature and
changing climate Automotive exhaust is suspected to be one of the
main causes of the rapid increase in greenhouse effect gases in
ambient air Although Methane and nitrous oxide emissions are
generally orders of magnitude lower than emissions of CO2 the global
warming potential(GWP) of both Methane and nitrous oxide greater
than that of CO2 The environmental impact of Methane and nitrous
oxide emissions from vehicles is negligible and is likely to remain so
for the foreseeable future
In this study in order to investigate greenhouse gas emission
characteristics from gasoline passenger cars 21 vehicles were tested on
the chassis dynamometers and Methane and nitrous oxide emissions
were measured The emission characteristics by model year mileage
vehicles speed were discussed
Methane is emitted from vehicles due to the imcomplete combustion
of fuel in the vehicle engine and the incomplete oxidation of
engine-out methane in current catalytic aftertreatment systems Nitrous
oxide is emitted from vehicles due to the imcomplete reduction of
engine-out NOx emissions in current catalytic aftertreatment systems
Although there are currently no specific emission standards for
methane and nitrous oxide emissions existing standards do effectively
result in reduced methane emissions through the design and
implementation of advanced combustion and catalyst technologies
In order to calculate accurately vehicle greenhouse gas emissions
should be considered by vehicle model year of emission standards
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- iii -
목 차
요 약 문 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅰ
ABSTRACT middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅱ
목 차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅲ
List of Tables middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅴ
List of Figures middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot ⅵ
1 서론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1
2 문헌연구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
21 온실효과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
211 온실효과의 원리 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 3
212 온실가스 종류 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5
22 자동차 온실가스 배출 황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
231 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
232 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13
3 연구방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 21
32 시험모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
321 CVS-75 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
322 차속별 모드 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
33 N2O 측정 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
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34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
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List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
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List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
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Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
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1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
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Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
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23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
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Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
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휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
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연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
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Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- iv -
34 시험 상 차량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
4 결과 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
41 메탄(CH4) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
411 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
412 연소효율과의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
413 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38
42 아산화질소(N2O) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
421 차속별 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
422 NOx CO와의 상 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
423 연식 주행거리와의 계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 44
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
43 IPCC 배출계수와 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
5 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 51
참고문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 53
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- v -
List of Tables
Table 21 Classification of greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8
Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Table 24 National transport greenhouse gas inventory middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 11
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20
Table 31 Specification of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24
Table 33 Analysis condition of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Table 34 The number of cars for driving test mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Table 41 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34
Table 42 Model year and mileage of test cars middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36
Table 43 Emission factor of CH4 N2O middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 49
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
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다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- vi -
List of Figures
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140
years middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed
greenhouse gases middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7
Fig 23 Transport CO2 emission contribution middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9
Fig 24 Correlation between of N2O and NOx middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 14
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 29 10000mile modal N2O emissions middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 17
Fig 210 N2O emissions by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19
Fig 31 Overview of chassis dynamometer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22
