교통수단별 대기오염물질 국가배출통계구축 연구(Ⅰ) - 이륜자동차의 오염물질 배출계수 산정에 관한 연구 - 교통환경연구소, 대림자동차 1), S&T모터스(주) 2) 임재현, 이종태, 윤창완, 서충열, 임철수, 임윤성, 이태우, 김종춘, 김현민, 이상문 1), 강희준 2)

행정간행물 등록번호 11-1480523-000382-01 NIER NO. 2008-34-984 교통수단별 대기오염물질 국가배출통계구축 연구(Ⅰ) - 이륜자동차의 오염물질 배출계수 산정에 관한 연구 - A Study on the National Emission Inventory for Air Pollutant by Transportation Type (Ⅰ) - The Calculation of Pollutant Emission Factors for Motorcycle - 2008 국 립 환 경 과 학 원 National Institute of Environmental Research

교통수단별 대기오염물질 국가배출통계구축 연구(Ⅰ) - 이륜자동차의 오염물질 배출계수 산정에 관한 연구 - 교통환경연구소, 대림자동차 1), S&T모터스(주) 2) 임재현, 이종태, 윤창완, 서충열, 임철수, 임윤성, 이태우, 김종춘, 김현민, 이상문 1), 강희준 2) A Study on the National Emission Inventory for Air Pollutant by Transportation Type (Ⅰ) - The Calculation of Pollutant Emission Factors for Motorcycle - Transportation Pollution Research Center National Institute of Environmental Research, DAELIM MOTOR 1), S&T MOTORS 2) J.H.LIM, J.T.LEE, C.W.YUN, C.Y.SEO, C.S.LIM, Y.S.LIM, T.W.LEE, J.C.KIM, H.M.KIM, S.M.LEE 1), H.J.KANG 2) 2008 國 立 環 境 科 學 院

요 약 문 1. 제 목 교통수단별 대기오염물질 국가배출통계구축 연구(Ⅰ) - 이륜자동차의 오염물질 배출계수 산정에 관한 연구 - 2. 연구배경 및 목적 국가 대기오염물질 배출량 산정은 대기보전정책 수립에 필요한 매우 중 요한 정책 결정의 지표이다. 따라서 미국 및 유럽 등 선진국에서도 배출 량 산정 모델을 구축하여 정확하고 체계적인 배출량 산정에 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 수송부문의 배출계수는 연료종류, 운전조건, 적용기 술 등 다양한 인자에 의해 영향을 받으므로 과학적이고 객관화된 배출계 수 산정이 필요하다. 우리나라는 예산 및 인원 등이 부족한 여건에서도 지금까지 자동차에 대한 연구는 꾸준히 수행하고 있으나, 이륜자동차에 대해서는 활발한 연구가 이루어지지 않아 아직은 미흡한 실정이다. 따라 서 본 연구에서는 이륜자동차의 배출계수 및 배출량 산정에 대한 연구를 통해 보다 신뢰성 있게 전체 이동 오염원에 대한 이륜자동차의 기여도를 파악하고자 한다. 3. 연구내용 및 방법 국가별 이륜자동차 배출계수 산정과 관련된 영향인자들을 조사하여 분 석하고, 현재까지 연구된 국내 외 이륜자동차 배출계수들 및 이륜자동차 의 등록현황 등 기초적인 활동도 자료들을 수집하고 분석하였다. 이륜자동차의 대기오염물질별 배출특성 및 배출계수 산정을 위한 실차 시험은 연식별(2003년-2005년, 2006년-2007년), 행정별(2행정, 4행정) 및 - ⅰ -

배기량별(50cc 미만, 50cc 이상-150cc 미만, 150cc 이상)로 CO, THC, NOx 및 탄소화합물(유기탄소, 무기탄소)에 대하여 규제시험모드인 CVS-40 모드와 CVS-47 모드를 사용하였다. 4. 연구결과 이륜자동차 제작사인 대림자동차와 S&T Motors의 차량 판매 및 제조 현황 등을 고려하여 주요 6개 기종을 선정하였다. 이 기종을 대상으로 실 제 도로를 운행 중인 124대에 대해 측정하고 그 결과를 box plot 등 통계 기법을 이용해 데이터를 분석하였다. 이렇게 산정된 대기오염물질별 배출 특성, 배출계수 및 배출량에 대한 결과는 다음과 같다. 1. 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질은 전반적으로 CO > THC > NOx 순으로 배출되었다. CO의 경우 화석연료의 연소과정이 완전연소 조건을 벗어나면 쉽게 생성되는 물질이며 THC는 화석연료의 주성분인 CxHn (탄화수소)가 연소되면서 생성되고, 연료의 화학적 성상과 밀접 한 관련이 있다. NOx의 경우는 대기 중 질소가 연소과정에 참여하면서 생성되는데 연소온도와 상관성이 높으며, 이륜자동차의 경우 연소온도 가 일반 자동차보다 낮기 때문에 다른 배출가스에 비해 낮게 배출되는 것으로 사료된다. 2. 연식별 대기오염물질 배출경향은 THC와 CO의 경우 2006년-2007년 연식에 비해서 2003년-2005년 연식의 배출농도가 높은 경향을 나타내 었다. 하지만 NOx의 경우에는 2003년-2005년 연식에 비해서 2006년 -2007년 연식 이륜자동차가 높게 나타났다. 따라서, 이륜자동차의 연 식별 배출량의 배출경향을 살펴보면 THC와 CO의 경우 2003년-2005 년 연식 이륜자동차의 배출량이 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배 - ⅱ -

출량보다 높게 나타났으며, NOx의 경우에는 반대로 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배출량이 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출 량보다 낮게 나타났다. 이와 같은 결과는 THC와 CO의 경우 제작차 배출허용기준이 2006년 이후부터 강화됨에 따라 새로운 촉매부착 등 에 따라 배출농도가 저감되었으나 NOx의 경우에는 이러한 새로운 기 술적용이 크게 효과를 나타내지 못한 것으로 사료된다. 또한 2002년 이전 연식 이륜자동차의 배출계수 산정을 위하여 이용된 데이터의 대 부분은 인증검사를 받기 위하여 국내에 반입된 수입 산을 포함한 다 양한 기종의 이륜자동차로부터 산출된 것인데 반하여, 이번 연구를 통하여 산정된 배출계수는 실제 운행 중인 국내 이륜자동차들 중에서 국내 점유율이 가장 높은 6개 기종에 대해서만 임차하여 산정하였기 때문인 것으로 사료된다. 3. 배기량별 대기오염물질 배출특성은 THC의 경우 50cc 미만 > 50cc 이상-150cc 미만 > 150cc 이상 순으로 나타났으며, CO와 NOx의 경 우에는 50cc 미만 < 50cc 이상-150cc 미만 150cc 이상으로 조사 되었다. 50cc 미만의 경우 대부분이 2행정이기 때문에 윤활유와 연료 가 함께 혼소됨에 따라 THC 농도가 높게 배출되었으며, 50cc 이상의 경우에는 주로 4행정으로서 배기량이 커짐에 따라 연료소모량이 증가 하여 CO와 NOx의 배출량이 증가하였다. 4. 행정별 대기오염물질 배출경향 역시 위와 같은 이유로 THC의 경우 2 행정 > 4행정으로 조사되었으며, CO와 NOx의 경우는 2행정 < 4행정 으로 나타났다. 하지만 이륜자동차의 행정별 대기오염물질 배출량은 THC, CO 및 NOx 모두 2행정에 비해 4행정이 높은 것으로 나타났 다. 5. 배기량에 따른 배출계수 산정결과, THC는 2006년 이후 연식은 50cc - ⅲ -

미만 142%, 50cc 이상-150cc 미만 58%, 150cc 이상 52% 적게 산정 되었다. CO는 50cc 미만 84%, 50cc 이상-150cc 미만 108%, 150cc 이 상 20% 감소하는 경향을 보였다. 하지만 NOx는 오히려 50cc미만 8%, 50cc 이상-150cc 미만 4%, 150cc 이상 21% 증가하였다. 따라서 배출계수를 적용한 이륜자동차의 배기량별 대기오염물질 배출량 경향 을 조사한 결과 THC, CO 및 NOx 모두 50cc 미만 < 50cc 이상 -150cc 미만 150cc 이상으로 나타났다. 6. 행정에 따른 배출계수 산정결과, THC는 2006년 이전과 비교하여 2006년 이후 2행정에서의 배출계수가 4행정과 비교하여 더 큰 폭으로 감소된 것으로 나타났다. CO는 배출허용기준 강화에 따라 배출계수가 최근 연식일수록 줄어드는 경향을 보이고 있으나 4행정의 경우는 크 게 변화되지 않은 것으로 조사되었다. 하지만 2행정으로부터 배출되 는 NOx의 경우 연식변화에 따른 큰 변동은 없었으나, 4행정의 경우 최근 연식일수록 오히려 NOx 배출계수가 증가하고 있는 것으로 조사 되었다. 7. 2007년 12월 기준 우리나라 이륜자동차는 총 1,829,132 대로 여기에서 배출되는 대기오염물질별 배출량의 경우 CO가 연간 57,182 톤으로 가 장 많이 배출되는 것으로 조사되었으며, THC가 4,357 톤이었으며, NOx가 1,229 톤으로 산정되었다. 전체 이동오염원에 대한 기여율의 경우 CO 9.8% > THC 4.3% > NOx 0.3% 순으로 조사되었다. 8. 이륜자동차에서 배출되는 탄소화합물의 배출특성은 유기탄소(OC)가 무기탄소(EC) 보다 높게 나타났으며, 연식별 배출경향을 조사한 결과 OC와 EC 모두 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 탄소화합물 배출농 도가 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출농도보다 높게 나타났다. 이는 배출가스 중 THC의 영향으로 유기탄소의 농도가 무기탄소보다 - ⅳ -

높게 나타난 것으로 사료되며 2006년 이후 강화된 제작차 배출허용기 준의 영향으로 2006년 이전 연식에서 유기 탄소와 무기탄소가 모두 높게 배출된 것으로 조사되었다. 5. 연구결과의 활용에 대한 기대효과 - 이동오염원 관리를 위한 대기정책 수립 및 평가에 활용 할 수 있는 이륜자동차 배출계수를 확보하였다. - 이륜자동차에 대한 국가 배출량 산정을 통해 대기오염 저감정책수립 에 필요한 기본 자료로 활용할 수 있다. - ⅴ -

목 차 요 약 문 ⅰ 목 차 ⅵ 표 목 차 ⅸ 그림목차 ⅺ Abstract ⅹⅲ Ⅰ. 서 론 1 Ⅱ. 이론적 고찰 3 1. 국내 외 이륜자동차 배출계수 3 가. 국내 3 나. 미국 4 다. 유럽 5 2. 이륜자동차의 구분 및 배출허용기준 7 가. 국내 이륜자동차의 구분 7 나. 국내 외 이륜자동차의 배출허용기준 8 3. 이륜자동차 일반현황 11 가. 이륜자동차 사용신고 현황 11 나. 이륜자동차 배기량 점유율 12 - ⅵ -

