[아롱테크] 오는 2019년 9월부터 디젤차의 배출가스 기준이 강화됨에 따라 최근 출시되고 있는 디젤차의 배출가스 후처리장치인 선택적 촉매환원시스템(Selective Catalytic Reduction, 이하 SCR) 적용차량이 늘어나고 있는 추세입니다.
디젤 배출가스를 줄여주는 배출가스후처리장치는 크게 질소저감장치(Lean NOx Trap, 이하 LNT) 방식과 SCR방식이 사용되고 있는데 LNT는 질소산화물(NOx)을 백금(Pt)과 파라듐(Pd), 로듐(Rh), 바륨(Ba) 등으로 구성된 촉매물질에 저장했다가 일정량이 모이면 별도의 연소과정과 화학반응을 통해 질소가스(N2)로 환원하는 과정을 통해 질소산화물을 저감시키는 장치입니다.
이와 달리 SCR은 촉매장치에 일명 요소수라 불리는 환원제(또는 디젤배출가스 용액)를 분사해 질소산화물을 질소가스와 이산화탄소(CO2), 물(H2O)로 변환시켜주는 것이 차이점입니다.
이러한 SCR 시스템은 PM 센서와 배기가스온도센서, NOx 센서, 요소수 탱크 및 요소수 인젝터 등 부수적인 장치들이 필요해 시스템이 복잡해지고 주기적으로 보충해 주어야 하는 별도의 요소수를 필요로 하기 때문에 차량가격은 물론 차량유지보수 비용이 증가하는 단점이 있습니다.
기존에는 주로 2.0리터 이하의 소형 디젤엔진에는 LNT 방식을 사용해왔지만 2.0리터 이상의 중대형 디젤엔진에는 질소산화물 배출을 줄이기 위해 기존 LNT 시스템에 추가적으로 SCR을 적용해 왔지만 2019년부터 적용될 예정인 새로운 배출가스 기준 즉 유로6-D temp 기준을 만족시키기 위해선 LNT 방식만 고집할 수 없게 되었습니다.
SCR보다 질소산화물 저감효과가 낮을 뿐 아니라 LNT 방식의 산화환원 과정에서 발생하는 이산화황(SO2) 성분이 질소산화물과 유사한 특성을 가지고 있기 때문에 질소산화물 배출기준이 강화되는 새로운 배출가스 기준을 만족시키기 어렵기 때문입니다.
따라서 최근 선보이고 있는 2019년형 디젤차들은 모두 SCR을 적용하고 있습니다. 이처럼 SCR이 대중화됨에 따라 일정 주행거리 때마다 주기적으로 보충해주어야 하는 요소수의 관리요령이 점점 중요해지고 있습니다.
일반적으로 SCR을 적용한 디젤차량들은 SUV의 경우 20~25ℓ, 대형 상용차나 버스의 경우 40~60ℓ 용량의 요소수탱크를 갖추고 있으며 차종별로 상이하지만 대부분 주행거리 6000~8000km(일부 차종은 20,000km)마다 보충해 줄 것을 권장하고 있습니다.
또한 주행가능거리가 약 2,400km, 요소수 잔량이 대략 5ℓ정도 남았을 때부터 계기판에 경고메시지를 표출하거나 경고음(알람)을 울리고, 경고메시지와 경고음을 동시에 표출하거나, 요소수 시스템 경고등(요소수 충전램프)이 점등되고, 최악의 경우 재시동을 할 수 없도록 해 운행을 제한하는 등을 통해 단계적으로 운전자에게 요소수 부족을 알려주고 있습니다.
주유소나 대형할인마트, 자동차 정비업소 등에서 현재 리터당 평균 1,000~1,200원 정도로 유통되고 있는 요소수는 국내에서만 약 40~50여개 업체가 요소수를 생산하고 있으며, 애드블루(AdBlue), 유록스(EUROX), 녹스-K(NOX-K), 케이 디녹스(K-Dinox), 프로녹스(ProNOx), 요소컴 등 10~15개 요소수 제품이 유통되고 있는 것으로 파악되고 있습니다.
하지만 국내에는 요소수의 주원료인 화학요소 즉 암모니아를 생산하는 공장이 없어 전량 일본이나 중국 등에서 수입하는 실정으로 주원료의 품질에 따라 성능의 차이가 발생할 수밖에 없습니다.
요소수는 32.5%의 요소와 62.5%의 탈이온화수로 구성되어 있는데 요소수의 농도가 기준값인 32.5%보나 낮으면 배출가스 정화능력이 떨어지고 이보다 농도가 높으면 요소가 결정화되어 끈적끈적해지면서 SCR 촉매나 요소수 인젝터 노즐이 막히는 등 각종 부작용이 발생합니다.
일반적으로 요소수는 생수처럼 맑고 투명한 상태를 유지하지만 뿌옇게 백탁현상이 생기거나 결정화 등 이물질이 보이면 사용하지 않는 것이 좋습니다. 대부분의 요소수 제조업체들은 환경부와 석유품질관리원으로부터 인증받은 99.9%의 고순도 요소수를 공급하고 있다고 밝히고 있지만, 요소수의 정제과정에서 콜타르나 트리우렛, 인산염, 구리, 아연, 철, 칼슘, 클레이 등 다양한 불순물이 함유될 가능성이 있습니다.
특히 차량제작사의 권장사양과 다른 제품이나 인증을 거치지 않은 저가의 제품들의 경우 이러한 불순물로 인해 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생하고, 산화환원(화학반응) 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질(멜라닌 등), 금속염 등으로 인해 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용이 발생합니다.
요소수 주입과정에서 요소수 주입구로 먼지나 이물질 등 불순물이 유입되어 관련시스템이 고장을 일으키거나,요소수의 누수 또는 동결, 요소수의 과다소모, 요소수 분사소음 및 이음발생하는 시스템 고장 또는 품질불량 사례도 접수되고 있습니다. 이로 인해 운전자들이 적게는 20만원에서 많게는 200~500여 만원, 최대 1000만원까지 수리비용을 지출하는 경우가 발생하고 있습니다.
한편 요소수는 영하 11℃ 이하에서 동결되어 결정화되는 물리적 특성을 가지고 있는데 가급적 햇빛이 비치지않은 그늘진 상온에서 보관하는 것이 좋으며 동결되더라도 온도가 올라가면 자연 용해되어 성능에는 지장이 없다는 것이 요소수 관련업체들의 이야기입니다.
하지만 제조일로부터 2년 이상 지나거나 25℃ 이상의 고온에 노출된 경우 암모니아가 증발되어 요소수의 농도가 떨어질 수 있으므로 사용하지 않는 것이 좋다고 합니다.
최근 출시된 SCR 적용차의 경우에는 요소수 탱크내에 필터는 물론 요소수 농도센서 등을 적용해 불량한 요소수가 투입된 경우 경고등이 점등되거나 시동이 걸리지 않도록 하고 있을 뿐 아니라, 동결방지를 위해 요소수 탱크 및 공급라인에 열선 및 히팅시스템을 적용하고 엔진시동을 끄면 요소수 연료펌프가 요소수 공급라인의 요소수를 회수하도록 설계되어 있습니다.