우리나라는 1997년 말 자동차 댓수는 1,000만대이었다. 그 후 10년만에 2,180만대로 2배로 크게 증가하였다. 특히 미세먼지의 주범으로 손꼽히는 경유차는 비중이 자동차 전체의 33%(2002년)에서 42% (2016년)로 급속히 늘어났다. 뒤늦게 정부는 친환경차 보급, 노후경유차 조기폐차, 노후경유차 운행제한제도(LEZ)의 이행 등 각종 방안을 마련하기에 부심하고 있다.

한편 2020년 8월 30일, 환경부는 자동차 제작업체가 2021년부터 2030년까지 연도별로 달성해야 하는 '자동차 평균 온실가스·연비 기준'이 포함된 '자동차 평균 에너지소비효율· 온실가스 배출허용기준 및 기준의 적용·관리 등에 관한 고시'를 고시하였다.

2012년에 국내에 제도가 처음 시행된 이래(온실가스 140g/km, 연비 17km/L), 매년 온실가스·연비 기준이 점차 강화되어 2020년에는 온실가스 97g/km, 연비 24.3km/L의 기준이 적용되고 있다.

이는△ 수송분야 온실가스 감축을 통해 기후위기에 대응하고, △ 내연기관 효율개선 및 미래차 기술개발을 촉진하여 자동차 산업의 생산구조를 친환경적으로 개편하며 △ 연비를 지속적으로 개선하여 국민이 부담하는 유류비를 절감하도록 하는 제도이다.

우리나라는 2015년 140g/km이었던 연비율이 2020년에는 97g/km로 강화되었다.

EU국가들은 2015년 130g/km이었던 연비율이 2021년에는 95g/km로 강화되고 2030년부터 37.5%가 강화된 60g/km의 연비율을 적용시키고 1g/km당 95유로(12만 2천원)의 벌금을 부과토록 하겠다는 방침을 발표하였다.

이에 따라서 자동차 업계는 고효율 파워트레인을 개발하고 고연비 타이어과 각종 부품을 개발하여 다양한 연비율 개선기술에 경쟁적으로 참여하고 있다. 그렇지만 이런 연비율에 맞춘 화석연료 자동차 생산은 가격경쟁력에서 뒤지기 때문에 생존가능성이 희박하다는 판단이다. 결국 EU국가들은 2030년부터 화석연료 자동차의 생산을 중단하기로 선언하였다. 이에 따라서 화석연료 자동차가 사라지고 이를 전기차, 수소전기차, 자율주행차 등 친환경차가 대신하게 된다.

가솔린과 디젤 등 화석연료를 사용하는 내연기관차는 1㎞를 달리는 동안 적게는 100g에서, 많게는 200g이 넘는 온실가스를 배출한다. 환경부 온실가스종합정보시스템에 따르면 2018년 기준 한국의 이산화탄소 총배출량은 7억 2,760만 톤(t)인데 이 중 9,810만t(13.5%)이 자동차 등 수송부문에서 발생했다. 미국과 유럽의 경우 수송부문 배출 비중은 약 30%까지 커진다.

영국은 2030년부터 내연기관차 신차 판매를 중단하는 방안이 애초 2035년부터 시행하려던 것을 5년 앞당겼다. 프랑스도 2040년부터 내연기관차의 신차 판매를 금지하고 중국은 2035년부터 내연기관차 생산과 판매 모두 중단할 예정이며 일본 역시 2030년대 중반까지 내연기관차를 시장에서 퇴출할 계획이다.

미국 제너럴모터스(GM)는 2035년까지 가솔린 및 디젤 엔진 자동차의 생산 및 판매를 전 세계적으로 중단하기로 했다. 현재 GM의 매출 가운데 95% 이상이 내연기관차에서 나오는데 전기차 중심으로 과감히 사업을 전환하겠다는 계획이다.

독일 다임러그룹도 2022년까지 벤츠의 각 차종에 전기차나 하이브리드 모델을 출시할 계획이며 폭스바겐그룹은 2030년까지 각 차종에 전기차 모델을 도입할 계획이다.