Ⅲ. 이륜자동차의 대기오염물질 배출특성 시험 14 1. 시험대상 이륜자동차의 선정 14 2. 실차 시험방법 및 주행모드 17 3. 측정장치 및 분석방법 20 4. 시험연료 24 5. 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 및 배출량 산정방법 25 Ⅳ. 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 산정 및 배출량 분석 27 1. 시험데이터의 통계처리 27 가. 배기량별 시험데이터의 분포특성 27 나. 행정별 시험데이터의 분포특성 30 2. 대기오염물질 배출특성 32 가. 배기량별 대기오염물질 배출특성 32 나. 행정별 대기오염물질 배출특성 33 다. 대기오염물질별 배출특성 35 3. 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 산정 및 비교 36 가. 배기량 및 행정별 배출계수 산정 36 나. 배기량 및 행정별 기존 배출계수와 비교 분석 39 4. 이륜자동차의 대기오염물질 배출량 산정 및 비교 44 가. 배기량 및 행정별 대기오염물질 배출량 산정 44 나. 탄소화합물 배출특성 52 - ⅶ -

Ⅴ. 결 론 57 [ 참 고 문 헌 ] 60 [ 부 록 ] 63 1. 시험대상 이륜자동차 6개 기종 사진 63 - ⅷ -

표 목 차 표 2-1. 국내 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 3 표 2-2. 미국의 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 4 표 2-3. 유럽의 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 5 표 2-4. 유럽의 이륜자동차 입자상물질 (PM) 배출계수 6 표 2-5. 국내 관련 법규에 의한 이륜자동차 구분 7 표 2-6. 자동차관리법 시행규칙의 유형별 이륜자동차 세부기준 8 표 2-7. 2006년 이전 이륜자동차 배출허용기준 (2000. 1. 1 ~ 2005. 12. 31) 8 표 2-8. 2006년 이후 이륜자동차 배출허용기준 (2006. 1. 1 ~ 2007. 12. 31) 9 표 2-9. 각국의 이륜자동차 배출허용기준 10 표 3-1. 최근 3년간 대림자동차 모델별 이륜자동차 판매현황 14 표 3-2. 최근 3년간 S&T Motors 모델별 이륜자동차 판매현황 15 표 3-3. 배기량별 시험대상 이륜차 현황 16 표 3-4. 행정별 시험대상 이륜차 현황 17 표 3-5. 차대동력계 제원 20 표 3-6. 배출가스 분석기 제원 22 표 3-7. 시험용 연료의 규격 및 분석결과 24 표 3-8. 자동차 오염물질 배출량 산정도 26 표 4-1. 배기량별 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 37 표 4-2. 행정별 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 38 표 4-3. 연식구분에 따른 배기량별 이륜자동차의 배출계수 39 표 4-4. 연식구분에 따른 행정별 이륜자동차의 배출계수 40 표 4-5. 배기량별 대기오염물질 배출량 및 기여율 산정 결과 45 - ⅸ -

표 4-6. 행정별 대기오염물질 배출량 및 기여율 산정 결과 46 표 4-7. OC, EC 및 PM 연구결과의 비교 55 - ⅹ -

그 림 목 차 그림 2-1. 국내 이륜자동차의 사용신고 현황 11 그림 2-2. 국내 이륜자동차의 배기량별 점유율 12 그림 3-1. 이륜자동차 배출가스 시험장치 개략도 18 그림 3-2. 이륜자동차 실차 시험모드 및 평균차속과 주행거리 19 그림 3-3. 이륜자동차의 배출가스 측정방법 21 그림 3-4. 배출가스 측정장치 22 그림 3-5. 배출가스 측정 제어시스템 23 그림 3-6. 탄소화합물 분석 장치 23 그림 4-1. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배기량별 시험데이터 분포 27 그림 4-2. 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배기량별 시험데이터 분포 29 그림 4-3. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 행정별 시험데이터 분포 30 그림 4-4. 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 행정별 시험데이터 분포 31 그림 4-5. 배기량별 대기오염물질 배출 특성 32 그림 4-6. 행정별 대기오염물질 배출 특성 34 그림 4-7. 대기오염물질별 배출 특성 35 그림 4-8. 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출계수 41 그림 4-9. 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출계수 42 그림 4-10. 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출량 47 그림 4-11. 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출량 48 그림 4-12. 연식별 대기오염물질 배출량 기여율 50 그림 4-13. 연식별 전체 이동오염원에 대한 이륜자동차의 배출량 기여율 51 그림 4-14. 연식별 50cc 미만 이륜자동차의 탄소화합물 배출특성 52 그림 4-15. 50cc 미만 이륜자동차의 제작사별 탄소화합물 배출특성 53 - ⅺ -

그림 4-16. 50cc 미만 이륜자동차의 제작사별 TC, OC, EC 배출특성 54 그림 A-1. 50cc 미만 시험 대상 이륜자동차 제작사별 사진 64 그림 A-2. 50cc 이상 150cc 미만 시험대상 이륜자동차 제작사별 사진 65 그림 A-3. 150cc 이상 시험대상 이륜자동차 제작사별 사진 66 - ⅻ -

Abstract Because increased food delivery service and quick delivery service using motorcycle, registration number of motorcycle was sharply increased and it could contribute on worsening air quality. In addition, no more study on updated emission factor for motorcycle in Korea after 2002, more confident and updated emission factor for motorcycle should be developed. MOBILE model of U.S. EPA and COPERT model of European Environment Agency (EEA) already have introduced updated emission factor for motorcycle, which was classified in standard year, displacement and stroke. In this report, six models of motorcycle were investigated based on market share and production rate information from major two domestic motorcycle companies, such as DAELIM Motor and S&T Motors. Displacement was classified in below 50cc, from 50cc to below 150 cc and from 150cc. Stroke was classified in two strokes and four strokes. Model year was categorized into from 2003 to 2005 and from 2006 to 2007. Total 124 motorcycles between 2003 and 2007 model year were tested with CVS-40 and CVS-47 mode for air pollutants, such as CO, THC, NOx, Elemental Carbon (EC) and Organic Carbon (OC). After statistical estimation and calculation, emission factors and emitted air pollutants amounts for CO, THC, NOx of motorcycle were estimated and these results were compared with previous emission - ⅹⅲ -

factors and emission amounts. Moreover, emission property of EC and OC from particulate matter below 2.5 μm (PM 2.5 ) diameter size were compared with other studies. Finally, estimated air pollutants contribution rate from motorcycle based on standard year, displacement and stroke was provided. - ⅹⅳ -

Ⅰ. 서 론 급격한 자동차의 증가로 인하여 도로 여건이 악화되고 주차문제가 심각 해짐에 따라 이륜자동차의 이용은 매년 증가하고 있는 상황이다. 특히 인 터넷 등을 이용한 주문 배달문화의 대중화와 퀵 서비스 등 물류분야에서 이용되는 이륜자동차의 중요성 때문에 이제는 생활 주변에서 이륜자동차 를 이용한 배달 및 운송방법은 보편화가 되었다 1). 하지만 매년 증가하고 있는 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질에 대한 국내 조사 및 연구는 과거 자동차공해연구소 2), 3) 에서 실시한 연구를 제외하고는 전무한 실정이 다. 외국의 경우에는 이륜자동차의 규제대상 대기오염물질인 CO, THC 및 NOx에 대한 연구 4) 외에도 발암성 물질로 알려진 다환방향족탄화수소 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; PAHs) 5), 휘발성유기화합물질 (Volatile Organic Compounds; VOCs) 6) 및 벤젠(Benzene) 7) 등과 같은 미 규제 대기오염물질에 대한 연구 결과가 활발히 발표되고 있어 국내에서도 이륜자동차에 대한 보다 심도 있는 연구가 시급한 실정임을 알 수 있었 다. 더구나 기존의 교통환경연구소 3) 에서 산정한 이륜자동차의 배출계수의 경우 2002년도 연식 이륜자동차를 마지막으로 더 이상 보완된 배출계수가 도출되지 못하고 있는 상황이었다. 따라서 2006년도 이후에 강화된 제작 차 배출허용기준 8) 을 반영하고 2003년도 이후 연식의 이륜자동차 배출계 수를 보완하고자, 본 연구에서는 2003년 이후 판매 연식의 운행 중인 이 륜자동차를 대상으로 실차 시험을 실시하였다. 선진국과 동등한 수준의 보다 대표성이 있는 이륜자동차의 배출계수를 산정하기 위하여 현재 국내 최대 이륜차 제작사인 대림자동차 및 S&T - 1 -

Motors와 공동연구를 추진하였으며, 두 이륜자동차 제작사의 협조를 통해 국내에서 가장 많이 생산되고 판매되는 이륜자동차 6개 기종 (부록 참조) 을 선정하였다. 미국의 경우 EPA에서 개발한 배출량 산정 모델인 MOBILE 5 9) 에 이륜 자동차의 배출계수가 사용되고 있으며, 유럽의 경우에는 CORINAIR의 배 출량 산정 모델인 COPERT 4 10) 에서 이륜자동차의 배출계수가 사용되고 있다. 국내에서도 대기정책지원시스템 1) 을 통해 대기오염물질 배출량을 산 정하기 위하여 차종별 배출계수가 사용되고 있으며, 본 연구결과를 통해 새롭게 산정된 대기오염물질별, 배기량별 및 행정별 배출계수를 활용하여 대기정책지원시스템의 이륜자동차 배출계수가 한층 보완 될 수 있을 것으 로 전망된다. 2006년 이전 제작차 배출허용기준에 따라 50cc 미만, 50cc 이상-125cc 미만, 125cc 이상으로 분류되어 산정하였던 과거 배출계수를, 이번 연구를 통하여 2006년 이후 제작차 배출허용기준을 만족 할 수 있는 50cc 미만, 50cc 이상-150cc 미만, 150cc 이상으로 재분류하고 개선할 수 있었다. 또 한 전체 이동오염원에 대해 이륜자동차로부터 배출되는 대기오염물질의 기여율을 새롭게 산정된 배출계수를 활용하여 산출 할 수 있었다. - 2 -

Ⅱ. 이론적 고찰 1. 국내 외 이륜자동차 배출계수 가. 국내의 이륜자동차 배출계수 표 2-1에서는 2001년-2002년에 걸쳐 자동차공해연구소에서 연구한 국 내 기존 이륜자동차의 배출계수를 보여주고 있다 2), 3). 당시 제작차 배출허용기준에 따라 배기량 구분은 2행정의 경우 50cc 미 만 및 50cc 이상으로 구분되어 있으며, 4행정의 경우에는 125cc 미만 및 125cc 이상으로 구분되어 있다. CO > THC > NOx 순으로 배출계수가 높은 수준을 보였으며 2행정의 THC 배출계수가 4행정보다 2배 이상 높 게 산정되었다. 반면에 4행정의 NOx 배출계수는 2행정에 비해 3배 이상 높은 것으로 조사되었다. 표 2-1. 국내 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 배기량 행정 대기오염물질 배출계수(g/km) CO THC NOx <50cc 8.23 3.75 0.04 2행정 50cc 8.57 3.42 0.01 <125cc 9.99 1.06 0.12 4행정 125cc 6.94 1.10 0.10 자료출처: 교통환경연구소, 2002년 - 3 -