Fig 32 Exhaust gas analyzer middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- vii -
Fig 310 Overview of sampling middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 311 View of GC-ECD middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddot 32
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by
vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year middotmiddot 34
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase 38
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 48
Fig 417 Comparison of methane emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 50
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 1 -
1 서론
1997년 유엔기후변화 약기구(UNFCCC)의 제3차 당사국 총회에서 지구
온난화를 방지하기 해서 온실가스 배출량 감축을 주 내용으로 한 교토
의정서(Kyoto protocol)를 채택하 고 2004년 11월 러시아의 비 으로
2005년 2월 16일자로 발효됨에 따라 세계 으로 온실가스에 한 심
이 증 되고 있다 세계 141개국이 비 한 교토의정서는 2008 ~ 2012년
동안 부속서 I 국가 (38개국)의 온실가스 배출량을 1990년 배출량보다
52 이도록 규정하고 있다1)
교토의정서에서 규정한 온실가스는 이산
화탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 불화수소탄소(HFCs) 과불화탄
소(PFCs) 육불화황(SF6)이다2)
우리나라는 부속서 I 국가에 포함되지 않지
만 OECD 국가이면서 온실가스 배출량 세계 9 (lsquo02년 기 )로 온실가스
감축에 한 부담이 증가되는 실정이다1)
우리나라의 2002년 에 지 연소에 따른 CO2 배출량은 129013백만TC로
이 수송부문은 201를 차지하며 1990년도부터 연평균 76 매년 증
가하고 있다3)
그 도로이동오염원부분은 체 배출량의 약 13 수송
부문의 73를 차지하며 온실가스 배출기여율이 매우 높다 꾸 히 증가
하는 휘발유 자동차와 최근 몇 년간 높은 증가율을 보이는 경유 LPG 차
량에 의해 자동차 온실가스는 더욱 증가할 것으로 상된다4)
자동차부문에서 배출하는 온실가스는 주로 이산화탄소 메탄 아산화질소
가 배출되며 메탄과 아산화질소는 이산화탄소에 비하여 배출량은 매우
으나 지구온난화지수로 비교하면 단 체 당 이산화탄소에 비해 메탄은
21배 아산화질소는 310배로 지구온난화에 미치는 향이 크다 특히 아산
화질소는 잔존시간이 120~130년으로 재 배출되었다고 해도 오랜 시간
잔존해있어 그 미치는 향이 크다5)
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 2 -
외국의 경우 자동차에서 배출되는 메탄과 아산화질소의 생성메커니즘과
그 감기술에 한 연구가 계속되고 있다
본 연구에서는 체 등록 수의 60를 차지하는 휘발유차량에서 메탄과
아산화질소의 생성 메커니즘을 알아보고 연식 주행거리에 따른 배출특
성 조사를 통해 향후 온실가스 감을 한 기 자료로 활용하고자 한
다
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 3 -
2 문헌연구
21 온실효과
211 온실효과의 원리
지구의 온도는 태양에서 받아들이는 태양복사 에 지와 지구에서 우주를
향하여 방출하는 외선 복사 에 지의 균형에 의하여 정해진다 태양복
사 에 지는 태양으로부터 지구의 기층을 통과하여 지표면에 흡수되거
나 기층에 의해 반사된다 지구 기층을 통과하여 지표면에 닿은 태양
복사 에 지는 지표면을 가열하고 그 결과 지표면에서는 외선 복사열을
방출하게 된다 태양복사의 장은 02sim2의 범 이나 에 지의 부분
은 04sim08의 가시 선 역에 집 되어 있다 이에 반해서 지구가 방
출하고 있는 외선의 장은 4sim30의 범 에 있다 지구 기는 가시
선은 잘 통과시키나 외선은 8sim12의 장 ( 기의 창)를 제외하고는
잘 통과시키지 못한다 이 장 역에 이산화탄소(CO2) 수증기 오존 등
의 외선 흡수 가 있을 경우 지구가 방출하는 외선을 통과시키지 못
하고 흡수하여 열에 지 형태로 변화한다 이 물질들의 주요 흡수 는 이
산화탄소가 장 13sim17 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 7sim8
온11과 12가 11sim12 오존이 9sim10이다 따라서 외선을 흡수하는 기
체인 온실가스(greenhouse gas)가 증가하면 류권의 외선 흡수량이 증
가하여 기온이 상승하게 된다 이와 같이 태양에서 달된 가시 선을 지
표면으로 통과시키고 지구 밖으로 방출되는 외선을 흡수해서 열을 밖으
로 나가지 못하게 함으로써 보온작용을 하는 것을 기의 온실효과
(greenhouse effect)라고 하며 이는 실제의 온실에서의 보온작용과는 원리
가 다르다 즉 온실은 유리창이 태양에 지를 투과시켜서 가열된 따뜻한
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 4 -
공기를 찬 외기와 격리시키는 작용을 함으로서 보온효과를 나타내는 것이
다6)7)8)
Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
Fig 21은 지구 지면 온도를 나타낸 것으로 연도별(붉은 막 ) 10년별
(검은색 곡선은 체로 시간 규모가 10년 이하인 변동을 제거하여 매끈하
게 만든 연변화 곡선이다)로 나타내고 있다 자료의 공백 임의의 계기 오
차와 불확실성 해면온도자료에 있어서 바이어스(bias) 보정과 육지에서의
도시화에 한 보정(adjustments)시에 존재하는 불확실성으로 인해 매년
의 자료(얇은 검은색 구간표시 막 는 95 확신 범 를 의미한다)에는 불
확실성이 있게 된다 지난 140년 동안 최 의 추정값(estimated value)은
지구 평균 지면 온도가 06plusmn02로 증가했다는 것이다 이러한 지구
온난화로 해수면 상승 엘리뇨 상 등 여러 가지 기후변화가 나타나고
있으며 앞으로 우리 생활에 많은 향을 미칠 것으로 상하고 있다7)
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
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22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
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24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
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Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
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25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 5 -
212 온실가스 종류
기 의 온실가스에는 여러 가지가 있으나 표 인 물질로는 이산화
탄소(CO2) 메탄(CH4) 아산화질소(N2O) 염화불화탄소화합물(CFC) 등이
있다
이산화탄소(CO2)는 재 온실가스 배출량이 가장 많으며 자연 인 발
생과 인간의 활동에 의하여 생성된다 산업 명(1750년) 이후 기 이
산화탄소 농도는 31 증가하 다 한 지난 20년 동안 기 이산화
탄소 농도의 증가율은 일년에 약 15 ppm (04)이었다 최근 1990년
동안에는 매년 09 ppm (02) ～ 28 ppm (08) 증가하 다 기 으
로의 인 인 이산화탄소 배출의 약 75는 화석연료의 연소로 인한 것
이며 그 나머지는 주로 토지 이용도의 변화 특히 산림 개간에 기인한 것
이다 재 해양과 육지는 인 인 이산화탄소 배출의 반 정도를 흡수
하고 있다 1990년 동안 육상의 인 인 이산화탄소 흡수는 아마도 산
림 벌채에 의해 감소했었던 것으로 보고 있다
메탄(CH4)은 주로 열 의 습지 논 산 등의 자연발생원과 축산업에서
발생되며 배출량의 반 이상이 인 요인( 화석연료의 사용 가축
벼농사 쓰 기 매립지)에 의한 것이다 산업 명 이후 기 메탄의
농도는 1060 ppb (151) 증가하 고 계속 증가하고 있다
아산화질소(N2O)는 토양 의 질소산화물이 세균의 작용에 의하여 분해
되어 기 으로 방출되는 탈질작용의 결과로 발생한다 재 N2O 배출
의 약 ⅓ 정도는 인 요인( 농업용 거름 가축 사료 화학 산업)에
의한 것이다 산업 명 이후 기 아산화질소 농도는 46 ppb (17)
증가하 고 계속 증가하고 있다
염화불화탄소화합물(CFC)은 온-11 온-12 HFC-23 CF4 등으로
헤어스 이 페인트 스 이 등의 에어로졸 분무기의 발사제로 리
사용되며 냉장고 냉동고의 냉매 발포 라스틱의 발포제 등 많은 산업
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 6 -
에서 폭넓게 사용되어져 왔다7)8)
Table 21 Classification of greenhouse gases
CO2 CH4 N2O CFC-11 HFC-23 CF4
기
농도7)
산업 명
이280ppm 700ppb 275ppbv - - 40ppt
1998년
농도365ppm 1745ppb 314ppbv 268ppt 268ppt 80ppt
농도변화율7)
(농도년)15ppm 70ppb 08ppb -14ppt 055ppt 1ppt
기 수명7)
5～200년 12plusmn3년 120년 45년 260년gt50000
년
온난화기여도9)
55 15 6 24 (CFCs)
국내 배출량9)
885 46 28 42 (CFCs)
1990～1999년 동안 변화율은 CO2는 09ppmyr에서 29ppmyr CH4는 0에서 13ppbyr로 변동한다
변화율은 1990～1999년 기간에 하여 계산하 다 이산화탄소에 하여 단일 수명을 규정할 수 없다 왜냐하면 서로 다른 소멸 과정에 의
한 흡수율이 다르기 때문이다 기체가 자신의 잔류시간에 미치는 간 효과를 고려하여 보정한 시간으로 규정된다
한편 온실가스의 온실효과에 한 기여도를 살펴보면 1880sim1980년 에
는 이산화탄소의 기여도가 66 메탄 15 아산화질소 3 불화탄소류
16 등으로 나타났으나 재의 비율을 보면 이산화탄소의 기여도가
55 메탄 15 아산화질소 6 불화탄소류 24 등으로 이산화탄소의
기여도는 감소하고 그 외의 온실가스의 기여도가 증가하 음을 볼 수 있
다 이것은 최근 이산화탄소 이외 온실가스의 농도가 증하 음을 보여
주고 있으며 이는 인간 활동에 의하여 다양한 종류의 온실가스 배출이
증 되고 있기 때문으로 생각된다10)11)
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 7 -
Fig 22 Global atmospheric concentrations of three
well mixed greenhouse gases
기 의 성분에서 과거의 변화의 장기간 기록을 보면 인 인 배출의
향에 한 후 계를 알 수 있다 Fig 22는 지난 1000년 동안 이산화
탄소 메탄 아산화질소의 기 농도 변화를 보여 다 남극 륙과 그
린랜드(서로 다른 기호로 표시된)에서 몇몇 장소에서 얼음 과 만년설 자
료는 지난 몇 십년동안으로 직 채취한 기 샘 로부터 자료가 보충(이
산화탄소에 한 곡선에서 보여주고 있으며 메탄의 지구 평균농도를
나타낸 곡선에서는 통합하여 표시하고 있다)되었다
이런 기체로부터 기후시스템의 양의 복사강제력을 추정하여 오른쪽
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 8 -
으로 나타내었다 이런 기체는 십년 는 그 이상 기에서 잔류하기 때
문에 잘 혼합되며 그 농도는 지구를 걸친 배출원(sources)으로부터의
배출량을 반 한다 3개의 기록 모두에서 산업 명 이후 시 에 인
배출량이 크게 증가한 향을 받고 있음을 보여주고 있으며 기 온실가
스 농도와 그 복사강제력은 인간 활동의 결과로 인해 계속 증가되었다7)
22 자동차 온실가스 배출 황
우리나라의 에 지 연소에서 발생하는 이산화탄소의 부문별 배출량을 보
면 산업부문과 가정상업부문은 감소하는 반면 수송부문과 환부문이
평균 증가율을 상회하는 증가세를 보이고 있다 수송부문은 에 지연소의
증가율과 거의 비슷하게 증가하고 있고 있으며 재 체 배출량의 약
20를 차지하고 있다3)
Table 22 CO2 inventory of fuel combustion (단 백만TC)
1990 1995 1999 2000 2001 2002lsquo90～rsquo02
증가율
()
산업23896 36398 40249 41749 42073 43674
