배기 가스

1. 개요2. 주요 성분

2.1. 무해 성분2.2. 유해 성분

3. 오염 물질 제거법4. 기타

1. 개요

파일:external/upload.wikimedia.org/Diesel-smoke.jpg

디젤 엔진의 배기 가스. 검게 보이는 것은 검댕[1] 성분이 많기 때문이다.

배기 가스(exhaust gas / 排氣 가스)는 석유, 석탄, 가스 등 연료의 연소로 인해 발생되는 가스다. 자동차 엔진 같은 경우는 배기계통을 통해 단순히 방출될 뿐이지만, 제트 엔진의 경우는 추진 노즐을 통해 추진력을 얻는 형태로 방출된다.

2. 주요 성분

2.1. 무해 성분

질소
혼합기에는 연료와 질소, 산소가 결합되어있는데, 산소가 연소용으로 쓰이며 남은 질소는 그대로 배출된다. 그러나 후술하게 될 유해성분에 의하면 결코 무해는 아니다.

이산화 탄소
연료의 완전연소에 의해 발생된다. 연료의 탄소가 산소와 결합하여 생기며, 무조건 나쁘다는 세간의 인식과 다르게 이산화 탄소는 혈액의 산소운반에 도움을 준다. 하지만 지구 온난화를 일으키는 물질이라 무해한게 아닌 덜 해롭다.

수증기
연료의 완전연소에 의해 발생된다. 이쪽은 수소가 산소와 결합하여 생기며, 머플러에서 물방울이 맺히고 떨어지는건 다 수증기 때문이다. 엔진이 완전연소를 하고있으며 엔진 상태가 괜찮다는 증거로 지극히 정상이니 안심하자.

2.2. 유해 성분

WHO IARC 지정 발암물질 목록
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3군: 발암여부가 정해지지 않은 물질 499개
4군: 암과 무관한 것으로 추정되는 물질 1개^[4]
[1] 암의 종류에 따라 1군/2A군으로 나뉜다. [2] GMO, 항생제 등 고기 잔류 물질이 문제가 아니다. IARC에서는 확실히 밝히지는 않았지만 고기의 성분 자체가 조리되면서 발암 물질을 필연적으로 함유하기 때문이라고 논평하였다. 청정우 같은 프리미엄육을 사 먹어도 발암성이 있다는 뜻이다. 이에 전세계의 육류업자들이 고기를 발암물질로 만들 셈이냐며 정식으로 항의하기도 하는 등 논란이 있었다. [3] 단, 올바른 조리 과정을 거치면 먹어도 문제는 없다. 문서 참조. [4] 카프로락탐. 2019년 1월 18일 IARC 서문 개정에 따라 불필요하다고 판단되어 삭제되었다. #		}}}}}}}}}

가솔린 엔진 - 엔진 특성상[2] 불완전연소가 자주 일어난다.

일산화탄소 CO
연료의 불완전 연소에 의해 발생된다. 혈액의 헤모글로빈과 매우 빠른 속도로 결합해서 혈액의 산소 운반 능력을 급격히 떨어뜨린다. 따라서 많은 양에 노출되면 생명이 위험하다. 골치아프게도 무색무취라 진짜 눈치채기 어렵다.
탄화수소 HC
연료가 타지 않고 남아서 생기며, 독성 물질이다. 블로바이 가스(Blow-by Gas)로 불리기도 하며, 도시 주민의 건강을 해치는 스모그의 주 원인이다. 장기간의 노출은 천식, 간질환, 호흡기 질환, 암 등을 유발할 수 있다. 위의 일산화탄소랑 다르게 무색이어도 냄새도 이상하고 맞다보면 눈이 엄청 따가워지기 때문에 눈치채기 쉽다.