나. 미국의 이륜자동차 배출계수 미국 환경청(EPA)에서는 도로이동오염원으로부터 배출되는 대기오염물 질의 배출량을 산정하기 위하여 MOBILE 모델을 사용하고 있으며, 이륜 자동차로부터 배출되는 대기오염물질을 산정하기 위한 배출계수가 MOBILE 모델에 포함되어 있다 9). 표 2-2는 실제 MOBILE 모델에서 사용되고 있는 이륜자동차의 대기오 염물질 및 배기량별, 연식별 배출계수를 나타낸 것이다. 배기량별 구분은 국내 배출계수와 달리 50cc 미만 및 50cc 이상으로만 구분되어 있다. 표 2-2. 미국의 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 배기량 연식구분 행정 배출계수 (g/km) CO THC NOx 50cc >50cc Tier-0 (2006년 이전) Tier-0 (2006년 이전) Tier-1 (2006년 이후) Tier-0 (2006년 이전) Tier-1 (2006년 이후) 2행정 10.00 6.00 0.06 4행정 9.63 0.79 0.20 전행정 9.63 0.79 0.20 전행정 10.81 0.88 0.43 전행정 10.81 0.63 0.32 자료출처: 미국 EPA Final Regulatory Support Document, 2003년 2002년도에 산정한 국내 이륜자동차 배출계수와 비교하여 보면, CO의 경우 미국 EPA의 배출계수가 다소 높거나 비슷한 수준을 보이고 있다. 하지만 2행정, 50cc 미만 THC의 경우에는 미국 EPA의 배출계수가 국내 - 4 -

배출계수 보다 Tier-0의 경우에는 더 높았으나 Tier-1부터는 더 낮아지는 것으로 나타났다. 따라서 국내 배출계수도 2006년 이후 강화된 제작차 배 출허용기준에 따라 보완되어야 할 것으로 사료되며, 본 연구에서는 2003 년 이후 연식 이륜자동차부터 최근 2007년 연식 이륜자동차까지의 배출계 수를 새롭게 산정하였다. 다. 유럽의 이륜자동차 배출계수 유럽에서는 도로 이동오염원으로부터 배출되는 대기오염물질의 배출량 을 산정하기 위하여 CORINAIR의 COPERT 모델을 이용하고 있으며 이 때 모델에 사용되는 이륜자동차 배출계수는 표 2-3에 나타내었다 10). 표 2-3. 유럽의 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 배출계수 (g/km) 오염물질 배기량 배출기준 속도범위 (km/h) Urban Rural Highway (도심) (시외) (고속) CO Euro Ⅱ 전체 (2003년이후) 10 110 6.472 5.947 9.309 배기량 Euro Ⅲ (2006년이후) 10 110 4.705 1.581 2.241 THC Euro Ⅱ 전체 (2003년이후) 10 110 1.053 0.557 0.612 배기량 Euro Ⅲ (2006년이후) 10 110 0.628 0.193 0.179 NOx Euro Ⅱ 전체 (2003년이후) 10 110 0.195 0.265 0.531 배기량 Euro Ⅲ (2006년이후) 10 110 0.126 0.15 0.329 자료출처: 유럽 Emission Inventory Book, 2007년 - 5 -

유럽의 배출계수는 EURO Ⅱ (2003년 이후) 연식의 이륜자동차부터 배 기량이나 행정의 구분이 없으며, 특히 도심지역 도로, 시외 간선도로 및 고속도로 등 3가지 도로 특성을 반영하는 배출계수를 사용하고 있다. 각 도로별 평균 속도는 urban (도심지역 도로) 20 km/h, rural (시외 간선도 로) 60km/h, highway (고속도로) 100 km/h이다. 그러나 배출계수의 대기오염물질별 배출 특성은 미국이나 국내 배출계 수와 마찬가지로 CO > THC > NOx 순으로 높게 나타났다. 특히 유럽의 경우 입자상물질(Particulate Matter; PM)의 이륜자동차 배 출계수가 표 2-4와 같이 별도로 제시되어 있었다. 표 2-4. 유럽의 이륜자동차 입자상물질 (PM) 배출계수 오염물질 배기량 배출기준 PM 2 행정 250cc 미만 250cc 이상- 750cc 미만 750cc 이상 Euro Ⅱ (2003년 이후) Euro Ⅲ (2006년이후) Euro Ⅱ (2003년 이후) Euro Ⅲ (2006년이후) Euro Ⅱ (2003년 이후) Euro Ⅲ (2006년이후) Euro Ⅱ (2003년 이후) Euro Ⅲ (2006년이후) 속도범위 (km/h) 배출계수 (g/km) 10 110 0.040 10 110 0.120 10 110 0.005 10 110 0.005 10 110 0.005 10 110 0.005 10 110 0.005 10 110 0.005 자료출처: 유럽 Emission Inventory Book, 2007년 - 6 -

따라서 국내에서도 각 도로별 특성을 반영할 수 있는 배출계수의 개발 과 함께 이륜자동차의 입자상물질 배출계수 마련이 필요하다고 사료된다. 2. 이륜자동차의 구분 및 배출허용기준 가. 국내 이륜자동차의 구분 대기환경보전법 시행규칙에서는 이륜자동차를 1명 또는 2명 정도의 사 람을 운송하기 적합하게 제작된 것 으로 규모는 공차 중량이 0.5톤 미 만 인 것으로 정의하고 있다. 또한 자동차 관리법 시행규칙에서는 규모별 및 유형별로 이륜자동차를 분류하고 있으며, 표 2-5에서는 다른 이륜자동 차 관련 법규상 구분과 함께 자동차 관리법 시행규칙 상의 규모별 분류를 함께 나타내었다 12). 자동차 관리법 시행규칙 상의 유형별 세부기준은 표 2-6에서 별도로 설명하였다 13). 표 2-5. 국내 관련 법규에 의한 이륜자동차 구분 구 분 50cc미만 50-100cc미만 100-125cc미만 125-260cc미만 260cc이상 자동차 관리법 - 소형이륜 자 동 차 중형이륜 자 동 차 대형이륜 자 동 차 도로교통법 원동기장치 자전거 이륜자동차 원동기면허 원동기장치 이상 2종 소형 면허 사용신고 의무없음 읍, 면, 동 사무소 - 7 -

표 2-6. 자동차관리법 시행규칙의 유형별 이륜자동차 세부기준 일반형 자전거로부터 진화한 구조로서 사람 또는 소량의 화물을 운송하기 위한 것 이륜자동차 특수형 경주 오락 또는 운전을 즐기기 위한 경쾌한 구조인 것 기타형 3륜 이상인 것으로서 최대적재량이 100kg 이하인 것 나. 국내 외 이륜자동차의 배출허용기준 표 2-7과 표 2-8은 대기환경보전법상 연식별 이륜자동차 배출허용 기 준을 나타낸 것이다 8). 본 연구에서는 표 2-8에서와 같이 2006년 이후 강 화된 배출허용기준을 기점으로 2006년 이전 및 2006년 이후로 구분하여 배출계수를 산정하였다. 표 2-7. 2006년 이전 이륜자동차 배출허용기준 (2000. 1. 1 2005. 12. 31) (단위 : g/km) 원동기 형태 배출허용기준 CO THC NOx 50cc 미만 8.0 4.0 0.1 50cc 이상 측정방법 2행정 8.0 4.0 0.1 4행정 13.0 3.0 0.3 50cc 미만; CVS-47 50cc 이상; CVS-40 자료출처: 환경부 대기환경보전법, 2008년 - 8 -

표 2-8. 2006년 이후 이륜자동차 배출허용기준 (2006. 1. 1 2007. 12. 31) (단위 : g/km) 최고속도 최고속도 속도 45km/h 이하 45km/h 초과 원동기형태 CO THC+NOx CO THC NOx 50cc 미만 50cc 이상 150cc 미만 150cc 이상 2행정 5.5 2.0 0.1 4행정 5.5 1.2 0.3 2행정 5.5 1.2 0.3 1.0 1.2 4행정 5.5 1.2 0.3 2행정 5.5 1.0 0.3 4행정 5.5 1.0 0.3 측정방법 CVS-47 CVS-40 자료출처: 환경부 대기환경보전법, 2008년 특히 2006년 이후 이륜자동차의 배출허용기준은 이륜자동차의 최고속도 에 따라 측정방법을 달리하는 것으로 되어 있으며 배기량별 구분도 기존 의 50cc 이상, 50cc 이하의 단순한 구분에서 50cc 미만, 50cc 이상-150cc 미만 및 150cc 이상의 세단계로 보다 세분화 되었다. 따라서 본 연구에서 도 새롭게 강화된 배출허용기준에 근거하여 배기량 구분을 보다 세분화하 여 배출계수를 산정하였다. 표 2-9에서는 각국의 이륜자동차 배출허용기준을 조사하여 나타내었다. 대표적인 이륜자동차 생산국들로서 미국의 규제 기준이 가장 높고 유럽과 일본이 비슷한 수준이었으며 대만은 중간수준의 규제기준인 것으로 나타 났다. 우리나라의 경우는 유럽과 일본 수준의 규제기준을 적용하고 있는 것으로 조사되었다. - 9 -

표 2-9. 각국의 이륜자동차 배출허용기준 (단위 : g/km) 국가 규제기준 배기량 2행정 4행정 CO THC NOx CO THC NOx 측정방법 U.S.A - 12 1.0-12 1.0 - 미국 California <700cc 12 1.0-12 1.0-701cc 12 1.4-12 1.4 - CVS-78 Moped EUROⅠ - 6.0 3.0 6.0 3.0 EURO Ⅱ - 1.0 1.2 1.0 1.2 ECE-47 EU <150cc 5.5 1.2 0.3 5.5 1.2 0.3 EURO Ⅱ ECE-40 Motor 150cc 5.5 1.0 0.3 5.5 1.0 0.3 cycle <150cc 2.0 0.8 0.15 2.0 0.8 0.15 UDC Cold EURO Ⅲ ECE-40 150cc 2.0 0.3 0.15 2.0 0.3 0.15 +EUDC 2006년 <50cc 2.0 0.5 0.15 2.0 0.5 0.15 일본 2007년 51 125cc 2006년 126 250cc 2.0 0.3 0.15 2.0 0.3 0.15 ECE-40 2007년 251 대만 인증 3.25 1.75 3.25 1.75 1998.1.1 양산 3.5 2.0 3.5 2.0 2004.1.1-7.0 1.0 7.0 2.0 ECE-40 ECE-40 Cold - 10 -

3. 국내 이륜자동차 일반현황 가. 국내 이륜자동차 사용신고 현황 그림 2-1은 2002년도부터 2008년도까지의 국토해양부 자료를 조사 분 석하여 산정한 최근 6년간 국내 이륜자동차의 사용신고 현황을 나타낸 것 이다 14). 1,850,000 1,800,000 이륜자동차 등록대수 1,750,000 1,700,000 자료출처: 국토해양부, 2008년 1,650,000 그림 2-1. 국내 이륜자동차의 사용신고 현황 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 2008년 지난 6년 동안 사용신고 대상인 배기량 50cc 이상 국내 이륜자동차 등 록대수는 2005년까지는 뚜렷한 변화가 없었으나, 인터넷 시장 및 외식업 이 성장하기 시작한 2006년 이후로 증가세를 나타내며, 물류업의 성장과 - 11 -

