경유 버스 및 CNG 버스 환경·경제성 분석을 통한 CNG 버스 보급 ...webbook.me.go.kr/DLi-File/091/018/005/5553686.pdf · 2015-11-02 · 제 출 문 환경부장관

최종보고서

경유 버스 및 CNG 버스 환경·경제성 분석을

통한 CNG 버스 보급정책 타당성 조사 연구

2012. 11.

연구수행기관 : 한국환경정책·평가연구원

환경부

제 출 문

환경부장관 귀하

본 보고서를 「경유 버스 및 CNG 버스 환경·경제성 분석을 통한 CNG

버스 보급정책 타당성 조사 연구」의 최종보고서로 제출합니다.

2012년 11월

한국환경정책․평가연구원장

연구책임자: 강상인(KEI 선임연구위원)

연구참여자: 강광규(KEI 선임연구위원)

박준현(KEI 연구원)

제갈운(KEI 연구원)

i

요 약

1. 국내·외 경유 및 CNG 버스 기술개발 수준 및 정책 동향 조사

가. 주요 선진국의 경유 및 CNG 버스 기술 개발 수준 파악

1) 미국

전 세계적으로 대체 연료 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고, 특히 미국

의 경우 금융위기 이후 자동차업계의 화두는 연비의 절감과 친환경이다. 또

한 석유 기반의 운송 사업을 에탄올이나 바이오디젤, 전기자동차, 수소등과

같은 대체에너지를 사용하는 방향으로 서서히 전환하고 있는 상황에서 친환

경차량의 개발과 더불어 기존 가솔린 차량의 연비 개선을 위한 부품 개발에

이르기까지 각 완성차 기업들과 부품기업들은 모두 연비절감과 배출가스 절

감을 위한 차량의 개발에 매진하고 있다.

이처럼 각 브랜드별로 연비 개선과 친환경 차량 개발에 엄청난 인력과 자

본을 투자하는 이유는 소비자 기호의 변화나 시장 수요에 대응하기 위해서

이기도 하지만, 무엇보다 미국 연방 정부의 규제 때문이다. 연방 정부는 자

동차 생산 기업에게 매년 특정 수준까지 배출가스 규제 강화를 요구하고 있

는데, 한국, 일본 등 미국 자동차 시장에서 중소형 차량을 많이 판매한 기업

들에 비해, 미국의 완성차 기업들은 대형차량이나 SUV, 픽업트럭 등 연비가

낮고 배출가스가 심한 차량들의 판매 비중이 높기 때문에 연방 규제에 대응

하기 위한 자동차 기술 개발이 활발하고, 그에 따라 다른 나라들에 비해 기

술 발전 수준이 높다.

ii

<표 1> 미국 주요 CNG 기술개발회사

구분 개발내용

아르곤

국립연구소

· CNG 차량 실험하고 분석할 수 있는 기능

· 온실가스 방출을 규제하고, 표준차량에서의 에너지 사용

을 통해, 전문가들에게 생산, 유통 그리고 연소의 각 단

계에서 연료주기 분석을 이용한 다양한 연료의 온실가스

방출을 검사하기 위한 능력 보유

SWRI 사

· 엔진, 연료, 윤활유 등을 중점적으로 개발

· Cummins사와 공동으로 10리터 디젤엔진을 기반으로

부식실 직접분사 층상급기 CNG 엔진 개발

· 스웨덴 Volvo사와 공동으로 디젤엔진을 Lean-burn

방식으로 개발

Cummins 사 · 현재까지 84대의 CNG 엔진을 개발

Eaton 사

· CNG 및 CNG 하이브리드 기술관련 가장 대표적인 회사

· 파워 트레인 면에서 강한 기술력 보유

· 주정부와 공동으로 CNG 자동차에 Hybrid Drive Unit

을 매칭하여 개발 및 시운전

ISE 사

· ISE사의 CNG 시스템은 연비를 40%까지 증가

· CNG 차량 엔진 플렛폼의 경량화

· 배기가스 저감 달성(이산화탄소 저감)

· 배터리 저장능력 향상

· CNG 하이브리드 시스템 개발

CAP 사· 캘리포니아 주정부 등의 지원에 의해 LEV 규제 기준을

만족하는 MPI 시스템 혼소엔진을 개발

iii

2) 유럽

유럽의 경우 저상버스가 많이 보급되어 있는 상황으로, CNG 연료용기 안

전에 관한 연구가 주로 진행되고 있고, 각 개발회사 별 친환경 차량 개발에

대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

<표 2> 유럽 주요 CNG 버스 개발회사

구분 개발내용

이탈리아

· 이탈리아의 CNG 이용은 1930년대에 시작되어 전쟁 후

석유의 이용에 이어 보급은 낮아지고 오일쇼크 이후 수차

회복경향

· CNG 실차의 경우 20여개의 중소기업에서 개조

· 대부분 이탈리아의 CNG 차에는 촉매컨버터가 미 장착

스웨덴· Volvo사는 Co Nordic 프로젝트의 일환으로 CNG 버스

개발

영국

Ricardo 사

· Co Nordic 프로젝트로 HD 도시형버스

배출가스를 최소화 하는 것을 목표로

Scania의 디젤엔진을 기본으로 한 삼원촉

매방식의 CNG 엔진을 개발

Alexander Dennis

사· 더블데커 하이브리드 버스 생산

Champion 사

· 포드 E-450 섀시를 바탕으로 Azure

Dynamics Balance System이 적용된

하이브리드 버스 생산

Collins 사· E-450 하이브리드 버스에 도입될 플러

그인 충전 시스템 개발

독일

Mercedes Benz

사· Citaro G BlueTec 버스 생산

AUDI 사

· 가솔린 자동차의 CO2 배출량을 20%

줄이고자 TFSI 엔진을 기본으로 직분식

CNG 기관 개발

슈투트가르트 대학· 터보차져와 EGR을 장착한 CNG 기관을

실험

iv

나. 국내 경유 및 CNG 버스 기술 개발 수준 파악

국내의 경우도 직접분사식 CNG 엔진에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

<표 3> 국내 주요 CNG 기술개발 현황

구분 개발내용

대우버스(주)

· 1,900cc급 양산 엔진을 가시화 엔진으로 개조하여 분사시기 변

경을 통해 직접분사식 CNG 엔진의 연소 및 배출가스 특성에

대해 연구

한국동력자원연구소

· 1,439cc 4실린더 천연가스기관의 압축비를 9:1, 10:1, 11:1로

변화시키고 기존 압축비와 동일한 가솔린기관과 비교하여 기관

회전수, 공기과잉률 및 점화시기에 따른 기관의 성능특성에

대해 연구

한국기계연구원· 천연가스기관의 출력향상을 위해 과급 및 압축비의 변화를

검토

성균관대학교

· 대형 직접분사식 CNG 기관에서 흡기보조 분사 시 분사율이

10%에서 희박한계의 최대치는 공기-연료당량비 1.5 부근에서

나타나는 것을 보였으며, 노크한계압축비는 11.5임을 밝힘

우리나라의 NGV 엔진 기술을 해외와 비교해보면 기술수준은 크게 차이가 나지 않

는다. 다만, 4세대 기술 적용에 있어 우리나라의 경우는 학계와 연구소 중심으로 기술

개발이 이루어지고 있으며, 해외의 경우는 일부 자동차 제작사들에 의해 상용화가 진

행 중에 있다. 3세대와 4세대 엔진의 경우 출력과 연비, 배기가스 저감능력 등에서 큰

차이를 보이고 있기 때문에 앞으로 강화될 배출가스 규제에 대한 대비를 위해서는 반

드시 4세대 엔진기술 개발이 필요하다.

용기 제조 기술 분야에서도 우리나라와 해외의 기술을 타입별로 비교하여

v

보면 용기 제조 기술이 비슷한 Type 1, 2의 경우는 생산기술이나 품질에서

는 큰 차이를 보이고 있지 않다.

반면 Type 3, 4의 경우 우리나라 업체들이 상용화에 성공하여 제품을 판

매하고 있는 단계지만 용기 제조의 핵심인 랩핑에 사용되는 탄소섬유 제조

기술이 미흡하여 대량 판매가 이루어지지 않고 있기 때문에 제조단가가 해

외보다 높아 해외진출에 어려움이 있다.

또한, LNG 용기의 경우는 ㈜한비가 국산화를 통해 자체적으로 생산해 공

급하고 있으며, 한국가스공사가 기술개발을 하여 NGV 업계가 기술이전을

한 상태이지만 아직 신뢰성이 낮아 추가적인 기술개발이 더 필요하다.

국내 천연가스 자동차는 현재 EURO-4의 기준으로 상용화가 되어 있으

며, 중대형 천연가스 상용차(버스 및 청소차)만 개발 및 판매되고 있다. 그

이유는 중소형 자동차의 개발·판매와 관련된 이해 당사자 간의 갈등, 충전

소 인프라 구축 부족, 천연가스자동차 보급이외의 자동차 저공해 화 정책 추

진 등으로 중소형 자동차의 시장형성 여건이 미흡하기 때문이다.

우리나라를 포함한 세계 각 국가들의 NGV의 기술개발 현황을 보게 되면 향

상된 연비, 열효율, 배기가스 저감에 포인트를 두고 이 부분에 집중적인 개

발을 진행하는 것으로 보인다.

다만 우리나라의 경우는 현대기아자동차나, GM 대우와 같은 자동차 제작

사에서 상용화를 위한 기술개발은 진행하지 않는 것으로 보이며, 국내 연구

기관들을 중심으로 엔진에 대한 4세대 기술 실증 연구를 진행하는 것으로

보인다.

이와는 다르게 세계의 유수 자동차제작사들은 NGV의 상용차에 대한 4세

대 기술개발과 상용화에 주력하고 있다. 따라서 천연가스 자동차의 수출 확

대를 위하여 국내의 주력인 천연가스 상용차의 배기가스 수준을 EURO-6

기준에 부합하거나 이를 넘어서는 기술 개발 및 중소형 NGV의 상용화가 시

급하다.

vi

국내 천연가스 자동차 엔진 중 기존의 6기통 디젤엔진을 모태로 하여 개

발한 CNG 엔진은 불꽃 점화방식의 Lean-Burn 엔진으로 개발되었다. 천연

가스버스의 기본 구조는 종래의 디젤버스와 같고, 연료계통만이 변경되었다.

사용연료인 천연가스는 디스펜서를 통하여 고압의 천연가스를 차량 내의 가

스용기에 저장하며, 이때의 저장된 연료량은 운전석에서 압력계로 모니터링

할 수 있도록 되어 있다. 또한, 내부압력의 과다 상승 시 안전밸브를 거쳐

외부로 벤팅하는 안전장치가 설치되어 있다. 압축된 가스는 용기로부터 연료

배관을 거쳐 감압밸브에서 사용압력으로 일정한 압력으로 감압된 후, 공기와

혼합되어 엔진 내부로 공급되는 구조이다.

2. 미국, 유럽 등 외국사례를 토대로 배출허용기준 강화 정책이

CNG 보급정책에 미치는 영향 분석

가. 미국

1) 미연방

미국의 자동차 배출가스 규제는 미연방환경청(EPA)이 정하는 Tier 기준과 캘리포

니아 주의 독자적인 대기방지 조례인 LEV(Low Emission Vehicle) 기준을 적용하고

있다.

미연방의 배출가스 규제기준은 1994년부터 경량차량 및 중량차량에 대해 2단계에

걸친 배출가스 기준(Tier1, Tier2)를 규정하고 청정연료 사용 자동차의 생산 및 보급

촉진을 위한 구매의무화 조항을 반영하고 있다.

Tier2 규제는 배출가스의 배출량을 10단계 카테고리로 나누어 자동차 메이커가 차

종 당 어느 카테고리를 만족시킬 것인지를 스스로 정하도록 하고, 각각의 모델 판매대

수에 따라 산출한 기업 평균 배출가스 기준이 Bin5 카테고리에 해당하는 규제 치에

만족시키도록 규정짓고 있다.

vii

<표 4> Bin# 카테고리

Bin#

인증기준치 단위 :

적용시기(Useful Life =

120,000miles)g/mile

11 7.3 0.280 0.9 0.12

2004년∼20

09년

Phase-in

10 4.2 0.156 0.6 0.08

9 4.2 0.090 0.3 0.06

8 4.2 0.125 0.2 0.02

7 4.2 0.090 0.15 0.02

6 4.2 0.090 0.10 0.01

5 4.2 0.090 0.07 0.01

4 2.1 0.070 0.04 0.01

3 2.1 0.055 0.03 0.01

2 2.1 0.010 0.02 0.01

1 0.0 0.000 0.00 0.00

자동차 판매대수에 따라 산출된 기업평균 배출가스 기준이 Bin5를 만족시

켜야 하므로, Bin8 카테고리에 해당 차량을 판매하는 것도 가능하다. 하지만

Bin8 카테고리 이후 해당모델은 2008년부터는 판매할 수 없도록 하였고,

2009년형 모델부터는 Bin7 보다 엄격한 기준을 만족하는 모델을 도입하였다.

2) 캘리포니아 주

LEV(Low Emission Vehicle) 및 ZEV(Zero Emission Vehicle) 프로그램으로 대

별되는 캘리포니아 주의 자동차 배기가스 규제는 연방정부의 규제치보다 배출가스 기

준이 엄격하다.

1993∼2003년 모델 차량에 대해 적용되어 오던 LEV1 기준에 이어 2004년 모델

부터 NOx 및 PM 기준이 한층 강화된 LEV2 프로그램을 시행중이다. 또한 자동차 메

이커로 하여금 일정 비율의 무공해차량(ZEV) 판매를 의무화함으로써 청정연료 자동

차 시장 확대를 추진하고 있다.

viii

<표 5> 캘리포니아주 배출가스 기준

Emission

Classes


(Useful Life = 120,000 miles g/mile

NMOG 5) CO NOx PM HCHO 6)

LEV 1) 0.090 4.2 0.07 0.01 0.018

ULEV 2) 0.055 2.1 0.07 0.01 0.011

SULEV 3) 0.010 1.0 0.02 0.01 0.004

ZEV 4) 0 0 0 0 0

※ * 1) LEV : Low Emission Vehicle

* 2) ULEV : Ultra Low Emission Vehicle

* 3) SULEV : Super Ultra Low Emission Vehicle

* 4) ZEV : Zero Emission Vehicle

* 5) NMOG : Non-Methane Organic Gas(비 메탄계 유기가스)

* 6) HCHO : Formaldehyde(포름알데히드)

* CARB-LEV2 규정 채택지역 : 캘리포니아, 뉴욕, 메사추세스, 메인, 버몬트

나. 유럽

EU의 자동차 배기가스 기준은 경량자동차(승용차 및 소형트럭)에 대해서

는 지침 70/220/EEC에서, 그리고 중량 디젤트럭 및 버스에 대해서는 지침

88/77/EEC에서 각각 규정하고 있으며, 각 지침에서 규정하는 기준은 유럽

의 자동차 배기가스 규제 기준인 EURO Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ 기준으로 대변되

며, 지속적으로 강화되고 있는 추세이다.

EU 집행위원회는 2007년 2월에 유럽시장에 출시되는 신차의 이산화탄소

평균 배출량의 감축을 의무화하는 법률규제 도입을 결정하였다. 이는 1998

년에 자동차 업계가 EU와 자발적 협약을 맺고 2009년까지 신차의 평균 이

산화탄소 배출량을 140g/km로 낮추겠다고 약속했으나, 이것이 이루어지지

않자 EU 당국이 감축을 의무화하는 법률 도입 추진을 진행한 것이다. EU

ix

집행위원회는 2012년까지 신차의 평균배출량을 130g/km로 의무적으로 감

소시키는 규제 법안을 상정하였고, 2012년부터 2015년까지 동 허용량을

초과할 경우 점차 재정적 불이익을 확대함으로써 자동차 제조사가 법안을

이행하도록 유도한다는 계획이었다.

2008년 12월 EU 이사회와 EU 의회가 자동차 이산화탄소 규제 법안에

대한 합의를 도출했으며, 2009년 4월에 EU 이사회를 통과하였다. 통과된

법안이 제시하는 감축 목표는 EU 집행위원회 안을 유지하여 자동차 엔진기

술을 통해 130g/km를 달성하고 이와 함께 타이어, 바이오연료 등으로부터

10g/km를 추가 감축하도록 했다.

