BMW 520d 화재 사건으로 본 배출가스 절감 방법들

유럽 연합이 지난 2014년 9월 유럽배출가스 기준(European emission standards)을 강화하면서, 디젤 엔진의 경우 NOx(질소 산화물)은 0.180 에서 0.08 g/km 로 대폭 강화시켜버림.

즉, 2009년 제정된 EURO 5 기준에 맞게 디젤 자동차를 생산하던 기업들은 강화된 EURO 6 기준에 맞춰 차를 생산해야 할 필요가 생김.

당시 유럽의 자동차 메이커들의 분위기는 수소, 전기 차와 같이 친환경 에너지를 사용하기보다는 디젤 엔진의 개량으로 연비를 향상시켜 디젤을 차세대 에너지로 쓴다는 전략이었음.

그런데 새로이 바뀐 배출가스 기준에 따라 질소산화물(NOx)을 대량 감축시켜야 할 처지에 처함.

공기 중의 80%에 해당하는 질소는 매우 안정적인 가스지만, 고압, 고온의 환경에서는 산소와 결합하여 일산화 질소(NO), 이산화질소 (NO2) 등 질소화합물을 생성하게 됨.

디젤 엔진의 경우, 플러그 없이 공기를 압축 착화시키기 때문에 고압을 포기할 수 없으며, 공기를 자연 흡기하는 것이 아니라 압축하므로 엔진으로 유입되는 산소의 농도가 커서 NOx 의 발생이 커짐.

결국, 디젤 엔진의 유로6 기준을 충족하기 위해서는 후처리 방법이 필요한데, 현재 사용되는 후처리 방법에는 EGR, SCR, DPF 등이 있음.

이 중 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 과 SCR(Selective Catalytic Reduction)은 NOx를 제거하기 위한 것이며, DPF(Diesel Particulate Filter)는 미세먼지 감축을 위한 것임.

EGR은 엔진에서 나오는 배기 가스를 한번 냉각시킨 후 흡입 공기와 섞어 엔진으로 보내는 것임. (고온을 줄이고, 산소 농도를 줄이기 위한 방법)

이렇게하면, 엔진으로 들어오는 공기 중 디젤과 반응할 산소의 양이 줄어들게 되고 덩달아 NOx의 양도 줄어듬.

그러나, 디젤이 반응할 산소의 양이 줄어들어 엔진 출력의 감소는 불가피할 뿐 아니라, 연소가 완전히 이루어지지 않아 탄소 알갱이 즉 매연은 증가하고 미세먼지 역시 증가함.

이처럼 디젤엔진은 NOx를 줄이면 미세먼지가 증가하고, 완전 연소로 미세먼지를 줄이면 NOx가 늘어나는 단점이 있음.

그래서, EGR을 쓰는 경우에는 DPF(Diesel Particulate Filter)를 써야 함. DPF는 엔진에서 나오는 미세먼지를 포집한 후 태워버리는 장치임.

그러나 DPF는 늘 작동하는 것이 아니라 필터에 어느 정도 먼지가 찼을 때 이루어지며, 먼지가 탈 때 고온이 발생하므로 자동차 냉각팬이 최대한 돌게 됨. 이때, 시동을 꺼서 냉각팬을 정지시키면 안됨.

EGR + DPF의 또 다른 문제는 불완전 연소되어 탄소 알갱이가 잔득 있는 배기 가스가 다시 엔진으로 돌아가게 되는데, 이 때 탄소 찌꺼기가 EGR 밸브 등에 늘러붙어 좁아지게 되는 경우가 있다는 것.

일각에서는 현재 연이어 발생하는 BMW 520D 의 경우 EGR 밸브 등에 늘러붙은 탄소 지꺼기에 고온의 배기 가스가 들어오면서 착화되어 발생하는 것이 아닌가 추측하고 있음.

SCR의 경우, EGR과 달리 고압의 공기 (즉, 고농도의 산소)를 공급하고 엔진의 폭발 온도로 의도적으로 높혀 미세 먼지를 줄이고, 대신 대량 생산되는 NOx는 요소수(Diesel exhaust fluid (DEF))를 배기 가스에 뿌려 환원시켜 질소와 수증기로 만들어 버리는 것을 말함.

이 경우 주기적으로 요소수를 주입해 줘야 함.