함께 2007년 이후로는 등록대수 기준으로 10만대 이상이 증가한 것으로 조사되었다. 전체적으로 지난 6년간 차량의 총 증가 비율은 2002년 총 1,708,457대에서 2008년 총 1,814,399대로 6% 이상 증가한 것으로 나타났 다. 나. 국내 이륜자동차 배기량별 점유율 그림 2-2는 2002년도부터 2008년도까지의 국토해양부 자료를 조사 분 석하여 산정한 국내 이륜자동차의 배기량별 점유율을 나타낸 것이다 14). 100% 50cc 이상 100cc 미만 100cc 초과 260cc 미만 260cc 초과 75% 50% 25% 자료출처: 국토해양부, 2008년 그림 2-2. 국내 이륜자동차의 배기량별 점유율 0% 2002년 2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 2008년 이륜자동차의 지난 6년간 배기량별 분포는 50cc 이상-100cc 미만의 경 우 57%-65%의 점유율을 보이고 있으며, 100cc 이상-260cc 미만의 경우 - 12 -

33%-47%, 260cc 이상의 경우 1.7%-2.3%의 점유율을 나타내었다. 100cc 미만의 경우 음식점이나 요식업체의 배달수단으로 많이 사용되고 있기 때 문에 점유율이 가장 높은 것으로 조사되었으며, 100cc 이상-260cc 미만의 경우 택배나 퀵 서비스 같은 물류 운송수단으로 많이 이용되어 그 다음 순으로 점유율이 높은 것으로 나타났다. - 13 -

Ⅲ. 이륜자동차의 대기오염물질 배출특성 시험 1. 시험대상 이륜자동차의 선정 표 3-1, 3-2에는 최근 3년 동안 판매된 대림자동차와 S&T Motors의 모델별, 행정별, 배기량별 이륜자동차 현황을 각각 비교, 분석하여 나타내 었다. 표 3-1. 최근 3년간 대림자동차 모델별 이륜자동차 판매현황 모델명 엔진형식 행정 배기량 (cc) 총중량 (Kg) 판매대수 (대) 2005년 2006년 2007년 Total SQ250 SH50C 4 249.1 290 412 484 158 1,054 VL125 VL125E 4 124.1 300 2,048 2,095 1,933 6,076 VJ125 VJ125E 4 124.1 275 533 681 479 1,693 VJF125 VJF125E 4 124.1 292 - - 710 710 VM125 VM125E 4 124.1 260 1,026 924 789 2,739 SQ125 SQ125E 4 124.9 280 4,781 2,901 1,616 9,298 SL125U SL125UE 4 124.9 265 - - 3,609 3,609 SN125 SN125E 4 124.9 265 - - 1,360 1,360 SU125 SU125E 4 124 245 - - 6,524 6,524 SC125N SC125E 4 124 235-1,428 1,111 2,539 CA110 CA110E 4 108.9 235 30,597 32,072 29,516 92,185 SH100 SH100E 2 99.7 225 6,925 7,499 3,628 18,052 SE50 SE50E 2 49.5 145 3,891 6,401 4,727 15,019 SJ50N SJ50E 2 49.5 160 973 1,836 1,186 3,995 SJ50R SJ50E 2 49.5 160 10,204 7,036 4,351 21,591 SE50C SE50CE 2 49.5 145 - - 2,499 2,499-14 -

표 3-2. 최근 3년간 S&T Motors 모델별 이륜자동차 판매현황 모델명 엔진형식 행정 배기량 (cc) 총중량 (Kg) 판매대수 (대) 2005년 2006년 2007년 Total COMET GT-650 4 646.9 335 81 140 160 381 MIRAGE GV-650 4 646.9 350 293 158 91 542 MS3-250 MS3-250 4 249.5 310 - - 231 231 COMET GT-250 4 249 300 203 313 458 974 MIRAGE GV-250 4 249 300 557 486 540 1,583 MIRAGE GV-125 4 124.7 295 443 367 444 1,254 COMET GT-125 4 124.7 300 65 35-100 RT-125D GSX-125R 4 124.5 265 237 475 485 1,197 RX-125SM GSX-125R 4 124.5 260 - - 402 402 MS3-125 MS3-125 4 124.5 305 - - 1,070 1,070 MASTER KR-110 4 109.8 105 4,930 4,383 4,052 13,365 PRIMA RALLY SF-100 2 99.6 225 2,175 1,310 452 3,937 ROMANCE MS2-100 2 99.6 160 545 302-847 PRIMA RALLY SF-50 2 49 159 6,570 6,453 4,500 17,523 HI CAB SB-50M 2 49 149 708 2,090 2,360 5,158 보다 신뢰성 있고 대표성을 가질 수 있는 이륜자동차의 대기오염물질별 배출계수를 산출하기 위해서는 시험대상 차종 선정은 매우 중요하며, 이 를 위하여 국내 이륜자동차 생산업체인 대림자동차와 S&T Motors의 협 조를 얻어 최근 3년간 판매된 이륜자동차의 모델별 판매량 자료를 분석하 였다. 2005년부터 2007년까지 대림자동차 및 S&T Motors의 모델별 판매 현황을 분석한 결과, 대기환경보전법에 따른 배기량별(50cc 이하, 50cc 이 - 15 -

상-150cc 미만, 150cc 이상) 이륜차 구분을 이용하여 국내에서 판매량이 가장 높은 모델들 중 차량 확보가 용이하고, 실차 시험이 가능한 최종 시 험대상 차종 6개 기종을 선정하였다 (부록 참조). 제작사별로 선정된 모델을 살펴보면 대림자동차의 New Major (50cc 이하), Delfino (50cc 이상-150cc 미만), Freewing (150cc 이상) 및 S&T Motors의 SF 50 (50cc 미만), KR-110 (50cc 이상-150cc 미만), GV 250 (150cc 이상) 등 6개 기종으로 각 배기량별로 2개 기종을 선정하였다. 시험 대상 차종을 확보하는 과정에서는 모델명이 상이 하더라도 동일 엔진 및 기술이 적용된 경우 같은 차종으로 분류하여 실차 시험을 실시하 였다. 이와 같이 선정된 6개 기종의 각 배기량별 동일 엔진 형식을 가진 이륜 자동차에 대해서 대림자동차 및 S&T Motors, 그리고 교통환경연구소가 공동연구를 통해 동시에 임차 및 실차 시험을 실시하여 대기오염물질별 배출가스 분석을 실시하였다. 이때 선정된 배기량별 및 행정별 차량 시험 대수를 표 3-3과 표, 3-4에 나타내었다. 표 3-3. 배기량별 시험대상 이륜차 현황 연식 배기량 구분 대 수 합 계 50cc 미만 27 2003년-2005년 50cc 이상-150cc 미만 30 150cc 이상 22 50cc 미만 9 124대 2006년-2007년 50cc 이상-150cc 미만 21 150cc 이상 15-16 -

표 3-4. 행정별 시험대상 이륜차 현황 연식 행정 구분 대 수 합 계 2003년-2005년 2006년-2007년 2행정 27 4행정 52 2행정 9 4행정 36 124대 연식별 시험 대상 차량 대수는 국토해양부의 이륜차 등록대수 통계자료 14) 에 근거하여, 가장 많은 등록대수 분포를 보이고 있는 50cc 이상-150cc 미만 배기량 구분에 보다 많은 시험 차량이 할당 될 수 있도록 고려하였 다. 총 124대의 실제 운행 중인 이륜자동차를 임차하여 실험을 실시하였으 며, 연식구분은 대기환경보전법상 제작차 배출허용기준이 강화된 시점인 2006년 연식 이전과 2006년 연식 이후로 분류하여 배기량별 대상 차량을 시험하였다. 2003년-2005년 연식의 경우 총 79대가 시험되었으며, 2006년 -2007년 연식의 경우 총 45대가 시험되었다. 50cc 미만의 경우 2행정으로 분류되었으며, 50cc 이상은 대부분이 4행정으로 조사되었다. 2. 실차 시험방법 및 주행모드 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질을 측정하는 시험방법은 이륜자 동차의 실제 도로주행상태를 실험실에서 재현할 수 있어야 한다. 하지만 현재 국내에서는 실제 이륜자동차의 도로 주행 패턴을 모사할 수 있는 주 행모드가 개발되어 있지 않기 때문에, 본 연구에서는 대기환경보전법의 - 17 -

제작 이륜자동차 대기오염물질 배출허용기준을 판정하는 방법으로 개발된 CVS-47모드 (50cc 미만) 및 CVS-40모드(50cc 이상)를 사용하였다. 그림 3-1에서는 시험장치의 개략도를 나타내었으며, 주행모드는 그림 3-2 (a) 및 (b)에 나타내었다. 1. Cooling fan 2. Driver's aid 3. Chassis dynamometer 4. Air filter trap 5. Constant volume sampler 6. Sample bag 7. Exhaust blower 8. System computer 9. Printer 10. Driver's aid control system 11. Exhaust emission analyzing 12. 13. Printer and plotter system control computer 14. Exhaust emission analyzer 그림 3-1. 이륜자동차 배출가스 시험장치 개략도 - 18 -

(km/h) 50 40 30 20 10 IDLING TIME 8 57 36 6 5 TOTAL 65 101 107 112 (a) CVS-47 시험모드 (km/h) 50 40 30 20 10 K K K IDLING N K N K N K (b) CVS-40 시험모드 N TIME 11 4 8 2 3 21 12 24 8 3 21 26 12 8 13 9 3 7 TOTAL 시험모드 평균차속(km/h) 주행거리(km) 11 15 23 25 28 49 61 85 93 96 117 143 155 163 176 185 ## 195 CVS-47 Mode 28.3 3.52 CVS-40 Mode 18.4 3.98 그림 3-2. 이륜자동차 실차 시험모드 및 평균차속과 주행거리 - 19 -

3. 측정장치 및 분석방법 배출가스 시험장비는 차대동력계, 운전보조 장치, 시료채취 장치 및 배 출가스 분석기로 구성되어 있다. 차대동력계는 전기동력계(AVL-ZOELLNER) 로서 관성중량(Inertia weight), 동력흡수계(Power absorption unit), 제어 기(Controller)로 되어 있으며, 이륜자동차가 실제 도로상을 주행할 때 정 지, 가속, 정속, 감속 등을 반복하는 과정을 실험실내에서 모사 주행할 수 있도록 기계적으로 부하를 걸어주는 장치로서 제원은 표 3-5와 같다. 표 3-5. 차대동력계 제원 구분 제작사 모델 동력 흡수 관성 중량 범위 최고 속도 제원 Zoellner 20 - motorcycle 40HP 80 ~ 350kg 90km/h 롤 크기 20 기본 휠 무게 170kg 또한 운전 보조장치(CRSD-3000)는 운전자가 차대동력계상에서 이륜자 동차가 도로를 주행하는 상태와 유사하게 운전할 수 있도록 화면에 주행 모드를 표시해 주는 장치이다. 이륜자동차에서 배출되는 배기가스를 배기관에서 정용량 시료채취장치 (Horiba CVS-9100S)로 채취하여 배출가스 분석기(Horiba Mexa-9300)로 분석하였고 배출가스 측정 방법은 그림 3-3과 같다. - 20 -