동 감축목표의 경우, 단계별로 2012년 신규자동차 생산량의 65%, 2013

년 75%, 2014년 80%, 2015년 이후 100% 감축을 합의하였는데, 이는

EU 집행위원회가 2012년부터 100% 시행하자고 제안한 것보다는 완화된

것이다. 한편 이 법안은 애초에 차량중량 2,610kg까지의 승용 및 경상용 자

동차에 한정하여 적용할 것을 제안하였으나, 결정된 법안에서는 승용 및 경

상용 자동차 모두를 적용대상으로 하여 동일하한 배출기준을 적용함으로써

중량제한을 철폐하였다.

벌금수준은 상기 감축목표를 기준으로 2012년부터 2018년까지 초과한 g

당 누적으로 1g의 경우 5유로, 2g의 경우 추가 15유로(총 20유로 부과),

3g의 경우 추가 25유로(총 45유로), 4g 이상의 경우 추가 95유로(총 140

유로)를 부과하고, 2019년 이후에는 초과 g 당 95유로 부과를 결정하였다.

x

3. 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 비교

가. 현행 규제현황 및 차기 배출가스 규제 수준 비교

1) 유럽

EURO는 유럽연합이 1990년 도입한 차량 배기가스 규제의 명칭이다.

2007년 5월 30일 유럽 각료 이사회는 승용차 및 경량트럭 배기가스 기준을

한 층 강화한 새로운 자동차 배기가스 기준을 발표하였다. 이 규제가

EURO-5와 EURO-6이다. 이 규제의 가장 큰 특징은 입자상 물질(PM),

질소산화물(NOx)의 규제 강화이다.

EURO-6는 유럽뿐만 아니라 북미, 일본 등을 포괄하는 전 세계배출기준

의 첫 시행단계이다. EURO-6의 배기가스 기준은 EURO-5에 비해 배기가

스 배출량을 대폭 감소시켜야 한다. 질소 산화물의 배출량은 EURO-5에 비

하여 80%(0.40g/kWh)까지 줄여야 하며, 입자상 물질의 경우 50%(0.01g/

kWh)까지 감축해야 한다.

<표 6> 디젤자동차와 가스자동차 배출가스 기준비교(Passenger Car(2.5t GVW))

(단위 : g/km)

구분 HC+NOx CO NOx PM

EURO-4(디젤) 0.30 0.50 0.25 0.025

EURO-4(가스) 0.1(HC) 1.0 0.08 -

EURO-5(디젤) 0.05 1.0 0.08 0.0025

EURO-5(가스) 0.05(HC) 1.0 0.08 0.0025(GDI)

xi

<표 7> 디젤자동차와 가스자동차의 EURO-6 배출기준 비교(단위 : g/kwh)

구분 CO THC NMHC CH4 NOx PM NH3(ppm)

ESC(디젤) 1.5 0.13 - - 0.4 0.01 0.01

ETC(디젤) 4 0.13 - - 0.4 0.01 0.01

ETC(가스) 4 - 0.16 0.5 0.4 0.01 0.0

※ ESC : European Static Cycle

ETC : European Transient Cycle

2) 미국

미국의 경우 자동차 배기가스에 대해 대기청정법과 자동차 기업평균연비

로 규제하고 있으며 미국 연방환경청(EPA)이 배기가스 규정을 제정하고 있

다. 연방정부 차원에서 1970년에 제정된 대기청정법을 통해 처음으로 자동

차 배기가스 기준을 규정했으며 주차원에서는 캘리포니아 주가 1960년 자

동차 오염방지법을 제정하고 1966년부터 엔진의 배기가스 규제를 실시하고

있다. 지금까지 미국에서 판매되는 모든 자동차는 미국 연방환경청의 연방기

준 또는 캘리포니아 주의 배기가스 기준 중 각 주마다 조금씩 차이가 있지

만 둘 중 하나 이상을 충족시켜야 한다. 캘리포니아 기준은 캘리포니아 및

북동부 지역에서 채택하고 있으며 나머지 주들은 연방법을 따르고 있다.

가) 대기청정법

대기청정법에서는 탄화수소, 질소산화물, 일산화탄소, 입자상 물질, 포름알

데히드 등의 배기가스를 규제하고 있으며, 대기오염이 심각한 캘리포니아 주

에 대해 별도의 자동차 배기가스 규제 기준을 제정할 수 있는 권한을 부여

한 것이 특징이다.

xii

① Tier 2 bin 1 : 가장 청정한 배기가스 자동차, 거의 제로수준의 배

기가스(ZEV : Zero Emission Vehicle)

② Tier 2 bin 2∼4 : 평균 기준보다 청정한 자동차

③ Tier 2 bin 5 : 평균 기준 자동차

④ Tier 2 bin 6∼9 : 평균에 미달하는 자동차

⑤ Tier 2 bin 10 : 배기가스 기준을 통과한 자동차

⑥ Tier : 예전 연방 기준

나) 캘리포니아 주

1960년 자동차 오염방지법을 제정하고 1966년부터 자동차 배기가스 배

출규제를 실시하였다. 각 차량의 배기가스는 실시연도에 따라 잠정저공해차

량(TLEV), 저공해차량(LEV), 초저공해차(ULEV), 유해물질 0인 무공해차

(ZEV) 등으로 구분하고 있다.

① ZEV : 유해물질 0인 차량

② ULEV Ⅱ : 초저공해자동차, 탄화수소 및 일산화탄소 배출수준이 거

의 LEV Ⅱ의 절반 수준

③ ULEV Ⅰ : 초저공해차량, 저탄화수소 배출을 강조한 기준

④ LEV Ⅱ : 저공해차량, 대기청정법의 Tier 2 bin 5에 해당하는 수준,

NOx 배출량이 LEV Ⅰ의 25%인 차량

⑤ LEV Ⅰ : 저공해차량, Tier 1의 2배 정도 엄격한 기준

xiii

3) 국내

가) 디젤 차량

디젤 차량의 경우 NOx와 입자상물질(PM)이 많이 배출된다. 우리나라는

디젤 차량 배출가스 규제를 1984년 7월부터 실시하였으며 기준을 강화하여

왔으나 아직도 선진국에 비해 많이 완화되어 있는 수준이다. 1996년의 우리

나라 중량 디젤 차량의 NOx 규제는 미국 1990년 수준의 약 40%, 유럽연

합(EU)의 1993년 수준의 22%가 완화된 수준이며 입자상물질(PM)은 미국

1990년 수준의 약 170%, EU 1993년 수준의 80%가 완화된 수준이다. 그

러나 2002년 이수에는 미국, EU와 같은 선진국 수준으로 규제가 강화되었

으며, 시내버스의 경우 1998년에 EU의 1993년 수준, 2000년에는 EU의

1996년 수준보다 더 엄격한 수준으로 규제가 강화되었다.

2013년부터는 디젤 차량에 적용되는 배출허용기준이 선진국 수준으로 대

폭 강화된다. 버스, 트럭 등 대형 경유차는 EURO-6 기준과 나노입자개수, 암모

니아 기준이 신 모델은 2014년 1월부터, 기존 모델은 2015년 1월부터 적용된다.

나) CNG 차량

천연가스는 환경에 영향을 적게 주는 에너지이며 지구온난화에 영향을 주

는 이산화탄소의 배출량은 석탄을 100으로 보면 석유 83, 천연가스는 57이

다. 천연가스는 상온에서는 액체화 하는 것이 어렵기 때문에 자동차 연료로

사용하기 위해 고압용기에 담아 사용하여야 하므로, 용기의 부피가 커지고,

폭발의 위험 때문에 과거에는 널리 사용하지 못하였다. 하지만 최근에 도시

지역 환경문제, 특히 버스, 트럭의 매연, 입자상 물질 및 NOx에 의한 도시

대기오염이 문제가 되자 도시 대기오염 저감 방안의 하나로 압축천연가스

(CNG)를 연료로 이용하는 차량에 대한 연구와 보급이 널리 시행되게 되었다.

xiv

CNG 버스는 2013년부터 EURO-6 기준보다 약 13% 강화된 기준이 적

용된다. 또한, 신 모델은 2013년 1월부터, 기존 모델은 2014년 1월부터 메

탄 및 암모니아 기준이 새롭게 도입된다.

3. 차기 배출가스 규제 수준이 경유 및 CNG 버스 차량가격에 미

치는 영향 분석

가. 선진국의 경우 분석

1) 미국

미국은 오일에너지에 대한 의존도를 낮추고 지구온난화와 관련된 배출을

줄이기 위해 에너지독립안전법을 2007년 12월 19일에 시행하였다. 이 법의

주요 골자는 2020년까지 2007년 당시의 CAFE(Corporate Average Fuel

Economy) 기준보다 40% 강화해 평균연비 35mpg 달성을 위해 2011년부

터 단계적으로 연비 기준을 상향하고 북미에서 생산된 자동차는 CAFE 기준

의 92% 수준에 도달해야 하는 것으로 규정하고 있다. 또한, 자동차 기업들

이 CAFE 기준을 충족하지 못할 경우에는 패널티를 지불하여 연료절감을 위

한 연구개발 보조금 지급 등에 활용하고, 충족 시에는 크레딧을 제공하여 다

른 종류의 차량이나 기업과 거래할 수 있도록 하였다.

가) 에너지독립안전법

에너지독립안전법은 기존의 연비 기준을 2016년까지 35.5mpg로, 이산화

탄소 배출은 250grams/mile로 강화하였다. 미 정부의 에너지독립안전법 시

행으로 완성차 업체들은 연비 강화와 배출물질 규제를 위한 준비를 서둘러

야 하는 상황이 예상되는 가운데 2008년 기준으로 미국에 자동차를 판매하

고 있는 회사별로 기업연비를 볼 때 일본과 한국 등 외국계 자동차 회사들

이 평균 연비가 높아 강화된 기준 달성에 유리할 것으로 전망된다.

xv

<표 8> 미국의 배기가스규제 강화에 따른 차량가격 변화

항목 단위년도

1997 2000 2004 2006

증가되는

차량가격$ 4000 3000 2000 1500

연료충전장치

가격

$

(가솔린과

비교)

5X 5X 2.5X 2.5X

Fuel

EconomyMPGE Equal +5% +8% +10%

주행거리 마일 150

배기규제 CA/Fed std. ULEVULEV/SUL

EV

ULEV/SUL

EV

ULEV/SUL

EV

※ 자료 : Fuel quality and vehicle emissions standards cost benefit analysis, Coffey

Geosciences PTY LTD, 2003.

<표 8>에서 볼 수 있듯이 배출가스 규제 수준이 강화되는 동안 추가로 증

가되는 차량 가격은 감소하는 것으로 나타나고 있다. 이것은 규제 수준이 증

가되는 동안 이를 충족시키기 위한 차량 기술과 연료충전장치 기술 등도 함

께 발전하여 더욱 저렴한 비용으로 강화되는 규제를 만족시킬 수 있게 되기

때문이다.

미국에서 진행되었던, 배기가스 규제에 드는 비용과 차량가격과의 상관관

계를 연구한 자료에 따르면 일반적으로 차량가격과 배기가스 규제에 드는

비용에는 상관관계가 거의 없다.

xvi

[그림 1] 1970∼84년 미국의 차량가격과 배기가스규제 비용

일반적으로 강화되는 배출가스 규제는 차량 생산에 있어서 새로운 추가

비용을 발생시킬 것으로 예상된다. 하지만 증가하는 차량 생산 비용은 배출

가스 규제에 따라 차량 생산 기술이 함께 발전함에 따라서 더욱 적은 비용

으로 규제를 만족할 수 있는 차량 생산이 가능하게 됨으로써 꾸준히 증가하

지는 않는다.

2) 유럽

유럽의 경우도 미국과 마찬가지로 새로운 배출가스 규제를 충족시키기 위

해서 차량 회사들의 투자 개발비 상승으로 인한 차량 가격의 상승을 예상할

수 있으나, 친환경 차량 보급을 위한 정부의 각종 경제적인 인센티브와 기술

의 발전에 따라, 배출가스 규제 강화가 실질적으로 차량 가격의 상승에 미치

는 영향은 크지 않을 것으로 예상할 수 있다.

xvii

<표 9> 실험버스 연식, 특성, 대수

구분CNG 경유

연식 대수 엔진형식 연식 대수 엔진형식 특성

현대 2011 2 C6AE 2011 2 D6HAEGR 및

p-DPF

대우 2011 2 GL11K 2011, 2012 2 DL08K SCR

4. 경유 및 CNG 버스 환경·경제성 분석

가. 경유 및 CNG 버스의 환경성 평가 시험

CNG 보급에 따른 오염물질 배출량의 증감량을 측정하여 CNG 보급 정책

의 환경성을 평가한다. 본 과제에서는 국립환경과학원 교통환경연구소의 대

형차대동력계를 이용하여, 시험모드인 NIER 06 모드를 적용하여 경유 및

CNG 버스의 오염물질 배출량 증감을 측정하였다.

1) 분석 대상

2) 분석 범위

<표 10> 측정 오염물질 종류

구 분 COTHC

NOx PM 입자개수* VOC* CO2NMHC CH4

단위 g/km g/km g/km g/km g/km 개/km mg/km g/km

* 미 규제 물질

xviii

3) 분석 방법

<표 11> 시험 방법

시험모드서울시 2010년 버스 평균주행속도와 가장 유사한 시험분석 모드인 NIER

06 모드를 이용

시험분석 장치 국립환경과학원 교통환경연구소 대형차대동력계 이용

연비분석

경 유 : 측정된 배출가스(CO, HC, CO2) 이용한 탄소밸런스 법으로 계산

CNG : 유럽 연비 계산식 이용

<연비 = 0.654×100(/{[0.1336×[(0.749×HC)+(0.429×CO)+(0.273×CO2)]}>

4) 분석 결과

<표 12> 주행거리(km) 당 오염물질 배출 평균값* 비교

구 분CO

(g/km)

THC(g/km) NOx(g/km)

PM(g/km)

입자개수(개/km)

VOC(mg/km)

CO2(g/km)NMHC CH4

CNG(1) 0.0587 0.8223 7.4005 3.6246 - 2.36E+11 3.68 721

경유(2) 1.8195 0.2508 　- 10.2775 0.0404 3.09E+13 5.33 723

(1)-(2) -1.7608 0.5715 7.4005 -6.6529 -0.0404 - -1.65 -2

* 평균값 : CNG 차량별 평균(현대차 2대, 대우차 2대), 경유 차량별 평균(현대차 2대, 대우차 2대)

5) 결론

시험결과 주행거리 당 오염물질 배출 평균값의 경우, CO, NOx, PM,

CO2에서는 경유 대비 CNG 버스 배출값이 (-)값으로, CNG 버스의 배출량

이 적고, THC는 경유 대비 CNG 버스 배출값이 (+)값으로, CNG 버스의

배출량이 많다. 따라서 THC 이외의 오염물질에서 CNG 버스의 환경성이 우

수한 것으로 나타났다.

xix

나. 경유 및 CNG 버스의 경제성 분석

CNG 보급의 사회적 편익과 사회적 비용을 비교하여 CNG 보급정책의 경

제성을 분석한다. 사회적 편익은 환경오염 저감의 화폐 가치(환경편익), 저

렴한 연료사용에 따른 기회비용의 저감 등을 고려하고, 사회적 비용은 CNG

버스 보급을 위한 공공부문 지출(환경개선비용)인 차량구입 보조비용, 취득

세수 손실, 환경개선부담금 손실 등을 고려한다.

사회적 편익이 사회적 비용보다 클 경우 경제성이 있는 것으로 판단할 수

있고, 반대의 경우 경제성이 없는 것으로 판단할 수 있다.

1) 사회적 편익

가) 환경편익

환경편익은 국립환경과학원 교통환경연구소의 시험 결과 중, 비 규제 물질

인 VOC, 입자개수를 제외한 규제대상 오염물질 중 6종을 이용한다.

연간 주행거리를 기준으로 오염물질 별(경유버스 대비) 총 배출 저감량을

구하고, KAIST, EC에서 제시한 단위 오염배출 저감량 당 화폐가치를 곱하

여, 연간 환경편익을 구하고, 내구연한 10년 동안의 연도별 환경편익을 5년

기준 국고채 금리인 3.27%로 할인하여 합산한 현재가치를 산출한다.

