가솔린 및 디젤 엔진 배출가스 저감 기술

가솔린 및 디젤 엔진 배출가스 저감 기술

1. 삼원촉매(TWC, Three-Way Catalyst)

삼원촉매는 가솔린 엔진의 배기가스에서 유해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)을 동시에 저감하는 기술입니다.

작동 원리

• 구조: 세라믹 허니컴에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 촉매 코팅.
• 산화 반응: CO와 HC를 CO₂와 H₂O로 변환.
  • 2CO + O₂ → 2CO₂
  • HC + O₂ → CO₂ + H₂O
• 환원 반응: NOx를 N₂와 CO₂로 변환.
  • 2NO + 2CO → N₂ + 2CO₂
• 최적 조건: 공연비 14.7:1 근처에서 최고 효율.

위치

배기 매니폴드와 머플러 사이의 촉매 컨버터에 설치되며, 엔진 근처 또는 차체 하부에 위치.

장점

• CO, HC, NOx 90% 이상 저감.
• 배출가스 규제 준수에 핵심.

한계

• 디젤 엔진에 부적합.
• 저온(250°C 이하)에서 효율 저하.
• 귀금속 사용으로 비용 높음.

2. DPF (Diesel Particulate Filter)

DPF는 디젤 엔진 배기가스의 미세먼지(PM)와 그을음(soot)을 포집해 제거합니다.

작동 원리

• 구조: 코디어라이트 또는 탄화규소로 만든 다공성 세라믹 필터.
• 포집: 배기가스가 필터를 통과하며 미세 입자 포집.
• 재생: 그을음을 고온(600°C 이상)에서 연소 제거.
  • 수동 재생: 자연적 고온 배기가스 활용.
  • 능동 재생: 연료 분사나 히터로 온도 상승.

장점

• PM 90% 이상 제거.
• 대기 질 개선에 기여.

한계

• 재생 시 연료 소모 증가.
• 필터 막힘 가능성.
• 유지보수 비용 높음.

3. SCR (Selective Catalytic Reduction)

SCR은 디젤 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술입니다.

작동 원리

• 구조: 요소수(AdBlue)를 분사하고, 제올라이트 또는 바나듐 촉매 사용.
• 과정: 요소수가 암모니아(NH₃)로 분해되어 NOx와 반응.
  • 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O
• 제어: 센서와 ECU로 요소수 분사량 조절.

장점

• NOx 90% 이상 저감.
• 연비 저하 없이 규제 준수.
• 다양한 운전 조건에서 안정적.

한계

• 요소수 보충 필요.
• 저온(200°C 이하)에서 효율 저하.
• 시스템 복잡성으로 비용 증가.

4. 종합 비교

• TWC: 가솔린 엔진용, CO/HC/NOx 동시 저감, 촉매 컨버터에 설치.
• DPF: 디젤 엔진용, PM/그을음 제거, 재생 과정 필요.
• SCR: 디젤 엔진용, NOx 저감, 요소수 사용.

현대 디젤 차량은 DPF와 SCR을 조합해 사용하며, 가솔린 차량은 주로 TWC를 활용합니다. 이 기술들은 환경 규제를 충족하고 대기 오염을 줄이는 데 필수적입니다.