디젤 엔진 - 경유의 유황산에 의한 유해성분들이 주류다.[3]

매연 PM
미세 먼지로 이루어진 검댕이나 연기. 대한민국 환경 보전법에서는 검댕, 또는 황의 산화물로 정의하고 있다. 호흡기 질환이나 암 등을 유발할 수 있다.
황산화물
연료에 포함된 황이 산화되어 생성된다. 연료에서 황을 제거하면 당연히 줄어들지만, 연료의 정제 비용이 높아지는 문제점이 있다. 우리나라의 경우 10ppm을 요구하는데, 세계적으로 봐도 높은 규제를 매기는 편이라고.[4]

두 엔진 공통으로 생기는 유해성분

질소산화물 NOx
두 엔진 모두 고압분사방식이 주류가 된 현재에 가장 큰 문제가 되는 성분으로, 이론공연비보다 살짝 옅을때와 엔진 내부의 높은 온도와 압력 때문에 공기 중의 질소가 산소와 결합한 것. 산소원자의 수에 따라 여러 종류가 있고, 보통 NOx로 통칭한다. 광화학 스모그와 산성비의 원인 물질이며, NO₂의 경우에는 직접적으로 호흡기 염증을 일으킨다.
중금속
엔진 부식, 연료 첨가물, 엔진 오일 등에서 기인하는 것으로 알려져 있다.[5]

우리나라에서도 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 매연을 "자동차 배기 가스 농도기준"에 따라 휘발유/ 경유/ LPG/CNG의 연료별로 규제하고 있다. 이는 1978년 6월에 시행된 대기환경보전법에 의한 배기가스 규제에 의한 것이다.

3. 오염 물질 제거법

배기 가스의 오염물질을 줄이기 위해 여러 방법이 고안되었다. 가장 먼저 개발되었던 방법은 공기를 다시 주입하는 것이다. 배기구 쪽에 공기를 불어 넣어 미처 연소되지 않은 것들이 타도록 하는 것이다. 근래 와서는 정화용 촉매의 산화 작용을 촉진하기 위한 역할도 추가되었다.

근래에는 연소된 공기의 일부를 다시 연소실로 보내거나, 촉매 필터나 미립자 필터에 통과시키거나, 요소수를 배기구에 직접 뿌리거나, 질소산화물을 붙잡고 불태우는 등의 방법으로 제거하고 있다.

발생을 줄이는 방식 외에, 직접적으로 제거하는 방식도 있다. 자동차에는 정화용 촉매가 설치되어 배기 가스의 오염 물질을 분해한다. 선박에는 배기가스 세정장치가 장착되어 황산화물을 제거한다.

4. 기타

자동차 엔진 같은 왕복엔진의 경우에는 배기 가스의 온도가 가동 그 자체에는 중요하지 않다. 배기 가스의 후처리용 촉매의 효율과 연관이 있을 뿐이다. 배기온이 너무 높을 경우 촉매가 과열되어서 불 붙을 가능성은 적잖아 있긴 하다. 그러나 항공기 등에 쓰이는 가스 터빈 엔진의 경우는 상황이 달라서, 배기 가스의 온도가 엔진 수명의 지표가 된다. 엔진이 노후화 될수록 배기 가스 온도가 점차 올라가고, 결국에는 한계치를 넘게 되어 전면 수리를 해야 한다.

환경오염 때문에 갈수록 배기가스 규제가 엄격해지고 있다. 특히 환경문제에 민감한 유럽과 미국에선 오염물질 배출량을 아주 낮게 유지할 것을 요구하는데, 태생적으로 디젤 엔진은 이게 쉽지가 않아서 많은 자동차 업체들이 난관에 봉착해있다. 이때문에 결국은 폭스바겐은 아예 배출량을 조작하는 디젤 게이트라는 희대의 사기극을 저지르고 만다.

자동차의 배기관은 보통 뒤에 달려있어서 흔히 배기 가스를 모르는 사람들 및 어린이들에겐 흔히 방귀라고 불린다.[6]

[1] 블랙카본이라고도 하며, 불완전 연소된 탄소 미립자가 배출되는 것이다. [2] 공연비가 너무 적음(짙음). [3] 과거부터 공기를 매우 많이 흡입해 일산화탄소, 탄화수소가 매우 희박했다. [4] 출처. [5] 출처. [6] 그것도 지독하고 사람 방귀가 아닌(...)