• 분석 결과

<표 13> 경유차 대비 CNG 버스 오염물질 별 연간 저감량

구분 CO NOx PM CO2THC

총계NMHC CH4

단위배출량 (g/km) 1.76 6.65 0.04 2.00 -0.57 -7.40 ·

연간 총 주행거리 (km/대·년) 85,942.90

연간 저감량 (kg/대·년) 151.33 571.77 3.47 171.00 -49.12 -635.98 ·

단위 저감량 당 편익화폐가치 (원/kg)

2,820.00(100만기준)

5,640.00(수백만 기준)

6,554.00(100만기준)13,108.00

(수백만 기준)

408,137.00(100만기준)816,274.00(수백만 기준)

20.66

3,276.00(100만기준)6,552.00(수백만 기준)

433.76 ·

연간 저감 편익 (원/대·년) 658,387 5,781,421 2,184,953 3,532,005 -248,261 -275,863 11,632,642

xx

NOx, PM, HC의 단위 저감량 당 편익화폐가치는 EC 기준 이용하였고,

CO의 단위 저감량 당 편익화폐가치는 KAIST 보고서를 이용하여, HC에

대한 상대적 위해지수 적용하였다. 또한 NOx, PM, HC, CO의 단위 저감량

당 편익화폐가치는 각 지역별 인구 차를 고려하여 인구 백만 기준과 수백만

이상 기준 적용하였다. 2008년 8월 기준 통계청의 전국인구분포도에 따르면

서울과 경기지역 인구수는 각각 1,000만 명 이상이고, ‘도’이상 지역의

인구수도 100만 명 이상이다.

CO2는 탄소배출권 거래가격인 Kg당 20.655원(2011년)을 이용하였고,

CH4는 CO2의 지구온난화 지수(GWP) 고려하여 산정(CO2의 21배)하였다.

<표 14> 내구연한 10년간 오염물질 별 환경편익의 현재가치 합

연간환경편익 할인율 내구연한 내 연도별 현재할인 가치 합

11,632,642원/대 3.27% 101,072,381원/대

• 결론

경유버스 대비 CNG 버스는 내구연한 10년 동안 대당 현재가치기준

101,072,381원의 환경편익이 있는 것으로 나타났다.

나) 경제적 편익

• 분석범위 및 방법

경유버스 대비 CNG 버스 세전가격 기준 버스 연료비 절감 금액을 분석한

다. 연간 주행거리를 기준으로 경유버스 대비 CNG 버스의 연간 연료비 저

감 금액을 구하고, 이를 내구연한 동안 할인하여 합산한 현재가치를 산출 비

교한다.

xxi

<표 15> 경유버스 대비 CNG 버스 단위거리 당 연료비 절감액

구분 세전 가격 단위거리 당 환산가격

CNG (1) 635.19(원/㎥)* 262.47(원/km)

경유 (2) 998.03원(원/ℓ)** 285.97(원/km)

절감액 (1)-(2) - -23.50(원/km)

※ CNG 연비 : 2.42(km/㎥)(국립환경과학원 교통환경연구소, 2012)

경유 연비 : 3.49(km/ℓ)(국립환경과학원 교통환경연구소, 2012)

CNG 세전가격 : 2011년 하반기 ∼ 2012년 상반기 CNG 세전가격 평균(한국가스공사, 한국천연

가스 차량 협회)

경유 세전가격 : 2011년 하반기 ∼ 2012년 상반기 경유 세전가격 평균(오피넷, 석유정보망)

경유의 경우 ℓ 당 가격이고, CNG의 경우 ㎥ 당 가격이므로, 서로 직접

비교가 불가능하다. 그러므로 본 연구에서는 국립환경과학원 교통환경연구소

의 시험결과인 경유와 CNG의 연비를 이용하여, 각 연료의 가격을 단위거리

당 가격으로 환산하여 비교하였다.

• 분석 결과

본 연구에서 사용한 시내버스 연간 주행거리는 85,942.90km(자동차 주행

거리 실태조사, 교통안전공단, 2008)이고, 이를 이용하면 경유버스 대비

CNG 버스의 대당 연간 연료비 절감액은 2,019,658원이다.

CNG는 경유 대비 km 당 23.50원 경제적인 연료로 판단할 수 있고, 수송

용 CNG 시내버스 연료 사용은 경유대비 대당 연간 2,019,658원의 기회비

용 저감효과를 가져오는 것으로 볼 수 있다.

CNG 버스 대당 내구연한 동안 연료비 절감액의 현재가치 합은 17,548,834원으로

산출되었다.

xxii

2) 사회적 비용(CNG 보급 정부지출)

가) 분석 범위 및 방법

• CNG 버스 운행에 대한 정부 보조금 혹은 지출

CNG 보급을 위한 직·간접적인 정부 보조금 혹은 정부의 지출을 사회적

비용으로 산출한다.

취득세는 차량판매가에서 부가세를 제외한 금액의 2%이고, 본 연구에서

차량 판매가격은 현대자동차 뉴슈퍼에어로시티의 가격인 107,395,000원을

적용한다.

<표 16> CNG 버스 정부 보조금 종류

구분차량구입보조

(원/대)

취득세

면제(2%)

부가가치세 면제

(판매가격 10%)

융자금 보조

(원/대)

연료비 보조

(원/대)

환경개선부담금

면제(내구연한)총계

금액 18,500,000 2,147,900 10,739,500 2,069,598 10,877,586 707,155 45,582,359

2000년부터 2011년 말까지의 충전소 융자금 보조액과 충전소 보급현황,

CNG 차량 보급 대수, 연료비 지원 실 집행 비용 등을 이용하여 구한 결과

가 <표 16>에 나타나 있다.

<표 17> 연도별 CNG 버스 대당 연료비 지원 금액(실 집행 비용)

구분 연료비 지원 금액 CNG 버스 대수 대당 연료비 지원 금액2002년

84억원2,746대

1,190,138원2003년 4,312대2004년 114억원 6,121대 1,862,440원2005년 156억원 8,665대 1,800,346원2006년 194억원 11,988대 1,618,286원2007년 218억원 15,097대 1,443,996원2008년 224억원 19,078대 1,174,128원2009년 212억원 22,870대 926,978원2010년 170억원 25,996대 653,946원2011년 172억원 28,827대 596,662원

※ 자료 : 환경부, 2011

xxiii

CNG 연료비 지원 금액의 경우 <표 17>에서 알 수 있듯이, 2002년∼2011년

평균 1,251,880원인 상황으로, 꾸준히 감소하여 2011년 현재 596,662원이다.

• 경유 버스 운행에 대한 정부 보조금 혹은 지출

<표 18> 경유 버스 정부 보조금 종류

구분 환경개선부담금 환경개선부담금 면제(4년) 총계

금액 143,604(원/대) 547,690(원/대) 547,690(원/대)

경유버스의 경우 2009년 이후 등록 차량 중 EURO-4 기준을 만족하는

차량의 경우 4년간 환경개선부담금 면제이고, EURO-5 기준을 만족하는 차

량의 경우 5년간 환경개선부담금 면제이다. 또한 DPF 부착 차량은 부착일

로부터 3년간 면제이다. 본 연구에서는 국립환경과학원 교통환경연구소에서

시험한 차량들이 2011년 등록 차량들 이므로, 4년 면제를 적용하여 분석하였다.

나) 분석 결과

경유 버스 대비 CNG 버스 보급에 들어가는 추가적인 정부 보조 지출을

대상으로, 일회성 지원에 해당하는 지출(차량구입 보조금, 취득세 면제, 부가

가치세 면제)의 합과 내구연한 동안 이루어지는 연도별 지출(환경개선부담

금, 유가보조금)의 현재 할인가치를 합한 총 지출액을 환경개선비용으로 산

출하였다.

xxiv

<표 19> 순 CNG 보조금(단위 : 천원)

구분차량구입

보조

취득세

면제

부가세

면제

융자금

보조

연료비

보조

환경개선부담금

면제총계

CNG

보조금(1)18,500,000 2,147,900 10,739,500 2,069,598 10,877,586 1,247,775 45,582,359

경유차

보조금(2)0 0 0 0 0 547,690 547,690

순 CNG

보조금(1)-(2)18,500,000 2,147,900 10,739,500 2,069,598 10,877,586 700,085 45,034,669

※ 경유버스 대비 CNG 버스 세금감면액 및 경유 버스 유가보조금 미 고려

<표 19>에서 보듯이, 순 CNG 보조금은 45,034,669원이다.

3) 경유버스 및 CNG 버스 경제성 분석의 결과

<표 20> 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 경제성 평가분석(단위 : 원/대)

구분 금액

사회적 편익(환경편익+경제적 편익)(1) 118,621,215

사회적 비용(CNG 보급비용)(2) 45,034,669

경제성(1)-(2) 73,586,546

경유버스 대비 CNG 버스의 보급은 내구연한 동안 대당 73,586,546원의

경제성이 있다.

xxv

5. 결론

본 연구에서는 국립환경과학원 교통환경연구소에서 시험한 내용을 바탕으

로 경유 버스 대비 CNG 버스의 환경성 및 경제성을 분석하였다. 그 결과

CNG 버스는 경유버스에 비해서 THC를 제외한 오염물질에서 환경성이 있

는 것으로 나타났고, 사회적 편익과 사회적 비용을 고려한 경제성 평가에서

도 경유버스에 비하여 경제성이 있는 것으로 나타났다.

이는 현재 수행중인 정부의 CNG 보급 정책이 사회적으로 유용한 것이므

로, 계속해서 정부가 개입하여 사업 진행을 유도하는 것이 타당하다는 것을

의미한다.

<목 차>

제1장 서 론 ·····································································································1

1. 과업의 배경 및 목적 ············································································1

가. 배경 ·····································································································1

나. 목적 ·····································································································2

2 과업의 세부내용 ·····················································································3

가. 국내·외 경유 및 CNG 자동차 기술개발 수준 분석 및 전망 ····3

나. 배출허용기준 강화 정책이 CNG 버스 보급정책에 미치는 영향 분석 ·········3

다. 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 비교 ··········3

라. 차기 배출가스 규제 수준이 경유 및 CNG 버스 차량가격에 미치는 영향 분석 ·····4

제2장 국내·외 경유 및 CNG 자동차 기술개발 수준 분석 및 전망 ··8

1. 국외 기술개발 수준 분석 ··············································································8

가. 미국 ·····································································································8

나. 유럽 ···································································································12

다. 캐나다 ·······························································································16

라. 호주 ···································································································17

마. 일본 ···································································································17

바. 중국 ···································································································19

사. 인도 ···································································································21

2. 국내 기술개발 수준 분석 ············································································22

가. 국내 CNG 기술 현황 ····································································22

나. 국내 천연가스 용기 기술 ·····························································25

제3장 배출허용기준 강화 정책이 CNG 버스 보급정책에 미치는 영향 분석 ·····31

1. 미국·유럽 등의 외국 사례 ········································································31

가. 미국 ···································································································31

나. 유럽 ···································································································34

2. 국내 영향 예측 ······························································································36

제4장 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 비교 ······40

1. 유럽과 미국의 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 ························40

가. 유럽 ···································································································40

나. 미국 ···································································································42

2. 국내 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 ··········································47

가. 디젤 차량 ·························································································47

나. CNG 차량 ························································································48

제5장 차기 배출가스 규제 수준이 경유 및 CNG 버스 차량가격에 미치는 영향 분석 ····53

1. 미국의 배출가스 규제수준과 차량가격 변화 ··········································53

가. 에너지독립안전법 ···········································································54

나. 전망 ···································································································55

2. 국내 배출가스 규제수준 변화 및 이에 따른 차량가격변화 ················58

가. 현재 국내 운행중인 CNG 차량 현황 ········································58

나. 현재 국내 운행중인 경유 및 CNG 차량가격 현황 ················61

다. CNG 차량 지원정책 ······································································62

3. 배출규제기준-차량 가격 ·············································································62

제6장 경유 및 CNG 버스의 환경·경제성 분석 ········································67

1. 시내버스 환경성 평가를 위한 주행모드 ··················································67

가. 서울시 시내버스 주행속도 ···························································67

나. 차대동력계용 버스 주행모드 ·······················································68

다. CNG 및 경유 버스 환경성 평가용 시험모드 ··························69

2. 경유 및 CNG 버스의 환경성 평가시험 ···················································70

가. 시험내용 및 방법 ···········································································70

나. 시험결과 ···························································································74

3. 경유 및 CNG 버스의 환경성 평가 ···························································78

가. NIER 06 모드 적용 시 환경성 평가 ········································78

4. 경유버스 대비 CNG 버스의 경제성 평가 ···············································83

가. NIER 06 모드 적용 시 사회적 편익 ········································83

나. NIER 06 모드 적용 시 경제적 편익 ········································85

다. NIER 06 모드 적용 시 사회적 비용 ········································87

라. NIER 06 모드 적용 시 정책의 경제성 분석 결과 ················92

제7장 결 론 ····································································································97

<표 차례><표 2-1> Cummins 사의 CNG 엔진 제원 ······································································9

<표 2-2> NGV 개조차량 현황 ·························································································18

<표 3-1> Bin# 카테고리 ··································································································32

<표 3-2> 캘리포니아주 배출가스 기준 ··········································································33

<표 4-1> 디젤자동차와 가스자동차의 배출기준 비교 ················································41

<표 4-2> 디젤자동차와 가스자동차의 EURO-6 배출기준 비교 ····························42

<표 4-3> 미연방 배출가스 분류체계 ··············································································44

<표 4-4> EPA Tier-3 Nonroad Diesel Engine Emission Standards ············44

<표 4-5> Tier-4 Emission Standards-Engine up to 560kW ··························45

<표 5-1> 미국의 배기가스 규제와 차량가격 변화 ······················································53

<표 5-2> 2008년 미국 자동차 회사별 평균연비 ························································56

<표 5-3> 연도별 CNG 자동차 등록 현황 ·····································································59

<표 5-4> 천연가스 충전소 현황(2011) ········································································61

<표 5-5> 경유 및 CNG 차량가격 ···················································································61

<표 5-6> 2000년∼2020년 배출인자(전 차종) ··························································63

<표 6-1> 연도별 버스 평균주행속도 ··············································································67

<표 6-2> 구간별 버스 주행속도 ······················································································67

<표 6-3> NIER 시험모드 특성 ························································································68

<표 6-4> 버스별 제원 ········································································································71

<표 6-5> CNG-경유버스 오염물질 배출량 시험 결과(NIER 06모드) ················75

<표 6-6> CNG-경유버스 VOC 시험결과(NIER 06모드) ·······································76

<표 6-7> CNG-경유버스 오염물질 배출량 시험 결과(WHVC 모드) ···················77

<표 6-8> CNG-경유버스 VOC 시험결과(WHVC 모드) ··········································77

<표 6-9> 버스별 오염물질 배출량 추정치 ····································································79

<표 6-10> CNG NET 배출저감량 ·················································································79

<표 6-11> 오염물질별 대기위해지수(SO2=1, KAIST) ···········································81

<표 6-12> 오염물질별 대기오염의 사회적 한계비용(2011년 기준) ······················81

<표 6-13> 경유차 대비 CNG 버스 오염물질별 연간 저감량 ···································82

<표 6-14> 내구연한 10년간 오염물질별 환경편익의 현재가치 합 ·························84

<표 6-15> 버스별 연비, 주행거리, 연료가격 ·······························································85

<표 6-16> 연료별 가격 및 연간 연료비 금액 ······························································85

<표 6-17> 경유버스 대비 CNG 버스 단위거리 당 연료비 절감액 ·························86

<표 6-18> 경유 및 CNG 버스 차량가격 ·······································································87

<표 6-19> 경유버스 대비 CNG 버스 구입비 차액 ·····················································88

<표 6-20> 경유버스 취득세 비용 ····················································································88

<표 6-21> 연도별 CNG 충전소 융자금 현황 ·······························································88

<표 6-22> 연도별 CNG 충전소 설치 현황 ···································································89

<표 6-23> 연도별 CNG 차량 보급현황 ·········································································89

<표 6-24> 연도별 CNG 버스 대당 연료비 지원 금액(실 집행비용) ·····················90

<표 6-25> 환경개선부담금 산출 요소 ············································································91

<표 6-26> 순 CNG 보조금 ·······························································································92

<표 6-27> 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 경제성 평가분석 ·······························92

<표 7-1> 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 경제성 평가분석 ·································97

<표 7-2> 순 CNG 보조금(유류세, 유가보조금 포함) ················································98

<표 7-3> 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 경제성 평가분석 ·································98

<그림 차례>[그림 4-1] EURO# 규제기준 비교 ················································································40

[그림 4-2] 경유 및 휘발유 차량 EURO# 기준 비교 ················································41

[그림 4-3] 미국과 EU 배출규제수준 비교 ···································································46

[그림 4-4] 미국과 유럽 디젤엔진에 적용되는 배기규제 비교 ·································47

[그림 5-1] 1970∼84년까지 미국의 차량가격과 배기가스 규제 비용 ··················57

[그림 5-2] CNG 차량 보급률 ··························································································58

[그림 5-3] CNG 자동차 등록 변동 그래프 ··································································60

[그림 5-4] 연료비 변동 그래프 ·······················································································60

[그림 6-1] NIER 06 모드 주행패턴 ·············································································69

[그림 6-2] WHVC 모드 주행패턴 ··················································································70

[그림 6-3] 배출가스시험장치 시험모습 ·········································································73

[그림 6-4] 배출가스시험장치 계통도 ·············································································73

제 1 장 서 론

서론 1

제 1 장 서 론

1. 과업의 배경 및 목적

가. 배경

1990년대에 들어 대도시를 중심으로 한 대기오염 문제가 사회적 관심사

로 대두되면서 자동차로 인한 대기오염문제, 특히 대형경유차의 배출가스를

근원적으로 해결하는 수단에 대한 대응 방안 모색이 필요하게 되었다. 우리

나라의 경우 2002년에 개최되는 월드컵을 좀 더 쾌적한 환경에서 치르자는

의견에 따라 오염물질 배출이 없는 저공해 차량 보급 연구 및 정책을 실시

하게 되었다.