자동차에서 나오는 탄소를 줄이기 위한 친환경차 핵심 기술은 동력원을 화석연료에서 전기로 바꾸는 전동화(electrification)다. 내연기관차는 가솔린, 디젤 등 화석연료를 엔진 안에 분사한 뒤 발화·폭발시켜 발생하는 에너지를 이용해 자동차를 움직인다. 반면 전기차(BEV)는 배터리와 모터를 장착, 배터리에 저장된 전기로 모터를 구동해 자동차를 움직인다.

배터리에 저장된 전기가 다 떨어지면 스마트폰처럼 충전해서 다시 사용하기 때문에 주행 중에 온실가스를 배출하지 않는다. 차체가 더 무겁고 배터리 충전이 오래 걸리며 1회 충전 시 주행거리가 짧다는 기술적 문제가 여전히 있지만, 온실가스 배출이 없다는 점에서 판매가 빠르게 늘고 있다. 2030년에는 전체 자동차 시장에서 전기차가 차지하는 비중이 30%까지 커질 것으로 전망된다.

수소연료전지를 장착한 수소전기차(FCEV)도 주목받고 있다. 공기 중의 산소와 연료탱크의 수소가 연료전지 안에서 만나면 화학반응에 의해 전기와 물이 만들어진다. 이렇게 만들어진 전기로 모터를 돌려 자동차를 움직이는 것이 수소전기차다. 수소전기차는 연료탱크에 수소를 충전하면 되기 때문에 전기차와 비교해 충전시간이 짧다. 연료충전 방식이기 때문에 주행거리도 상대적으로 더 길다.

국립환경과학원은 자동차기 내뿜는 대기오염물질로 ‘일산화탄소의 47%, 질소산화물의 32%, PM10의 10%, PM2.5의 14%’라고 발표하였다.

자동차가 연료인 휘발유나 경유가 완전연소된다면 사실상 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)만 배출하게 된다. 그렇지만 자동차가 대부분 불완전 연소를 하기 때문에 수증기나 이산화탄소이외 많은 유해물질이 배출되고 있다.

보통 가솔린 차를 운전할 때 질소(70%), 이산화탄소(18%), 수증기(8.2%), 유해물질(1%) 정도가 배기가스로 나온다. 이때 발생하는 자동차의 유해물질로는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)이 나오고 경유차의 경우 매연, 입자성 고형물질(PM) 등이 배출되는 것이다.

일산화탄소(CO)는 인체 흡입시 혈액 중의 헤모글로빈(Hb)과 결합하여 혈액의 산소운반작용을 방해한다. CO가 0.3%(체적비) 이상 함유된 공기를 30분 이상 호흡하면 목숨도 잃을 수 있다.

탄화수소(HC)는 탄소(C)와 수소(H)의 화합물로 배기가스뿐 아니라 엔진 연소과정에서 피스톤과 실린더 사이의 틈새를 통해 새어 나오거나 연료탱크에서 연료가 증발되어 나오기도 한다. HC는 호흡기 계통과 눈을 심하게 자극하고, 암을 유발하거나 악취의 원인이되기도 한다.

질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 일산화이질소(N2O) 등 여러 가지 형태로 나오며 연소실의 온도와 압력이 높고, 동시에 공기가 과잉 상태일 때 주로 생성된다. 그 중 90~98%를 차지하는 NO는 무색, 무미, 무취인 물질로서, 대기 중에서 서서히 산화되어 대부분 NO2로 변환된다. 질산은 호흡기 질환(기관지염, 폐기종 등)을 유발하고 폐에 수종이나 염증을 유발할 수도 있으며, 눈에 자극을 주는 물질이다.

입자상 고형물질(PM)은 경유가 공기가 부족한 상태에서 연소되면 순식간에 고형의 탄소핵이 생성된다. 탄소핵에 응집된 입자상 고형물질은 폐암 등을 유발하는 발암물질로서 호흡기질환을 일으키는 것으로 알려져 있다.

자동차에서 직접 방출되는 형태인 1차 오염물질 중 대표적인 것은 질산화물이다. 수도권 지역에서는 자동차 등 이동오염원이 방출하는 질산화물이 68%나 차지하는 비중이 크다. 자동차 배출가스에 들어 있는 1차 오염물질은 대기 중에서 화학반응에 의해 2차오염물질로 미세먼지와 오존이 발생한다.

