요소수 사태와 NOx, 그 해결책은?

요소수 사태와 NOx, 그 해결책은?

대학생신재생에너지기자단 19기 정승준
대학생신재생에너지기자단 20기 김원경

 

요소수 대란 사태

 최근 연일 뜨거운 감자로 주목받던 “요소수 대란” 사태로 인해 대한민국 전역이 떠들썩했다. 요소수의 원재료인 “요소(암모니아)”수입에 차질이 생겼기 때문에 디젤 연료 차량을 사용하는 많은 국민들의 우려와 불편함에서 시작된 것이었다. 이에 따라 대표적인 디젤 차량인 화물차는 큰 타격을 입고 화물 운송 시스템에 문제를 일으킴과 더불어, 국민들이 자주 이용하는 택배 시스템과도 직접적으로 연결되는 등 많은 문제를 야기하였다. 요소수 대란 사태는 전 세계적인 수출 무역 경제와도 관련이 있는데, 사태의 진행 과정을 살펴보면 다음과 같다.

과정 1. 요소의 80% 이상은 중국에서 생산하여 전 세계로 수출하고 있다.
과정 2. 호주에서 석탄 수출을 하지 않기 시작했다. (호주와 중국의 무역갈등)
과정 3. 요소는 석탄에서 추출하여 생성되기 때문에, 석탄의 감소가 요소 생산의 감소로 이어지고 중국도 요소를 수출하지 않기 시작했다.
과정 4. 대한민국은 요소에 대한 수입 의존도가 중국에 97% 이상이다.

→ 대한민국에 요소 부족 현상 발생

 

 

 질소산화물저감장치(SCR)

NOx와 SCR에 대한 자세한 설명을 배제하고 이번 사태를 이해할 수 없다. 요소수에 대하여 자세히 알아보기 이전에 SCR에 대하여 알아보자.

SCR(Selective Catalytic Reduction)은 차량에서 배출되는 대기오염물질인 질소산화물(NOx)을 저감 시키기 위해 설치하는 장치로, 요소수를 배출가스에 분사시켜 촉매반응을 통해 질소산화물을 물과 질소로 변환시킨다. 여기서 질소 산화물(NOx)이란, 질소와 산소가 결합된 화합물을 의미하며, 미세먼지를 유발하고 비에 섞여 토양을 오염시키는 주범이다. SCR은 선택적 촉매 환원법이라고도 불리며, TiO2와 V2O5를 혼합하여 제조한 촉매에 NH3(암모니아), H2, CO, H2S 등의 환원가스를 작용시켜 NOx를 N2로 환원시키는 방법이다. 선택적 촉매 환원법의 (대표적인) 반응식은 다음과 같다.

[자료 1. 선택적 촉매 환원법의 대표 반응식 ⓒ정승준]

다음 반응식에서도 볼 수 있듯이, 질소산화물(NOx)은 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)로 환원되어 배출가스 중 질소산화물이 저감 되게 된다. 이 반응을 일어나도록 하는 것이 요소(암모니아, NH3)이며, 디젤 차량의 SCR에서 이루어진다고 이해할 수 있다.

 

 

요소수란?

요소수는 차량에 연료와는 별도로 주입하는 촉매제로서, 요소(암모니아, NH3)를 물(水)에 녹인 수용액이다. 디젤 차량에서 발생하는 질소산화물을 물과 질소로 바꿔주는 일종의 ‘환원제’이다. 디젤 차량은 SCR 장착이 필수적이며, 요소수는 SCR의 핵심 역할이다. (*국내에서는 2019년부터 SCR 장착을 의무화했다)

[자료 2. 요소수]

출처 : aakorea

따라서 위와 같은 특성을 가지고 있는 요소수는 디젤 차량에서 나오는 질소 산화물(NOx: 대기환경오염물질)을 제거하기 위해 배기가스 저감장치에 사용된다. 즉, NOx를 물(H2O)과 질소(N2)로 분해하여 매연을 줄이고 엔진 출력도 향상하는 기능을 하는 것이다.

 

 

요소수가 왜 중요할까?

1) 요소수가 없으면 분사 장치가 열에 노출돼 변형이 일어나 차량이 고장 날 가능성이 높고, 질소 산화물을 제대로 분해할 수 없어 환경오염을 일으킨다.

2) 현재 운행되는 디젤 화물차의 60%는 요소수가 부족할 경우 운행 중 시동이 꺼지거나 감속 운행이 불가능하도록 설계됐다.

3) 만일 소방차, 구급차, 대형 화물차 등에서 요소수가 부족해 운행 중 시동이 꺼진다면 인명피해가 발생할 수 있다.

 

 

나아가야 할 방향

현재 요소수 품귀 현상의 대안으로 ‘디젤차 운행의 규제 완화’가 제시되고 있다. 하지만 요소수 없이 운행할 경우, 질소산화물 등의 환경오염물질을 여과 없이 배출하게 된다. 환경부에서는 언제 나아질지 모르는 물류 대란이기에 요소수 없이 운행 가능한 디젤 차량 허가는 환경 파괴만 불러온다는 회의적인 시각이 나오고 있다.

이처럼 중국과 호주의 무역 마찰로 시작된 요소수의 부족은 디젤 차량을 사용하는 전 세계의 국가와 대한민국에도 큰 영향을 미쳤다. 이는 두 국가 간의 마찰 해결과 더불어 요소의 정상적인 수입으로 해결될 수 있지만, “근본적인 해결책”이라고는 할 수 없다. 큰 힘을 발휘할 수 있는 디젤 차량의 장점을 친환경 연료(수소, 전기 등)를 사용하여 안전하고 효율적이며, 2050 탄소중립에도 부합할 수 있는 차량의 생산, 기술력의 발전이 더 좋은 선택지는 아닐까.

 

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참고문헌

1) 픽플러스, 중고차 수출 픽플러스, "요소수의 정의와 역할 그리고 중요성, 대란 이유?", 2021.11.19,  https://blog.naver.com/peahum/222568954924

2) 제인, 재테크하는 제인, "디젤 요소수 대란 현상과 관련주 정리", 2021.11.02, https://blog.naver.com/alswl09100/222556140462

3) 장가드, 장가드의 자동차 이야기, "디젤 요소수 역할 무엇이길래 안넣으면 어떻게 되는데?", 2021.11.20,  https://in.naver.com/musuleetwo/contents/372963539055936?query=%EC%9A%94%EC%86%8C%EC%88%98

4) 성신여자대학교, 청정융합에너지공학과 학생회, 2021.11.30, https://www.instagram.com/p/CW4keXMJHHU/