미국을 포함한 세계 각국의 정부, 연구기관, 각종 단체 및 자동차 제작 메

이커에서는 기존의 유류연료를 대체하고자 에탄올, 메탄올 등의 알코올 연료

와 LPG 및 천연가스, 그리고 전기 및 수소에너지 등을 연구해왔다. 그러나

당시 기술 수준으로는 전기에너지와 수소에너지는 실용화 단계에 이르려면

상당한 기간이 필요하다는 결론이었다. 따라서 중·단기 대체연료에 적합한

알코올, LPG 및 천연가스 연료가 유력한 것으로 여겨졌었다. 그 중 연료의

안전성, 장기수급성, 경제성 및 환경보전 측면에서 천연가스 연료가 가장 유

력한 것으로 인식되었다.

천연가스는 연료 특성 상 휘발유, 경유를 사용하는 자동차보다 오염물질이

적게 배출되며, 지구 온난화 원인물질인 CO2 발생량이 휘발유차 대비 70%,

경유차 대비 85%로 상당히 낮아 환경적인 측면에서 우수하였다.

또한 타 연료에 비해 화재 위험도, 연료탱크의 폭발위험성, 연료의 독성 등

전반적인 안전성 면에서 우수한 것으로 평가되었으며, 세계 도처에서 확보

가능한 추정 매장량이 1989년 세계 유류소비량을 천연가스로 100% 대체했

을 경우 250년가량을 사용할 수 있는 안정적인 연료였다.

공급가격 역시 기존 유류 에너지 대비 저렴하였기에 매우 경제적인 연료이

기도 하였다.

2 CNG 보급정책의 환경·경제성 분석

이에 정부에서는 대형경유자동차에서 배출되는 오염물질이 전체 자동차

오염물질의 50%를 차지하는 상황에서, 오염물질이 경유차는 물론 휘발유차

보다 적게 배출되는 CNG 차량의 개발 및 보급을 결정하였고, 대도시 지역

대기오염 저감을 위해 2000년부터 CNG 버스 보급정책을 추진하였다.

그 결과로 서울 등 도시지역 미세먼지 오염도를 크게 저감하였으나, 중앙

정부 및 지방정부는 CNG 버스 등에 과세표준의 2%인 취득세와 5%인 등록

세를 전액 면제해주는 세제혜택에서부터 직접적인 보조금 지급, 환경개선부

담금 면제 등 지난 10년 동안 CNG 버스 보급을 위해 1200억원의 정부 지

원금을 지원하였지만, 최근 기존 경유버스보다 대기오염물질 배출수준이 크

게 개선된 EURO-5 기준의 경유버스가 출시되고, CNG 버스 폭발 등으로

계속되는 안전성 문제 때문에, 업계 등에서 CNG 버스 지원정책의 지속 필

요성에 대한 문제 제기와 클린디젤 버스 보급 정책의 전환 등을 요구하고

있는 상황이다.

따라서 CNG 버스 보급정책의 타당성을 종합 검토하고 향후 CNG 버스

보급정책 방향을 설정할 필요가 있다.

나. 목적

본 연구의 목적은 CNG 버스와 경유 버스의 대기오염물질 및 온실가스 배

출량 측정 비교를 통하여 환경·경제성을 평가하고, 이를 바탕으로 CNG 버

스 보급정책의 타당성을 종합 검토하고, 향후 CNG 버스 보급정책 방향 설

정에 기여하고자 함이다.

서론 3

2. 과업의 세부내용

가. 국내·외 경유 및 CNG 자동차 기술개발 수준 분석 및 전망

미국, 유럽 및 세계 각국의 기존 조사자료 분석 및 현재의 CNG 기술수

준 현황을 조사, 분석하고, 국내의 기술개발 수준과 천연가스 용기 기술을

조사하여, 배출허용기준이 강화되는 시점에서 주요 선진국 및 국내의 CNG

자동차 기술개발 수준을 분석 및 전망한다.

나. 배출허용기준 강화 정책이 CNG 버스 보급정책에 미치는 영향 분석

과거에 배출허용기준이 강화될 당시 차량보급정책에 미치는 영향을 조사

하고, 현재 시행되고 있는 미국·유럽 등 외국의 배출허용기준에 따른 차량

보급정책을 조사·분석하여, 이를 바탕으로 차후 시행될 EURO-6 기준이

적용될 시점에서 배출허용기준 강화(EURO-5, EURO-6) 정책이 CNG 버

스 보급정책에 미치는 영향 분석한다.

또한 국내 배출허용기준이 강화되는 EURO-6 적용 시점에서 차량보급정

책을 예측한다.

다. 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 비교

현재 시행되고 있는 미국과 유럽의 배출가스 규제 현황과 국내에서 적용

하고 있는 규제 현황을 비교하고, 차후 적용하게 될 EURO-6의 규제수준을

비교한다.


라. 차기 배출가스 규제 수준이 경유 및 CNG 버스 차량가격에 미치는 영향 분석

현재 배출가스 규제를 위해 미국에서 시행중인 법률과 그것이 차량 가격

결정에 미치는 영향을 조사, 분석하고, 과거 배출가스와 차량가격에 관한 상

관관계를 연구한 자료를 분석하여, 배출가스 규제 수준 강화가 차량가격에

미치는 영향을 분석한다.

또한 현재 국내에서 운행 중인 경유와 CNG 차량 가격을 비교하고, 정부

에서 시행중인 보조금 정책 등을 조사, 분석한다.

제 2 장 국내·외 경유 및 CNG

자동차 기술개발 수준 분석 및 전망


제 2 장 국내·외 경유 및 CNG 자동차 기술개발 수준 분석 및 전망

1. 국외 기술개발 수준 분석

가. 미국

1988년에는 대체 연료법이 제정되어 탐색이 시작, 이어 1990년에는 캘리

포니아 주에서 Low Emission Vehicle(LEV) 프로그램이 제정, 연방정부에

서 대기 정화법이 13년 만에 대폭으로 개정되었고, 또한 촉진책으로 에너지

정책법이 1992년 10월에 제정되었다.

로스엔젤래스 지구는 1993년에 충전소 51개소, 384대의 CNG 차량을 포함

1614대의 NGV 차량을 도입하였다. Georgia 주는 389대의 차량을 도입(NGV

전용차는 11대) 충전소는 약 17개소이다.

1) SWRI 연구소

SWRI 연구소는 미국에서 엔진, 연료, 윤활유 등을 중점적으로 연구, 198

8년 캘리포니아 주 CEC 프로그램의 일환으로 HD NGV 프로젝트(Soil Gas

Santa Babara 대기관리국 주관)에 참여 Cummins 사와 공동으로 10리터

디젤엔진을 기반으로 부식실 직접분사 층상급기 CNG 엔진의 개발을 실시하

였다. 이 엔진은 남 캘리포니아 교통국의 버스 6대에 탑재되어 시험운행, 이

외에 1989년에 스웨덴 볼보사와 공동으로 디젤엔진을 Lean-Burn 방식으

로 개발하였다.

2) Cummins 사

Cummins 사는 미국의 대형디젤 엔진메이커로 알려져 있는데, 지금까지

많은 CNG 엔진을 개발하여 약 84대를 시험 및 제작하였다.

국내·외 경유 및 CNG 자동차 기술개발 수준 분석 및 전망 9

모 델 L10-240E L10-240CNG

연 료 경유 CNG

출 력 179kW(240HP) 179kW(240HP)

최고회전 2,000rpm 2,100rpm

최대 Torque 1,051N.m(775ft/lbs) 1,017N.m(750ft/lbs)

회 전 1,200rpm 1,200rpm

※ 배출 가스는 다음과 같다. NOx 6.1g/(kW.h) (4.5g/ps.h), CO <6.8g/(kW.h) (5.0g/ps.h), THC <1.8g/ (kW.h) (1.3g/ps.h),� PM 0.07g/(kW.h) (0.05g/ps.h)

<표 2-1> Cummins 사의 CNG 엔진 제원

3) Eaton 사

전 세계적으로 CNG 하이브리드 기술을 개발하고 있는 회사들은 많지만,

CNG 하이브리드 기술 관련해서는 미국 Eaton사가 가장 대표적인 것으로

알려져 있다. 미국 Eaton사는 파워 트레인 측면에서 강한 기술력을 보유하

고 있고, 기존에 소비자가 사용하고 있는 엔진에 파워트레인(변속기, MMC

모터, 배터리 등)을 장착하여 중국 및 세계 각국에 공급하고 있다. 미국 Eato

n사가 가지고 있는 대체연료용 파워트레인 계통의 기술 개발은 세계 최초이다. 관련

하여 미국에서는 Eaton사와 엔진 메이커들이 주정부와 공동으로 연료전지

또는 대체연료(CNG) 자동차에 Eaton사의 Hybrid Drive Unit를 매칭하여

개발 및 시운전하고 있다.

4) ISE 사

미국 캘리포니아 주에 소재한 중장비용 하이브리드 부품 전문 회사인 Innovative

Solution for Energy(ISE)사는 2011년까지 샌디에고 시에 CNG 하이브리드 버스를

공급할 예정이고, 대량 생산은 2011년 초부터 시작될 전망이다. 해당 기종은 1997년

도입된 New Flayer 저상 CNG 버스를 기반으로 제작된 모델로서, ISE사의 Thunder

Volt 하이브리드 시스템을 탑재할 계획이다.


ISE사는 현재 휘발유 및 경유 엔진, 그리고 연료 전지를 기반으로 한 하

이브리드 기술을 보유하고 있으며, 이를 적용한 CNG 하이브리드 버스 약 3

00여 대가 실제 도입되어 사용되고 있다. 이러한 경험을 바탕으로 ISE 사

는, CNG 하이브리드 버스의 개발을 통해 기술력을 더욱 강화하려는 노력을

하고 있다.

ISE 사에서 개발한 CNG 하이브리드 시스템의 특징과 장점은 다음과 같

다. 첫째, 효율성(연비)이 증가하였다는 점이다. ISE 사의 CNG 하이브리드

시스템은 연료 효율(연비)을 40%까지 향상 시킬 수 있다. 이는 일정한 거

리를 위해 필요한 연료의 탑재량을 줄이는 효과를 가져 오는데, 결국 필요한

연료량을 저장할 연료 탱크의 크기를 줄임으로써, 기존의 CNG 버스보다 차

체를 경량화 시킬 수 있다는 장점을 갖고 있다.

두 번째 특징은 엔진 플랫폼이다. ISE 사의 CNG 하이브리드 시스템은 포

드사의 V10 엔진을 탑재할 예정인데, 6개의 실린더 엔진은 230 마력을 낼

수 있으며 이 엔진은 기존의 CNG 버스에서 사용되는 개량 형 디젤 엔진과

비교하여 같은 수준의 배기가스 후처리 장치를 탑재하고 있음에도 불구하고

약 4,500 킬로그램의 경량화를 달성하였다.

세 번째 특징은 오염물질 즉 배기가스의 저감 효과이다. ISE 사의 CNG

하이브리드 시스템은 기존의 CNG 버스와 비교하여 약 40%의 이산화탄소

배출 저감 효과를 가져 올 것으로 예상하고 있다. 이는 현재 상용화 되어있

는 디젤 하이브리드 버스와 비교할 때 매우 낮은 수준의 이산화탄소 배출을

달성한 것이다.

한편, ISE 사의 CNG 하이브리드 시스템은 추가적인 후처리 기술의 적용

없이 미국환경청(EPA)이 2010년 규정한 질소산화물(NOx) 및 미세먼지

(PM)의 규제 기준을 만족한다.

마지막 특징은 배터리 저장 능력의 향상이다. ISE 사의 CNG 하이브리드

시스템의 전기모터(85kw급)와 발전기(165kw급) 및 인버터는 독일 지멘스

사가 제공했고, 온 보드 시스템은 ISE 사가 자체적으로 개발하였다. 독자적

인 리튬 이온 배터리를 사용하고 있는데 최대 240마력, 9.6kwh의 에너지를

엔진에 공급할 수 있다. 이를 통해 다른 하이브리드 버스와 비교하여 더 나

은 차량 성능을 구현하면서도, 배터리 저장 수명은 향상되어 기존 CNG 버


스의 약점으로 지적되었던 짧은 운행거리의 문제점을 어느 정도 보완할 수

있는 것으로 평가되고 있다.

종합적으로, 가속 및 감속이 빈번하게 발생하는 버스의 시내 주행 패턴을

고려하였을 때, ISE 사의 CNG 하이브리드 버스 시스템은 기존 CNG 버스

보다 다음과 같은 우수성이 있다.

가) 연비가 향상되어 차량 운행의 경제성이 높아진다.

나) 온실가스 및 각종 배기가스가 저감되어 보다 더 친환경적이다.

다) 차체 경량화로 인해 가속 성능이 향상된다.

라) 저속 주행 시 배터리 보조 동력을 활용함으로써 정숙하고 안전한 주행 가능하다.

5) CAP 사

미국의 Clean Air Power(CAP) 사는 천연가스와 디젤 연료를 동시에 사

용하는 혼소 엔진 및 부품을 생산하는 업체로 410마력 이하의 대형 혼소엔

진 시스템 위주로 개발을 진행하여 LNG 차량에 적용하고 있다. 특히 캘리

포니아 주정부(CARB) 등의 지원에 의해 LEV 규제 기준을 만족하는 MPI

시스템 혼소엔진을 개발하였다.

미국에서는 대형 디젤기관에 대해 소량의 디젤 분사에 의한 파일럿 점화

방식의 직접분사식 CNG 기관으로 개조하고 EGR을 이용하여 기관성능 및

배기가스에 대한 영향을 연구하였다. 그 결과 단순히 EGR 율과 부하에 대

한 EGR 적용보다 공기-연료 당량비 등과 같은 인자에 의한 영향이 기관운

전과 배출에 큰 영향을 미친다고 밝혔다.

또한 고압연료분사 시스템을 적용한 디젤기관을 이용하여 저 부하 상태에서

질소산화물 및 입자상 물질이 저감되는 것을 알아내었다. 고압으로 분사된

천연가스를 압출말기 디젤 파일럿 분사를 통해 점화시키며, 배기저감을 위해

EGR 장치를 적용하는 방법을 연구하고 있다.


6) 아르곤 국립연구소

미국의 아르곤 국립연구소는 자동차 산업의 연구진을 도와 CNG 차량을

실험하고 분석할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 특히, 아르곤 국립 연구소는

온실가스 방출을 규제하고, 표준 차량에서의 에너지 사용을 통해서 전문가들

에게 생산, 유통 그리고 연소의 각 단계에서 연료주기분석을 이용한 다양한

연료의 온실 가스 방출을 검사하기 위한 능력이 있다.