대부분 미세먼지(PM2.5)는 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아(NH3) 등의 가스상 전구물질이 특정조건에서 화학반응을 일으켜 2차적으로 생성된다.

휘발성유기화합물(VOCs)은 벤젠, 톨루엔등 탄화수소계 화합물로 햇빛에 의한 광화학 반응에 의해 오존이 생성된다. 전구물질이란 어떤 물질이 일련의 화학반응을 거쳐 새로운 물질로 변화 생성되는 경우 최초의 출발 물질을 말한다.

자동차 배기가스는 반응성이 강한 물질과 화학 반응으로 2차 유기물 입자가 되기도 한다. 각종 불완전 연소과정에서 발생한 질소산화물(NO, NO2)은 O3와 반응해 NO3가 되고, NO3는 물과 반응하여 HNO3를 생성한다.

HNO3는 대기 중에 NH3 등과 반응하여 질산암모늄(NH4NO3 등을 생성한다, 또한 자동차 배기가스 이외에 화석연료의 연소 과정에서 발생하는 황산화물(SO2)은 물과 직접 반응하여 아황산(H2SO3)을 생성한다, 아황산은 급격히 산화하여 황산(H2SO4)이 되고 황산(H2SO4)은 암모니아와 복합적인 반응을 거쳐 황산암모늄((NH4)2SO4)과 같은 미세먼지 입자를 생성한다.

한편 오존(O3)은 전체의 약 90%는 지상 20~40km 사이의 성층권에 존재하면서 태양광선 중 생명체에 해로운 자외선을 흡수하여 지상의 생물들을 보호하는 ‘좋은 오존’이다. 반면, 나머지 10%는 지상 10km 이내의 대류권에 존재하여 지표 오존이라고도 하는데 호흡기나 눈을 자극하는 ‘나쁜 오존’이라 할 수 있다.

지표 오존은 가정, 자동차, 사업장 등에서 대기중으로 직접 배출되는 오염물질이 아니라, 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 메탄(CH4), 일산화탄소(CO) 등과 같은 대기오염물질들이 햇빛에 의해 광화학 반응을 일으켜 생성되는 2차 오염물질이다. 특히, 질소산화물(NO, NO2)과 휘발성유기화합물(VOCs)이 오존의 주요한 원인물질이다.

대기 중에 벤젠(C6H6), 톨루엔(C6H5CH3) 등 휘발성유기화합물이 없이 질소산화물만이 존재하는 경우라면 먼저 일산화질소(NO)가 이산화질소(NO2)로 산화되고, 이산화질소가 햇빛(자외선 중의 장파와 가시광선 중의 단파에너지)에 의해 산소원자(O)와 NO로 광분해된다. 그리고 산소원자는 대기 중의 산소분자(O2)와 반응하여 오존(O3)을 만들며, 이 오존은 다시 NO를 NO2로 산화시키는데 소비된다. 따라서 휘발성유기화합물이 없는 대기중에서는 오존의 생성과 소멸이 균형을 이루어 오존농도가 증가없이 일정하게 유지된다.

이와 같이 자동차는 대기오염의 주범인데도 불구하고 우리들은 아무런 부담없이 매일 승용차로 출퇴근하고 있다. 승용차가 아닌 일반 대중교통수단을 이용하면 그 만큼 대기오염물질을 줄일 수 있는데도 우린 그런 노력에 게을리하고 있다.

자동차가 배출되는 온실가스는 지구의 온난화의 원인이 되고 환경오염물질은 대기오염의 주범이 되어 인류의 생명을 위협하고 있다. 그래서 전 세계 각국들은 자동차의 환경오염물질을 감소시키기 위해서 연비율을 규제하기 시작하였다.

이와 함께 자율주행차가 등장하면서 자동차 업계는 대변신을 겪고 있다. 결국 자동차업계에서 생존하려면 친환경차와 자율주행차의 경쟁에서 우위를 확보하는 길뿐이다. 그래서 우리나라 자동차 업계도 새로운 변신을 준비하고 있어 친환경차와 자율주행차에 대한 기대감을 갖고 자동차 변신추세에 적극적으로 참여하고 있다.