배출가스 정밀검사 대용량 자료를 활용한 경유자동차의 1차 생성 미세먼지 실배출 요인 연구

Abstract

경유차는 디젤엔진 특성으로 인해 1·2차 미세먼지 발생원을 다른 유종 차량보다 많이 배출하여, 도로이동오염원의 주요 원인으로 인식되어 왔다. 이에, 경유차 대기오염물질 감소를 위한 제작차 배출가스 허용기준 강화 등 여러 정책이 시행되었다. 그러나 그동안 정책효과를 평가하고 경유차에 의한 미세먼지 발생을 효과적으로 관리하기 위한 과학적인 연구는 신뢰성 있는 자료의 부족 등으로 활발하게 이루어지지 못했다. 본 연구는 지난 20여 년간 축적된 개별 경유차의 배출정보와 차량제원정보가 연계된 방대한 배출가스 정밀검사 자료의 가치에 주목하였다. 즉, 본 연구는 운행 경유차의 PM 실배출에 미치는 요인을 통계적 분석을 통해 찾고, 이 결과를 활용하여 그간의 경유차 배출가스 저감정책에 대한 평가와 관리방안을 제시하였다. 우선, 국내에 유일하게 구축된 운행 경유차의 PM 배출에 대한 방대한 정밀검사 데이터베이스를 활용할 수 있는 방법을 개발하였다. 이를 위해 현재 정밀검사 농도결과를 질량단위로 전환하는 방법을 검토하고, 농도단위 데이터의 질량단위 변환을 통한 대규모 PM 배출량 자료를 구축하였다. 다음으로 통계적 분석을 통해 과거 관측되거나 계량화되지 못했던 운행 경유차의 PM 배출요인을 식별하였다. PM 배출요인의 유의성을 확인하기 위해 배출규제 적용시점 기준, 자동차 종류 기준, 정밀검사모드 기준으로 모형을 구분하여 통계적 검증을 수행하였다. 이를 통해 찾아낸 주요 배출요인은 차량연식, 차량중량, 등록지역, 차종, 크기, 영업용 등이다. 특히, 차량연식과 차량중량 요인의 영향력이 가장 큰 것으로 나타났다. 마지막으로 그동안 국내 PM 배출 저감을 위한 제작차 배출기준 강화 등의 여러 정책을 평가하였다. 제작차에 대한 배출가스 허용기준 강화 정책은 유로3 차량 대비 유로5, 6 차량의 PM 배출량을 현저히 줄이는데 큰 효과를 보인 것으로 평가되었다. 또한, 자동차 배출가스 등급제와 연계한 노후경유차 운행제한 정책과 매연저감장치 부착 등의 정책들도 PM 배출량 저감에 효과가 있는 것으로 평가되었다. 결국, 통계적 분석을 통해 확인한 차량연식과 직접적 연관을 가진 정책들이 전체 PM 배출량 감소에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 다만, 엔진 배기량을 기준으로 경유차에 부과되는 환경개선부담금은 전기차, 수소차 등 친환경차 보편화에 대비하여 재조정될 필요가 있다. 본 연구에서 PM 배출의 핵심요인으로 식별한 차량중량을 새로운 기준으로 배기량이 없는 친환경차는 물론 자동차 비연소 배출까지 고려한 논의와 연구가 필요한 시점일 것이다.

Diesel vehicles emit more primary and secondary sources of particulate matter (PM) than other fuel types vehicles due to the characteristics of diesel engines, and hence have been criticized as the main factor for emissions from mobile sources. Accordingly, various policies like strengthening emission standards have been implemented to reduce air pollutants caused by diesel vehicles. However, scientific research to evaluate the effects of the policies by which effectively manage PM emissions of diesel cars has not actively been conducted mainly due to the lack of reliable data. This study focused on the value of the Korean Vehicle Emission Inspection and Maintenance (I/M) database that have linked the emission information and vehicle specifications of individual diesel cars over the past 20 years. That is, this study found the factors affecting PM emissions of diesel vehicles through statistical analyses using the I/M data, and suggested evaluation and management plans for emission reduction policies targeting diesel vehicles. First of all, this study developed a method that can convert the current I/M database in opacity into mass units. The large-scale PM emissions data were then collected through the proposed conversion process. In addition, PM emission factors by diesel vehicles that have not been observed and/or quantified in the past were identified using statistical analyses. In order to examine the statistical significance of the idenfied factors, modeling based on emission regulations, vehicle types, and I/M modes was performed. These series of analyses found 'vehicle age', 'curb weight', 'registered areas', vehicle type, size, and 'business use' as the main contributors. In particular, 'vehicle age' and 'curb weight' were the most influential two factors for the air pollution. Finally, various policies to reduce PM emissions have been evaluated. PM emissions by the vehicles with Euro 5 and 6 were significantly low compared to those with Euro 3, which shows that the emission standards scheme has greatly reduced PM emissions. Policies such as driving restrictions of old diesel vehicles in connection with the vehicle emission rating system and diesel particulate filter installing are also evaluated to be effective in reducing PM emissions. That is, policies pertinent to 'vehicle age' have greatly reduced PM emissions as the statistical analysis of this study has confirmed. However, the environmental improvement charges imposed on diesel vehicles based on their engine displacement need to be changed in preparation with that eco-friendly cars such as electric vehicles and hydrogen fueled cars become mainstream in the near future. It is time to discuss and study emission policies based on curb weight to consider not only eco-friendly vehicles but also non-exhaust emissions by car in general.