나. 유럽

1) 이탈리아

이탈리아의 CNG 이용은 1930년대에 시작되어 전쟁 후 석유의 이용에 이

어 보급은 낮아지고 오일쇼크 이후 수차례 회복경향이 있었는데 실제 차량

은 CNG 키트의 제조회사, 타르타니 사, 랜디랜즈 사, 오토스프링 사 등의

중소기업(20여개)에서 개조되고 있다. 개조회사는 운수성에 허가를 얻어 개

조작업을 하고 있으며 대부분 이탈리아의 CNG 차에는 촉매컨버터는 장착되

지 않고 있다. 그밖에 우디네시에서도 60여대의 CNG 버스. Fleet test를

계획 중이며 현재 50여개소의 충전소를 건설 중에 있고 몇 년 내에 충전소

를 총280여개소로 늘릴 계획이다.

가) Iveco 사

Iveco 사는 1970년대 군사적용도 1980년대는 생에너지, 1990년대는 환

경보전으로 변화한 개발이었는데 현재의 CNG 엔진개발은 네덜란드의 TN

O와 협력하여 Iveco 8460.21엔진(6기통,9.5리터)을 토대로 시험하고 있다.

연료 공급장치는 TNO 제품을 사용하였고 배출가스측정결과 (NOx / 0.96,

HC / 0.52, CO / 0.87, PM / 0.015)이었음. 380km의 주행거리와 450리


터용 탱크2개를 장착, 이들의 버스는 1991년 1월부터 5대가 이태리의 라벤

나시에 운행되고 있다.

2) 스웨덴

Volvo 사는 Co Nordic 프로젝트의 일환으로 에테르보시(Gothenburg)의 요

청에 의하여 CNG 버스(THG103)를 개발하였고 R&D에서 개발된 디젤엔진

의 동력 성능은 9.6리터185kW, 950N.m의 출력 토크 특성을 갖고 있다.

3) 프랑스

프랑스는 세계 제2차 대전 중 가솔린대체로서 NGV를 개발하여 1959년까

지 사용되었으며 그 이후는 새로 제작되고 있다. 최근에는 가스공사가 1985

년 신용도개발의 일환으로 NGV를 개조하고 있고, 현재 30여대의 Bifuel 차

가 사용되고 있으며, 1991년도에 100여대가 증차되었다.

4) 영국

CNG 기술관련 실험차량대수는 1만∼4만대로 계획하고 있고 2000년에는

20만대를 목표로 진행하였다.

가) Ricardo 사

가스엔진 기술에 대해서도 1927년의 창립당시부터 자가발전용에 석탄가

스를 대상으로 한 가스직접분사 엔진(DISC)를 개발하여 이용한 귀중한 경

험을 갖고 있고, 지금의 환경·에너지 문제에 관해서는 10년 전부터 산업·

정치용(형)가스엔진을 개발 시험하고 있다.


개발의 접근방법으로는 삼원촉매방식과 Lean-burn을 시험하고 있고 현재

2종의 프로젝트를 추진하고 있는데, Co-Nordic버스 프로젝트와 USA MD

NGV(버스/트럭)프로젝트이다. 전자는 HD도시형 버스 배출가스를 최소화하

는 것을 목표로, Scania 제품의 디젤 엔진을 기본으로 한 삼원촉매방식의 C

NG 엔진을 개발하였다.

천연가스엔진 중 개발키의 하나는 연소실내에서 HC의 발생을 최소화 시

키는 것인데 HC의 발생이 많은 이유는 한번 발생한 HC는 메탄이 주성분이

기 때문에 촉매컨버터 등의 후 처리에서도 저감이 비교적 어렵다. 또 메탄혼

합기는 연소속도가 비교적 늦는데 이들 해결책으로서는 Nebula 연소실이 고

안되었다. 동 연소실은 삼원촉매방식 및 Lean-burn 양쪽에 이용되었다. 개

발엔진 제원을 아래와 같다.

엔진형식 : Scania DSG 11, 배기량 : 11리터, 압축비 : 11.5:1, 가스공급

시스템 : Deltec사 캬브레터 사용, 스테핑모터 부착, 터보.인터쿨러를 사용하

였으며 개발의 결과 당초 개발목표인 (NOx: 2.0g/(kW.h) (1.47g/ps.h),

HC:1.0g/(kW.h) (0.74g/ps.h), CO:2.0g/(kW.h) (1.47g/ps.h), PM: 0.1g/

(kW.h) (0.074g/ps.h)를 달성하였다.

나) Alexander Dennis 사

영국의 Alexander Dennis 사는 Enviro 더블 데커 하이브리드 버스를 생

산한다. 이 하이브리드 버스는 BAE 하이브리드 시스템과 4.5리터, 실린더,

185hp(138kW)의 Cummins ISB 디젤엔진(일반 버전에서는 6.7리터, 실린

더, 250hp(186kW)에 해당)을 장착하고 있다. Alexander Dennis 사는 IC

E의 볼륨을 축소함으로써 약 25%의 연료절감 효과가 발생했다고 보고하고

있다.


다) Champion 사

Champion 사는 포드 E-450 섀시를 바탕으로 Azure Dynamics Balance

System이 적용된 하이브리드 버스를 생산하고 있다.

다) Collins 사

Collins 사 역시 Azure Dynamics Balance 하이브리드 시스템을, 드 E-

450 섀시 기반 모델인 NEXBUS에 적용하였고, 아울러 Collins Bus는 E-

450 하이브리드 버스에 도입될 플러그인 충전 시스템을 개발 중이다.

5) 독일

가) Mercedes Benz 사

독일 Mercedes Benz(Daimler) 사는 Citaro G BlueTec 버스를 생산하

였다. 직렬 하이브리드 방식으로, 4.8리터의 218hp(160kW) 블루텍 디젤

ICE, 429hp(320kW) 출력의 4륜 전기드라이브 모터, 그리고 루프에는 리

튬이온 배터리팩이 탑재되었다. 12리터 디젤 ICE의 Citaro에 비해 30% 정

도 연료가 절약된다.

나) AUDI 사

독일의 AUDI 사는 가솔린 자동차의 CO2 배출량을 20% 줄이고자 TFSI

(터보가솔린) 엔진을 기본으로 직분식 CNG 기관을 개발하였다. 압축비 12.

1:1로 가솔린엔진과 동일한 출력으로 약 120kW/163bhp 정도이며, 말레이

시아에 실증사업을 수행중인 것으로 알려지고 있다.


다) 슈투트가르트 대학

독일의 슈투트가르트 대학에서는 터보 차져와 EGR을 장착한 CNG 기관을

실험하고 하이브리드 시스템으로 시뮬레이션 평가하였다. 시뮬레이션 결과

전 운전영역에서 하이브리드 시스템을 장착한 경우의 토크가 더 높게 나타

난 것으로 보고되었다.

유럽의 Transport and Air Quality Unit 프로젝트에서 총 9대의 저공해

자동차로 실증사업을 수행 중인 것으로 알려지고 있다. 이 저공해 자동차의

THC 배출량은 전 차종 모두 EURO-6의 기준을 만족하나 CO 배출량은 천

연가스 자동차의 경우 EURO-6 기준의 두 배 정도이며, NOx 배출량은 오

히려 메탄-가솔린 하이브리드 자동차와 타 차종에 비해 월등히 낮게 나타나

EURO-4 기준을 만족하였다.

다. 캐나다

캐나다에 있어서 NGV의 보급은 태평양연안의 British Columbia(BC) 주,

토론토 주변의 Ontario 주 및 Quebec 주에 집약되고 있고, BC Internation

al 사가 보급추진을 하고 있으며, 매년 1000∼2000대의 가솔린차가 Bifuel

차로 개조하고 있는 상황이다.

1) AFS 사

천연가스 엔진과 인젝터, 레귤레이터 등의 천연가스 자동차용 부품을 생산

하는 업체로 스로틀 바디에 인젝터를 장착하여 연료를 분사하는 혼소 SPI

시스템을 개발하여 대형 차량에 적용하였다. 이러한 가솔린과 천연가스를 선

택적으로 사용하는 SPI 겸용 시스템을 개발하여 멕시코의 택시 개조시장에

참여하고 있고, 10ℓ 급 대형엔진의 린번(Lean-burn) 전소 시스템도 개발

하고 있다.


2) Cummins-Westport 사

캐나다의 Cummins-Westport 사는 대형 혼소 엔진개발에 주력하고 있

다. 특히 천연가스와 디젤 연료를 동일 인젝터에서 분사할 수 있도록 액츄에

이터를 개발하여 배출가스와 출력 면에서 우수한 성능을 입증하였다.

라. 호주

1985년 연방정부는 대체연료대책으로서 NGV를 연구하고 있는데 호주 각

주 중 빅토리아 주의 GAFCOR 사는 1975년부터 R&D를 시작으로 멜버른

대학의 협력으로 실용화에 노력하여 왔다. 1986년에는 NGV 부문을 설립하

여 디젤 중량 차에 기술적, 시장업무를 개시하여 다종의 기술을 개발하여 보

급에 노력하고 있으며 현재 버스24대, 트럭45대, 포크리프트 120대를 보급

하였다.

1) AEC 사

호주의 AEC 사는 MPI 전소제어시스템을 개발, 대형엔진에 적용하는 촉

매 없이도 EURO-4 수준까지 배출가스를 저감하여 MAN(유럽차량그룹)과

르노 등에 엔진을 공급하는 것으로 알려져 있다.

마. 일본

일본은 1985년부터 천연가스차량 연구 및 보급을 시작하여 충전소 증가

와 더불어 NGV 차량도 증가하고 있다.


소유자 일본가스협회 동경가스 大阪가스 동경가스 서부가스 大多口가스 계화물차 8(8) 61(9) 50(4) 26(4) 5 150(25)승용차 2 5 4(2) 1 12(2)화물차 2(2) 1 2 5(2)

대형버스 1 1소형버스 1 1 2경자동차 2 2

원부자동차 2 2 4계 8(8) 69(11) 57(4) 32(6) 9 1 176(29)

충전소 2 2 2 1 7

<표 2-2> NGV 개조차량 현황

1) 일본자동차연구소(JARI)

JARI는 제1차 오일쇼크전후부터 현재까지 계속하여 알코올연료, 메탄올

엔진에 관한 R&D를 하여왔고, 메탄올 이외의 대체연료로서 천연가스에의

조사는 1983년에 시작되었다. 2년간의 예비조사 후 본격적인 조사연구는 1

986년에 착수하였는데 이때 LNG엔진이 개발대상이었다. DI방식, 흡기 메니

홀드에 분사하는 방식 등이 시작되어, R&D는 1991년도에 종료하였고, 199

1년부터는 MITI/JGA의 압축천연가스 자동차의 실용화조사를 시작 현재까

지 4년간 CNG 엔진 기술이 시도되었고 주로 도시환경문제에의 대응기술로

서 HD, 삼원촉매방식(믹서형)같은 Lean-burn방식 또 분사식 Lean-burn

방식이 이용되었다.

2) 이스즈 자동차

이스즈 자동차는 최근 도시형 환경문제에 대응하여 HD CNG 엔진의 엘프

청소차를 동경가스와 공동으로 개발하고 있다. 현재 운수성의 인증을 받아

자치단체에 시험운행에 들어간 상황이다.

일본의 이스즈와 캐나다의 Westport사의 합작으로 직접분사식 CNG 엔진을

개발 중이다. 이 엔진은 터보차져와 EGR 시스템을 장착하였으며, 선택적 환원

촉매장치(SCR : Selective Catalytic Reduction)로 NOx 저감을 도모한다.

또한, 이스즈는 천연가스를 디젤기관과 같이 확산 연소하는 방식인 디젤


사이클 CNG 기관을 연구하였다. 사용된 CNG 인젝터는 자계에 의한 소자의

변형으로 니들을 움직이는 방식이다. 이 기관이 탑재된 2톤 트럭도 고효율과

저공해를 동시에 달성할 수 있음이 확인되었다.

일본의 ACE 프로젝트, 즉 고효율클린에너지자동차 연구개발에서는 하이

브리드 파워시스템과 천연가스엔진을 조합한 자동차가 개발되었다. 2톤 트럭

을 기본으로 개발된 CNG 자동차는 압축착화 엔진으로 기통 간 연소의 불균

형을 억제하고 과급기를 개량함으로써 안정연소영역을 80%까지 확대하여 3

5.1%의 열효율을 실현했다. 한편 2톤 트럭을 기본으로 불꽃점화방식을 채택

한 CNG 자동차도 개발되었다. 또한 정지형 천연가스엔진 개발도 이뤄지고

있으며 저압축비에 의한 노킹억제 및 고 팽창비를 얻기 위한 흡기변의 폐쇄

시간을 변경하는 밀러 사이클을 채용해 30% 이상의 출력향상과 43%의 열

효율 달성을 보고하였다.

바. 중국

중국은 천연가스 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대해 높은 관심을

갖고 있다. 특히, 중국 정부는 정부 하이 테크놀로지 R&D(National High

Technology Research and Development Program)을 운용 중이다. 중국

의 천연가스 하이브리드 자동차 내의 자동차 생산자들은 천연가스 하이브리

드 자동차가 장래 고부가가치의 경쟁력 있는 상품이라고 생각하고 있으며,

중국의 대표기업들인 FAW, Dongfeng, SAIC Motor, Changan, Chery,

BYD 등은 많은 인력과 자원을 천연가스 하이브리드 자동차 산업에 투자하

고 있다. 이와 관련하여 중국의 최대 상용차 OEM 업체의 하나인 Beiqi Fut

on사는 연간 5천 대의 천연가스 하이브리드 버스를 생산할 수 있는 설비 확

충을 위해 투자하고 있다.


1) FAW 사

FAW 사는 2008년 베이징 올림픽을 겨냥하여 Hybrid City Bus를 생산

하여, 2009년 1월 공식 출시하였다. 2009년 8월부터 Jeifang 버스에 Enova

하이브리드 시스템을 도입하기 시작하였다. 이 버스의 최대 속도는 53mph(8

5kph)로, 100명 이상의 생산을 목표로 하고 있다. 특히, CNG 하이브리드

버스의 경우 연비가 약 38%까지 개선 가능하다고 보고되고 있다.

2) 형통(亨通) 사

중국 중경 시에 소재한 중국 최대의 상용 차량 제작 회사인 형통 버스 주

식회사는 옥시그룹과의 합작으로 미국 산업용 기계 제작회사인 Eaton Group

의 하이브리드 버스 시스템을 도입하여, 2009년 1월 9일 중국 최초로 하이

브리드 CNG 버스(모델명 : CKZ6126HENV3)를 출시하였다. 2년 동안의

개발 기간 동안 약 300만 위안의 투자비용이 소요 되었으며, 17,000km에

달하는 주행 성능 테스트 실시하였다.

CNG 하이브리드 버스의 전장은 12미터, EURO Ⅲ-compliant CUMMINS

ISBe 5.9-liter 엔진을 기반으로 한 하이브리드 시스템을 갖추고 있다. 기존

의 CNG 버스와 비교하여 27%의 연료 효율 향상 효과(연 10,000m2의 천

연가스 절감 효과)를 달성한 것으로 평가하고 있다. 아울러 에너지 효율성을

약 23%로 향상 되었으며, 질소산화물(NOx)의 경우 연간 576kg 정도 발생

하지만 기존의 디젤 버스에 비해서는 연간 500kg 정도의 이산화탄소 저감

효과를 갖고 있는 것으로 평가되고 있다. CNG 하이브리드 버스는 시속 50km

까지 도달하는데 22.5초가 걸려 기존 모델보다 성능이 20% 향상 되었으며, 같은 성

능 환경에서 경유로 환산하여 100km를 주행하는데 28.3 리터의 연료만 소모한다.

배터리 수명은 약 8년이며, 50km의 속도로 주행 할 때 소음이 약 70데시벨

로서 편안한 주행 성능을 구사하고 있고, 유럽 환경기준이 EURO-4 배기가

스 기준을 만족하는 것으로 평가되고 있다.


3) 일기(一氣) 버스 사

중국 내 3위 규모의 운송업체인 광주 일기(一氣) 버스가 형통사의 하이브

리드 CNG 버스를 2009년 총 30대 구입하여 2009년 1월 11일부터 중경과

광주를 운행하는 버스노선에 투입 운행하고 있다. 이는 중국 최초의 하이브

리드 CNG 버스 운행 사례이며, 도입 후 광주 일기 버스 사는 월 평균 차량

유지비용을 20% 이상 감축한 것으로 보고되었다.