그림 3-3. 이륜자동차의 배출가스 측정방법 배출가스 측정은 그림 3-3에서 보는바와 같이 운전자가 이륜자동차를 직접 타고 차대동력계의 롤러 위에서 입력되어 있는 주행모드를 따라서 실제 주행을 하도록 되어있다. 이때의 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료채취장치(CVS : Constant Volume Sampler)로 일정량의 공기 와 함께 희석하여 테프론 재질의 시료채취 백에 채취한 후 분석기로 CO, HC, NOx를 분석하여 중량단위(g/km)로 측정한다. 특히 이번 연구에서는 윤활유와 연료가 혼합되어 연소되는 특성상 50cc 미만 이륜자동차에서 많이 배출되는 것으로 알려진 탄소화합물(무기탄소; Elemental Carbon 및 유기탄소; Organic Carbon)도 열광학 탄소 분석법 (Thermal Optical Carbon Analysis Method)을 이용한 실시간 탄소화합물 분석 장치 (Sunset Semi-continuos OCEC Instrument)로 분석하였다. 배출가스 분석기의 분석원리는 CO는 비분산 적외선 분석법(NDIR, Nondipersive Infrared), THC는 열식 불꽃이온화 검출기법(HFID, Heated Flame Ionization Detector), NOx는 화학발광법(CLD, Chemiluminescence Detector)이며 배출가스 분석기의 제원은 표 3-6에 나타내었고, 배출가스 분석 장치 및 탄소화합물 분석기는 그림 3-4, 3-5, 3-6에 나타내었다. - 21 -

표 3-6. 배출가스 분석기 제원 항목 분석원리 측정범위 CO NDIR (L) 200, 500, 1000, 2500 ppm (H) 1%, 5000 ppm THC H-FID 50, 200, 5000 ppmc NOx CLD 20, 100, 500, 2000 ppm 그림 3-4. 배출가스 측정 장치 - 22 -

그림 3-5. 배출가스 측정 제어시스템 그림 3-6. 탄소화합물 분석 장치 - 23 -

4. 시험연료 이륜자동차 배출가스 측정을 위해서 사용한 시험용 연료품질 규격은 자 동차에서 사용한 것과 같은 일반 주유소에서 판매한 휘발유를 사용하였으 며, 연료품질 규격은 대기환경보전법에 규정되어 있다. 휘발유 검사항목에 따라 분석한 시험용 연료 분석결과는 표 3-7에 나타내었으며, 모두 연료 품질 규격에 적합한 것으로 나타났다. 표 3-7. 시험용 연료의 규격 및 분석결과 휘발유 검사항목 연료 제조기준 시험연료 분석결과 방향족함량(부피%) 30 이하 20.34 벤젠함량(부피%) 1.0 이하 0.44 납함량(g/L) 0.013 이하 불검출 인함량(g/L) 0.0013 이하 불검출 산소함량(무게%) 1.0 이상 2.3 이하 2.09 올레핀(부피%) 18이하 14.82 황 함량(ppm) 50 이하 22 증기압(kPa, 37.8 ) 65 이하 60 90% 유출온도( ) 175 이하 161.5-24 -

5. 이륜자동차 대기오염물질 배출계수 및 배출량 산정방법 이륜자동차 배출계수는 일반도로, 국도 등 여러 가지 운행조건에 따른 주행패턴을 반영할 수 있는 운전모드를 선정하여 이를 실험실의 동력계상 에서 운전하고 재현하면서 대기오염물질을 측정하여 배출계수를 산출할 수 있다. 또한 이륜자동차의 운전모드별 평균차속과 일일주행거리 등을 이용하여 대기오염물질 배출량을 산정하는 과정과 배출계수 및 배출량 산 정 흐름도를 그림 3-8에 나타내었다 15). ㅇ 이륜자동차 배출계수 산정방법 (A 모델구성비)+(B 모델구성비)+(C 모델구성비) 배출계수(g/km) = 100 A : A차종의 배출계수 B : B차종의 배출계수 C : C차종의 배출계수 ㅇ 이륜자동차 오염물질 배출량 산정방법 배출량(ton/year) = 차종별 배출계수 차종별 V.K.T 10-6 365 V.K.T = 차종별 이륜자동차 등록대수 차종별 일일평균주행거리 V.K.T : Vehicle Kilometers Traveled - 25 -

배출계수 산출 위한 시험모드 개발 차종별 오염물질 측정 차종별 오염물질 배출량 원단위산출 차종별 오염물질 배출계수 산출 차종별 평균속도 차종별, 차속별, 오염물질 배출량 산출 차종별, 년식별, 보유 현황자료 규제년식별, 차종구성비 차종별, 년식별, 배출계수 산출 V.K.T 이륜자동차 등록 현황 지역별 이동 오염물질 배출량 산출 그림 3-8. 이륜자동차 오염물질 배출량 산정도 - 26 -

Ⅳ. 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 산정 및 배출량 분석 1. 시험데이터의 통계처리 가. 배기량별 시험데이터의 분포특성 그림 4-1은 2003년부터 2005년 연식 이륜자동차의 배기량별 대기오염물 질 분포특성을 대표적인 통계소프트웨어로 알려진 SPSS(Statistical Package for Social Science) 12.0 프로그램을 이용하여 box plot으로 표현한 것이 다 16). (a) 50cc 미만 (b) 50cc 이상-150cc 미만 그림 4-1. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배기량별 시험데이터 분포 (계속) - 27 -

(c) 150cc 이상 그림 4-1. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배기량별 시험데이터 분포 대기오염물질의 분산 경향을 살펴보면 50cc 미만의 경우 THC > CO > NOx의 순으로 분산되는 경향을 보이고 있으며, 50cc 이상-150cc 미만 및 150cc 이상 배기량에서는 CO가 높은 분산 경향을 보이고 있으나, THC와 NOx의 경우는 대부분의 측정값이 평균값에 수렴하는 경향을 보 이고 있다. 하지만, 전체 측정 배기량 범위에서 대기오염물질의 배출농도는 모두 CO > THC > NOx으로 순으로 배출되고 있는 것으로 조사되었다. 그림 4-2의 경우는 2006년부터 2007년 연식 이륜자동차의 배기량별 대 기오염물질 분포특성을 SPSS 프로그램을 사용하여 box plot으로 표현한 것이다. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 대기오염물질의 분산경향과는 달리 50cc 미만 및 50cc 이상-150cc 미만의 경우에서 CO가 높은 수준으 로 데이터가 분산되는 경향을 보였으며, THC 및 NOx의 경우 모든 배기 량 범위에서 데이터 분산 경향이 낮은 것으로 나타났다. - 28 -

(a) 50cc 미만 (b) 50cc 이상-150cc 미만 (c) 150cc 이상 그림 4-2. 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배기량별 시험데이터 분포 - 29 -

또한 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 대기오염물질 배출농도 경향과 마찬가지로 CO > THC > NOx 순으로 높게 배출되고 있는 것으로 조사 되었다. 나. 행정별 시험데이터의 분포특성 그림 4-3은 2003년부터 2005년 연식 이륜자동차의 행정별 대기오염물질 분포특성을 box plot으로 나타낸 것이다. 2행정의 경우 THC > CO > NOx 순으로 데이터가 분산되는 경향을 보이고 있으며, 4행정의 경우 CO 가 가장 높은 분산 경향을 나타내었다. 그러나 2행정과 4행정 모두 대기 오염물질 배출농도는 CO > THC > NOx 순으로 높게 배출되었다. 특히 4행정의 경우 CO의 배출농도가 2행정에 비해 높게 나타났으나, THC의 경우는 2행정이 4행정에 비해 높게 나타났으며, NOx의 경우는 2행정과 4 행정 모두 낮은 배출 농도 수준을 보였다. (a) 2행정 (b) 4행정 그림 4-3. 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 행정별 시험데이터 분포 - 30 -

CO의 경우는 상대적으로 배기량이 크고, 연료 소모량이 많은 4행정에 서 보다 많이 배출되고 있었으며, THC의 경우는 윤활유와 연료가 함께 연소되는 특성상 2행정에서 보다 많이 배출되고 있었다. 그림 4-4는 2006년부터 2007년 연식 이륜자동차의 행정별 대기오염물질 분포특성을 box plot으로 나타낸 것이다. 2행정과 4행정 모두 CO의 데이 터는 분산되는 경향을 보이고 있으나, THC와 NOx의 데이터는 분산 경 향이 낮게 나타났다. 그러나 2행정과 4행정 모두 대기오염물질 배출농도 는 2005년부터 2006년 연식 이륜자동차와 마찬가지로 CO > THC > NOx 순으로 높게 배출되었다. 또한 2005년부터 2006년 연식 이륜자동차 의 결과와 유사하게 4행정의 경우 CO의 배출농도가 2행정에 비해 높게 나타났으며, THC의 경우는 2행정이 4행정에 비해 높은 배출수준을 보였 고, NOx의 경우는 2행정과 4행정 모두 낮은 배출 농도를 나타내었다. (a) 2행정 (b) 4행정 그림 4-4. 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 행정별 시험데이터 분포 - 31 -

2. 대기오염물질 배출특성 가. 배기량별 대기오염물질 배출특성 그림 4-5는 배기량별 대기오염물질 배출특성을 나타낸 것이다. THC 8.0 6.0 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 g/km 4.0 2.0 0.0 4.000 3.000 3.000 1.200 1.200 1.000 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 CO g/km 20.0 15.0 10.0 5.0 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 13.000 13.000 8.000 5.500 5.500 5.500 0.0 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 NOx 0.5 0.4 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 0.3 0.2 0.300 0.300 0.300 그림 4-5. 배기량별 대기오염물질 배출 특성 g/km 0.1 0.0 0.100 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 - 32 -

THC의 경우, 대기환경보전법의 제작차 배출허용기준이 2006년부터 강 화됨에 따라 2003년-2005년 연식 이륜자동차에 대한 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 대기오염물질 배출농도는 배출허용기준이 강화되는 경향에 맞춰 28%-130% 까지 감소되었다. 특히 50cc 미만 배기량의 경우 배출허 용기준의 강화율이 다른 배기량에 비해 큰 만큼 대기오염물질 배출농도도 다른 배기량에 비해 더 큰 폭으로 감소되는 경향을 보였다. 2003년-2005년 연식 이륜자동차에 대한 2006년-2007년 연식 이륜자동 차의 CO 배출농도는 상대적으로 규제가 강화된 50cc 이상-150cc 미만 배 기량으로부터 배출되는 CO 농도가 크게 감소되었으나, 150cc 이상 배기 량의 경우는 감소 폭이 크지 않았다. 전체 CO 배출수준은 규제 수준이 강화됨에 따라 76%-185%까지 감소된 것으로 나타났다. 이와 달리 NOx의 경우, 50cc 이상 배기량에 대해서는 규제 수준의 변 화가 없었기 때문에 오히려 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출 농도 가 2003년-2005년 연식에 비해 14%-62%까지 증가된 것으로 조사되었다. 나. 행정별 대기오염물질 배출특성 그림 4-6은 2006년도에 제작차 배출허용기준이 강화됨에 따른 2003년 -2005년 연식 이륜자동차에 대한 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 행정 별 대기오염물질 배출특성 변화를 나타낸 것이다. THC 및 CO의 경우 배출허용기준이 강화됨 따라 2행정과 4행정 모두 대기오염물질 배출농도가 낮아지는 경향을 보이고 있다. 그러나 NOx의 경우는 배출허용기준이 강화되었음에도 불구하고 2006년 이전 배출 농도 보다 다소 증가하는 것으로 조사되었다. 대기오염물질별 증감 수준을 살 펴보면, THC의 경우 28%-130% 감소하였으며, CO의 경우는 76%-132% 감소하였다. 하지만 NOx의 경우는 14%-53% 증가하는 것으로 나타났다. - 33 -