131 (354) (359) (361) (349) (341) (339)
수송11574 21044 21942 23765 24432 25874
76 (171) (207) (197) (199) (198) (201)
가정middot상업18340 19202 18336 17457 16881 16934
-07 (271) (189) (164) (146) (137) (131)
공공middot기타1916 1269 1178 1090 1260 1173
-44 (28) (13) (11) (09) (19) (09)
환10365 22691 28707 34333 37632 40037
131 (153) (224) (257) (287) (305) (310)
탈루성1477 885 1116 1201 1259 1321
-10 (22) (09) (10) (10) (10) (10)
탈루성 에 지생산 처리 수송 장과정에서 발생하는 자연배출
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 9 -
Fig 23 은 Tier 1 방법을 이용하여 산정한 수송부문별 배출량 기여도를
나타내었다 1999년 수송부문의 이산화탄소 배출량으로 도로가 약 733
로 가장 크게 차지하고 있다11)
Fig 23 Transport CO2 emission contribution
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
도 로
733
철 도12
항 공
74해 운
182
23169천TC
Table 23 Annual National CO2 inventory by transportation
(단 천톤CO2)
구 분 1990 1995 1999 2000 2001
lsquo90～rsquo01
증가율
()
캐나다 146123 159470 179053 180627 177882 217
독 일 162281 176563 186065 182697 178313 99
일 본 210500 248530 261923 257937 260222 236
스페인 57497 65634 82668 85108 89341 554
국 116753 118112 123736 124218 123165 55
미 국 1470453 1577807 1713040 1762734 1780871 211
한 국 42438 77161 80454 87138 89584 1111
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 10 -
Table 23은 국가별 수송부문 CO2 배출량을 비교한 것이다3)
국가별로
수송부문 온실가스 배출량은 증가율에 차이가 있으나 체 으로 증가하
고 있는 것으로 나타났다 특히 우리나라의 경우 1990년 비 2001년과
비교했을 때 1111의 높은 증가율을 보 다 우리나라를 제외한 나머지
국가들은 어느 정도 경제성장을 이루고 교토의정서의 감축의무 국가로
온실가스 감정책에 의해 증가율이 낮아지고 있는 것으로 사료된다
Table 24 National transport greenhouse gas inventory
구분
국가명 CO2 (천톤) CH4 (천톤) N2O (천톤)
캐나다 177882 (247) 31 (07) 29 (175)
스페인 89341 (233) 10 (05) 7 (74)
독 일 178313 (179) 15 (04) 16 (88)
일 본 260222 (200) 10 (11) 21 (186)
국 123165 (187) 13 (06) 14 (102)
미 국 1780871 (257) 205 (07) 177 (132)
한 국 89584 (182) 15 (12) 1 (20)
Table 24는 2001년도 국가별 수송부문 CO2 N2O CH4의 배출량과 각
물질별 체배출량에서 수송부문 배출량이 차지하는 비율을 나타낸 것이
다 온실가스 배출국가 세계 1 인 미국이 수송부문 한 가장 많이 배출
하는 것으로 나타났으며 부분 나라에서 수송부문은 체 배출량의 18
~ 25를 차지하고 있는 것으로 나타났다3)12)13)
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 11 -
23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
메탄과 아산화질소는 잔존시간이 길고 외선을 흡수하기 때문에 온실가
스로 분류되었다 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 지만 메탄의 지
구온난화지수(Global Warming Potential)는 단 체 당 이산화탄소의 21
배 아산화질소는 이산화탄소의 310배로 매우 크다 한 메탄의 잔존시간
은 12plusmn3년 아산화질소는 120년으로 배출량은 지만 앞으로 지구온난화
에 미치는 향이 커서 자동차의 온실가스 배출에 한 연구가 요하다
231 메탄(CH4)
메탄은 연료 조성비와 한 계가 있으며 자동차 엔진의 불완 연소
에 의해 엔진에서 생성되며 매장치에서 미처리된 메탄이 기에 배출
된다 재 부분의 차량은 삼원 매(Three-Way Catalyst)시스템이 장착
되어 있어 배출가스로부터 THC가 제어되면서 THC에 포함된 메탄도 제
어된다14)
Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00105 00134 00270
Tier 1 00168 00281 00407
Tier 0 00437 00482 01634
Oxidation catalyst 00842 00942 01464
Non-catalyst 01054 01186 02598
Uncontroled 01106 01258 02861
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 12 -
Table 25는 미국의 자동차 메탄 배출계수를 제어기술별로 나타낸 것으로
제어기술이 개선되고 Tier 0 Tier 1 LEV로 규제가 강화됨에 따라 메탄의
배출도 감되는 것을 알 수 있다15)
Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
Vehicle TypeControl Technology CH4 (gkm)
Light-duty Vehicles
GasolineLEV 00134
EPA Tier 1 00281
Diesel 00003
Methanol 0009
CNG 0568
LPG 0024
Ethanol 0027
Heavy-duty
Vehicles
GasolineLEV 00270
EPA Tier 1 00407
Diesel 00032
Methanol 0401
CNG 5983
LNG 4261
LPG 0067
Ethanol 1227
Buses
Methanol 0401
CNG 7715
Ethanol 1292
한 메탄은 연료의 형태에 따라 배출특성이 다르다 Table 26은 미국의
연료별 메탄 배출계수를 나타낸 것으로 메탄을 주 연료로 하고 있는
CNG차량에서 많이 배출되는 것으로 나타났다15)
차량의 연료별로 보면
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 13 -
휘발유와 경유보다 CNG차량에서 많이 배출된다 가솔린 디젤차량의
감기술 향상으로 메탄의 감이 상되지만 CNG차량의 이용 증가는 메
탄의 배출량을 증가시킬 것으로 상된다16)17)
232 아산화질소(N2O)
아산화질소는 자동차 엔진과 매장치에 의해 배출된다 자동차에서 배
출되는 아산화질소는 거의 부분 자동차의 매 후처리장치에 따라 배출
된다 몇몇 시험결과 엔진에서 배출된 N2O는 검출한계 이내(거의
001gmile)로 배출되었다 N2O는 매의 낮은 온도에서 NOx 감에 의
해 생성된다 낮은 온도에서 반응하는 메커니즘은 배출가스 시험데이타와
매우 일치된다 그 결과 자동차 아산화질소의 제어는 개선된 후처리장치
의 기능에 달려있다고 할 수 있다17)
엔진에서는 연소시 NH와 NCO이 NO와 반응하며 생성되는 간생성물
로 반응식은 다음과 같다
NH + NO rarr N2O + H (21)
NCO + NO rarr N2O + CO (22)
그러나 식(21)과 (22)와 같은 생성 메커니즘은 산화과정에서만 일어난
다 수소농도가 높은 경우에는 식(23)과 (24)와 같이 생성된 N2O의 분해
반응이 일어난다
N2O + H rarr NH + NO (23)
N2O + H rarr N2 + OH (24)
불꽃 화엔진인 가솔린엔진에서 혼합 연료(premixed gas mixture)의
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 14 -
연소로 3~8ppmV의 아주 은 N2O가 배출된다18)
한 매에서는 NO
가 N2로 제거하는 과정의 간산물로 생성된다 매의 온도가 높은 경우
식(25)와 같이 NO는 N2로 바로 제거된다
2NO + 2CO rarr N2 + CO2 (25)
이것은 매우 이상 인 반응으로 매의 온도 매의 종류 등에 따라 다
르다 그러나 낮은 온도의 경우 식(26)~(28)과 같이 아산화질소가 NO와
매 안의 다른 물질 CO H2에 의한 반응으로 간산물로 생성된다
2NO + CO rarr N2O + CO2 (26)
N2O + CO rarr N2 + CO2 (27)
2NO + H2 rarr N2O + H2O (28)
가열된 고온의 매는 NOx를 N2로 직 효과 으로 감시키는 것을
보여주는 반면 낮은 온도의 경우 NOx의 변환효율이 낮을 때 N2O가
간생성물로 생성되어 배기 으로 배출된다19)
Fig 24~5와 같이 이 연구에 따르면 N2O 배출과 NOx CO와 높은 상
계가 있다는 것을 보여 다 19)20)
Fig 24 Correlation between of
N2O and NOx
Fig 25 Vehicle emissions of
N2O versus CO
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 15 -
Fig 26은 매의 NOx 환효율에 따른 N2O의 배출량으로 N2O의 배
출량은 NOx의 환효율이 커질수록 낮아지는 것을 볼 수 있다17)21)
Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
매는 세라믹이나 속으로 만들어진 본체인 담체(substrate)와 귀 속
매의 반응도를 높이기 해 담체와 매사이에 간매체인 Al2O3
washcoat를 입혔으며 직 가스와 반응하는 매물질을 가장 바깥에 도
포하 다 주로 백 (platinumPt)과 로듐(rhodiumRh)이 51비율로 사용된
다 Pt는 주로 CO와 HC를 감시키는 산화반응을 진시키고 Rh는 NO
반응을 진시킨다 Pd는 CO와 HC light-off(반응개시 온도)에 유리하나
NOx 반응과 sulfur poisoning(연료 에 포함되어 있는 유황성분에 의한
성능 하)에 불리하다 매는 보통 표면온도가 약 550 이상으로 가열
되어야 정상 으로 반응하며 반응이 시작되는 기온도는 온시동 성능
에 매우 요하다 일반 으로 매 환율이 50가 될 때의 매온도를
ldquolight-off 온도rdquo라고 하며 가능하면 이 온도를 낮추어야 한다 일반 으로
light-off 온도는 250-300 이며 Pd가 PtPh에 비해 100 정도 낮다
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 16 -
가솔린엔진의 경우 배출가스온도는 공회 시 300 ~ 400 최 부하시
900 정도이나 배출가스가 매를 가열시키는 데 상당한 시간이 소요되
어 온시동 기에 발생되는 HC(시동 2분 이내에 80 이상 발생)를
감할 수 없어 매를 기히터나 버 등으로 인 으로 가열시키는 방
법이나 매장착 치를 엔진에 가깝게 설치하는 등 방법을 검토하고 있
다22)
Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
이 의 연구에 따르면 오래된 매가 장착된 차량에서 N2O가 높게 배출
되는 것을 보여 다 이것은 N2O를 분해하는 매의 능력이 하되는 것
으로 나타난다23)
Fig 28은 매의 종류와 매의 노후화에 따른 N2O 생
성농도를 나타낸 것이다 매의 온도에 따라 N2O는 새 매의 경우
100~300 오래된 매의 경우 200~400에서 많이 배출되는 것으로 나
타났다20)24)25)
매의 노후화로 인해 light-off 온도가 높아지고 그만큼 시
간이 소요된다
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 17 -
Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
Fig 29 10000mile modal N2O emissions
Fig 29는 냉간 시동 열간 시동의 각각 운 조건에서 N2O 배출특성을
나타낸 것이다19) 매의 낮은 온도에서 NOx 환률이 낮아 N2O 배출이
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 18 -
증가하여 각 운 조건마다 냉간 시동의 N2O 배출량이 열간 시동보다 더
많이 배출되었다 한 가속 운 조건에서 N2O가 가장 많이 배출되었다
가속주행시의 높은 NOx 배출과 불완 한 공연비 제어에 의해 N2O가 많
이 배출되는 것으로 사료된다
Fig 210 N2O emissions by mileage
Fig 210은 10000 mile 차량과 60000 mile 차량의 FTP 모드에서의 N2O
배출량을 나타낸 것이다19)
10000 mile 차량은 냉간 시동에서 N2O가 많
이 배출된 반면 60000 mile 차량은 열간 시동에서 많이 배출되었다 이것
