Trust Encar

배기가스 규제가 미비했던 시기, 트럭을 비롯한 자동차들은 무지와 방관 속에 마구잡이로 대기오염 물질을 배출했다. 하지만 점차 양이 늘어가는 오염 물질은 인류를 괴롭히기 시작한다. 대표적으로 4,000명의 목숨을 앗아간 미국 로스앤젤레스의 스모그 사건을 예로 들 수 있다.

정부는 앞서 발생한 런던 스모그 사건을 토대로 공장이나 가정용 난방에 사용하는 배출가스 대책을 세웠지만 시원스럽게 해결되진 않았다. 전문가들의 연구 결과 런던 스모그 사건과는 달리 자동차 배기가스에서 나오는 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)이 원인이었기 때문이다.

이후, 미국의 각 주정부는 최대 허용 배출수준을 의무화하기 시작했다. 1968년 캘리포니아 주를 시작으로 70년대 초반까지 전국적으로 더욱 엄격한 배출 기준을 단계적으로 도입했다. 그때부터 일부 자동차 회사들의 오염물질 저감을 위한 노력이 시작된다.

1700년대 중반, 최신 연방 배기가스 배출기준을 충족하기 위해 대부분의 자동차 제조업체가 자동차에 촉매 변환기를 장착하기 시작했다. 촉매 변환기는 수년에 걸쳐 발전을 거듭했으며, 오늘날 대부분의 자동차에 배기 라인에 장착되어 있다.

내연기관은 왜 오염물질을 배출할까?

내연기관은 공기와 연료를 혼합해 실린더에서 연소시킨다. 가솔린의 경우 공기와 연료의 비율이 14.7:1이 되면 완전 연소에 가까워져 오염 물질이 거의 배출되지 않는다. 사실상 물과 이산화탄소만 생성됩니다. 그러나 엔진의 회전 속도가 일정하지 않고 온도가 달라져 14.7:1 비율을 유지하기란 거의 불가능하다. 그 결과 연료의 불완전 연소로 일산화탄소, 아산화질소 및 휘발성 탄화수소가 생성되어 배출 가스를 통해 배출된다.

촉매 변환기의 등장

촉매 변환기는 배기 파이프에 설치돼 배출가스를 덜 해롭게 변화시킨다. 이를 환원 촉매라고 한다. 내부는 촉매로 사용되는 백금 또는 로듐으로 표면을 코팅한다. 촉매는 질소산화물 분자의 질소 원자를 움켜쥐어 산소 원자와 분리시킨다. 이는 (700-800도)에서만 반응하기 때문에 촉매 변환기는 매우 뜨거워 주변에는 방열판을 설치한다.

3원 촉매 변환기로 발전

초반의 촉매 변환기는 두 가지 화학 반응을 2원 촉매 장치였다. 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키며, 탄화수소를 이산화탄소와 물로 분리시켰다.

1980년대 초 엔지니어들은 하나를 더 늘린 3원 촉매 변환기 개발했다. 이 장치는 이산화질소(NO2)를 무해한 산소와 질소로 분리한다. 이는 2원 촉매장치보다 우수하지만 황화수소나 암모니아와 같은 소량의 원치 않는 화합물을 생성한다. 이런 이유로 3원 촉매 변환기에서는 약간의 냄새가 난다.

촉매 변환기로 인한 간접적인 피해

촉매 변환기는 대기 오염 물질 저감의 효과가 입증된 우수한 발명품이지만 간접적인 피해도 있다. 촉매 변환기에 사용되는 팔라듐과 백금이다. 불행히도 상당량의 금속이 러시아의 노릴스크(Norilsk) 부근에서 채굴되고 있으며, 이 과정의 영향으로 세계에서 가장 오염된 곳 중 하나가 되어버렸다.