2차 세계대전 이후 디젤엔진은 다양한 산업 및 운반수송 영역에 이용되고 있는데, 높은 에너지 효율과 함께 일산화탄소와 탄화수소의 배출량이 상대적으로 낮은 장점이 있다. 이로 인해 디젤자동차는 80년대 중반부터 세제혜택까지 누리며 급성장하였다. 그러나 지난 수년간 디젤엔진은 대기오염물질 특히 질소산화물과 입자상 물질(PM)의 배출문제로 인해 집중적인 비난을 받아 왔다.
최근 디젤자동차의 수요증가, 각국의 강력한 배출허용기준 적용, 매연여과장비 차량의 시장진출 등 디젤엔진과 관련한 많은 이슈들이 등장하였고 현재도 진행되고 있다. 기술발달과 강화된 배출허용기준으로 개별 디젤엔진 배출물질에 의한 대기오염은 줄어들겠지만 디젤엔진 증가에 따른 디젤엔진 배출물질 전체 총량은 당분간 줄지 않을 것으로 예상된다.
디젤엔진의 배출물질에서 문제가 되는 오염물질은 전체 배출물질의 1% 내외이고, 이중 질소산화물(NOX)이 50% 이상이며 그 다음으로 큰 비율을 차지하는 것이 입자상 물질(PM)이다. 그 외 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 이산화황(SO2), 휘발성유기화합물질도 대기오염을 일으키는 디젤엔진 배출물질이다. 다음은 이들 배출물질의 각각에 대해 자세히 살펴보겠다.
이산화질소(NO2)는 적갈색의 반응성이 큰 기체로서, 대기 중에서 일산화질소(NO)의 산화에 의해 발생한다. 대기 중 휘발성 유기화합물(VOCs)과 반응할 경우에는 오존(O3)을 생성하는 전구물질(precursor)의 역할을 한다. 질소산화물(NOX)은 일산화질소보다는 이산화질소가 인체에 더욱 큰 피해를 주는 것으로 알려져 있다. 고농도의 이산화질소에 인체가 노출되면 눈, 코 등의 점막에서 만성 기관지염, 폐렴, 폐출혈, 폐수종의 발병으로까지 발전할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 식물에 대한 피해로는 식물세포를 파괴하여 꽃식물의 잎에 갈색이나 흑갈색의 반점이 생기게 한다.
입자상 물질은 디젤엔진 배출물질이 1급 발암물질로 분류되게 된 원인물질이다. 디젤엔진에서 배출된 입자상 물질은 초기에는 탄소입자로만 구성되지만, 배기과정에서 액상 미연탄화수소 및 황산화물 등과 결합하여 덩어리 형태가 된다. 배출되는 입자상 물질은 그 크기가 0.01~0.3 ㎛가 가장 많아서 매우 작고 가벼우며, 전기를 띄지 않고 대기 중에 오랫동안 떠돌아다니면서 대기를 오염시킨다. 또한, 스펀지형태의 탄소입자에 각종 유기성 탄화수소와 황산염 등이 함유되어 있어 호흡기로 흡입되면 폐포 깊숙이 침착되어 여러 가지 질병을 유발한다. 가솔린엔진에서는 거의 배출되지 않지만, 디젤엔진 배출물질 중 현재 저감을 위해 심혈을 기울이고 있는 가장 중요한 대기오염물질이다.
일산화탄소는 무색, 무취의 유독성 가스로 탄소성분의 불완전연소 시 발생한다. 엔진의 시동을 걸때나 급가속할 때 불완전연소가 많으므로 배출이 늘어난다. 인체영향은 혈액에서 산소를 운반하는 헤모글로빈을 카르복시헤모글로빈(COHb)으로 변성시켜 산소운반기능을 저하시킨다. 저농도에서는 두통, 어지러움 등을 일으키고 고농도에서는 의식을 잃게 하여 치명적인 해를 입힐 수 있다. 배출량은 디젤엔진이 가솔린엔진에 비해 적다.
탄화수소는 타다 만 연료가 그대로 나오거나 연소실 벽 근처에서 온도강하에 의해 발생한다. 주로 불규칙한 엔진작동 상태에서 많이 배출된다. 배출가스 중의 탄화수소는 파라핀(paraffin)계, 올래핀(olefin)계 및 방향족계 탄화수소의 혼합물로서 인체에 기관지 자극을 일으키며 일부 방향족계 탄화수소는 암을 유발한다. 배출량은 디젤엔진이 가솔린엔진에 비해 적다.
이산화황은 물에 잘 녹는 무색의 자극성이 있는 불연성 가스로 인체의 점막을 자극하며, 고농도 흡입 시 콧물, 객담, 기침 등이 나오고 호흡곤란을 초래한다. 인체에 흡입시 기관지염, 폐수종, 폐렴 등에 걸릴 가능성이 있다는 연구결과가 있다. 이산화황은 질소산화물(NOX)과 함께 산성비의 주요 원인물질로 토양, 호수, 하천의 산성화에 영향을 미치며, 식물의 잎맥 손상, 성장저해 및 빌딩이나 기념물 등 각종 구조물의 부식을 촉진시키기도 한다. 또한 시정장애를 일으키는 미세먼지의 주요 원인물질이기도 하다.
오존은 질소산화물(NOX)과 휘발성유기화합물 등이 자외선과 광화학반응을 일으켜 생성된 PAN(Peroxyacetyl Nitrate), 알데하이드, Acrolein 등의 광화학 옥시던트의 일종으로 2차 대기오염물질에 속한다. 오존에 반복 노출 시 가슴의 통증, 기침, 메스꺼움, 목 자극, 소화불량 등의 증상을 유발하며, 기관지염, 심장질환, 폐기종 및 천식을 악화시키고, 폐활량을 감소시킬 수 있다. 특히 기관지 천식환자나 호흡기 질환자, 어린이, 노약자 등에게는 많은 영향을 미치므로 특별한 주의가 필요하다.
