배기 가스

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

exhaust gas, 排氣 가스.

1 개요

배기 가스는 천연가스나 석유, 석탄과 같은 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

연료에 따라 달라지지만, 일반적인 배기 가스 성분의 대부분을 차지하는 것은 질소와 수증기, 그리고 이산화탄소다. 이들은 독성이 없다. 문제가 되는 것은 전체 배기 가스 양의 1%에도 못 미치는 일부 성분들이다. 이러한 성분에는 일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물, 오존, 매연(검댕) 등이 있다.

• 배기 가스의 유해 성분
  • 일산화탄소

연료의 불완전 연소에 의해 발생된다. 혈액의 헤모글로빈과 결합해서 혈액의 산소 운반 능력을 급격히 떨어뜨린다. 따라서 많은 양에 노출되면 생명이 위험하다.

• 탄화수소

연료가 타지 않고 남아서 생기며, 독성 물질이다. 도시 주민의 건강을 해치는 스모그의 주 원인이다. 장기간의 노출은 천식, 간질환, 폐질환, 암을 유발할 수 있다.

• 질소 산화물

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.

• 매연

미세 먼지로 이루어진 검댕이나 연기. 우리나라 환경 보전법에서는 검댕이, 또는 황의 산화물로 정의하고 있다. 호흡기 질환이나 암을 유발할 수 있다.

• 황 산화물

연료에 포함된 황이 산화되어 생성된다. 연료에서 황을 제거하면 당연히 줄어들지만, 연료의 정제 비용이 높아지는 문제점이 있다.

우리나라에서도 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 매연을 "자동차 배기 가스 농도기준"에 따라 가솔린/LPG/경유 등의 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.

배기의 일부를 공기 흡입구로 다시 보내서 혼합기의 농도를 낮추어 연소실의 온도를 내리고, 따라서 질소 산화물이 줄도록 하는 방법도 사용된다.

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 별로 중요하지 않고, 단지 배기가스 정화용 촉매의 효율과 연관이 있을 뿐이다. 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.