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자동차용 친환경 연료와 CO2
2008.
11.
20.
(사)한국자동차기술인협회 홍보이사 김 경 배
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
※목
차
1. 개 요
2. 미국의 자동차 CO2 저감과 관련된 기업평균연비 규제
3. EU의 자동차 CO2 저감 규정강화
4. 기후변화와 인체영향
5. 우리나라의 온실물질 배출량
6. CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
7. CO2저감을 위한 친환경연료 보급
8. CO2저감을 위한 엔진과 운전기술
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
1. 개
요
◈ 온난화 문제를 줄이기 위해 국제 연합 기본 협약(The United
Nations Framework Convention on Climate Change. 약칭
UNFCCC 혹은 FCCC)이 지난 1992년 6월 브라질 리우데자네이루
에서 결성
- 온실가스 배출량을 2000년까지 1990년 수준으로 회복· 감축토록 요구
- 유럽 신규제작자동차 CO2 배출수준을 1995～2004년 사이에 12.4%나
감소시키는 효과
◈ 유럽연합의 CO2 감축전략의 첫단계(교토협약에 따른 8% 감축 달성)
- 유럽은 2008년까지 CO2 배출을 140g/km, 일본 및 한국은 2009년까지
140g/km에 맞추도록 강요
- 유럽연합은 현재, 소형자동차로부터의 CO2 배출을 감소시키는 목적 달성을
위해 이용가능한 모든 수단과 방침을 최대한 동원
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
2. 미국의 자동차 CO2 저감과 관련된 기업평균연비 규제
◈ 기업평균연비, 즉 CAFE, Corporate Average Fuel Economy 프로그
램을 시행<1979년 이후 지속적 제도 보완 및 개선>
- 2006년 8월, CAFE 기준 개정규칙(안)이 마련 경트럭의 평균 연비기준이 2011년
까지 1갤런당 23.9마일 수준으로 강화
- 대상범위로 중대형 SUV 공차중량 500~10,000파운드까지를 포함
- 새로운 CAFE 프로그램으로는 자동차의 수직 투영면적(footprint)과 차축간 거리
(Wheel-base)에 따른 연비계산 방식을 채택
- 새로운 CAFE 프로그램으로는 자동차의 수직 투영면적(footprint)과 차축
간 거리(Wheel-base)에 따른 연비계산 방식을 채택
◈ 메이커별 자동차 제작사가 만족시켜야 하는 CAFE 기준<2011년 까지
경량트럭 기준>
- GM : 23.2mpg / 포드 : 23.9mpg / 도요타 : 23.8mpg / BMW : 25.8mpg
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
3. EU의 자동차 CO2 저감 규정강화
◈ 161g/km 수준에서 2012년까지 120g/km 수준으로 감축하는 것을 목표
- 각종 법률 및 제도개선 진행 중
- Dimas 환경위원장의 환경법률 도입(CO2 배출규제 강화 및 판매 제한)
- 교토의정서에 의거 2009년까지 140g/km, 2012년까지 120g/km 위해 노력
(그림 1) ACEA, JAMA, KAMA의 연도별 CO2 배출감축 자발적 협약 이행 추이
※ 자료 : Reducing CO2 Emissions from New Cars, T&E, 2006. 4
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
3. EU의 자동차 CO2 저감 규정강화
◈ 지속적인 CO2 배출감소 요구<교통환경연합(T&E) 및 EU 집행위>
(그림 2) 각국의 자동차협회가 내놓은 1995~2003 간 CO2 감축율
자료 : Per Kageson, "Reducing CO2 Emissions from new cars", T&E, 2005. 1
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
3. EU의 자동차 CO2 저감 규정강화
◈ 유럽의회 환경위 소속 Chris Davies 의원 새로운 자동차 CO2 감축 전략
보고서 제출 (제안)
- CO2 평균 배출 감축 강제화를 비롯해 시장 메커니즘 도입, 자동차 형식 승인시
속도제한, 자동차 광고 및 라벨링을 통한 CO2 배출 관련 정보 제공 의무화" 등을
주요 내용으로 하는 감축 방안을 제안
- 2015년까지로 연장 설정하고 대신 별도의 보완 감축수단 없이 자동차 기술개선만
으로 120 g/km 달성을 의무화
- 2016년 까지 장기 감축 목표수준을 설정할 것을 요구하고 2020년과 2025 년까지