사. 인도

1) Ashok Leyland 사

인도의 대표적인 상용차 메이커인 Ashok Leyland 사는 2010년 1월에

개최된 Auto Expo 2010에서 플러그인 하이브리드 버스 ‘HYBUS'를 발표

하였다. 이 CNG 하이브리드 버스는 Series-hybrid 형식을 취하고 있고, 리

튬이온(Lithium-Ion) 배터리를 장착하고 있고, CNG를 최적의 조건에서 발

전용으로 사용하고 발생된 전기를 배터리에 저장하는 방식을 채택하였다.

2010년 말경 Commonwealth Game 기간에 도로주행 테스트를 실시할 계

획인데, 일반 버스 대비 연비를 약 20∼30% 향상시킬 수 있을 것으로 예측

하고 있다.


2. 국내 기술개발 수준 분석

가. 국내 CNG 기술 현황

국내의 경우도 직접분사식 CNG 엔진에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

1) 대우버스(주)

대우버스(주)에서는 1,900cc 급 양산 엔진을 가시화 엔진으로 개조하여

분사시기 변경을 통해 직접분사식 CNG 엔진의 연소 및 배출가스 특성에 대

해 연구하였다. 그 결과 분사 압력이 증가될수록 분사각은 줄어들고 침투길

이가 늘어나는 경향을 보였다. 직접분사식 CNG 엔진은 체적 효율이 증가함

으로써 출력향상을 가져오며, 성층화 효과 및 실린더 내 유동 속도 증가를

통해 연소한계를 대폭 증가시키는 결과를 보였다. 또한 연소한계 영역을 향

상시킴으로 희박영역에서 미연탄화수소 및 질소산화물이 저감됨을 보였다.

2) 한국동력자원 연구소

한국동력자원연구소에서는 1,439cc 4실린더 천연가스기관의 압축비를 9:

1, 10:1, 11:1로 변화시키고 기존 압축비와 동일한 가솔린기관과 비교하여

기관회전수, 공기과잉률 및 점화시기에 따른 기관의 성능특성에 대해 연구하

였다. 압축비 증가에 따라 출력은 향상되며, 연료소비율도 감소되었다. CNG

기관에서 CO는 거의 배출되지 않으며 HC는 가솔린기관과 유사하지만 희박

영역에는 더욱 감소하는 경향을 보였다. NOx의 배출농도역시 가솔린의 경

우보다 증가함을 보였다. CNG 기관의 열효율을 가솔린기관에 비해 향상되

고 압축비 증가에 따라 더욱 향상됨을 나타내었다.


3) 한국기계연구원

한국기계연구원에서는 천연가스기관의 출력향상을 위해 과급 및 압축비

의 변화를 검토하였다. 이를 통해 천연가스 기관의 출력 및 효율을 상승시키

기에는 압축비 변화보다는 과급하는 방법이 엔진 운전영역 범위에서 유효하

다는 것을 밝혔다.

NOx는 압축비 증가 시 기존 엔진의 배출량과 비슷함을 보였지만 과급

의 경우에서는 2배 정도 상승되는 것을 나타냈다. 이런 결과로부터 엔진의

운전영역에 따라 적절한 과급압의 선정이 필요한 것을 보였다.

4) 성균관대학교

성균관대학교에서는 대형 직접분사식 CNG 기관에서 흡기보조 분사 시

분사율이 10%에서 희박한계의 최대치는 공기-연료당량비 1.5 부근에서 나

타나는 것을 보였으며, 노크한계압축비는 11.5임을 밝혔다.

직접분사식과 흡기관분사식 CNG 기관에 과급을 하여 비교한 경우에는 직

접분사식의 출력과 열효율은 공급열량 증가에 의해 증가되나 NOx 배출량이

흡기관분사식보다 전반적으로 크게 나타나 과급에 의해 희박한계가 확장되

더라도 부가적인 NOx의 저감장치 사용이 필요한 것을 보였다.

이 밖에도 기존 천연가스에 수소를 섞어서 연소시키는 HCNG 엔진 개발

및 하이브리드 기술을 접목시킨 CNG-하이브리드 자동차에 대한 기술개발

역시 이루어지고 있다. 하지만 우리나라의 경우는 좁은 시장으로 자동차제작

사가 적극적으로 승용차에 대한 개발은 이루어지지 않고 있으며, 공공성을

가지는 대형자동차에 대해서만 기술개발이 이루어지고 있다.

우리나라의 NGV 엔진 기술을 해외와 비교해보면 기술수준은 크게 차이가

나지 않는다.


다만, 4세대 기술 적용에 있어 우리나라의 경우는 학계와 연구소 중심으

로 기술개발이 이루어지고 있으며, 해외의 경우는 일부 자동차 제작사들에

의해 상용화가 진행 중에 있다.

3세대와 4세대 엔진의 경우 출력과 연비, 배기가스 저감능력 등에서 큰

차이를 보이고 있기 때문에 앞으로 강화될 배출가스 규제에 대한 대비를 위

해서는 반드시 4세대 엔진기술 개발이 필요하다.

용기 제조 기술 분야에서도 우리나라와 해외의 기술을 타입별로 비교하

여 보면 용기 제조 기술이 비슷한 Type 1, 2의 경우는 생산기술이나 품질

에서는 큰 차이를 보이고 있지 않다.

반면 Type 3, 4의 경우 우리나라 업체들이 상용화에 성공하여 제품을

판매하고 있는 단계지만 용기 제조의 핵심인 랩핑에 사용되는 탄소섬유 제

조 기술이 미흡하여 대량 판매가 이루어지지 않고 있기 때문에 제조단가가

해외보다 높아 해외진출에 어려움이 있다.

또한, LNG 용기의 경우는 ㈜한비가 국산화를 통해 자체적으로 생산해

공급하고 있으며, 한국가스공사가 기술개발을 하여 NGV 업계가 기술이전을

한 상태이지만 아직 신뢰성이 낮아 추가적인 기술개발이 더 필요하다.

국내 천연가스 자동차는 현재 EURO-4의 기준으로 상용화가 되어 있으

며, 중대형 천연가스 상용차(버스 및 청소차)만 개발 및 판매되고 있다. 그

이유는 중소형 자동차의 개발·판매와 관련된 이해 당사자 간의 갈등, 충전

소 인프라 구축 부족, 천연가스자동차 보급이외의 자동차 저공해화 정책 추

진 등으로 중소형 자동차의 시장형성 여건이 미흡하기 때문이다.

우리나라를 포함한 세계 각 국가들의 NGV의 기술개발 현황을 보게 되

면 향상된 연비, 열효율, 배기가스 저감에 포인트를 두고 이 부분에 집중적

인 개발을 진행하는 것으로 보인다.

다만 우리나라의 경우는 현대기아자동차나, GM 대우와 같은 자동차 제작

사에서 상용화를 위한 기술개발은 진행하지 않는 것으로 보이며, 국내 연구

기관들을 중심으로 엔진에 대한 4세대 기술 실증 연구를 진행하는 것으로 보인

다.


이와는 다르게 세계의 유수 자동차제작사들은 NGV의 상용차에 대한 4세

대 기술개발과 상용화에 주력하고 있다. 따라서 천연가스 자동차의 수출 확

대를 위하여 국내의 주력인 천연가스 상용차의 배기가스 수준을 EURO-6

기준에 부합하거나 이를 넘어서는 기술 개발 및 중소형 NGV의 상용화가 시

급하다.

국내 천연가스 자동차 엔진 중 기존의 6기통 디젤엔진을 모태로 하여

개발한 CNG 엔진은 불꽃 점화방식의 Lean-Burn 엔진으로 개발되었다. 천

연가스버스의 기본 구조는 종래의 디젤버스와 같고, 연료계통만이 변경되었

다. 사용연료인 천연가스는 디스펜서를 통하여 고압의 천연가스를 차량 내의

가스용기에 저장하며, 이때의 저장된 연료량은 운전석에서 압력계로 모니터

링 할 수 있도록 되어 있다. 또한, 내부압력의 과다 상승 시 안전밸브를 거

쳐 외부로 벤팅하는 안전장치가 설치되어 있다. 압축된 가스는 용기로부터

연료배관을 거쳐 감압밸브에서 사용압력으로 일정한 압력으로 감압된 후, 공

기와 혼합되어 엔진 내부로 공급되는 구조이다.

나. 국내 천연가스 용기 기술

압축천연가스(CNG) 자동차에서 사용되는 CNG 용기는 사용 재료와 복

합재료 강화 방법에 따라 4가지로 구분한다.

1) Type 1

Type 1(CNG-1) 용기는 강 또는 알루미늄으로 만들어진 금속제 용기

로 복합재료에 의한 구조적 강화 없이 금속 재료만으로 압력하중을 견디도

록 만든 용기이다. 이러한 형태의 용기는 높은 압력을 견디기 위하여 용기의

벽 두께를 두껍게 해야 하므로 무게가 많이 나가는 단점이 있다.


2) Type 2

Type 2(CNG-2) 용기는 Type 1 압력용기에서 원통부분의 벽 두께를

감소시켜 무게를 줄이기 위해 강 또는 알루미늄으로 만들어진 금속제 라이

너 위에 수지를 함침시킨 탄소섬유나 유리섬유를 원주방향으로 감아서 보강

한 복합재료 용기이다. 이 형태의 용기는 Type 1 에 비해 무게는 다소 감

소되지만 라이너가 압력하중의 일부를 부담해야 하므로 용기 양 끝단 돔 부

분의 벽 두께가 두껍게 제작되므로 경량화 정도는 그다지 크지 않다. 또한

복합재료가 몸통부분만 원주방향 보강이 되고 길이 방향으로는 보강이 되지

않아 길이 방향의 파손에 대한 우려가 있다.

3) Type 3

Type 3(CNG-3) 용기는 강 또는 알루미늄으로 만들어진 얇은 금속제 라

이너 위에 에폭시나 불포화폴리에스터 수지를 함침시킨 탄소섬유나 아라미

드 섬유 또는 유리섬유를 원주방향과 길이 방향으로 감아서 보강한 용기로

금속제 라이너는 하중을 부담하지 않거나 극히 일부분만을 부담하도록 제작된다.

4) Type 4

Type 4(CNG-4) 용기는 용기의 경량화를 목적으로 나일론이나 고밀도

폴리에틸렌(HDPE)과 같은 비금속 재료로 만들어진 라이너 위에 수지를 함

침시킨 탄소섬유나 유리섬유를 원주방향과 길이 방향으로 감아서 보강한 용

기로 비금속 재료로 만들어진 라이너는 하중을 거의 부담하지 않고, 가스가

새지 않도록 하는 역할만을 한다.

Type 3 와 Type 4 용기를 초경량 복합재료 CNG 용기라 부른다. 초경

량 복합재료 CNG 용기는 가스를 담아두는 알루미늄 또는 플라스틱 라이너

를 탄소섬유 복합 재료로 길이방향과 원주방향으로 보강한 탱크이다. 이는


기존 금속제 용기보다 2배 이상 가볍다. 내구성도 뛰어나다. 하지만 보강재

로 사용되는 탄소섬유의 가격이 고가이므로 제품 가격은 기존의 금속제에

비해 높다.

전통적으로 천연가스 자동차가 많이 보급되어 있는 남미 국가들은 대부분

Type 1 또는 Type 2 와 같은 금속제 용기를 사용하고 있다. 초경량 용기

(Type 3, Type 4)는 1990년대부터 보급되기 시작하여 미국, 일본, 캐나

다, 독일 등의 선진국에서 주로 사용하고 있다. 우리나라에서도 현재 보급이

점차 늘어나고 있다. 차량의 성능 향상을 위해 초경량 용기의 사용이 점차

확대되고 있으나 세계적으로 초경량 용기의 시장 점유율은 아직은 낮은 수

준이다.

우리나라에서는 Type 1, 2가 보급되어 있으며, 개조시장에서는 Type 1,

2, 3, 4 모두 사용되고 있다. 국내 개발 이전에는 이태리 Faber사 제품을

수입하여 사용하였다. Type 4 용기는 개발되어 CNG 개조차 시장에 판매되

고 있지만 상대적으로 높은 가격 문제로 시장 진입에 어려움을 겪고 있는

형편이다.

제 3 장 배출허용기준 강화 정책이

CNG 버스 보급정책에 미치는 영향 분석

배출허용기준 강화 정책이 CNG 버스 보급정책에 미치는 영향분석 31

제 3 장 배출허용기준 강화 정책이 CNG 버스 보급정책에 미치는 영향 분석

1. 미국·유럽 등의 외국 사례

가. 미국

대체연료 관련 차량기술개발로 배기규제를 만족하기 위해 자동차에 있어

가장 필요한 기술, 자동차의 에너지효율 향상 및 미국의 석유 의존도를 현저

히 줄이기 위한 기술개발에 목표를 둔 The Office of Advanced Automoti

ve Technologies(OAAT)의 프로그램 등을 추진하고 있다. 또한 미국 에너

지성(DOE, Department Of Energy)에서는 에너지 안보와 관련하여 수송용

자동차 발전단계에 대한 로드맵을 만들고 그에 따른 연구개발 전략을 수립,

연구개발을 수행 중이다.

미국의 자동차 배출가스 규제는 연방환경청(EPA)이 정하는 Tier 기준과

캘리포니아주 독자적인 대기방지 조례인 LEV(Low Emission Vehicle) 기

준을 적용하고 있다.

1) 미국의 배기가스 규제 기준

가) 자동차 종류

· 소형 승용차(Light Duty Vehicles) : 승차인원 12인 이하 차량

· 소형 화물차

- Light Duty Truck : GVWR ≤ 8500lb(3856kg), 공차중량 ≤ 6000lb

(2721kg)

- Heavy Light Duty Truck : GVWR ≤ 8500lb, 공차중량 ＞ 6000lb

· 중량자동차(Heavy Duty Vehicles) : GVWR ＞ 8500lb, 공차중량

＞ 6000lb


Bin#


적용시기(Useful Life = 120,000miles) g/mile

CO NMOG NOx PM

11 7.3 0.280 0.9 0.12

2004년∼

2009년

Phase-in

10 4.2 0.156 0.6 0.08

9 4.2 0.090 0.3 0.06

8 4.2 0.125 0.2 0.02

7 4.2 0.090 0.15 0.02

6 4.2 0.090 0.10 0.01

5 4.2 0.090 0.07 0.01

4 2.1 0.070 0.04 0.01

3 2.1 0.055 0.03 0.01

2 2.1 0.010 0.02 0.01

1 0.0 0.000 0.00 0.00

나) 미국(연방)의 자동차 배출가스 허용기준

미국(연방)의 배출가스 규제기준은 1994년부터 경량차량 및 중량차량에

대해 2단계에 걸친 배출가스 배출기준(Tier1, Tier2)를 규정하고 청정연료

사용 자동차의 생산 및 보급촉진을 위한 구매의무화 조항을 반영하고 있다.

2004년부터는 Tier2 기준이 적용되어 오존생성을 통해 광화학스모그에

영향을 미치는 질소산화물(NOx)의 규제가 강화되었고, 포름알데히드 등 휘

발성유기화합물 기준치도 50% 수준으로 강화한 규정을 시행하고 있다.

Tier2 규제는 배출가스의 배출량을 10단계 카테고리로 나누어 자동차 메

이커가 차종당 어느 카테고리를 만족시킬 것인지를 스스로 정하도록 하고,

각각의 모델 판매대수에 따라 산출한 기업 평균 배출가스 기준이 Bin5 카테

고리에 해당하는 규제 치에 만족시키도록 규정짓고 있다.

<표 3-1> Bin# 카테고리

자동차 판매대수에 따라 산출된 기업 평균 배출가스 기준이 Bin5를 만족

시켜야 하므로, Bin8 카테고리의 해당 차량을 판매하는 것도 가능하다. 그러

배출허용기준 강화정책이 CNG버스 보급정책에 미치는 영향분석 33

Emission

Classes

인증기준치 단위 : (Useful Life = 120,000 miles) g/mile

NMOG 5) CO NOx PM HCHO 6)

LEV 1) 0.090 4.2 0,07 0.01 0.018

ULEV 2) 0.055 2.1 0,07 0.01 0.011

SULEV 3) 0.010 1.0 0.02 0.01 0.004

ZEV 4) 0 0 0 0 0

나 Bin8 이후 카테고리 해당 모델은 2008년 이후부터는 판매할 수 없도록

하였고, 2009년형 모델부터는 Bin7 보다 엄격한 기준을 만족하는 모델을

도입하였다.

