- 신기술 특허 ‘연료공급자동조절장치’...“탄소세 대안 및 자동차산업 판도 바꿔”
현재 지구촌에는 약 71억에 해당하는 인구가 살고 있고, 가솔린이나 디젤 또는 LPG와 같은 화석연료를 사용하는 자동차의 수만 해도 10억대가 넘는 시대이다. 지구촌 평균 7.1명당 1대의 자동차를 소유하고 있는 것이다.
그러나 신기한 것은 10억대가 넘는 자동차를 운전하는 고객들을 대상으로 자신들이 타고 다니는 자동차의 연료공급이 어떻게 이루어지고 있느냐고 묻는 다면 대부분 명쾌하게 대답하지 못한다는 사실이다. 그만큼 고객들이 연료공급에 대해 자동차 제작사들을 맹목적으로 신뢰해왔다.
이러한 가운데 화석연료를 사용하는 자동차를 대상으로 ‘탄소세’가 화두가 되고 있다. 이산화탄소발생이 기준치를 넘는다는 것은 곧 연료를 함부로 낭비하고 있다는 반증이기도 하다. 자동차의 역사가 수 백 년이 지났지만 자동차를 만드는 제작사들이 아직까지 연료를 올바르게 사용할 수 있는 기술력이 부족하다는 증거인데 책임은 고객들에게 전가하고 있다.
자동차는 물론 산업현장이나 건설현장에서 사용되고 있는 중장비 또는 선박 등의 엔진을 공학에서는 내연기관(內燃機關)이라고 부른다. 결국 내연기관에서 사용되는 모든 엔진의 연료공급에 연료가 낭비될 수밖에 없는 근본적인 원인이 숨겨져 있는 것이다.
최근 ‘저탄소 협력금제’(일명 탄소세)를 두고 논란이 뜨겁다. ‘저탄소 협력금제’는 신차를 구입할 경우 이산화탄소 배출량에 따라 보조금과 부담금을 부과하는 제도이다.
‘저탄소 협력금제’는 이산화탄소 배출량 기준치(이산화탄소 배출량 131∼145g/㎞이 보조금이나 부담금이 없는 중립 구간)를 넘는 대부분의 국산 신차의 경우 부담금을 내야 하기 때문에 세금의 성격으로 비춰져 일명 ‘탄소세’로 불리고 있다.
하지만 이에 대해 환경부는 자동차의 이산화탄소 배출량에 연동해 보조금을 지급하고 부담금을 부과하는 구조로서, 소비자의 선택에 따라 부담금을 납부하지 않을 수 있는 선택의 여지가 주어지기 때문에 일방적 납부의무가 부과되는 ‘탄소세(세금)’로 볼 수 없다고 해명한 바 있다.
예컨대 전기차, 하이브리드차, 소형차 등 온실가스를 적게 배출하는 차를 구입할 경우 보조금을 주는 반면, 온실가스를 많이 배출하는 중·대형차를 살 때는 부담금을 매겨 교통ㆍ수송부문 온실가스를 줄이는 것을 목표로 하는 제도다. 중·대형차를 선호하는 소비자의 인식을 바꿔 불필요한 온실가스 배출과 에너지 낭비를 막겠다는 의도로 도입이 논의되고 있는 상태이다.
국제사회의 온실가스 감축을 위한 녹색기후기금인 GCF(Green Climate Fund) 국제사무국이 우리나라의 인천광역시 송도신도시에 들어서면서 국가 간 탄소배출권 사업이 본격화 되어 국내에 ‘저탄소 협력금제’가 올해 7월부터 도입될 예정이었다.
그러나 자동차업계를 주축으로 한 산업계의 거센 반발로 2015년 1월로 연기됐다. 특히 자동차업계는 국내에서 가장 많이 팔리고 있는 배기량 2,000㏄ 내외 국산차들은 25만~500만원의 부담금을 내야하는 구간에 몰려있을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 최대 700만원까지 부담금을 내야하는 상황이라고 말한다.
또한 이번 제도는 중소형 국산차를 구매하는 서민들의 부담은 크게 하고 반면 고가 수입차 구매자들이 상대적으로 혜택을 받는 소득분배의 역설을 발생시킨다고 우려한다.