달성할 목표치로 각각 95kg/km, 70g/km를 제시
- 2015년 이후부터는 CO2 평균 배출 수준이 240g/km를 초과하는 多 배출 자동차에
대한 시장판매를 금지
- CARS(Carbon Allowance Reduction System)라는 새로운 시장 메커니즘 도입
(법적 배출 기준치에 따라 벌금 및 크레디트를 부여하는 제도)
- 2013년부터 특별용도 차량(응급용, 군사용 차량 등)을 제외한 승용차 최고속도가
162km/h를 초과할 수 없도록 하는 방법
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
4. 기후의 변화와 인체의 영향
건강 부작용
고온과 관련된 질병 및 사망
기후변화가
자연과 인간에
미치는 영향
기후변화
지역적인 기후변화
- 극한 기후(Extreme Weather)
- 온도(Temperature)
- 강수(Precipitation)
온실가스방출
감소를 위한
정책
극한 기후와 관련된 건강 영향
매개인자의 변화
대기오염 농도와 분포
대기오염과 관련된 건강영향
꽃가루 생산
알레르기 질환
미생물 오염과 전염
전염병
- 물과 음식으로 인한 질병
- Vector와 설치류로 인한 질병
곡물 수확량
해수면 변화
영양 실조
- 연안 홍수
- 연안 대수층 염분
(Aquifer Salinity)
- 태풍으로 인한 익사 와 상해
- 난민들의 보건문제
영향 과 적응평가
출처: Andy Haines et al. Health Effects of Climate Change. JAMA 2004; 291(1)
(그림 1) 기후변화로 인한 건강영향의 유형
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
4. 기후의 변화와 인체의 영향
건강영향분야
고온으로 인한
사망, 질병
기상재해로 인한
건강영향
기후변화로 인한
대기오염
으로인한
건강영향
질병관련 생태계
법정전염병
확인 내용
추가 확인 필요
- 고온현상 발생일수의 증가추세
- 취약계층과 민감집단의 확인
- 여름철 일최고기온의 증가추세
- 도시간 비교, 지역간 비교
- 기온상승에 의한 사망자 증가현상
- 예측, 경고, 대응능력의 향상방안
- 장기간 고온이 지속된 경우 사망자 급증 현상
- 질병악화에 대한 연구
- 홍수, 폭풍 등 발생 기상재해의 강도 증가 추세
- 위험가중요인 확인
- 발생 재해의 지속기간 증가추세
- 재해발생 후 질병변화 역학연구
- 재해로 인한 사망자 증가추세
- 예측, 경고, 대응능력의 향상방안
- 기온상승에 따른 오존농도 증가현상
- 대기오염과 기온의 사망에 미치는
상호작용 규명
- 꽃가루의 농도 증가
- 지역별 비교
- 식물이나 꽃가루에 대한 날씨의 영향
- 기온증가에 따른 모기 개체수 증가현상
- 체계적인 감시체계 구축
- 모기개체수의 증가추세
- 자료의 공유 시스템 구축
- 해수온도의 증가추세
- 지역별 비교
- 해수온도 증가에 따른 비브리오균 증가현상
- 질병발생과의 관계 연구
- 일반 전염병의 감소추세
- 기후와 연관한 질병 전파 역학 연구
- 사라진 질병 중 기후관련 질병의 재현
- 생태계의 변화와의 관계 연구
- 기후관련 질병의 증가추세
<표 1> 최근 10년간 국내기후변동으로 인한 건강 평가
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
5. 우리나라의 온실가스 배출량
◈ 각국에서 배출되는 온실가스의 배출량은 IPCC의 Guideline에서 제시
된 방법론으로 구축되고 있음
(그림 1) 도로이동오염원 CO2 배출량 산정 체계도
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
5. 우리나라의 온실가스 배출량
◈ 각국에서 배출되는 온실가스의 배출량은 IPCC의 Guideline에서 제시
된 방법론으로 구축되고 있음
(그림 2) 도로이동오염원 CH4, N2O 배출량 산정 체계도
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
5. 우리나라의 온실가스 배출량
◈ 국가별 연도별 수송부분 CO2 배출량
구분
1980
1990
2000
2001
2002
2003
’90~’03
증가율(%)
미국
4668
4842
5707
5630
5665
5729
18.3
중국
1396
2256
2935
2992
3207
3719
64.9
러시아
-
2023
1513
1516
1503
1527
-24.5
일본
869
1013
1159
1149
1185
1201
18.6
인도
299
598
979
989
1020
1050
75.6
독일
1061
966
834
851
841
854
-11.6
캐나다
428
430
531
523
532
553
28.6
영국
573
560
526
542
528
540
-3.6
