Environment

캘리포니아 주 디젤 트럭 규제로 인한 대기 오염 감소

장종엽엔에스 2014. 12. 17. 08:41

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-17
미국 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab; Lawrence Berkeley National Laboratory) 소속의 과학자인 Thomas Kirchstetter 등을 주축으로 하는 연구진은 2곳의 샌프란시스코 베이 에어리어(San Francisco Bay Area) 지역에서 따로따로 몇 개월에 걸쳐 수천 대의 대형 트럭(heavy-duty truck)에 대한 세부적인 측정을 수행하여 이 지역에서 발생하는 현상을 정밀하게 규명했다.

몇 가지 오염물질 유형을 정교하게 모니터링하는 장치를 갖춘 특별하게 제작된 연구용 승합차를 이용하여, 연구팀은 새로운 제어 기술과 캘리포니아 대기 오염 법규(California air pollution regulations)의 영향을 분석하고 이해하기 위하여 디젤 트럭으로부터 배출되는 배기가스 수준을 연구하고 있다.

연구팀은 대중 건강 및 환경과 관련이 있는 다양한 오염물질을 측정할 계획이라고 UC Berkeley 도시 환경 공학부 소속의 교수이며 대기 질 과학자인 Kirchstetter는 밝혔다. 대형 디젤 트럭은 대기 중 입자상 물질(PM; particulate matter)과 오존(ozone)의 형성에 대한 전구체인 질소산화물(nitrogen oxides)과 블랙카본 입자(black carbon PM)의 주요 공급원이라고 알려져 있으며, 이러한 물질은 강우와 강설 용해 등과 같은 기후에서 지역적인 변화와 지구 온난화에 기여한다고 기후 과학자들은 밝히고 있다.

실외 대기 오염은 미국에서 연간 100,000건의 조기 사망과 관련이 있다고 이전에 발표된 연구는 밝혔다. 미국 환경보호국(EPA; U.S. Environmental Protection)은 새로운 엔진에 대한 배기가스 기준을 설정하는 한편, 대부분의 트럭과 버스는 몇 십 년 동안 운행됐으며 따라서 CARB(California Air Resources Board)는 최근 몇 년 이내 적극적인 새로운 법규에 따라 배기가스 감축을 가속시키는 방안을 찾고 있다. 캘리포니아에서 증가하는 수의 대형 디젤 트럭은 대부분의 입자상 물질을 제거하는 디젤 입자 필터(diesel particle filter)와 질소산화물의 배출을 목표로 하는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction) 등 2개의 제어 전략의 이용 역시 증가했다.

희망적인 소식은 이러한 규제가 의도한 효과를 얻을 수 있을 것이라는 점을 UC Berkeley 소속의 도시 환경 공학부 교수인 Rob Harley와 BAAQMD(Bay Area Air Quality Management District) 소속의 Phil Martien은 확인했다. 오클랜드 항구에서, 연구팀은 질소산화물과 블랙카본 PM의 비약적인 감축을 측정했다. 이러한 사실은 특히 도로 위 더 많은 트럭이 이러한 제어 기술을 사용함으로써 대기 질의 지역적 개선을 달성할 수 있다는 것을 의미한다고 연구팀은 밝혔다.

2009년과 2013년 사이, 오클랜드 항구에서 트럭은 2%에서 99%로 디젤 입자 필터를 구비하는 비율이 증가했으며, 평균 엔진 연령은 11년에서 6년으로 감소했다. 동일한 기간 동안 블랙 카본에 대한 평균 배출 비율은 76%, 질소산화물에 대한 평균 배출 비율은 53%로 감소했다.

연구진은 새로운 배기가스 법규가 수행되기 전 2009년에, 2011년 법규가 도입되는 동안 및 2013년 법규가 수행된 후 등 오클랜드 항구에서 짧은 거리를 운반하는 트럭을 모니터링했다.

캘리포니아 주의 가속된 자동차 배기가스 감축 프로그램은 연료 소비가 증가하고 디젤 연료 소비가 휘발유의 소비보다 훨씬 더 빠른 속도로 증가하기 때문에, 특히 중요하다고 Kirchstetter는 밝혔다. 그는 20년 이상 교통 분야에서 대기 오염물질(air pollutant) 배출과 제어 방안을 연구해왔다.

배기가스 제어 기술은 연구팀이 조사한 일부 트레이드-오프를 안고 있다. 선택적 환원 촉매(selective catalytic reduction)는 일부 트럭에서 잠재적인 온실가스인 아산화질소의 배출을 증가시키는 원인이 될 수 있다. 디젤 입자 필터를 이용하여, 촉매 산화 공정은 독성 대기 오염물질이며 오염 형성에 관여하는 배기관 이산화질소(NO2; nitrogen dioxide)의 배출 증가로 이어진다. 이산화질소가 부작용을 가지는 것으로 잘 알려져 있는 한편, 연구팀은 이러한 물질이 증가한 양을 측정했다.

2014년 여름 Kirchstetter는 그의 연구 차량을 많은 수의 대형 트럭의 시료 포집에서 배기가스를 측정하기 위하여 오클랜드와 콘트라코스타 카운티를 연결하는 콜더컷 터널(Caldecott Tunne)로 이동시켰다. 화창한 평일 오전에 석사 과정 학생인 Chelsea Preble과 학사 과정 학생인 Troy Cados는 오전 러시아워를 포착하고 도구를 조정하기 위하여 오전 6시에 도착했다.

장치는 오른쪽 차선 위에 직접적으로 매달려 있는 공기 포집기, 몇 종의 오염물질을 포착하기 위한 최신 모니터 및 시료 위치 아래를 통과할 때 트럭의 자동차 번호판과 트럭을 기록하는 비디오카메라 등을 포함하고 있다.

연구팀의 측정은 매우 신속했으며, 1초에 1번 또는 2번의 비율로 농도를 실시간에 가깝게 측정했다고 Preble은 밝혔다. 이러한 과정은 연구진으로 하여금 자동차 번호판으로 확인한 각각의 통과하는 트럭의 특성에 대한 배기가스 프로파일을 구축할 수 있게 해주었다. 따라서 연구진의 방법론은 기술과 관련된 배기가스 변화를 이해할 수 있게 해주었다.

연구팀은 거의 모든 대형 트럭이 디젤 입자 필터를 설치하게 될 2015년 여름과 2017년 여름 콜더컷 터널로 돌아올 계획이다. CARB의 트럭과 버스의 법규는 주 전역에서 운영되는 약 1백만 대에 이르는 트럭과 버스에 적용된다.

이 연구는 캘리포니아 주의 대기 질 법규의 영향에 대한 중요한 검증을 제공한다고 Kirchstetter는 밝혔다. 캘리포니아는 대기 질에서 앞서가는 경향이 있다. 연구팀이 평가한 기술은 실제로 전국적인 트럭 차량을 실제로 지배하게 될 것이다. 따라서 이 연구가 가지는 의의는 캘리포니아 주 이상으로 확대될 것이다.