은 매의 노화에 의한 것으로 새 매의 경우 낮은 온도로 인해 매의
활성화가 늦어지는 냉간 시동에서 N2O가 많이 배출되는 반면에 오래된
매의 경우는 매의 노화로 인해 NOx 환율이 떨어지는 열간 시동에
서 N2O가 많이 배출되는 것으로 사료된다 반 으로 주행거리가 높은
차량에서 N2O가 많이 배출되는 것으로 나타났다
N2O 배출에 향을 미치는 요소는 매 외에도 많지만 매 노후화와
매 온도에 의한 N2O 배출특성을 정리해보면 Fig 211과 같은 그림을
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 19 -
그릴 수 있다 매의 온도가 특별히 지정되어있지 않다면 고온조건으로
야한다
Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
Catalyst Temperature
Catalyst Age
Catalyst Age
High
Low
New
Old
New
Old
N2O EmissionLow
N2O EmissionHigh
N2O EmissionHigh
매의 향을 받는 N2O는 규제물질을 감하기 해 개발된 제어기술
의 개선으로 인해 감된다 Table 27은 미국의 휘발유 차량의 N2O 배출
계수를 나타낸 것이다 오염물질 규제의 기 강화로 인해 차 N2O 배
출계수가 작아지는 것을 알 수 있다 개선된 제어시스템은 N2O 배출도
감시켜 N2O를 이기 한 특별한 제어시스템이 따로 필요 없지만
N2O를 N2와 O2형태로 분해시키는데 이용하는 adipic acid 생성 기술이
개발되고 있다14)
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 20 -
Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
(단 gkm)
Control
Technology
Gasoline
Passenger carsLight-duty
trucks
Heavy-duty
vehicles
LEV 00138 00091 00180
Tier 1 00267 00541 01087
Tier 0 00402 00656 01326
Oxidation catalyst 00313 00397 00818
Non-catalyst 00122 00135 00294
Uncontroled 00122 00137 00309
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 21 -
3 연구방법
31 차 동력계를 이용한 배출가스 측정방법
자동차에서 배출되는 물질을 측정하기 해서는 시료채취를 한 장치부
분 이 장치들의 운용에 사용될 실험차량 연료 시험운 모드 등의 실험
조건부분 채취된 시료를 분석하는 부분으로 크게 나뉜다 측정장치는 차
동력계 보조운 장치 시료채취장치 희석터 배출가스 분석기로 구성
되어 있다
이 배출가스 분석기는 규제물질인 CO HC NOx와 CO2 CH4에
한 시료채취와 분석이 on-line시스템으로 되어 있어 운 직후 분석결과를
알 수 있다
차 동력계는 자동차가 실제 도로를 주행할 때 정지 가속 정속 감속
등을 반복하는 과정을 표화한 실측 주행모드를 사용하여 주행할 수 있
도록 자동차에 부하를 걸어주는 장치이다 차 동력계는 직류동력계
(Clayton사 DCE-80)로 성 량(Inertia weight) 동력흡수계(Power
absorption unit) 제어기(Controller)로 구성되어 있으며 그 제원을 Table
31에 나타내었다 배출가스 측정은 시험자동차가 차 동력계의 롤러 에
서 각 모드별로 주행할 때 배기 으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료
채취장치(CVS Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기로 희석한
후 시료 채취백에 채취하여 배출가스를 정량분석한다 Fig 31은 차 동
력계를 이용하여 배출가스를 측정하는 모습을 보여주고 있으며 Fig 32
는 배출가스 분석기의 모습 Fig 33은 측정장치의 개략도를 나타내고 있
다
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 22 -
Table 31 Specification of chassis dynamometer
Items Specifications
Model DCE-80
Power Absorption 40HP
Maximum inertia Weight 3345kg
Maximum roll speed 150kmh
Roll size 2197cm
Trim wheel (lb) 680kg
Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 23 -
Fig 32 Exhaust gas analyzer
① cooling fan ② Drivers aid
③ Chassis dynamometer ④ Air filter trap
⑤ Constant volume sampler ⑥ Sample bag
⑦ Exhaust blower ⑧ System computer
⑨ Printer ⑩ Drivers aid control system
⑪ Exhaust emission analyzing
⑫ ⑬ Printer and plotter system control computer
⑭ Exhaust emission analyzer
Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
3 부문별 CO2온실가스 배출통계 산업자원부 httpwwwmociegokr
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 24 -
운 보조장치(Driver aid)는 운 자가 자동차로 도로에서 주행하는 상
태로 운 할 수 있도록 화면에 운행상태를 표시해 주는 장치이다 한
시료채취장치(Constant volume sampler)는 자동차 배출가스를 공기와 희
석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터 은 고온에 의한 입자상물질의
변화를 배제시키고 기조건으로 제어하기 해 시료채취온도가 항상 52
이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를 희석시키는 기능을 한다
배출가스분석기는 자동차 배기 에서 배출되는 가스상물질 CO THC
NOx CO2 CH4을 측정하는 것으로 그 제원은 Table 32와 같다 측정원
리는 CO와 CO2는 비분산 외선법(NDIR Non-dispersive infrared)
THC와 CH4는 불꽃염이온화검출법(H-FID Heated flame ionization
detector) NOx는 화학발 법(CLD Chemiluminescence)이다
Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
Model Component Measuring
principle
Measuring
conc range
867 CO NDIR 500 1000 2500ppm
402 THC CH4 H-FID 100 2501000ppmC
951A NOx CLD 250 1000 2500ppm
868 CO2 NDIR 1 3
32 시험모드
321 CVS-75 모드
국내 기환경보 법에서 규정하고 있는 승용 소형경유차 배출가스
규제시험모드인 CVS-75 모드를 사용하여 온실가스 배출량을 측정 분석하
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 25 -
다 CVS-75모드는 미국 CARB(California air resources board)에서 개발
한 시험방법으로서 미국 등에서는 FTP-75모드라고도 불리며 그 운 조건
을 Fig 34에 나타내었다 그림에서 보여주듯이 CVS-75모드는 총 3단계로
구분되어 있으며 1단계는 온시동단계로서 505 동안 운 되며 2단계는
온시동의 안정화단계로 865 동안 운 된다 2단계가 끝나면 10분동안
엔진을 정지시킨 다음 3단계인 고온운 조건에서 505 동안 운 된다
Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
322 차속별 모드
배출계수 산정을 해 개발된 차속별 단일모드는 소형 자동차에서
배출되는 온실가스의 배출특성을 조사하기 해 서울시내의 일정 구간을
운행하여 차속별로 분류시켜 만든 표차속별 주행모드를 이용하 다 이
주행모드는 1999년 에 지기술연구소에서 개발한 것으로 총 15개의 각기
다른 표차속으로 이루어져 있으며 이 본 시험에 사용된 표차속은
45 105 245 650 950kmh의 5개 모드로 각각 공회 속 서울시내
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 26 -
평균차속 연비 우수 차속 고속 차속을 표하고 있으며 Fig 35 ～ 39
에 표차속별 시간에 따른 주행특성을 나타내었다
Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
[목표차속 45 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 47 kmh주행시간 873 s주행거리 114 km
Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
[목표차속 10 5 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 10 8 kmh주행시간 878 s주행거리 263 km
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 27 -
Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
[목표차속 235 kmh]의 시험모드
0
20
40
60
80
10 0
0 100 20 0 300 40 0 500 60 0 700 80 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 246 kmh주행시간 875 s주행거리 598 km
Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
[목표차속 650 kmh] 시험모드
0
30
60
90
120
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 654 kmh주행시간 793 s주행거리 1441 km
START 15 sEND 808 s
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 28 -
Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
[목표차속 950 kmh]의 시험모드
0
30
60
90
120
150
0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0
Time(s)
Velo
city(k
mh
)
평균속도 973 kmh주행시간 80 7 s주행거리 2182 km
START 56 s END 863 s
33 N2O 측정과 분석
차 동력계에서의 실험방법은 엔진에서 연소된 배출가스가 일정부분 희
석된 후 테들러 백에 보 되어 배출가스를 정량 분석한다 따라서 자동차
에서 배출되는 N2O는 배출가스 측정 시스템상 일정부분 희석된 가스를
채취하기 때문에 미량으로 검출된다 이때 분석에 사용하고 남은 배출가
스 에 일부를 2L 테들러 백에 채취하여 ECD 검출기가 장착된 가스크
로마토그래피로 N2O를 분석한다 본 시험에 사용된 N2O 분석조건을
Table 33에 나타내었으며 동력계 배출가스 측정기기에서 시료를 채취하
는 모습을 Fig 310 채취한 시료를 분석하는 가스크로마토그래피를 Fig
311에 나타내었다
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 29 -
Fig 310 Overview of sampling
Fig 311 View of GC-ECD
Table 33 Analysis condition of GC-ECD
Detector ECD (Electron Capture Detector)
Column Porapak Q (80120 mesh)
Column temp 150
Detector temp 350
Carrier gas N2 (9999)
Sample flow 30 mLmin
34 시험 상 차량
우리나라의 체 차량 수 60를 차지하는 휘발유 차량을 시험 상으로
선정하 다 휘발유 차량은 연료특성상 경유보다 메탄을 많이 배출하며
오염물질을 감하기 해 장착된 매에 의해 아산화질소를 많이 배출한
다 차량은 800~1500cc의 소형차와 1500~2000cc이하의 형차를 상으로
하 다 차량의 연식은 규제 기 연식에 맞추어 Fig 312와 같이 규제
기 년도별로 시험할 경우 그 배출특성을 세부 으로 알 수 있으나 시험
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 30 -
여건상 2000년을 기 으로 1999년 이 과 2000년 이후로 정하 다 주행
거리는 차량의 보증기간인 80000km를 기 으로 나타내었다 시험차량은
차속별 모드와 CVS -75모드로 시험했으며 그 제원과 수는 Table 34와
같다
Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
062
012
106025
00250031
040
211
016
025
0047
COHCNOx
05
0
10
15