THC 8.0 6.0 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 g/km 4.0 2.0 0.0 4.000 3.000 1.200 1.000 2행정 4행정 CO g/km 20.0 15.0 10.0 5.0 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 13.000 8.000 5.500 5.500 0.0 2행정 4행정 NOx 0.5 0.4 03~05년식 06~07년식 03~05년 규제수준 06~07년 규제수준 g/km 0.3 0.300 0.300 그림0.2 4-6. 행정별 대기오염물질 배출 특성 0.1 0.0 2행정 0.100 4행정 - 34 -

다. 대기오염물질별 배출특성 그림 4-7은 대기오염물질별 배출특성을 배기량 및 행정별로 나타낸 것 이다. 20.0 15.0 THC CO NOx g/km 10.0 5.0 0.0 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 03~05년식 06~07년식 20.0 15.0 THC CO NOx g/km 10.0 5.0 0.0 그림 4-7. 대기오염물질별 배출 특성 2행정 4행정 2행정 4행정 03~05년식 06~07년식 - 35 -

2003년-2005년 연식 이륜자동차 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배기량에 따른 대기오염물질별 배출특성의 경우, 배기량이 증가할수록 THC 는 감소하고, CO는 증가하는 경향을 보였으며, NOx의 경우 배기량별로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 한편 2행정 이륜자동차에 비해 4행정 이륜자 동차에서 배출되는 THC가 더 적은 것으로 조사되었으며, CO의 경우는 반 대로 4행정 이륜자동차에서 증가하는 것으로 나타났다. 하지만 NOx의 경우 는 2행정과 4행정에서 모두 비슷한 배출 특성을 보였다. 2003년-2005년 연 식 이륜자동차와 2006년-2007년 연식 이륜자동차를 비교해보면, 2006년부 터 대기환경보전법의 제작차 배출허용기준이 강화됨에 따라 2006년-2007 년 연식 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질 농도가 더 낮게 배출되고 있는 것으로 조사되었다. 전체적으로는 배기량, 행정 및 연식의 구분과 상 관없이 대기오염물질 배출량은 CO > THC > NOx 순으로 높게 배출되 고 있는 것으로 나타났다. 3. 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 산정 및 비교 가. 배기량 및 행정별 배출계수 산정 표 4-1 및 표 4-2는 이번 연구를 통하여 산정된 배기량별 및 행정별 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수를 규제기준이 강화된 2006년 이전과 이후로 구분하여 나타낸 것이다. 배기량에 따른 배출계수 산정결과를 보 면, THC의 경우 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배출계수에 비해 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출계수는 각각 배기량별로 50cc 미 만 142%, 50cc 이상-150cc 미만 58%, 150cc 이상 52% 적게 산정되었다. CO의 경우에도 50cc 미만 84%, 50cc 이상-150cc 미만 108%, 150cc 이상 20% 감소하는 경향을 보였다. 하지만 NOx 배출계수는 오히려 50cc미만 8%, 50cc 이상-150cc 미만 4%, 150cc 이상 21% 증가하였다. - 36 -

표 4-1. 배기량별 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 (단위 : g/km) 오염 물질 배출 연식구분 배기량 계수 배출허용 기준 표준 편차 최대값 최소값 신뢰 계수 95% CI 50cc 미만 3.772 4.0 1.145 5.565 2.002 2.07 0.48 03년-05년 50 150cc 0.889 3.0 0.253 1.487 0.625 2.13 0.13 THC 150cc 이상 0.838 3.0 0.431 1.629 0.494 2.20 0.27 50cc 미만 1.561 1.2 0.299 1.809 1.006 2.31 0.23 06년-07년 50 150cc 0.562 1.2 0.110 0.704 0.444 2.36 0.09 150cc 이상 0.551 1.0 0.024 0.583 0.523 2.78 0.03 50cc 미만 7.694 8.0 0.939 9.320 5.363 2.07 0.40 03년-05년 50 150cc 11.396 13.0 3.727 17.313 6.900 2.13 1.99 CO 150cc 이상 12.215 13.0 2.088 15.324 9.182 2.20 1.33 50cc 미만 4.189 5.5 1.642 5.361 1.852 2.31 1.26 06년-07년 50 150cc 5.471 5.5 1.762 7.059 2.817 2.36 1.47 150cc 이상 10.200 5.5 0.135 10.353 10.017 2.78 0.17 50cc 미만 0.039 0.1 0.019 0.064 0.013 2.07 0.01 03년-05년 50 150cc 0.138 0.3 0.052 0.201 0.060 2.13 0.03 NOx 150cc 이상 0.148 0.3 0.031 0.190 0.106 2.20 0.02 50cc 미만 0.043 0.3 0.033 0.088 0.016 2.31 0.03 06년-07년 50 150cc 0.144 0.3 0.084 0.260 0.058 2.36 0.07 150cc 이상 0.187 0.3 0.049 0.225 0.132 2.78 0.06-37 -

표 4-2. 행정별 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 (단위 : g/km) 오염 물질 연식구분 행정 배출 계수 배출허용 기준 표준 편차 최대값 최소값 신뢰 계수 95% CI THC CO NOx 03년-05년 06년-07년 03년-05년 06년-07년 03년-05년 06년-07년 2행정 3.772 4.0 1.145 5.565 2.002 2.07 0.48 4행정 0.867 3.0 0.334 1.629 0.494 2.05 0.13 2행정 1.561 1.2 0.299 1.809 1.006 2.31 0.23 4행정 0.558 1.0 0.086 0.704 0.444 2.18 0.05 2행정 7.694 8.0 0.939 9.320 5.363 2.07 0.40 4행정 11.747 13.0 3.109 17.313 6.900 2.05 1.21 2행정 4.189 5.5 1.642 5.361 1.852 2.31 1.26 4행정 7.290 5.5 2.748 10.353 2.817 2.18 1.66 2행정 0.039 0.1 0.019 0.064 0.013 2.07 0.01 4행정 0.142 0.3 0.043 0.201 0.060 2.05 0.02 2행정 0.043 0.3 0.033 0.088 0.016 2.31 0.03 4행정 0.161 0.3 0.073 0.260 0.058 2.18 0.04 또한 행정별로 산정된 배출계수 결과를 보면, THC의 경우 2003년-2005 년 연식 이륜자동차의 배출계수에 비해 2006년-2007년 연식 이륜자동차 의 배출계수는 각각 행정별로 2행정은 142%, 4행정은 55% 적게 산정되 었다. CO의 경우에도 2행정은 84%, 4행정은 61% 감소하는 경향을 보였 다. 하지만 NOx 배출계수는 오히려 2행정의 경우 8%, 4행정의 경우에는 12% 증가하는 것으로 산정되었다. - 38 -

나. 배기량 및 행정별 기존 배출계수와 비교 분석 표 4-3 및 표 4-4는 2002년도에 산정된 기존 이륜자동차 배출계수와 이번 연구를 통하여 2006년 이전 및 2006년 이후로 구분하여 산정된 배출 계수를 배기량 및 행정별로 나타낸 것이다. 표 4-3. 연식구분에 따른 배기량별 이륜자동차의 배출계수 (단위 : g/km) 오염물질 연식구분 배기량 배출계수 배출허용기준 THC CO NOx 2002년 이전 2003년-2005년 2006년-2007년 2002년 이전 2003년-2005년 2006년-2007년 2002년 이전 2003년-2005년 2006년-2007년 50cc 미만 3.750 4.0 50 150cc 1.060 3.0 150cc 이상 1.100 3.0 50cc 미만 3.772 4.0 50 150cc 0.889 3.0 150cc 이상 0.838 3.0 50cc 미만 1.561 1.2 50 150cc 0.562 1.2 150cc 이상 0.551 1.0 50cc 미만 8.230 8.0 50 150cc 9.990 13.0 150cc 이상 6.940 13.0 50cc 미만 7.694 8.0 50 150cc 11.396 13.0 150cc 이상 12.215 13.0 50cc 미만 4.189 5.5 50 150cc 5.471 5.5 150cc 이상 10.200 5.5 50cc 미만 0.040 0.1 50 150cc 0.120 0.3 150cc 이상 0.100 0.3 50cc 미만 0.039 0.1 50 150cc 0.138 0.3 150cc 이상 0.148 0.3 50cc 미만 0.043 0.3 50 150cc 0.144 0.3 150cc 이상 0.187 0.3-39 -

표 4-4. 연식구분에 따른 행정별 이륜자동차의 배출계수 (단위 : g/km) 오염물질 연식구분 행정 배출계수 배출허용기준 2002년 이전 2행정 3.750 4.0 4행정 1.080 3.0 THC 2003년-2005년 2행정 3.772 4.0 4행정 0.867 3.0 2006년-2007년 2행정 1.561 1.2 4행정 0.558 1.0 2002년 이전 2행정 8.230 8.0 4행정 8.465 13.0 CO 2003년-2005년 2행정 7.694 8.0 4행정 11.747 13.0 2006년-2007년 2행정 4.189 5.5 4행정 7.290 5.5 2002년 이전 2행정 0.040 0.1 4행정 0.110 0.3 NOx 2003년-2005년 2행정 0.039 0.1 4행정 0.142 0.3 2006년-2007년 2행정 0.043 0.3 4행정 0.161 0.3 그림 4-8은 2002년 연식 이전, 2003년-2005년 연식 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 변화 추이를 배기량별로 비교 하여 나타낸 것이다. THC의 경우 최근 연식일수록 배출계수가 감소하는 경향을 보였으며, 50cc 이상 배기량에서는 50cc 미만에 비해 모든 연식에 서 2배 이상 적게 산정되었다. CO는 50cc 미만의 경우 2006년 이후 연식 이 2002년 이전 연식보다 감소하였으나, 150cc 이상의 경우는 2002년 이 전 연식보다 2006년 이후 연식에서 배출계수가 높게 산정되었다. NOx의 경우도 배기량이 커질수록 기존 2002년 이전 연식 이륜자동차의 배출계수 에 비하여 2006년 이후 연식 이륜자동차의 배출계수가 증가되는 것으로 - 40 -

나타났다. 이와 같은 결과는 2002년 이전 연식 이륜자동차의 배출계수 산 정을 위하여 이용된 데이터의 대부분이 인증검사를 받기 위하여 국내에 반입된 수입 산을 포함한 다양한 기종의 이륜자동차로부터 산출된 것인데 반하여, 이번 연구를 통하여 산정된 배출계수는 실제 운행 중인 국내 이 륜자동차들 중에서 국내 점유율이 가장 높은 6개 기종에 대해서만 임차하 여 산정하였기 때문인 것으로 사료된다. THC g/km 4.0 2.0 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 0.0 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 CO 20.0 15.0 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 g/km 10.0 그림 4-8. 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출계수 (계속) 5.0 0.0 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 - 41 -

NOx 0.3 0.2 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 g/km 0.1 0.0 그림 4-8. 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출계수 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 그림 4-9는 2002년 연식 이전, 2003년-2005년 연식 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 대기오염물질 배출계수 변화 추이를 행정별로 비교 분석한 것이다. THC 4.0 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 g/km 2.0 그림 4-9. 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출계수(계속) 0.0 2행정 4행정 - 42 -

CO 20.0 15.0 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 g/km 10.0 5.0 0.0 2행정 4행정 NOx 0.3 0.2 02년식 이전 03~05년식 06~07년식 g/km 0.1 그림 4-9. 0.0 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출계수 2행정 4행정 - 43 -