실제로 국산 경차가 가격이 그보다 3~4배하는 수입 준중형차보다도 연비가 불량한 경우도 많기 때문에 보조금·부담금 구간이 어떻게 설정되느냐에 따라 경차 고객이 부담금을 물고 수입차 고객이 보조금을 받을 수도 있게 된다.
이에 대해 환경부 측은 "보조금-부담금 구간 및 금액에 대해 현재 관련부처 간 협의를 벌이고 있으며 소비자와 업계의 의견도 향후 수렴할 예정이므로 확정된 것이 아니다"라고 설명했다.
소비자의 선택 문제가 아닌 자동차공학의 문제
그렇다면 이러한 논쟁의 근본적인 원인이 무엇일까. 가장 먼저 자동차에서 배기가스가 왜 배출되는 지에서부터 시작한다. 결론은 간단하다. 연료가 불완전연소하기 때문이다.
불완전연소는 어떨 때 발생할까 물질이 연소할 때 산소의 공급이 불충분하거나 온도가 낮으면 연료가 완전히 연소되지 못하고 인간의 건강에 유해한 그을음이나 일산화탄소가 생성된다. 특히 자동차의 경우 연료가 산소와 충분하지 않게 혼합되어 있을 때 연료가 완전히 연소하지 못하여 그을음이나 일산화탄소(CO), 탄화수소(CH)의 배기가스로 배출된다.
자동차의 연료로는 압축천연가스(CNG), 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 휘발유, 경유 등이 많이 쓰이고 있다. 탄소에 비해 수소의 수가 많은 물질, LNG(CH4)나 LPG(C3H8) 등이 연소할 때에는 필요한 산소의 수가 적으므로 완전연소하기 쉽다.
하지만 탄소에 비해 수소의 수가 적은 물질인 휘발유(C8H18), 경유(C16~C18) 등은 연소할 때 필요한 산소의 수가 상대적으로 많기 때문에 불완전연소하기 쉬워 그을음이나 일산화탄소, 탄화수소를 배출하는 경향이 강하다.
또한 끓는점이 높아 기화하기 어려운 연료일수록 불완전 연소가 일어나기 쉽다. 석유에서 얻은 연료 중에서는 휘발유나 경유처럼 탄소수가 많을수록 기화가 일어나기 어렵기 때문에 불완전 연소가 쉽게 일어나게 된다.
공학은 ‘흡입-압축-폭발-배기', 현실은 ‘주입-압축-폭발-배기'
이런 이유로 배기가스의 배출량을 줄이기 위해서는 완전연소가 일어나도록 해줘야 한다. 이를 위해 엔진이 필요로 하는, 적절한 양의 연료만을 엔진에 공급해 주어야 한다. 엔진이 필요로 하는 연료량은 주행속도, 패턴 등의 주행상황에 따라 각각 다르다.
하지만 기존의 자동차공학을 살펴보자. 흔히 학창시절 기술 시간에 배웠듯이 엔진은 흡입-압축-폭발-배기의 4행정 사이클로 동작한다.
여기서 중요한 점은 ‘흡입행정’이 말 그대로 ‘흡입’을 하고 있지 않다는 점이다. 앞서 말한 대로 완전연소를 위해서는 엔진이 필요로 하는 양만큼의 연료가 엔진의 실린더에 흡입되어야 하지만 현재의 자동차공학에서는 자동차제조사에서 일방적으로 정한 연료압의 연료가 흡입이 아닌 ‘주입’되고 있다.
주행상황에 따라 엔진이 필요한 연료량은 분명 다르다. 간단한 예로 가속상태에서는 점차 많은 연료량이 필요할 것이고 감속상태에서는 그에 맞게 연료량이 적게 필요할 것이다.
그러나 지금의 자동차공학에서는 이런 점이 무시된 채 정해진 연료량을 엔진에 강제적으로 ‘주입’하고 있다. 그 결과로 엔진에 연료가 과도하게 분사 돼 불완전연소를 발생시켜 매연을 발생시킬 뿐만 아니라 필요 이상의 연료가 폭발하면서 진동과 소음을 유발하게 된다. 또한 엔진 안에는 불완전연소로 발생한 그을음이 그대로 남게 되어 엔진의 수명도 단축될 수밖에 없다.