20
25 07
06
04
03
02
01
0
05
`91 `00 `027 `06`98 `01
CO
Em
issi
ons
(gk
m)
HC
NO
xEm
issi
ons
(gk
m)
Table 34 The number of cars for driving test mode
Displacement
(cc)
Model
year
Mileage
(km)
CH4 N2O
speed CVS-75 speed CVS-75
800~1500cc
`99년이80000km 미만 2 1 1 -
80000km 이상 7 5 5 3
`00년이후80000km 미만 4 3 2 2
80000km 이상 - - - -
1500~2000cc
`99년이80000km 미만 3 1 2 -
80000km 이상 3 1 2 -
`00년이후80000km 미만 1 1 1 1
80000km 이상 1 1 1 1
합 계 21 13 14 7
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 31 -
4 결과 고찰
41 메탄(CH4)
메탄은 엔진에서 불완 연소에 의해 배출되거나 매를 통과해도 완
히 산화되지 않는다 휘발유 차량의 속도별 연식별 주행거리별 메탄의
배출특성을 알아보고 냉간 시동(cold start)과 열간 시동(hot start)의 비교
로 매의 온도에 따른 배출특성을 연구하 다
411 차속별 배출특성
총 21 차량의 차속별 메탄 배출량을 측정한 결과 Fig 41과 같이
체 으로 속 구간에서는 메탄 배출량이 높게 배출되고 차속이 증가함에
따라 감소하는 경향을 보이고 있다 차속별 배출량을 25 50 75
95 값과 그 외의 값은 outlier로 나타내었다
Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
Vehic le speed (km h)
0 20 40 60 80 100 120
CH
4 (gk
m)
0 00
005
010
015
020
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 32 -
시험차량이 총 21 로 연식과 주행거리의 범 가 커 변화가 크게 나타났
다 차속이 증가함에 따라 데이터의 폭이 좁아져 편차가 작아지고 있는
것을 보여주고 있다 차속이 증가함에 따라 불완 연소가 감소하며 메탄
의 배출량이 감소한 것으로 사료된다
Fig 42의 차속별 배출특성을 보면 NMHC와 메탄이 높은 상 계를
나타내고 있다 NMHC와 메탄 모두 공회 속도를 표하는 45kmh에
서 가장 높게 나왔으며 속도가 증가할수록 낮게 배출되었다 NMHC는
65kmh를 기 으로 0 ~ 014gkm의 배출범 에 비해 메탄은 0 ~
003gkm로 배출범 가 좁다
Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
y = 00976x
R2 = 08035
000
002
004
006
008
010
00 02 04 06 08
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 01894x
R2 = 07694
000
002
004
006
008
010
000 005 010 015
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 02175x
R2 = 0753
000
002
004
006
008
010
000 002 004 006 008 010
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
y = 0015x + 00532
R2 = 05872
000
005
010
015
020
0 1 2 3 4 5 6
NMHC (gkm)
CH
4 (
gk
m)
(a) 45 kmh (b) 235 kmh
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
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- 54 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 33 -
한 속도가 증가함에 따라 NMHC의 배출범 는 크게 감소하지만 메탄
의 경우 차속 65kmh 이상에서는 배출범 가 비슷하게 나타났다 메탄은
매에 의한 감율이 NMHC보다 낮은 것으로 사료된다
412 연소효율과의 계
최종 배출구의 총 연소효율은 엔진에서 배출되고 매를 지난 이산화탄
소와 일산화탄소의 비율로 구할 수 있다 Fig 43은 휘발유 승용차 21
의 차속별 연소효율 평균과 차속별 NMHC CH4 배출량 평균을 나타내었
다 차속이 증가함에 따라 연소효율이 증가하고 NMHC와 메탄 모두 감
소하는 것으로 나타나 총 연소효율이 불완 연소에 의해 생성되는 메탄
과 한 계가 있음을 보여 다
(a) NMHC
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4
emission by vehicle speed
095
096
097
098
099
100
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
Com
busti
on
eff
icie
ncy
0
1
2
3
4
5
NM
HC
(g
km
)
연소효율
NMHC
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 34 -
0 9 5
0 9 6
0 9 7
0 9 8
0 9 9
1 0 0
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
Veh ic le speed ( kmh)
Co
mb
ustio
n e
ffic
ien
cy
0 0 0
0 0 3
0 0 6
0 0 9
0 1 2
0 1 5
CH
4 (
gk
m)
연 소 효 율
CH4
(b) CH4
Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission
by vehicle speed (continued)
413 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 연식별 주행거리에 따른 NMHC와 메탄
의 배출량을 Fig 44에 나타내었다 연식은 자동차 배출가스 규제물질 강
화년도인 2000년도를 기 으로 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로
나 었으며 시험 차량의 제원은 Table 41과 같다
Table 41 Model year and mileage of test cars
연식 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
1999년 이
1997 56000
1997 57350
1998 43500
2000년 이후
2000 27114
2001 28696
2003 23526
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 35 -
Fig 44는 연식별 NMHC과 메탄의 차속별 배출량을 나타낸 것이다
NMHC와 메탄 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이
차속에서 감소하 다 특히 NMHC에서는 각 차속별 구간의 평균 81
의 감율로 큰 차이를 보이고 있으나 메탄은 평균 59로 NMHC의
감율보다 다소 었다 1999년 이 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차
량은 개선된 연소기술과 매기술로 HC가 많이 감소한 것으로 사료되며
HC에서 부분을 차지하는 NMHC의 감은 뚜렷하나 메탄은 배출량이
미량이기 때문에 감율이 은 것으로 사료된다
(a) NMHC
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by model
year
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 36 -
000
003
006
009
012
015
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(b) CH4
Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission
by model year (continued)
Fig 45는 1999년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NMHC와 CH4의 배출량을 나타내었다 화년도인 2000년도를 기 으로
1999년 이 연식과 2000년 이후 연식으로 나 었으며 시험 차량의 제원
은 Table 42과 같다
Table 42 Model year and mileage of test cars
주행거리 구분 연식 (year) 주행거리 (km)
10만km 미만1997 56000
1997 94650
10만km 이상
1994 135431
1995 100600
1996 127912
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 37 -
주행거리가 증가함에 따라 NMHC은 차속구간별 평균 62 증가한 반면
메탄은 48정도 증가하 다
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NM
HC
(gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
(a) NMHC
(b) CH4
Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by mileage
000
0 03
0 06
0 09
0 12
0 15
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
CH
4 (
gk
m)
10만km 미만
10만km 이상
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 38 -
414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동시의 메탄 배출특성을 알아보았다 CVS-75
모드에서 시험한 소형차량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 메탄
배출량을 아래의 Fig 46에 나타내었다 체 메탄 배출량의 583가 냉
간 시동에서 배출되었다 차량 연식과 상 없이 냉간 시동에서 더 많이
배출되었고 연식이 증가함에 따라 냉간 시동과 열간 시동 모두 감하는
경향을 보 으며 특히 열간 시동에서 뚜렷하게 나타났다 메탄이 열간 시
동에 비해 냉간 시동에서 많이 배출되는 것은 매 온도가 낮은 상태에서
light-off 되기 으로 매가 활성화되기 의 제어되지 않은 메탄이 많
이 배출되는 것으로 사료된다 한 연식이 증가함에 따라 체 으로 배
출량이 감된 것은 차 개선된 제어기술에 의한 것으로 사료된다
Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
000
001
002
003
004
005
1995 1997 2001 2003
CH
4 (
gk
m)
c o ld s ta rt
h o t s ta r t
Fig 47은 1995년 ~ 1997년 연식을 가진 소형차량의 주행거리에 따라 비
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 39 -
교한 결과를 나타낸 것이다 모두 냉간 시동이 열간 시동보다 메탄 배출
량이 높았다 시험수가 어 경향이 뚜렷하게 나타나지 않지만 체 으
로 냉간 시동과 체 배출량 모두 주행거리의 축척에 따라 메탄 배출량이
증가하는 경향을 나타내었다
Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
000
001
002
003
004
005
56000 94650 100600 127912
mile age
CH
4 (
gk
m)
c o ld start
ho t start
42 아산화질소(N2O)
아산화질소(N2O)는 주로 매에서 NOx의 불완 환원에 의해 생성된다
CO HC NOx를 제어하기 해 매를 장착한 휘발유 승용차의 속도별
연식별 주행거리별 아산화질소의 배출특성을 알아보고 냉간 시동과 열간
시동의 아산화질소 배출량 비교로 매의 온도에 따른 특성을 알아보았
다
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
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Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 40 -
421 차속별 배출특성
아산화질소의 체 차속별 배출량을 나타낸 결과 Fig 48과 같이 나타
났다
Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
N2O
(gk
m)
00
01
02
03
04
05
06
차속이 증가함에 따라 차 아산화질소가 감소하다가 95kmh의 속도에
서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다 아산화질소는 NOx의 불완 환
원에 의해 생성되며 NOx가 Fig 49와 같이 고속에서 다시 증가하여 아
산화질소도 다시 증가하는 것으로 사료된다 연소에서 생성하는 NOx의
부분은 thermal NO로 연료가 연소할 때 발생하는 fuel NO도 요한
생성원인이나 thermal NO는 산소의 농도 화염온도 체류시간이 당하
면 고온 역 어디에서나 발생된다26)
따라서 고속에서 증가하는 NOx는
