[투데이에너지] 차량 Emission(배기가스) 후처리 장치들 중에 질소산화물(NOx)을 저감시키는 장치를 UREA-Selectivity Catalyst Reduction(UREA-SCR), 즉선택적 환원 촉매장치=질소산화물 저감장치라 한다.
SCR은 요소수를 촉매제를 사용하고 있다. 차량에 사용돼지는 요소수는 32.5%로 통상 AUS32 불린다.
AUS(Aqueous Urea Solution)32는 차량 ECU(전자제어)에 의해 배기관에 Dosing 돼 배기가스 온도에 의해 가수분해와 열분해가 돼 암모니아가스와 수증기 이산화탄소가 분해된다.
분해 생성된 암모니아 가스는 차량 배기가스의 질소산화물과 촉매에서 반응해 질소와 수증기로 환원된다.
이론상 AUS32는 165℃에서 가수분해, 열분해 돼야 하지만 일부만 분해된다. 자동차를 연구하는 연구원에 따르면 자동차는 배기가스 180℃에서 요소수가 분사되게 설계됐다고 하지만 필자가 직접 확인한 거의 모든 차량이 200℃~210℃에 요소수가 분사되게 하는 것으로 파악됐다.
위에서 언급한 것과 같이 요소수의 이론적 분해온도와 실제 분해온도는 큰 차이를 보인다.
일반적인 요소수의 경우 200℃에서도 미분해가 발생된다. 특히 평균 속도가 낮고 도로 정체 구간 차량, 운행 대기 차량, 교통 체증이 발생하는 구간 차량 등에서 미분해 현상이 발생돼진다. 또한 ECU제어에 문제가 발생되거나 요소수 Dosing 장치의 이상으로 요소수가 과잉분사될 때도 요소수 미분해가 나타난다. 이는 요소수는 온도가 높을수록 분해가 잘되고 낮을수록 분해율은 낮아진다.
미분해된 요소수는 배기관에 요소형태로 존재하지 않는다. 미분해된 요소수는 배기관 내 이소시안산으로 존재하며 축합반응을 일으켜 멜라민(아미노플라스틱)계열의 고분자를 생성한다.
배기관 내 생성된 멜라민 계열의 Urea-Salt는 적층되거나 배기관을 통해 외부로 배출된다.
외부로 배출되는 멜라민 계열은 환경 오염 및 인체에 영향을 줄 수 있다.
요소수 미분해의 원인은 첫째 요소수 불순물이다. 국제기준인 ISO-22241-1에 포함돼지지 않는 물질인 요소 고분자, 트리우렛 등이다.
둘째 요소수 제조방법이다. 통상 가온용해를 통해 요소수 제조하나 요소수의 온도가 낮아지면 분해율도 떨어지는 현상이 발생한다.
셋째 요소의 물리화학적 특징인 쌍극성 물질이라는 것이다. 이는 요소 분자간 인력을 증가시켜 난분해성을 증가시킨다.
넷째 차량에서의 요소수 과잉분사이다. 극히 미미한 경우다. 요소수 미분해 원인에 배기가스 온도는 제외했다.
필자의 회사에서 배기가스 180℃ 에서도 적층이 발생하지 않는 요소수를 제조하고 있기 때문이다.
차량 UREA-SCR로 인한 요소수 고분자 미세먼지에 발생에 대한 대책은 △180℃에서도 분해가 되는 요소수 제조 △EGR(배기가스 순환장치)을 조정해 배기가스 온도 210℃ 이상 유지 △차량에 탑재된 DPF Burning장치(DPF 재생장치)를 이용해 배기가스 온도 유지 등이다.
UREA-SCR은 핵심은 반응공학 (Chemical reaction engineering)이다. 반응공학임에도 SCR 제조사와 차량 제조들은 기계공학(Mechanical Engineering)으로만 접근하려 한다. 기계공학으로 접근하면 결국 비용 상승과 연비효율 저하로 이어질 수밖에 없다.
경민워터컴은 3년 전에 이런 문제를 간파하고 고기능성 요소수를 제조해 문제를 해결하고 있다.