다) 미국 캘리포니아 주 배출가스 허용기준

세계에서 자동차의 배출가스 규제가 가장 먼저 시행된 곳은 미국 캘리포

니아 주의 로스앤젤레스이다. 도시화가 급격히 진행된 로스앤젤레스에서는

이미 1943년 유명한 LA스모그가 발생하였으며, 이것이 미국에서의 자동차

배출가스 공해의 시작이었다. 1952년 캘리포니아 공과대학의 A.J.H. 스미트

에 의해 LA 스모그가 태양광선과 자동차의 배출가스에 의한 광화학스모그

라는 것이 밝혀지면서 자동차 배출가스가 LA스모그의 유력한 발생원이라고

하여 주목되기 시작하였다.

LEV(Low Emission Vehicle) 및 ZEV(Zero Emission Vehicle) 프로

그램으로 대별되는 캘리포니아 주의 자동차 배기가스 규제는 연방정부의 규

제치보다 배출가스 기준이 엄격하다.

1994년∼2003년 모델차량에 대해 적용되어 오던 LEV1 기준에 이어 2

004년 모델부터 NOx 및 PM 기준이 한층 강화된 LEV2 프로그램을 시행중

이다. 또한 자동차 메이커로 하여금 일정비율의 무공해차량(ZEV) 판매를 의

무화함으로써 청정연료 자동차 시장 확대를 추진하고 있다.

<표 3-2> 캘리포니아주 배출가스 기준

※ * 1) LEV : Low Emission Vehicle * 2) ULEV : Ultra Low Emission Vehicle


* 3) SULEV : Super Ultra Low Emission Vehicle * 4) ZEV : Zero Emission Vehicle * 5) NMOG : Non-Methane Organic Gas(비 메탄계 유기가스) * 6) HCHO : Formaldehyde(포름알데히드) * CARB-LEV2 규정 채택지역 : 캘리포니아, 뉴욕, 메사추세스, 메인, 버몬트

나. 유럽

유럽의 배기가스 규제는 2005년에 EURO-4가 적용되기 시작했는데, EU

위원회에는 2008년에 EURO-5 적용하였다. EURO-4의 규제치는 가솔린

승용차에서 HC가 0.10g/km, NOx가 0.08g/km, CO가 1.0g/km. 이것이 E

URO-5의 드래프트에서는 CO의 수치는 변함이 없고 HC가 0.07g/km, NO

x가 0.06g/km 로 각각 25%씩 저감할 것을 요구하고 있다. 배기가스의 시

험모드는 다르지만 EURO-5안은 미국의 Bin5나 일본의 규제치 보다는 엄

격하지 않다.

연비에 관해서는 유럽자동차공업회가 2008년의 신형 차량 평균 이산화탄

소 배출량을 1995년 대비 25% 줄어든 140g/km로 할 것을 자율 규정했으

나, 올 해 유럽위원회에서 그것을 강제규정으로 하고 배출량도 120g/km까

지 낮출 것을 요구하였다.

EU의 자동차 배기가스 기준은 경량자동차(승용차 및 소형트럭)에 대해서

는 지침 70/220/EEC에서, 그리고 중량 디젤트럭 및 버스에 대해서는 지침

88/77/EEC에서 각각 규정하고 있으며, 각 지침에서 규정하는 기준은 유럽

의 자동차 배기가스 규제 기준인 EURO Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ 기준으로 대변되

며, 지속적으로 강화되고 있는 추세이다.

EU 집행위원회는 2007년 2월에 유럽시장에 출시되는 신차의 이산화탄소

평균 배출량의 감축을 의무화하는 법률규제 도입을 결정하였다. 이는 1998

년에 자동차 업계가 EU와 자발적 협약을 맺고 2009년까지 신차의 평균 이

산화탄소 배출량을 140g/km로 낮추겠다고 약속했으나, 이것이 이루어지지

않자 EU 당국이 감축을 의무화하는 법률 도입 추진을 진행한 것이다. EU

집행위원회는 2012년까지 신차의 평균배출량을 130g/km로 의무적으로 감

소시키는 규제 법안을 상정하였고, 2012년부터 2015년까지 동 허용량을

배출허용기준 강화정책이 CNG버스 보급정책에 미치는 영향분석 35

초과할 경우 점차 재정적 불이익을 확대함으로써 자동차 제조사가 법안을

이행하도록 유도한다는 계획이었다.

2008년 12월 EU 이사회와 EU 의회가 자동차 이산화탄소 규제 법안에

대한 합의를 도출했으며, 2009년 4월에 EU 이사회를 통과하였다. 통과된

법안이 제시하는 감축 목표는 EU 집행위원회 안을 유지하여 자동차 엔진기

술을 통해 130g/km를 달성하고 이와 함께 타이어, 바이오연료 등으로부터

10g/km를 추가 감축하도록 했다.

동 감축목표의 경우, 단계별로 2012년 신규자동차 생산량의 65%, 2013

년 75%, 2014년 80%, 2015년 이후 100% 감축을 합의하였는데, 이는 E

U 집행위원회가 2012년부터 100% 시행하자고 제안한 것보다는 완화된 것

이다. 한편 이 법안은 애초에 차량중량 2,610kg까지의 승용 및 경상용 자동

차에 한정하여 적용할 것을 제안하였으나, 결정된 법안에서는 승용 및 경상

용 자동차 모두를 적용대상으로 하여 동일하한 배출기준을 적용함으로써 중

량제한을 철폐하였다.

벌금수준은 상기 감축목표를 기준으로 2012년부터 2018년까지 초과한 g

당 누적으로 1g의 경우 5유로, 2g의 경우 추가 15유로(총 20유로 부과), 3

g의 경우 추가 25유로(총 45유로), 4g 이상의 경우 추가 95유로(총 140유

로)를 부과하고, 2019년 이후에는 초과 g 당 95유로 부과를 결정하였다.


2. 국내 영향 예측

2012년부터 자동차의 배출가스 허용기준이 유럽과 미국 등 선진국 수준

으로 강화하였다. 또한 배출가스 기준에 나노입자개수 및 입자상 물질 관리

를 강화한 규정 등이 신설되었다.

이르면 2012년부터 경유 자동차의 배출가스 허용기준으로 EURO-6가 적

용될 예정이다. 2014년 유럽에 도입되는 EURO-6는 지금 시행중인 EURO

-5보다 질소산화물, 입자상 물질 기준이 각각 80%, 50%로 강화된 기준이다.

국내 CNG 버스는 2013년부터 EURO-6 기준보다 약 13% 강화된 기준

이 적용된다. 또한, 신 모델은 2013. 1월부터 기존모델은 2014. 1월부터 메

탄(0.5) 및 암모니아(10ppm) 기준이 새롭게 도입됨에 따라 연비 성능도 크

게 개선될 것으로 기대하고 있다.

환경부는 국내 제작차량 및 건설기계에 대해 차기 배출허용기준을 선진국

수준으로 강화하는 법령 개정을 통해 국민 건강보호와 대기환경개선을 동시

에 달성할 것으로 예상하고 있다. 저공해 자동차 및 관련 부품의 개발을 가

속화하고 세계의 자동차 환경규제 강화에 적극 대응함으로써 글로벌 경쟁시

대에 자동차 산업의 국제 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 전망된다.

제 4 장 경유 및 CNG 버스 배출가스

규제 현황 및 차기 규제기준 비교


제 4 장 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준 비교

1. 유럽과 미국의 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준

가. 유럽

1) 현행 규제현황 및 차기 배출가스 규제수준 비교

EURO는 유럽연합이 1990년 도입한 차량 배기가스 규제의 명칭이다. 2007

년 5월 30일 유럽 각료 이사회는 승용차 및 경량트럭 배기가스 기준을 한 층

강화한 새로운 자동차 배기가스 기준을 발표하였다. 이 규제가 EURO-5와 E

URO-6 이다. 이 규제의 가장 큰 특징은 입자상 물질(PM), 질소산화물(NOx)

의 규제 강화이다.

EURO-1의 경우는 1993년부터 일반 승용차와 경트럭 대상으로 적용되었

고, EURO-2는 1996년부터 승용차 대상으로 시행되었다. EURO-3이 2000

년부터 전 자동차로 대상 확대되었고, EURO-4의 경우는 2005년부터 적용되

었다. EURO-5는 2009년 9월부터 적용되었고, EURO-6의 경우 2014년 9

월부터 적용 예정이다.

[그림 4-1] EURO# 규제기준 비교

경유 및 CNG버스 배출가스 규제현황 및 차기 규제기준 비교 41

단위 : g/km

구분 HC+NOx CO NOx PM

EURO-4(디젤) 0.30 0.50 0.25 0.025

EURO-4(가스) 0.1(HC) 1.0 0.08 -

EURO-5(디젤) 0.05 1.0 0.08 0.0025

EURO-5(가스) 0.05(HC) 1.0 0.08 0.0025(GDI)

EURO 기준등급은 질소산화물, 일산화탄소, 이산화탄소 배출량을 단계적

으로 줄이게 되어 있다. 가솔린, LPG, LNG 차량 기준 모두 명시되어 있으

나 한국에서는 디젤 차량만 적용을 받는다. PM은 EURO-4의 80%, 질소산

화물은 EURO-4의 20% 강화된 수치를 만족시켜야 한다.

[그림 4-2] 경유 및 휘발유 차량 EURO# 기준 비교

<표 4-1> 디젤자동차와 가스자동차의 배출기준 비교(Passenger Car(2.5t GVW))

EURO-6는 유럽뿐만 아니라 북미, 일본 등을 포괄하는 전 세계 배출 기

준의 첫 시행단계이다. EURO-6의 배기가스 기준은 EURO-5에 비해 배기

가스 배출량을 대폭 감소시켜야 한다. 질소 산화물의 배출량은 EURO-5에

비하여 80%(0.40g/kWh)까지 줄여야 하며, 입자상 물질의 경우 50%(0.01

g/kWh)까지 감축해야 한다.


(단위 : g/kwh)

구분 CO THC NMHC CH4 NOx PM NH3(ppm)

ESC(디젤) 1.5 0.13 - - 0.4 0.01 0.01

ETC(디젤) 4 0.13 - - 0.4 0.01 0.01

ETC(가스) 4 - 0.16 0.5 0.4 0.01 0.0

※ ESC : European Static Cycle

ETC : European Transient Cycle

<표 4-2> 디젤자동차와 가스자동차의 EURO-6 배출기준 비교

나. 미국

미국의 자동차 배출가스 규제는 미국 연방환경청(EPA)이 정하는 Tier 기

준과 캘리포니아 주 독자적인 대기방지 조례인 LEV(Low Emission Vehicl

e) 기준을 적용한다.

자동차 배기가스에 대해 대기청정법과 자동차 기업평균연비로 규제하고

있으며 미국 연방환경청(EPA)이 배기가스 규정을 제정하고 있다. 연방정부

차원에서 1970년에 제정된 대기청정법을 통해 처음으로 자동차 배기가스

기준을 규정했으며 주 차원에서는 캘리포니아 주가 1960년 자동차오염방지

법을 제정하고 1966년부터 엔진의 배기가스 규제를 실시하고 있다. 지금까

지 미국에서 판매되는 모든 자동차는 미국 연방환경청의 연방기준 또는 캘

리포니아 주의 배기가스 기준 중 각 주마다 조금씩 차이가 있지만 둘 중 하

나 이상을 충족시켜야 한다. 대개 캘리포니아 기준은 캘리포니아 및 북동부

지역에서 채택하고 있으며 나머지 주들은 연방법을 따르고 있다.


1) 대기청정법

대기청정법에서는 탄화수소, 질소산화물, 일산화탄소, 입자상 물질, 포름알

데히드 등의 배기가스를 규제하고 있으며 대기오염이 심각한 캘리포니아 주

에 대해 별도의 자동차 배기가스 규제 기준을 제정할 수 있는 권한을 부여

한 것이 특징이다.

가) Tier 2 bin 1 : 가장 청정한 배기가스 자동차, 거의 제로수준의 배

기가스(ZEV : Zero Emission Vehicle)

나) Tier 2 bin 2∼4 : 평균 기준보다 청정한 자동차

다) Tier 2 bin 5 : 평균 기준 자동차

라) Tier 2 bin 6∼9 : 평균에 미달하는 자동차

마) Tier 2 bin 10 : 배기가스 기준을 통과한 자동차

바) Tier : 예전 연방 기준

2) 캘리포니아

1960년 자동차 오염방지법을 제정하고 1966년부터 자동차 배기가스 배

출 규제를 실시했다. 각 차량의 배기가스는 실시연도에 따라 잠정저공해 차

량(TLEV), 저공해 차량(LEV), 초저공해 차량(ULEV), 유해물질 0인 무공

해 차량(ZEV) 등으로 구분하고 있다.

가) ZEV : 유해물질 0인 차량

나) ULEV Ⅱ : 초저공해자동차, 탄화수소 및 일산화탄소 배출수준이

거의 LEV Ⅱ의 절반 수준

다) ULEV Ⅰ : 초저공해차량, 저탄화수소 배출을 강조한 기준

라) LEV Ⅱ : 저공해차량, 대기청정법의 Tier 2 bin 5에 해당하는 수

준, NOx 배출량이 LEV Ⅰ의 25%인 차량

마) LEV Ⅰ : 저공해차량, Tier 1의 2배정도 엄격한 기준


<표 4-3> 미연방 배출가스 분류체계

분 류 비 고

Tier 2 bin 1 최고기준, Zero-Emission Vehicle(ZEV)

Tier 2 bin 2∼4 평균기준보다 우수

Tier 2 bin 5 평균기준, LEV Ⅱ Vehicle

Tier 2 bin 6∼9 평균이하

Tier 2 bin 10 자동차에 적용할 수 있는 최저기준

Tier 1 2004년 모델까지만 허용되며, 부적합기준

Engine

PowerTier Year CO HC

NMHC+

NOxNOx PM

kW ＜8

(hp

＜11)

Tier1 2000 8.0(6.0) -10.5(7.8

)-

1.0(0.75

)

Tier2 2005 8.0(6.0) - 7.5(5.6) - 0.8(0.6)

8≤kW＜

19

(11≤hp

＜25

Tier1 2000 6.6(4.9) - 9.5(7.1) - 0.8(0.6)

Tier2 2005 6.6(4.9) - 7.5(5.6) - 0.8(0.6)

19≤kW

＜37

(25≤hp

＜50

Tier1 1999 5.5(4.1) - 9.5(7.1) - 0.8(0.6)

Tier2 2004 5.5(4.1) - 7.5(5.6) -0.6(0.45

)37≤kW

＜75

(50≤hp

＜100

Tier1 1998 - - - 9.2(6.9) -

Tier2 2004 5.0(3.7) - 7.5(5.6) - 0.4(0.3)

Tier3 2008 5.0(3.7) - 4.7(3.5) - -

75≤kW

＜130

(100≤h

p＜175

Tier1 1997 - - - 9.2(6.9) -

Tier2 2003 5.0(3.7) - 6.6(4.9) - 0.3(0.22)

Tier3 2007 5.0(3.7) - 4.0(3.0) - -

130≤k

W＜225

(175≤h

p＜300

Tier1 1996 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)

Tier2 2003 3.5(2.6) - 6.6(4.9) - 0.2(0.15)

Tier3 2006 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - -

<표 4-4> EPA Tier1-3 Nonroad Diesel Engine Emission Standards, g/kWh(g/bhp.hr)


Engine

PowerYear CO NMHC

NMHC+

NOxNOx PM

kW＜8

(hp＜11)2008 8.0(6.0) - 7.5(5.6) - 0.4a(0.3)

8≤kW＜1

9

(11≤hp＜

25)

2008 6.6(4.9) - 7.5(5.6) - 0.4(0.3)

19≤kW＜

37

(25≤hp＜

50)

2008 5.5(4.1) - 7.5(5.6) - 0.3(0.22)

2013 5.5(4.1) - 4.7(3.5) - 0.03(0.022)

37≤kW＜

56

(50≤hp＜

75)

2008 5.0(3.7) - 4.7(3.5) - 0.3b(0.22)

2013 5.0(3.7) - 4.7(3.5) - 0.03(0.022)

56≤kW＜

130

(75≤hp＜

175)

2012-2014c 5.0(3.7) 0.19(0.14) -

0.40(0.30)0.02(0.015)

130≤kW

＜560

(175≤hp

＜750)

2011-2014d 3.5(2.6) 0.19(0.14) - 0.40(0.30) 0.02(0.015)

225≤k

W＜450

(300≤h

p＜600

Tier1 1996 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)

Tier2 2001 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2(0.15)

Tier3 2006 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - -

450≤k

W＜560

(600≤h

p＜750

Tier1 1996 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)

Tier2 2002 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2(0.15)

Tier3 2006 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - -

kW≥56

0

(hp≥75

0)

Tier1 2000 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)

Tier2 2006 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2(0.15)

<표 4-5> Tier 4 Emission Standards-Engine up to 560 kW, g/kWh(g/bhp-hr)


a-hand-startable, air-cooled, DI engines may be certified to Tier 2 standards through 20

09 and to an optional PM standard of 0.6 g/kWh starting in 2010

b - 0.4 g/kWh (Tier 2) if manufacturer complies with the 0.03 g/kWh standard from 2012

c - PM/CO: full compliance from 2012; NOx/HC: Option 1 (if banked Tier 2 credits used)

—50% engines must comply in 2012-2013; Option 2 (if no Tier 2 credits claimed)—25%

engines must comply in 2012-2014, with full compliance from 2014.12.31

d - PM/CO: full compliance from 2011; NOx/HC: 50% engines must comply in 2011-2013

EURO-6는 미국 EPA가 실시하는 2010년 상용차 규정에 더욱 근접해졌

다. 2010년부터 시행되는 미국 상용차 배기가스 규정은 NOx가 0.27g/kW

h, PM이 0.013g/kWh이다.