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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- 55 -
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Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 41 -
엔진의 고온에 따른 thermal NO에 의한 것으로 사료된다
Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
Vehicle speed (kmh)
0 20 40 60 80 100 120
NO
x (g
km
)
0
1
2
3
4
5
Fig 410은 차속별 배출특성을 보면 NOx와 아산화질소의 상 계를 나
타내고 있다 NOx와 아산화질소 모두 속도가 증가함에 따라 배출량이 감
소하다가 950kmh의 속도에서는 증가하는 경향을 보이고 있다 특히
NOx의 경우 차속이 증가함에 따라 105kmh의 속도이상에서 NOx 범
가 0 ~ 15 gkm사이로 크게 변화가 없으나 N2O의 경우 배출량이 감소
하고 범 도 차 좁아지는 것으로 나타났다
a
b
c
d
e
f
g
a
b
c
d
e
f
g
ag outlier
b 95
c 75
d 50
(medium)
e 25
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 42 -
Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
(c) 650 kmh (d) 950 kmh
y = 00431x + 01423
R2 = 04293
00
01
02
03
04
00 10 20 30
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 00478x + 00386
R2 = 03775
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
(a) 105 kmh (b) 235 kmh
y = 00516x + 00172
R2 = 02308
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(gk
m)
y = 0031x + 00086
R2 = 05621
000
005
010
015
020
00 05 10 15 20
Nox (gkm)
N2O
(g
km
)
422 NOx CO와의 상 계
매 내의 CO와 NOx의 반응에 의해 N2O가 생성한다는 메커니즘19)을
바탕으로 실제 시험데이타를 용하여 알아보았다 Fig 411 ~ 412는
CVS-75모드 시험의 결과를 바탕으로 N2O와 NOx CO와의 상 계를
알아보았다 아산화질소의 생성에 가장 한 련이 있는 NOx와 아산
화질소는 상 계수 07의 높은 상 계를 나타냈다 반면에 CO는 NOx
보다 상 계수가 지만 036의 상 계를 나타냈다
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 43 -
Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3NO x (gkm)
N2O
(gk
m)
1 phase
2 phase
3 phase
R2=070
Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
00
01
02
03
0 1 2 3 4 5 6
CO (gkm)
N2O
(gk
m)
1phase
2phase
3phase
R2=036
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
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5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
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슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
3 부문별 CO2온실가스 배출통계 산업자원부 httpwwwmociegokr
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4 엄명도 외 자동차의 온실가스 배출량 조사 환경부 국립환경연구원
(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
서울 pp 29 ~ 32 (1999)
6 강승진 권원태 외 온실가스 감기술 환경 리공단 인천 2003
7 Daniel L A Myles R A(Eds) Summary for Policymakers Climate
Change 2001 Scientific Basis IPCC pp 3 ~ 7(2001)
8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
내배출량 (2002년기 )
10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 44 -
423 연식 주행거리와의 계
차속별 모드로 시험한 승용차의 아산화질소 배출특성을 연식 주행거
리와의 계를 알아보았다
Fig 413은 1999년 이 연식과 2000년 이후 연식의 차속별 NOx와 N2O
의 배출특성을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 41과 같다 NOx와
N2O 모두 1999년 이 연식보다 2000년 이후 연식의 배출량이 차속에
서 감소하 다 특히 NOx에서는 각 차속별 구간의 평균 83의 감율로
큰 차이를 보이고 있으나 아산화질소는 평균 59로 NOx의 감율보다
다소 었다 오래된 연식에 비해 2000년 이후 연식의 차량은 개선된 연
소기술과 매기술로 NOx가 많이 감소한 것으로 사료되며 아산화탄소
역시 그 향으로 감소한 것으로 사료된다
Fig 414는 99년 이 연식의 주행거리가 다른 소형차량을 차속별로
NOx와 N2O의 배출량을 나타내었다 시험차량의 제원은 Table 42와 같
다 주행거리가 증가함에 따라 NOx는 차속구간별 평균 35정도 증가한
반면 아산화질소는 18정도 증가하 다
차량의 주행거리보다 연식에 의한 배출량 차이가 더 크게 나타났으며
2000년도의 규제강화에 따라 개선된 연소기술과 매기술에 의해 NOx가
감소하여 N2O 역시 감소한 것으로 사료된다
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
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18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
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19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
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20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
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21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
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22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 45 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
NO
x (
gk
m)
` 99년 이전
` 00년 이후
(a) NOx
(b) N2O
Fig 413 Characteristics of NOx and N2O emission by model year
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle speed (kmh)
N2O
(g
km
)
` 99년 이전
` 00년 이후
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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(2005)
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(2001)
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Change 2001 Scientific Basis IPCC pp 3 ~ 7(2001)
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- 55 -
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25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 46 -
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
Vehic le speed ( kmh)
NO
x (
gk
m)
1 0만km 미만
10만km 이상
(a) NOx
(b) N2O
Fig 414 Characteristics of NOx and N2O emission by mileage
00
01
02
03
04
0 20 40 60 80 100
Vehicle s peed (km h)
N2O
(g
km
)
10만 km 미 만
10만 km 이 상
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
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0 1 5
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3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
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43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
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- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
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TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
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- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
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5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
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(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
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8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
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10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
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12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
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Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
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2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
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18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 47 -
424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
차량의 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 통해 매온도에
의한 아산화질소 배출특성을 알아보았다 CVS-75 모드에서 시험한 소형차
량의 차량연식별 냉간 시동과 열간 시동의 아산화질소 배출량을 Fig 415
에 나타내었다 99년 이 연식의 경우 열간 시동에서 더 많이 배출되며
00년 이후 연식에서는 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 특히 규제물질
기 이 강화된 2002년 6월 이후의 03년 이후 연식의 경우 2001년에 비해