THC의 경우 2006년 이전과 비교하여 2006년 이후 2행정에서의 배출계 수가 4행정과 비교하여 더 큰 폭으로 감소된 것으로 나타났다. CO의 경 우는 배출허용기준 강화에 따라 배출계수가 최근 연식일수록 줄어드는 경 향을 보이고 있으나 4행정의 경우는 크게 변화되지 않은 것으로 조사되었 다. 하지만 2행정으로부터 배출되는 NOx의 경우 연식변화에 따른 큰 변 동은 없었으나, 4행정의 경우 최근 연식일수록 오히려 NOx 배출계수가 증가하고 있는 것으로 조사되었다. 4. 이륜자동차의 대기오염물질 배출량 산정 및 비교 가. 배기량 및 행정별 대기오염물질 배출량 산정 본 연구에서 산정된 배기량별 및 행정별 배출계수 결과와 함께, 국토해 양부 14) 통계자료인 이륜자동차 등록대수 및 자동차공해연구소 3) 등을 통하 여 조사된 이륜자동차의 일일평균주행거리를 이용하여 표 4-5와 4-6에 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질의 배출량을 배기량별 및 행정별로 산정하였다. 또한 전체 이동오염원의 대기오염물질 배출량에 대한 이륜자 동차에서 배출되는 대기오염물질의 기여율도 함께 산출하였다. 2007년 12월 기준 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질별 배출량의 경우 CO가 연간 57,182 톤으로 가장 많이 배출되는 것으로 조사되었으며, THC가 4,357 톤, NOx가 1,229 톤으로 산정되었다. 전체 이동오염원에 대 한 기여율의 경우 2007년 12월 말 기준으로 CO 9.8% > THC 4.3% > NOx 0.3% 순으로 조사되었다. 배기량별로는 2003년-2005년 연식 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차 모두 50cc 이상-150cc 미만 이륜자동차 에서 배출되는 대기오염물질 배출량이 높은 것으로 산정되었다. 이와 같 은 결과는 50cc 이상-150cc 미만 이륜자동차의 등록대수가 50cc 미만 및 150cc 이상 배기량 범위의 등록대수에 비해 많기 때문인 것으로 사료된 - 44 -

다. 2003년-2005년 연식 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질 배출량과 2006년-2007년 연식 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질 배출량을 비 교해보면 THC와 CO의 경우 배출허용기준이 강화됨에 따라 배출량도 함 께 줄어드는 것으로 나타났다. 하지만 NOx의 경우, 2006년 이전과 이후 연식 사이의 배출량 변화가 크지 않았으며, 오히려 150cc 이상 배기량 범 위에서는 차량등록대수가 증가함에 따라 대기오염물질의 배출량도 2006년 이후 연식 이륜자동차에서 증가되는 것으로 조사되었다. 표 4-5. 배기량별 대기오염물질 배출량 및 기여율 산정 결과 오염 물질 THC CO NOx 연식구분 배기량 등록대수 2003년-2005년 2006년-2007년 2003년-2005년 2006년-2007년 2003년-2005년 2006년-2007년 배기량별 연간배출량 (ton/yr) 50cc 미만 49,215 488 50 150cc 1,043,609 3,893 150cc 이상 683,216 2,404 50cc 미만 44,081 181 50 150cc 993,914 2,346 150cc 이상 791,137 1,830 50cc 미만 49,215 995 50 150cc 1,043,609 49,921 150cc 이상 683,216 35,030 50cc 미만 44,081 485 50 150cc 993,914 22,824 150cc 이상 791,137 33,873 50cc 미만 49,215 5 50 150cc 1,043,609 605 150cc 이상 683,216 424 50cc 미만 44,081 5 50 150cc 993,914 602 150cc 이상 791,137 622 연식별 연간 배출량 (ton/yr) 전체 이동오염원 중 기여율 (%) 6,785 6.6 4,357 4.3 85,946 14.7 57,182 9.8 1,034 0.2 1,229 0.3-45 -

표 4-6. 행정별 대기오염물질 배출량 및 기여율 산정 결과 오염 물질 연식구분 행정 등록대수 행정별 연간배출량 (ton/yr) 연식별 연간배출량 (ton/yr) 전체 이동오염원 중 기여율 (%) THC CO NOx 2003년-2005년 2행정 49,215 488 6,773 6.6 4행정 1,726,825 6,285 2006년-2007년 2행정 44,081 181 4,362 4.3 4행정 1,785,051 4,182 2003년-2005년 2행정 49,215 995 86,141 14.8 4행정 1,726,825 85,146 2006년-2007년 2행정 44,081 485 55,106 9.4 4행정 1,785,051 54,620 2003년-2005년 2행정 49,215 5 1,036 0.2 4행정 1,726,825 1,031 2006년-2007년 2행정 44,081 5 1,210 0.3 4행정 1,785,051 1,205 행정별 배출량의 경우 이륜자동차 등록대수가 2행정에 비해 35배 이상 많은 4행정에서 THC, CO 및 NOx 모두 2행정보다 높은 배출량을 보였 다. 특히 2행정의 경우 대기오염물질 배출 농도는 4행정의 경우와 마찬가 지로 CO > THC > NOx 순으로 연식에 상관없이 높게 배출되는 경향을 보였다. 그림 4-10과 4-11은 배기량별 대기오염물질 배출량 및 행정별 배출량 을 나타낸 것이다. THC와 CO의 경우 배출허용기준 강화의 영향으로 전 체 배기량 범위에서 2006년 이전 연식에 비해 모두 감소된 것으로 나타났 다. 하지만 NOx의 경우는 2006년 이전 연식과 2006년 이후 연식에서 뚜 렷한 감소를 보이고 있지 않고 있어 이륜자동차로부터 배출되는 NOx를 - 46 -

저감시킬 수 있는 새로운 기술 개발이 시급함을 알 수 있었다. 특히 NOx 의 경우 다른 이동 오염원의 경우에도 새로운 저감기술의 개발이 요구되 고 있는 대기오염물질이기 때문에 배출허용기준의 강화에 맞추어 이륜자 동차로부터 배출되는 NOx를 저감시킬 수 있는 저감기술에 대한 연구와 투자가 필요하다고 하겠다 17). THC (배기량별) 4,500 3,893 03~05년식 06~07년식 ton/yr 3,000 2,346 2,404 1,830 1,500 0 488 181 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 CO (배기량별) 60,000 50,000 49,921 03~05년식 06~07년식 40,000 35,030 33,873 ton/yr 30,000 22,824 20,000 그림 4-10. 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출량(계속) 10,000 0 995 485 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 - 47 -

NOx (배기량별) 1,000 03~05년식 750 605 602 06~07년식 622 ton/yr 500 424 250 5 5 그림 4-10. 0 연식구분에 따른 배기량별 대기오염물질 배출량 50cc 미만 50 150cc 150cc 이상 행정별 배출량의 경우에도 THC 및 CO의 배출량은 2행정과 4행정 모 두 2006년 이전 연식에 비하여 2006년 이후 연식의 배출량이 감소하는 경 향을 보이고 있으나 2행정으로부터 배출되는 NOx의 경우에는 변화가 없 었으며, 4행정의 경우에는 NOx 배출량이 증가하는 것으로 나타났다. 10,000 THC (행정별) 7,500 6,285 03~05년식 06~07년식 ton/yr 5,000 4,182 그림 4-11. 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출량(계속) 2,500 0 488 2행정 181 4행정 - 48 -

CO (행정별) 160,000 03~05년식 120,000 06~07년식 ton/yr 80,000 85,146 54,620 40,000 0 995 2행정 485 4행정 NOx (행정별) 1,800 03~05년 식 1,200 1,031 06~07년 식 1,205 ton/yr 600 그림 4-11. 연식구분에 따른 행정별 대기오염물질 배출량 5 5 0 그림 4-12는 2003년-2005년 연식2행정 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차에 4행정 서 배출되는 대기오염물질별 배출량 기여율을 나타낸 것이다. 2006년 이 전 연식 및 2006년 이후 연식 모두 CO의 기여율이 90%이상으로 가장 높 았으며, 다음으로 THC가 7%, NOx가 약 1% 순으로 나타나 이륜자동차 에서 배출되는 대기오염물질의 대부분이 CO인 것으로 조사되었다. - 49 -

오 염 물 질 별 배 출 량 분 포 (03~ 05년 식 ) T HC CO NO x 1% 7% 92% 오 염 물 질 별 배 출 량 분 포 (06~ 07년 식 ) T HC CO NO x 2% 7% 그림 4-12. 연식별 대기오염물질 배출량 기여율 91% 그림 4-13은 전체 이동오염원에서 배출되는 대기오염물질에 대한 이륜 자동차에서 배출되는 THC, CO 및 NOx의 기여도를 나타낸 것이다. 전체 이동오염원에서 배출되는 대기오염물질 배출량의 경우 이륜자동차 에서 배출되는 대기오염물질 배출량과는 달리 CO > NOx > THC의 순 으로 높게 나타났다. 따라서 실제 이동오염원에서 배출되는 대기오염물질 배출량에 대한 이륜자동차에서 배출되는 CO와 THC의 기여도가 다른 이 동오염원에 비해 상대적으로 높음을 알 수 있었다. - 50 -

오염물질 기여도 03~05년식 이륜차의 오염물질 배출량 전체 이동오염원의 오염물질 배출량 700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 0 6,785 85,946 THC CO NOx 1,034 오염물질 기여도 06~07년식 이륜차의 오염물질 배출량 전체 이동오염원의 오염물질 배출량 700,000 57,182 600,000 500,000 1,229 400,000 300,000 200,000 4,357 그림 4-13. 연식별 전체 이동오염원에 대한 이륜자동차의 배출량 기여율 100,000 0 THC CO NOx - 51 -

나. 탄소화합물의 배출특성 그림 4-14는 3개 기종의 2행정 기관으로 구성된 50cc 미만 이륜자동차 를 대상으로 50cc 미만 이륜자동차에서 많이 배출되는 것으로 알려진 입 자상 물질 (Particulate Matter; PM) 중에서 입경크기 2.5μm 이하 입자상 물질 (PM 2.5 ) 로부터 측정된 무기 탄소 (Elemental Carbon; EC)와 유기탄 소 (Organic Carbon; OC)의 배출 특성을 나타낸 것이다. 2003년-2005년 연식 이륜자동차 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차 모두 EC에 비해 OC 의 배출 농도가 높았으며, 이는 윤활유가 함께 혼소되는 2행정 기관의 연 소 조건과 관계가 높은 것으로 보고되고 있다 18). 탄소화합물 (PM 2.5 중) 6.0 5.0 4.0 1.867 Elemental C Organic C mg/km 3.0 1.206 2.0 그림 4-14. 1.0 2.992 연식별 50cc 미만 이륜자동차의 탄소화합물 배출특성 1.589 0.0 입자상물질은 현재 이륜자동차의 배출허용기준에서 규제되고 있지 않는 03~05년식 06~07년식 물질이지만 유럽 등 선진국에서는 규제물질로 분류하여 규제하고 있는 실 정이다 10). 국내에서도 50cc 이하 2행정 이륜자동차의 경우 윤활유와 연료 가 함께 혼소되는 특성상 다량의 입자상 물질이 이륜자동차로부터 배출될 것으로 예상되고 있으며 본 연구에서는 그러한 입자상 물질 중 주요성분 - 52 -