이탈리아
363
400
427
428
435
453
13.3
한국
122
226
428
441
439
448
98.2
프랑스
465
355
380
389
380
390
9.6
멕시코
213
293
361
360
366
374
27.7
이란
92
175
306
318
337
349
99.1
<표 1> ns from Fuel Combustion 2005
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
5. 우리나라의 온실가스 배출량
◈ 우리나라 온실가스 배출량 (2004년 기준)
CO2 배출
CO2 흡
수
N2O
HFCs
(CO4
천톤)
(N2O천톤
)
(CO2
천톤)
1,223
67
7,121
482,485
317
3
490,211
482,485
45
3
484,495
1. 에너지산업
164,761
1
1
165,023
2. 제조업 및 건설업
147,771
11
1
148,459
3. 수송
96,083
16
1
96,645
4. 광업, 농림어업, 가
정, 상업, 공공․기타
73,870
17
0
74,368
0
272
0
5,716
1. 석탄
0
43
0
896
2. 석유 및 천연가스
시스템
0
230
0
4,820
온실가스 배출원/흡수원
온실가스 배출 및 흡수
총량
에너지
가. 연료연소 (부문별)
나. 탈루성 배출
(CO2
천톤)
526,839
-42,179
<표 2> 자 료 : 에너지경제연구원, 2006
PFCs
SF6
순배
출량
CH4
(천톤
CO2)
3,060
15,915
557,283
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
5. 우리나라의 온실가스 배출량
◈ 국가 온실가스 배출통계추이 (1990~2004)
(단위: 백만톤 CO2)
연도
1990
1995
2000
2002
2003
2004
총배출량 (배출원)
310.6
452.8
528.6
569.3
582.3
590.6
순배출량 (배출원과 흡수원)
286.8
431.5
491.4
535.9
548.6
557.3
1. 에너지부문
247.7
372.1
438.5
473
481.4
490.2
242.3
368.9
434.1
468.2
476.4
484.5
1. 에너지산업
38
83.2
125.9
146.8
151.2
165
2. 제조업 및 건설업
82
124.2
141.8
14834
150.8
148.5
3. 수송
42.4
77.2
87.1
94.9
97.9
96.6
4. 농림,광어업,
가정/상업, 공공/기타
79.9
84.3
79.3
78.2
76.5
74.4
5.4
3.2
4.4
4.8
5
5.7
1. 석탄생산
4.8
1.6
1.2
0.9
0.9
0.9
2. 석유/천연가스 시스템
0.6
1.6
3.2
3.9
4.1
4.8
가. 연료연소 (부문별)
나. 탈루성 배출
<표 3> 자료 : 에너지경제연구원, 2006
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
6.CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
◈ 소재별 경량화 기술동향
소재
소재의 특징/현사용부분
알루미늄
- 엔진본체와 관련부품, 휠,열교환기, 서스
펜션
암, 범퍼 빔 등
- 차체부품으로서는 엔진후드와 트렁크 리
드등
의 클로저 패널 채용
마그네슘
- 실용금속 중 가장 가벼운 금속
- 유럽, 미국, 일본에서 널리 사용 증가
- 자동차에 있어서는 진동흡수성이 높다는
점
을 살려 스티어링 휠 소재에 합금으로 사
용되
고 있는 것을 비롯해서 실린더 헤드커버
와스
티어링 컬럼의 키, 실린더하우징, 휠, 클러
치나
트랜스미션의 하우징 등에 도 적용
플라스틱
- 자동차 1대에 차지하는 구성 비율은 알루
미늄
과 거의 동등한 약 8% 수준
- 엔진부품으로는 실린더헤드 커와, 흡기 매
니폴
드, 라디에이터 탱크 등이 잇고, 외장부품
에서
는 범퍼와 휠커버, 헤드램프 렌즈, 도어핸
신기술 및 응용기술
다양한 알루미늄 합금을 개발하게 되었고 현재
는 프레스 성형에서 가장 곤란하다는 주름누름
(BHF) 제어
법이라는 성형방법이 개발
얇게 판막하고 미 분말이 생기지 않는 프레스가
공에 의한 마그네슘 합금 양산 기술 개발<마루
베니(丸紅)는 메이킹 다나카(田中)와 후지엔지
니어링>
- 강도 높은 소재와 조합하는 강복합재료
- 대표적인 것은 유리섬유로 강화한 글라스파
이버
(GFRP)와 탄소섬유로 강화 시킨 카본파이버
(CFRP)
카본파이버는 강도가 스틸의 4배이고 비중
은철
의 1/4이기 때문에 이미 F-1 등의 레이싱카
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
6.CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