기존에 알고 있던 흡입-압축-폭발-배기행정이 사실은 주입-압축-폭발-배기행정이었던 것이다. 따라서 ‘흡입’이라는 표현이 주입으로 바뀌든지 아니면 진정한 ‘흡입’행정이 이루어질 수 있게 자동차공학이 변해야 한다.
현재는 엔진에 불필요하게 많은 양의 연료가 액체상태로 주입되고 있기 때문에 불완전연소가 일어날 수밖에 없다. 그렇기 때문에 기화된 형태의 연료가 필요한 만큼 엔진에 흡입되어야만 완전연소가 일어나게 되어 진정한 의미의 흡입행정이 되는 것이다.
이를 위해서는 자동차의 변화하는 rpm회전수에 따라 거품화된 연료를 엔진에 자동으로 공급할 수 있는 ‘연료공급자동조절장치’가 필요하다.
완전연소로 탄소배출 급감시키는 기술집약형 ‘연료공급자동조절장치’ 개발
연료공급자동조절장치는 자동차의 주행상황에 따라 필요한 만큼의 연료만을 자동으로 엔진에 흡입되도록 만들어 주기 때문에 완전연소를 유도하고 그 결과 배기가스의 배출량이 현격히 줄어든다. 또한 불필요한 연료의 과분사가 일어나지 않기 때문에 폭발행정 시에도 소음과 진동이 현재의 자동차공학에 비해 많이 줄게 되어 부드러운 주행이 가능해진다. 뿐만 아니라 완소연소로 인해 엔진실린더 내부는 청결을 유지해 엔진의 수명을 대폭 연장시켜 준다.
최근 한 기업이 이러한 문제를 해결할 수 있는 획기적인 기술집약형 연료공급자동조절장치를 특허 개발해 화제다. (주)쓰리엔텍 최인섭 회장이 개발한 이 장치는 불필요한 연료의 사용을 막아 연비를 15%이상 개선하고 매연의 발생도 획기적으로 줄여 진정한 의미의 흡입-압축-폭발-배기 4행정이 되도록 자동차공학을 개선해 나가고 있다. 이 기술은 국내뿐만 아니라 오히려 해외에서 더 인정을 받아 중국의 경우 국가 국책사업으로까지 진행될 정도로 앞으로의 발전이 기대되고 있다.
특히 이 기술은 자동차 이외에도 내연기관을 사용하고 있는 모든 제품에 적용이 가능해 국가적으로 연료의 낭비를 방지하고 매연발생에 따른 환경오염을 크게 줄일 것으로 예상된다. 이러한 기술력을 인정받아 최인섭 회장은 지난해 말 (사)한국신지식인협회에서 선정하는 ‘한국신지식인상’ 발명부분을 수상하기도 했다.
‘흡입’이란 용어로 표현되고 있지만 실제로는 흡입이 아닌 ‘주입’행정이 이루어지고 있는 현재의 엔진 4행정 사이클의 오류가 공학적으로 수정되지 않는 한 저탄소 협력금제, 탄소세, 환경개선부담금 등을 둘러싼 논란은 계속 이어질 것으로 보인다.
주행상태에 따라 엔진이 필요한 만큼의 연료를 흡입할 수 있게 해주는 연료공급자동조절장치가 자동차 제조단계에서부터 적용된다면 완전연소에 따른 이산화탄소의 배출을 급감시키고, 최대 30%의 연비절감과 엔진의 수명까지 늘이는 효과를 얻을 수 있다. 이는 탄소세 부담으로부터 벗어날 뿐만 아니라, 국내 자동차 시장은 물론 세계 자동차 산업의 판도까지 송두리째 바꿔놓을 일이다.
이 획기적인 특허기술을 정부가 나서서 보호해주고 법제화 한 뒤, 관련 기관과 단체가 검증과정을 거쳐 모든 생산차에 적용토록 적극 권장해야 한다. 관련 자동차 제작사들도 기득권 논리 혹은 배타적 이기심을 버리고 국익과 국민안전을 위한 대승적인 수용자세가 필요하다.