92정도 감되었다 01년 이후의 새 매의 경우 매의 활성화가 되기
인 냉간 시동에서 아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다 99년 이
연식의 경우 냉간 시동에서 게 배출되었다기보다 오래된 매의 경
우 매의 활성화가 떨어지고 한 고온의 열간 시동에서 NOx의 증가로
열간 시동에서 더 많이 배출된 것으로 사료된다 한 매의 light-off 온
도가 새 매의 경우 오래된 매보다 낮아 새 매는 냉간 시동에서 많
이 배출되고 오래된 매는 열간 시동에서 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
000
005
010
015
99년 이전 00년 ~ 02년 03년 이후
N2O
(gk
m)
co ld start
hot start
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
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24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
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25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 48 -
Fig 416은 CVS-75모드에서 시험한 2000년 연식의 소형차량 주행거리 3
만km 차량과 10만km 차량의 아산화질소 배출특성을 나타낸 것이다 3만
km 차량은 열간 시동보다 냉간 시동에서 더 많이 배출되었다 10만km차
량은 냉간 시동보다 열간 시동에서 더 많이 배출되었다 주행거리가 은
차량은 매의 light-off 온도가 낮아 냉온 시동에서 더 많이 배출된 것으
로 사료되며 주행거리 에 의한 매의 열화로 인해 열간 시동에서
아산화질소가 많이 배출된 것으로 사료된다
Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
0 0 0
0 0 5
0 1 0
0 1 5
0 2 0
3 만 km 1 0 만 km
N2O
(gk
m)
c o ld start ho t sta rt
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
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(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
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Change 2001 Scientific Basis IPCC pp 3 ~ 7(2001)
8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
내배출량 (2002년기 )
10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 49 -
43 IPCC 배출계수와 비교
자동차 온실가스 배출량 산정방법 IPCC (Intergovernmental Panel
on Climate Change)에서 권장한 Tier 1 방법은 연료사용량과 연료별 배
출계수를 곱하여 산정하는 방법이다27)
Table 43은 IPCC에서 권장한 메
탄과 아산화질소의 연료별 배출계수를 나타낸 것이다
Table 43 Emission factor of CH4 N2O
(단 kgTJ)
구 분
CH4 N2O
석탄천연
가스석유 석탄
천연
가스석유
에 지사업 1 1 3 14 01 06
수
송
항공 05 2
육상 50가솔린 디젤 01 가솔린 디젤
20 5 06 06
철도 10 5 14 06
해운 10 5 14 06
2행정 엔진의 배출계수는 4행정에 비하여 3배가 높음
실험데이터를 배출계수로 환산하여 Fig 417 ~ 418과 같이 IPCC의 배출
계수와 비교하 다 실험데이터(gkm)는 연비(kml)와 연료 열량(TJl)을
이용해 환산하 다 메탄의 경우 실험데이터 모두 IPCC의 배출계수
20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며 아산화질소의 경우 실험데이터 모
두 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보 다 메탄과 아산
화질소의 실험데이터 모두 연식이 오래될수록 컸으며 주행거리에서는 크
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
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8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
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10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
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11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
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18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
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20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
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On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
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24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
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25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 50 -
게 차이가 나지 않지만 주행거리가 될수록 배출계수가 커지는 경향
이 나타나 Tier 1 방법과 실제 차량특성을 고려한 방법과 다소 차이가 났
다 연식 주행거리 등 차량 제어기술에 따라 배출량 산정할 경우 메탄
은 기존 IPCC 배출계수를 용한 배출량보다 게 아산화질소는 더 많
은 값의 배출량이 산출될 것으로 사료된다
Fig 417 Comparison of methane emission factor
0
5
10
15
20
25
- 50000 100000 150000 200000
M ile age (km)
CH
4 (
kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
2 0 kgTJ ( IP CC T ie r 1 )
Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
0
10
20
30
40
50
- 50000 100000 150000 200000
M ile age ( k m)
N2O
(kg
TJ)
`9 9 년 이 전
`0 0 년 이 후
0 6 kgTJ ( IP C C T ie r 1 )
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
3 부문별 CO2온실가스 배출통계 산업자원부 httpwwwmociegokr
uploadstatisticstotal_statistical_listasp (2005)
4 엄명도 외 자동차의 온실가스 배출량 조사 환경부 국립환경연구원
(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
서울 pp 29 ~ 32 (1999)
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Change 2001 Scientific Basis IPCC pp 3 ~ 7(2001)
8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
내배출량 (2002년기 )
10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 51 -
5 결론
휘발유 자동차의 메탄과 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 아래의 결
론을 얻었다
1 휘발유 승용차에서 배출되는 메탄은 불완 연소에 의한 물질로 연소
효율이 증가함에 따라 배출량이 감소하는 등 차량의 연소효율과 연 성이
높은 것으로 나타났다
2 차량의 연식별로 메탄의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의 배출
량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하 다
주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상의 차량은 10
만km 미만의 차량보다 차속별로 평균 48 증가한 것으로 나타났다
3 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식 주행거리와 상 없이 냉간 시동에서 열간 시동보다 더 많은
메탄이 배출되는 것으로 나타났다 이것은 낮은 매 온도에 의해 매
활성화가 감되어 HC가 감되지 못해 메탄 한 많이 배출된 것으로
사료된다
4 휘발유 승용차에서 배출되는 아산화질소는 차량 매에서 NOx의 불완
환원에 의해 생성되며 차속이 증가함에 따라 배출량이 감소하다가
70kmh이상의 고속에서는 다시 증가하는 NOx의 차속별 배출특성과 비
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
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(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
서울 pp 29 ~ 32 (1999)
6 강승진 권원태 외 온실가스 감기술 환경 리공단 인천 2003
7 Daniel L A Myles R A(Eds) Summary for Policymakers Climate
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8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
9 기후변화 약 교토의정서 응 략연구 에 지경제연구원 2002 국
내배출량 (2002년기 )
10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 52 -
슷한 경향을 보 다 한 아산화질소의 생성인자 하나인 CO와의 상
계를 분석한 결과 NOx와의 상 계(R2=07)보다 은 상 계
(R2=036)를 보 다
5 차량의 연식별로 아산화질소의 배출특성을 연구한 결과 1999년 이 의
배출량과 비교해서 2000년 이후의 배출량이 차속별로 평균 59 감소하
다 주행거리별로 연구한 결과 10만km를 기 으로 10만km 이상 차량은
10만km 이하 차량과 비교해서 차속별로 평균 18 증가하는 것으로 나타
났다
6 냉간 시동과 열간 시동의 비교로 매온도에 한 배출특성을 연구한
결과 연식이 오래될수록 주행거리가 됨에 따라 냉간 시동보다 열간
시동에서 아산화질소가 더 많이 배출되었다 연식이 최근이거나 주행거리
가 짧은 경우 매온도가 낮을 때 매의 활성화가 하되어 냉간 시동에
서 아산화질소가 많이 배출되며 연식이 오래될수록 주행거리가 길수록
열간 시동에서 더 많이 N2O가 생성되는 것은 노후된 매의 경우
light-off온도가 높아져 열간 시동에서도 N2O가 많이 생성되는 것으로 나
타났다
7 실험데이타를 IPCC에서 권장한 배출계수와 비교한 결과 메탄의 경우
실험데이터가 IPCC의 배출계수 20kgTJ에 못 미치는 경향을 보 으며
아산화질소의 경우 IPCC 배출계수 06kgTJ보다 훨씬 웃도는 경향을 보
여 실제 배출되는 경향이 IPCC 배출계수와 다른 것으로 나타났다
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
3 부문별 CO2온실가스 배출통계 산업자원부 httpwwwmociegokr
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4 엄명도 외 자동차의 온실가스 배출량 조사 환경부 국립환경연구원
(2001)
5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
서울 pp 29 ~ 32 (1999)
6 강승진 권원태 외 온실가스 감기술 환경 리공단 인천 2003
7 Daniel L A Myles R A(Eds) Summary for Policymakers Climate
Change 2001 Scientific Basis IPCC pp 3 ~ 7(2001)
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10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
에 지경제연구원 (2004)
11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