◈ 소재별 경량화 기술동향
(그림 1) 소재별 출원현황
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
6.CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
◈ 소재별 경량화 기술동향
(그림 2) 연도별 소재별 출원 추이
(그림 3) 국내 주요 출원인 분포
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
6.CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
◈ 소재별 경량화 기술동향
(그림 4) 국내 주요 출원인의 소재별 출원현황
(그림 5) 플라스틱 소재의 기술별 출원분포
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
6.CO2 저감을 위한 자동차 경량화 기술
◈ 소재별 경량화 기술동향
(그림 6) 마그네슘 소재의 기술별 출원분포
(그림 7) 세라믹 소재의 기술별 출원분포
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
7.CO2 저감을 위한 친환경 연료 보급
◈ 바이오 디젤의 보급
- 폐식용유, 동․식물성 기름, 목화 씨앗, 옥수수, 대두, 유체 기름 등을 촉매를 사용해서
녹인 다음 에스테르화해서 제조한 것으로서 경유에 적정비율로 혼합하여 사용
- 국내 2002년부터 지식경제부 주관으로 수도권에 시범보급 시작
- 바이오매스는 함산소물질 포함 : 오염물질저감, CO2 배출 저감
(그림 1) 바이오디젤의 오염물질 저감효과
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
7.CO2 저감을 위한 친환경 연료 보급
◈ 바이오 부탄올
- 휘발유에 고농도 바이오 부탄올 혼합 가능
- 클로스트로스리듐 속 세균으로 밀집에서 바이오 부탄올 생산 가능
(미국 USDA 농업개발 서비스)
- 글루코스로부터 바이오부탄올을 생산하는 것보다 214% 높은 수율로 밀짚 가수
분해물로부터 바이오부탄올을 생산(나십 퀴레시(Nasib Qureshi)하는 연구
< 밀짚은 70% 상당의 복합 탄수화물로 구성돼 있어서 바이오 연료를 만들기
위한 전환 공정의 저비용 연료로서 이용 가능 >
- 듀폰바이오연료사(부사장 존 래니어리) :
바이오부탄올(biobutanol)과 셀룰로오스 에탄올(cellulosic ethanol)을 포함한
듀폰사의 바이오연료 기술을 상업화 추진
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
7.CO2 저감을 위한 친환경 연료 보급
◈ 바이오 부탄올
- 셀룰로오스를 바이오연료로 전환시키는 새로운 기술의 개발 및 공급 :
☞ 옥수수 줄기와 잎을 에탄올로 전환시키는 기술을 개발하기 위한 연구 프로그램
(듀폰사 및 미국에너지성 지원)
☞ 브로인 컴퍼니즈(Broin Companies)가 이 기술의 특허를 획득
-개선된 수행력을 이용하여 차세대 바이오연료의 개발 및 공급
☞ BP사와 듀폰사 : 진보된 바이오 연료 도입(바이오 부탄올 연구 개발 지속)
100
Reduction(%)
80
-60%
60
40
20
Gasoline
Ethanol
- wheat
Ethanol
- sugar
beet
ETBE
- wheat
ETBE
- sugar
beet
(그림 2) 알콜계 연료의 CO2 저감효과(ADEME-02)
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
8.CO2 저감을 위한 엔진과 운전기술
◈ 가벼운 엔진블럭 소재 사용 및 신기술 개발
◈ 에코드라이빙 운전기술 보급의 필요성
(그림 1) 디젤엔진 개발 추이
자 동 차 용 친 환 경 연 료 와 CO2
8.CO2 저감을 위한 엔진과 운전기술
◈ 친환경 경제운전(에코드라이빙)
- 같은 양의 연료로 더 먼 거리를 운행하는 것으로서, 배기가스 양은 물론이고
문제의 CO2 까지 감소시켜 줄 뿐 아니라 고유가 시대를 연비향상 효과로
대처하고 더 나아가서는 고갈되고 있는 화석연료 사용기간을 늘릴 수 있는
일석삼조의 효과를 볼 수 있음
- 배출권 문제에 당면한 환경부에서도 친환경 경제운전 방법인 10계명을 발표했지만
급가속, 급출발, 급정지와 같은 3대 금지사항에 대한 의식부재 문제가 큼
-현재 국회에서도 깊은 관심을 갖고 자동차에서 배출되는 CO2감축 방안을 위해서
에코드라이빙 효과를 확인하는 한편, 범국민적 운동차원의 체계적 시스템 구축고려
-모든 운전자들이 친환경 경제운전에 동참할 경우, 지구온난화 핵심물질인 배출가스
감소효과 외에도 맑아진 대기환경으로 깨끗한 공기를 마실 수 있음
자동차용 친환경 연료와 CO2
감사합니다
(사)한국자동차기술인협회 홍보이사 김 경 배