인 EC와 OC의 배출특성을 조사하였다. 비록 규제물질로 규제되고 있지 는 않지만 제작차 배출허용기준이 강화된 2006년 이전과 이후 연식을 비 교한 결과 2006년 이후 연식 이륜자동차에서 배출되는 EC와 OC의 배출 농도가 더 낮은 것으로 조사되었다. 그림 4-15는 제작사별 이륜자동차의 탄소화합물 배출특성을 비교하여 나타낸 것이다. 탄소화합물의 경우에도 제작사별로 2006년 이후 연식 이 륜자동차의 배출농도가 2006년 이전 연식 이륜자동차에 비해 모두 감소하 는 경향을 보이고 있었으나, 제작사별 저감기술의 차이로 인하여 탄소화 합물의 배출농도는 최대 2배 이상 차이를 보이는 것으로 조사되었다. 탄소화합물 (PM 2.5 중) 8.0 6.0 2.610 Elemental C Organic C mg/km 4.0 1.832 1.959 1.158 2.0 그림 4-15. 0.0 0.847 4.078 0.811 2.821 2.684 50cc 미만 이륜자동차의 제작사별 탄소화합물 배출특성 2.078 1.081 1.002 03~05년식 06~07년식 03~05년식 06~07년식 03~05년식 06~07년식 그림 4-16은 각 제작사별 총 탄소화합물 (Total Carbon; TC) 및 총 탄 A B C 소화합물을 구성하는 유기탄소 (OC)와 무기탄소 (EC)의 배출특성을 비교 하여 나타낸 것이다. - 53 -

Total Carbon (PM 2.5 중 ) 8.0 6.0 03~05년 식 06~07년 식 mg/km 4.0 2.0 0.0 A B C Organic Carbon (PM 2.5 중 ) 5.0 4.0 03~ 05년 식 06~ 07년 식 mg/km 3.0 2.0 1.0 0.0 A B C Elemental Carbon (PM 2.5 중 ) 3.0 2.5 03~05년 식 06~07년 식 mg/km 2.0 1.5 그림 4-16. 1.0 50cc 미만 이륜자동차의 제작사별 TC, OC, EC 배출특성 0.5 0.0 A B C - 54 -

3개 기종 모두 EC에 비해 OC의 배출 농도가 높은 것으로 조사되었으 며, 2006년 이전 연식에 비해 2006년 이후 연식의 이륜자동차에서 EC와 OC가 모두 감소되는 것으로 나타났다. 특히 입자상 물질의 배출원 지표 로 사용되는 EC/OC ratio 19) 를 살펴 본 결과, 2003년-2005년 연식 이륜자 동차의 경우 평균 0.624였으며 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 경우 평 균 0.759로 나타나, 2006년 이후 연식 이륜자동차의 OC 배출율이 상대적 으로 2006년 이전 연식 이륜자동차에 비해 낮아진 것으로 조사되었다. 이 같은 결과는 OC 입자상 물질 농도에 영향을 미치는 THC의 배출농도가 2006년 이후 강화된 배출허용기준 때문에 2006년 이전 연식 이륜자동차에 서 배출되는 THC 농도에 비해 감소되었기 때문인 것으로 사료된다. 표 4-7은 PM 및 EC, OC의 다른 연구결과들과 본 연구를 통해 산정된 EC 및 OC 연구결과를 비교한 것이다. 다른 연구자들의 2행정 엔진 시험 결과 18) 및 가솔린 차량 시험결과 20), 21) 와 유사하게 본 연구에서도 OC의 배출농도가 EC에 비해 높은 것으로 조사되었다. 표 4-7. OC, EC 및 PM 연구결과의 비교 (Unit : mg/km) PM OC EC TC This study 03~ 05-3.0 1.9 4.9 06~ 07-1.6 1.2 2.8 Volckens et al. (2008) 18) Two stroke lawn engine Geller et al. (2006) 20) Gasoline 4.45±2.8 (g/kwh) 5.8±0.3 Schauer et al. Vehicle (2002) 21) 7.5±2.7 4.43±0.00 (g/kwh) 1.5±0.5 (25.9%) 3.3±0.1 (44.0%) 0.02±0.02 (g/kwh) 0.5±0.1 (8.6%) 0.8±0.1 (10.7%) 4.45±0.02 (g/kwh) 2.0±0.6 (34.5%) 4.1±0.2 (54.7%) - 55 -

미국의 경우 이륜자동차에 대한 PM 배출계수가 없는 반면 9), 유럽의 경 우 PM에 대한 이륜자동차 배출계수가 Euro moped (50cc 미만) 2003년 -2005년 연식은 37.6 mg/km, 2006년-2007년 연식은 11.4 mg/km로 산정 되어 있어 10), 향후 국내 이륜자동차의 PM 배출계수 확보가 고려되어야 하겠다. - 56 -

Ⅴ. 결 론 국내 최대 이륜자동차 생산업체인 대림자동차와 S&T Motors의 모델별 판매현황을 조사 분석하여 선정한 대표 6개 기종 이륜자동차 총 124대에 대하여 CVS-47 모드 및 CVS-40 모드를 이용하여 실차 시험을 실시하였 다. 실차 시험은 배기량별, 행정별 및 연식별로 수행하였으며, 2006년 이 후로 강화된 제작차 배출허용기준에 따라 2003년-2005년 연식 이륜자동 차 및 2006년-2007년 연식 이륜자동차로 구분하여 배출계수를 산정하였 다. 산정된 배출계수는 기존의 배출계수와 비교 분석하였으며, 규제수준 변화에 따른 대기오염물질별 배출특성도 함께 조사되었다. 또한 산정된 배출계수를 활용하여 배기량별 및 행정별로 배출량을 산정하여 연식별로 비교 분석 하였으며 전체 이동오염원 중 기여율도 함께 조사하였다. 50cc 미만 이륜자동차의 경우 입자상 물질의 주요성분인 탄소화합물의 배 출특성도 함께 조사되었으며 주요 결론들은 다음과 같다. 1. 배기량 및 행정별 시험데이터의 분포특성을 조사한 결과, 50cc 미만, 50cc이상 150cc 미만 및 150cc 이상 배기량 범위에서 대기오염물질의 배출농도는 모두 CO > THC > NOx 순으로 배출되고 있는 것으로 조사되었으며, 2행정과 4행정의 경우에도 대기오염물질의 배출농도는 CO > THC > NOx 순으로 높게 배출되는 것으로 나타났다. 2. 연식별 대기오염물질 배출경향은 THC와 CO의 경우 2006년-2007년 연식 이륜자동차에 비해서 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배출농 도가 높은 경향을 나타내었다. 하지만 NOx의 경우에는 2003년-2005 년 연식 이륜자동차의 배출농도에 비해서 2006년-2007년 연식 이륜자 동차의 배출농도가 높게 나타났다. - 57 -

3. 배기량별 대기오염물질 배출특성은 THC의 경우 50cc 미만 > 50cc 이상 150cc 미만 > 150cc 이상 순으로 나타났으며, CO와 NOx의 경 우에는 50cc 미만 < 50cc 이상 150cc 미만 150cc 이상으로 조사되 었다. 4. 행정별 대기오염물질 배출경향은 THC의 경우 2행정 > 4행정으로 조 사되었으며, CO와 NOx의 경우는 2행정 < 4행정으로 나타났다. 5. 배기량에 따른 배출계수 산정결과를 보면, THC의 경우 2006년 이후 연식 이륜자동차의 배출계수는 50cc 미만 142%, 50cc 이상 150cc 미 만 58%, 150cc 이상 52% 적게 산정되었다. CO의 경우에도 50cc 미 만 84%, 50cc 이상 150cc 미만 108%, 150cc 이상 20% 감소하는 경향 을 보였다. 하지만 NOx 배출계수는 오히려 50cc미만 8%, 50cc 이상 150cc 미만 4%, 150cc 이상 21% 증가하였다. 6. 행정에 따른 배출계수 산정결과를 보면, THC의 경우 2006년 이전과 비교하여 2006년 이후 2행정에서의 배출계수가 4행정과 비교하여 더 큰 폭으로 감소된 것으로 나타났다. CO의 경우는 배출허용기준 강화 에 따라 배출계수가 최근 연식일수록 줄어드는 경향을 보이고 있으나 4행정의 경우는 크게 변화되지 않은 것으로 조사되었다. 하지만 2행 정으로부터 배출되는 NOx의 경우 연식변화에 따른 큰 변동은 없었으 나, 4행정의 경우 최근 연식일수록 오히려 NOx 배출계수가 증가하고 있는 것으로 조사되었다. 7. 2007년 12월 기준 이륜자동차에서 배출되는 대기오염물질별 배출량의 경우 CO가 연간 57,182 톤으로 가장 많이 배출되는 것으로 조사되었 으며, THC가 4,357 톤, NOx가 1,229 톤으로 산정되었다. 전체 이동오 염원에 대한 기여율의 경우 2007년 12월 말 기준으로 CO 9.8% > THC 4.3% > NOx 0.3% 순으로 조사되었다. - 58 -

8. 이륜자동차의 연식별 배출량의 배출경향을 살펴보면 THC와 CO의 경 우 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배출량이 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출량보다 높게 나타났으며, NOx의 경우에는 반대로 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 배출량이 2006년-2007년 연식 이륜 자동차의 배출량보다 낮게 나타났다. 9. 이륜자동차의 배기량별 대기오염물질 배출량 경향을 조사한 결과 THC, CO 및 NOx 모두 50cc 미만 < 50cc 이상-150cc 미만 150cc 이상으로 나타났다. 10. 이륜자동차의 행정별 대기오염물질 배출특성은 THC, CO 및 NOx 모 두 2행정에 비해 4행정이 높은 것으로 나타났다. 11. 이륜자동차에서 배출되는 탄소화합물의 배출특성은 유기탄소(OC)가 무기탄소(EC) 보다 높게 나타났으며, 연식별 배출경향을 조사한 결과 OC와 EC모두 2003년-2005년 연식 이륜자동차의 탄소화합물 배출농 도가 2006년-2007년 연식 이륜자동차의 배출농도보다 높게 나타났다. - 59 -

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[ 부 록 ] 1. 시험대상 이륜자동차 6개 기종 사진 - 63 -

50cc 미만 시험 대상 이륜자동차 그림 A-1. 50cc 미만 시험 대상 이륜자동차 제작사별 사진 - 64 -

50cc 이상 150cc 미만 시험 대상 이륜자동차 그림 A-2. 50cc 이상 150cc 미만 시험 대상 이륜자동차 제작사별 사진 - 65 -

150cc 이상 시험 대상 이륜자동차 그림 A-3. 150cc 이상 시험 대상 이륜자동차 제작사별 사진 - 66 -

- 연 구 참 여 자 - 성 명 소 속 직급/직위 전 공 임재현 교통환경연구소 연구사 환경공학 서충열 교통환경연구소 연구관 환경공학 임철수 교통환경연구소 연구사 환경공학 임윤성 교통환경연구소 연구사 환경공학 이태우 교통환경연구소 연구사 기계공학 김현민 교통환경연구소 연구원 환경공학 김종춘 교통환경연구소 소장 기계공학 이상문 대림자동차 책임연구원 기계공학 강희준 S&T Motors 과장 기계공학 이종태 교통환경연구소 연구사 환경공학 윤창완 교통환경연구소 주무관 자동차공학