환경 련규제의 거시경제효과 분석 건설교통부 pp 184 ~ 191 (1999)
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 53 -
참고문헌
1 기후변화 약 응 제3차 종합 책 기후변화 약 책 원회 pp 3 ~ 5
(2005)
2 Article 7 Annex A Kyoto Protocol to the UNFCCC UN (1997)
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5 이우근 이찬기 이해 이종범 공역 지구온난화의 책기술 동화기술
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8 기후변화 약과 우리의 응 산업자원부 pp 7 ~ 9(2005)
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10 방기열 기후변화 약 응을 한 장기 정책 략에 한 연구
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11 이성원 외 교통분야 온실가스 감축 련 온실가스 감축 책 등 교통
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- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
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14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
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Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 54 -
12 National Greenhouse Gas Inventory Data From Annex I parties for
1990 to 2001 UNFCCC (2003)
13 United Nations Framework Convention on Climate Change
httpwwwunfcccint (2004)
14 Sebastian Vicuna Exploring Greenhouse Gas Reduction Options for
Automobiles A Report on the International Vehicle Technology
Symposium Environmental Defense Sacramento pp 6~8 (2004)
15 Inventory of US Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990～
2003 EPA pp 124~125 (2005)
16 E K Nam T E Jensen T J Wallington Methane Emissions from
Vehicles Vol 38 Environ Sci Technol 2004
17 Coralie Cooper Dan M Stephen B Reducing Greenhouse Gas
Emissions from Light-Duty Motor Vehicles NESCCAF pp E1~E27
(2004)
18 Paul Degobert Automobiles and Pollution Society of Automotive
Engineers Warrendale 1995 p243 p359~360
19 E Behrentz R Ling P Rieger A M Winer Measurements of
nitrous oxide emissions from light-duty motor vehicles a pilot
study Vol 38 NO12 Environ Sci Technol 2004
20 K H Becker J C Lorzer(Eds) Nitrous Oxide (N2O) Emissions
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
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26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
-
- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
-
- 55 -
from Vehicles Vol 33 Environ Sci Technol 1999
21 M W Meffert D L Lenane(Eds) Analysis of Nitrous Oxide Emiss
ions from Light Duty Passenger Cars 2000-01-1952 Society of Auto
motive Engineers 2000
22 제4장 후처리 기술 자동차와 환경 httpwwwautoenvorg (2005)
23 Update of Methane and Nitrous Oxide Emission Factors for
On-Highway Vehicles EPA420-P-04-016 Office of Transportation
and Air Quality U S Environmental Protection Agency (2004)
24 N Koike M Odaka H Suzuki Reduction of N2O from
Automobiles equipped with Three-way Catalyst-Analysis of N2O
Increase Due to Catalyst Deactivation 1999-01-1081 Society of
Automotive Engineers 1999
25 Cant NW Angove DE and CHambers DC Nitrous Oxide
Formation During the Reaction of Simulated Exhaust Streams over
Rhodium Platinum and Palladium Catalysts Appl Catal B
Environ 17 63 1998
26 자동차환경센터 자동차환경개론 문운당 p 66 ~ 69 (2000)
27 IPPC 「Revised 1996 IPPC Guidelines」 - Volume 3 pp (1997)
- 목차
-
- 1 서론
- 2 문헌연구
-
- 21 온실효과
-
- 211 온실효과의 원리
- 212 온실가스 종류
-
- 22 자동차 온실가스 배출 현황
- 23 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)의 생성 메커니즘
-
- 231 메탄(CH4)
- 232 아산화질소(N2O)
-
- 3 연구방법
-
- 31 차대동력계를 이용한 배출가스 측정방법
- 32 시험모드
-
- 321 CVS-75 모드
- 322 차속별 모드
-
- 33 N2O 측정 분석
- 34 시험대상 차량
-
- 4 결과 및 고찰
-
- 41 메탄(CH4)
-
- 411 차속별 배출특성
- 412 연소효율과의 관계
- 413 연식 및 주행거리와의 관계
- 414 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 42 아산화질소(N2O)
-
- 421 차속별 배출특성
- 422 NOx CO와의 상관관계
- 423 연식 및 주행거리와의 관계
- 424 냉간 시동과 열간 시동의 배출특성
-
- 43 IPCC 배출계수와 비교
-
- 5 결론
- 참고문헌
-
- 표목차
-
- Table 21 Classification of greenhouse gases
- Table 22 CO2 inventory of fuel combustion
- Table 23 Annual national CO2 inventory by transportation
- Table 24 National transport greenhouse gas inventory
- Table 25 Emission factors for CH4 for highway vehicles
- Table 26 Emission factors for CH4 for alternative fuel vehicles
- Table 27 Emission factors for N2O for highway vehicle
- Table 31 Specification of chassis dynamometer
- Table 32 Specification of exhaust gas analysis system
- Table 33 Analysis condition of GC-ECD
- Table 34 The number of cars for driving test mode
- Table 41 Model year and mileage of test cars
- Table 42 Model year and mileage of test cars
- Table 43 Emission factor of CH4 N2O
-
- 그림목차
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- Fig 21 Variations of the Earths surface temperature for the past 140 years
- Fig 22 Global atmospheric concentrations of three well mixed greenhouse gases
- Fig 23 Transport CO2 emission contribution
- Fig 24 Correlation between of N2O and NOx
- Fig 25 Vehicle emissions of N2O versus CO
- Fig 26 N2O emission rate versus NOx conversion efficiency
- Fig 27 Catalytic converter location and inside construction
- Fig 28 N2O formation rate versus catalyst temperature
- Fig 29 10000mile modal N2O emissions
- Fig 210 N2O emissions by mileage
- Fig 211 Characteristics of N2O emission by catalyst condition
- Fig 31 Overview of chassis dynamometer
- Fig 32 Exhaust gas analyzer
- Fig 33 Schematic diagram for exhaust emission test system
- Fig 34 Driving cycle of CVS-75 mode
- Fig 35 Driving mode of final representative speed 45 kmh
- Fig 36 Driving mode of final representative speed 105 kmh
- Fig 37 Driving mode of final representative speed 245 kmh
- Fig 38 Driving mode of final representative speed 650 kmh
- Fig 39 Driving mode of final representative speed 950 kmh
- Fig 310 Overview of sampling
- Fig 311 View of GC-ECD
- Fig 312 Year regulation of gasoline passenger car
- Fig 41 Characteristics of CH4 emission by vehicle speed
- Fig 42 Characteristics of NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 43 Overall combustion efficiency and NMHC CH4 emission by vehicle speed
- Fig 44 Characteristics of NMHC and CH4 emission by moel year
- Fig 45 Characteristics of NMHC and CH4 emission by milage
- Fig 46 Characteristics of methane emission by CVS-75 mode phase
- Fig 47 Characteristics of methane emission by mileage
- Fig 48 Characteristics of N2O emission by vehicle speed
- Fig 49 Characteristics of NOx emission by vehicle speed
- Fig 410 Characteristics of NOx N2O emission by vehicle speed
- Fig 411 Characteristics of NOx versus N2O emission
- Fig 412 Characteristics of CO versus N2O emission
- Fig 415 Characteristics of N2O emission by model year
- Fig 416 Characteristics of N2O emission by mileage
- Fig 417 Comparison of methane emission factor
- Fig 418 Comparison of nitrous oxide emission factor
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