배디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 오염물질이 더 많이 나오며 그 중에서도 특히 질소산화물 (NOx) 과 미세먼지(PM) 가 가장 큰 문제임. 게다가 질소산화물과 미세먼지는 관계로서 미세먼지를 줄이기 위한 완전 연소를 진행하면 질소산화물이 증가하고, 질소산화물을 줄이기 위한 불완전 연소를 진행하면 미세먼지가 증가하는 트레이드 오프 관계를 형성하고 있음. 이를 해결하기 위해 미세먼지를 줄이고, 그로 인해 늘어난 질소산화물을 다시 화학적으로 제거하기 위한 배기가스 저감 장치가 개발되었으며 그 중 가장 대표적인 것으로 선택적 환원촉매 장치(SCR, Selective Catalytic Reduction), 과 디젤 미립자 필터(DPF, Diesel Particulate Filter) 가 있음.
1. SCR
선택적 환원촉매 장치 SCR은 이미 생성된 질소산화물을 제거하는 저감장치임.
처음부터 엔진에 공급하는 산소의 농도를 높이고 폭발 온도를 의도적으로 높여 완전연소에 가깝도록 가동하고, 그 과정에서 미세먼지를 줄이는 대신 질소산화물이 매우 많이 발생함.
이를 제거하는 것이 SCR 의 핵심 역할임.
연소실에서 흘러나온 배기가스에 요소수(NH2CONH2)를 뿌려, 유해물질인 질소산화물(NOx)을 질소(N2) 와 물(H2O), 그리고 이산화탄소(CO2)로 바꾸는 화학작용을 유도함으로써 저감을 진행함.
반응식은 아래와 같음
- 장점
엔진 자체에 완전 연소를 유도함으로써 자체적 연비 증가 및 오염물질 중화에 추가 연료소비를 하지 않아 EGR 시스템에 비해 연비가 좋으며 화학적 반응을 활용함으로 인해 환경 개선 효과가 큼
- 단점
요소수를 필수적으로 보충해줘야하며 이로 인한 추가 비용이 발생함.
엔진 설계 자체를 크게 바꿔야하는 만큼 타 저감장치에 비해 구형 엔진의 개량이 어려움
2. DPF
디젤 미립자 필터 DPF 는 미세먼지(soot) 배출을 감소시키는 저감장치임.
크게 디젤엔진에서 나오는 soot 를 포집하는 필터 장치와 해당 먼지를 태워 없애는 장치로 이루어져있음.
DPF 장치에서 soot를 태우는 방법은 자동재생 및 수동재생 2가지의 방법이 있으나 원리는 동일함. 재생에 필요한 온도는 약 600 도이며 엔진 RPM 약 2000 을 유지하여야 함. 이러한 조건을 맞추기 위해선 대개 20분 정도의 정속주행을 요구하며 이때 자동적으로 soot가 제거되는 것을 자동재생 이라고 함.
하지만 이러한 조건을 만족하지 못하여 지속적으로 soot 가 쌓이게 되는 경우, 운전자에 의해 임의로 진행되는 재생을 수동재생이라고 함. 대개 20분 이상의 시간이 소요되며 하얀매연, 소음 등이 크게 발생하기에 수동재생을 할 적합한 장소를 찾기 어렵다는 난점이 존재함.
DPF 시스템에 의한 재생은 적절히 이루어지지 않을 경우 수백에서 수천만 원의 금액적 손실이 발생할 위험이 있으며, 최악의 경우 주행중 엔진 정지의 위험이 존재하므로, 반드시 적절한 재생이 되도록 관리해줄 필요가 있음