이러한 규제로 인하여 메르세데스 벤츠사 상용차량의 경우 1960년보다

유해배출가스를 98% 저감하고 엔진의 마력 수는 2배 이상 높아졌다고 보고

하였다.

[그림 4-3] 미국과 EU 배출규제수준 비교


[그림 4-4] 미국과 유럽 디젤엔진에 적용되는 배기규제 비교

2. 국내 배출가스 규제 현황 및 차기 규제기준

가. 디젤 차량

한때 디젤 차량은 유해가스가 적게 배출되는 깨끗한 자동차로 취급되기도

하였다. 그 이유는 디젤 차량에서는 CO와 HC가 배출가스 방지장치가 부착

되어 있지 않은 차량에 비하여 아주 적게 배출되었기 때문이다. 하지만 오늘


날에는 배출가스 방지 기술이 발달하여 오염물질을 대폭 줄일 수 있기 때문

에 NOx와 입자상물질이 많이 배출되는 디젤 차량이 오염 물질을 더욱 많이

배출한다고 볼 수 있다. 우리나라는 디젤 차량 배출가스 규제를 1984년 7월

부터 실시하였으며 기준을 강화하여 왔으나 아직도 선진국에 비하여 많이

완화되어 있는 실정이다. 1996년의 우리나라 중량 디젤 차량의 NOx 규제

는 미국 1990년 수준의 약 40%, 유럽연합(EU)의 1993년 수준의 22%가

완화된 수준이며 입자상물질(PM : Particulate Matter)은 미국 1990년 수

준의 약 170%, EU 1993년 수준의 80%가 완화된 수준이다. 그러나 2002

년 이후에는 미국, EU와 같은 선진국 수준으로 규제가 강화되었으며, 시내

버스의 경우 1998년에 EU의 1993년 수준, 2000년에는 EU의 1996년 수

준보다 더 엄격한 수준으로 규제가 강화되었다.

2013년부터는 디젤 차량에 적용되는 배출허용기준이 선진국 수준으로 대

폭 강화된다. 나노입자개수 및 암모니아 기준이 신설되며, 2014년부터 EURO

-5보다 질소산화물 80%, 입자상물질 50%가 강화된 EURO-6가 적용된다. 소형 경

유차의 나노입자 규제는 신 모델은 2012년 1월부터, 기존모델은 2013년 1

월부터 적용되며, EURO-6 기준은 신 모델은 2014년 9월부터, 기존 모델

은 2015년 9월부터 적용된다.

버스, 트럭 등 대형 경유차는 EURO-6 기준과 나노입자개수, 암모니아

기준이 신 모델은 2014년 1월부터, 기존 모델은 2015년 1월부터 적용된다.

나. CNG 차량

천연가스는 환경에 영향을 적게 주는 에너지이다. 지구온난화에 영향을 주

는 이산화탄소의 배출량은 석탄을 100으로 보면 석유 83, 천연가스는 57이

다. 천연가스는 상온에서는 액체화 하는 것이 어렵기 때문에 자동차 연료로

사용하기 위해 고압용기에 담아 사용하여야 하므로, 용기의 부피가 커지고,

폭발의 위험 때문에 과거에는 널리 사용하지 못하였다. 하지만 최근에 도시

지역 환경문제, 특히 버스, 트럭의 매연, 입자상 물질 및 NOx에 의한 도시

대기오염이 문제가 되자 도시 대기오염 저감 방안의 하나로 압축천연가스

(CNG)를 연료로 이용하는 차량에 대한 연구와 보급이 널리 시행되게 되었다.


천연가스의 이용은 배기가스에 의한 공해가 감소되고, 완전 연소로 열효율

을 향상시킬 수 있으며, 기존 운행 중이던 차량을 개조하여 이용할 수 있다

는 장점이 있다. 또한 전 세계적으로 이용 가능한 천연가스의 매장량은 풍부하다.

하지만 천연가스를 연료로 이용하기 위해서는 천연가스를 충전할 수 있는

충전소를 별도로 설치하여야 하며, 충전시간은 길지만, 디젤 연료에 비하여

주행거리가 짧다는 단점과 폭발의 위험성이 있다.

CNG 버스는 2013년부터 EURO-6 기준보다 약 13% 강화된 기준이 적

용된다. 또한, 신 모델은 2013.1월부터, 기존 모델은 2014.1월부터 메탄 및

암모니아 기준이 새롭게 도입된다.

제 5 장 차기 배출가스 규제 수준이 경유

및 CNG 버스 차량가격에 미치는 영향 분석

차기 배출가스규제 수준이 경유 및 CNG버스 차량가격에 미치는 영향분석 53

<표 5-1> 미국의 배기가스규제와 차량가격 변화

항 목 단 위년 도

1997 2000 2004 2006

증가되는

차량가격$ 4000 3000 2000 1500

연료충전

장치 가격

$

(가솔린

과 비교)

5X 5X 2.5X 2.5X

Fuel

economyMPGE Equal +5% +8% +10%

주행거리 마일 150 300 380 380

배기규제CA/Fed

Std.ULEV ULEV/SULEV ULEV/SULEV ULEV/SULEV

자료 : Fuel quality and vehicle emissions standards cost benefit analysis, Coffey

Geosciences PTY LTD, 2003.

제 5 장 차기 배출가스 규제 수준이 경유 및 CNG 버스 차량가격에 미치는 영향 분석

1. 미국의 배출가스 규제수준과 차량가격 변화

미국의 경우 표 5-1에서 보는 바와 같이 배출가스 규제 수준이 강화되는

동안 차량 기술과 연료 충전 장치 기술 등의 발전으로 인하여 추가로 증가

되는 차량 가격은 감소하는 것으로 나타났지만, 규제수준 강화에 따라 기업

의 신규 투자로 인해 차량 가격은 꾸준히 상승해 왔다.

2007년 12월 19일에 미국은 오일에 대한 의존도를 낮추고 지구온난화와

관련된 가스 배출을 줄이기 위해 에너지독립안전법을 시행하였다. 이 법의

주요 골자는 2020년까지 2007년 당시의 CAFE(Corporate Average Fuel

Economy) 기준보다 40% 강화해 평균연비 35mpg 달성을 위해 2011년부

터 단계적으로 연비기준을 상향하고 북미에서 생산된 자동차는 CAFE 기준

의 92% 수준에는 도달해야 하는 것으로 규정하고 있다. 또한, 자동차 기업


들이 CAFE 기준을 충족하지 못할 경우에는 패널티를 지불해야 하고 패널티

는 연료절감을 위해 연구개발 보조금 지급 등에 활용하고, 충족 시에는 크레

딧을 부여 다른 종류의 차량이나 다른 기업과 거래할 수 있도록 할 예정이었다.

가. 에너지 독립 안전법

에너지 독립 안전법은 기존의 연비 기준을 2016년까지 35.5mpg로, 이산

화탄소 배출은 250grams/mile로 강화하였다.

1) 오바마 정부가 발표한 연비 기준에 대한 주요 내용은 2016MY(Model

Year)의 연비기준을 승용차의 경우 39mpg로, 경트럭의 경우 30mpg

로 높여 평균적으로 35.5mpg를 달성하겠다는 것이다.

2) 기존에 발표한 2010년부터 2015년까지 연비기준 중 2011년까지는

현행대로 유지하고 2012년부터 2016년까지는 이번에 발표한 2016년

기준을 충족하기 위해 연도별 기준을 마련해 발표할 예정이다.

3) 자동차 배출가스 규제도 연비기준과 보조를 맞춰 2016년까지 이산화

탄소 배출가스를 250grams/mile로 규제할 예정이다.

4) 배출가스 규제 또한 연비기준과 마찬가지로 2012년부터 2016년까지

연도별로 별도의 기준을 마련해 발표할 계획이다.

5) 주별로 별도로 배출가스 규제도 허용할 방침이다.

6) 미국 정부는 에너지 독립 안전법으로 인해 동일한 해에 판매된 자동차

가 수명을 다 할 때까지 8억9000만 메트릭 톤의 이산화탄소 배출감소

효과와 오일 사용량 19억 배럴이 줄어들 것으로 전망하였다.

에너지 독립 안전법의 주요 내용은 에너지 안보의 측면에서, 미국의 석유

요구를 감소시키고자 국가적인 차원에서 자동차 생산자들에게 새로운 환경

보존의 요구를 제시함으로써, 새로운 자동차기술의 발전과 운송수단의 전자

화, 플러그-인 하이브리드 자동차 개발을 장려하는 내용을 담고 있다.


이 법은 온실가스방출을 줄이는데 도움이 될 수 있는 재생연료사용기준

(RFS)에 대한 규정과 연방정부의 에너지 효율을 위한 요구 등 조명과 전자

제품에 있어서 에너지 효율을 향상시키기 위한 내용의 규정을 둔다. 구체적

으로는 2022년까지 바이오 연료를 적어로 360억 갤런을 사용할 것을 연료

생산자에게 요구하는 재생연료기준을 제시하는데, 그로 인해 미국은 재생연

료자원의 공급을 늘림으로써 석유 의존성을 줄이는 결과를 낳을 수 있을 것

이라 예상한다. 이와 같은 재생연료기준의 수준은 지금의 기준과 비교하였을

때 거의 5배에 달한다, 더 나아가 이 법에서 제시하는 2022년의 바이오연료

중 210억 갤런을 반드시 옥수수와 녹말 이외의 바이오 연료인 셀룰로스 에

탄올 등 다른 바이오 연료로부터 얻어야 한다.

국가적으로 에너지에 대한 비용을 줄이고, 에너지를 절약할 새로운 가전기

구의 에너지 효율기준을 세우기 위하여 이 법은 에너지 정책 및 보존법

(EPCA)을 보완한다.

이 법이 제시하는 평균연비제도는 1차 오일쇼크 이후에 대회 원유 의존도

를 낮추기 위해 미국이 도입한 제도로서 미국 내에서 판매되는 모든 회사별

자동차의 가중평균연비가 일정한 수준을 초과할 경우 벌금형태의 세금을 부

과하는 제도이고, 평균연비는 리터(ℓ) 당 14.8km이다.

나. 전망

미국 정부의 에너지독립안전법 시행으로 완성차 업체들은 연비 강화와 배

출물질 규제를 위한 준비를 서둘러야 하는 상황이 예상되는 가운데 2008년

기준으로 미국에 자동차를 판매하고 있는 회사별로 기업연비를 볼 때 일본

과 한국 등 외국계 자동차 회사들이 평균 연비가 높아 강화된 기준 달성에

상당히 유리할 것으로 전망된다.


<표 5-2> 2008년 미국 자동차 회사별 평균연비

단위 : mile/gallon

회사명 승용차 경트럭

도요타 38.1 25.8

혼다 35.2 26.2

기아차 33.7 24.4

현대차 33.2 25.7

GM 31.3 22.5

포드 31.1 24.7

크라이슬러 28.3 23.9

폭스바겐 30.2 23.9

BMW 27.5 23.1

다임러 27.5 20.6

완성차 및 자동차 부품업계는 연비 향상을 위해 자동차 중량을 낮추고 엔

진과 트랜스미션의 효율을 증가시키기 위해 경량 신소재의 사용과 기술개발

등이 더 활발해질 것으로 예상된다.

1) 내외장재에 있어서는 기존의 성능과 강도 등을 유지하면서 자동차 중

량을 줄일 수 있는 경량 신소재의 채택이 늘어날 것으로 예상되고, 엔진과

트랜스미션 분야에서는 효율을 높이기 위한 신기술 개발과 적용이 확대될

것으로 전망된다.

2) 신소재 사용과 신기술 개발 등에 따른 신규 투자로 자동차 가격이 대

당 1,300달러 이상 증가할 것으로 예상되어 소비자들의 부담은 다소 증가할

것으로 보이나 미국 정부에서는 연료비 절감에 따라 충분히 상쇄될 것으로

예상하고 있다.

[그림 5-1]은 미국에서 진행되었던, 배기가스 규제에 드는 비용과 차량가

격과의 상관관계를 연구한 자료이다. 이 자료에 따르면 조사한 대부분의 해

에 차량가격과 배기가스 규제에 드는 비용은 상관관계가 거의 없다. 차량 가


격이 결정될 때에는 배기가스 규제보다는 생산 비용과 다른 가격 결정 요소

들이 더욱 중요한 비중을 차지한다. 배기가스 저감을 위한 비용은 차량 생산

회사에서 차량 가격을 결정하는데 사용하는 한 가지 요소에 불과하다. 그러

므로 배기가스 규제에 대한 고려는 확실히 차량 가격 증가에 영향을 주기는

하지만, 차량 가격 결정시에 배기가스 규제에 대해 고려하는 것은 추측에 근

거한 것이다.

[그림 5-1] 1970∼84년까지 미국의 차량가격과 배기가스 규제 비용

일반적으로 강화되는 배기가스 규제는 차량 생산에 있어서 새로운 비용의

추가를 발생시킨다. 하지만 이렇게 추가되는 비용은 강화되는 규제에 따라

자동차 기술도 함께 발전하여, 더욱 적은 비용으로 규제를 만족할 수 있는

제품을 생산할 수 있는 기술이 개발되기 때문에 배기가스 규제 강화됨에 따

라 차량판매 값이 끊임없이 증가하는 것은 아니다.


2. 국내 배출가스 규제수준 변화 및 이에 따른 차량 가격 변화

가. 현재 국내 운행 중인 CNG 차량 현황

현대 국내에는 2011년까지 총 2만 8,827대의 CNG 버스가 보급된 것으

로 집계되었다. 환경부가 집계한 2011년 CNG 자동차 보급 현황에 따르면

총 2만 8,827대가 누적 보급되어 시내버스 면허대수 3만 359대 중 95%를

보급 달성한 것으로 나타났다. 이 중 서울, 부산, 대구, 인천, 광주, 대전, 울

산시 등 7대 광역시는 보급률 100%를 넘어섰다.

[그림 5-2] CNG 차량 보급률

전체 CNG 차량 중 버스의 보급률은 84%, 청소차는 3%이다.

서울시 누적보급대수는 8,894대(버스 면허대수 8598대)로 103.0%, 부산시는

1,964대(버스 면허대수 1,944대)로 101.0%, 대구시 1,744대(버스 면허대수 1,658

대)로 105.2%, 인천시 2,440대(버스 면허대수 2,342대)로 104.2%, 광주시 1,140

대(버스 면허대수 1,012대)로 112.6%, 대전시 1,055대(버스 면허대수 965대)로

109.3%, 울산시 745대(버스 면허대수 644대)로 115.7%이다.


이 같은 보급률 초과현상은 기존 운행 중인 CNG 버스와 내구연한이 9∼

11년인 CNG 버스의 교체대수를 모두 포함했기 때문이며 실제로 일부 지역

은 미미한 숫자의 경유 버스가 아직 운행 중이다.

<표 5-3> 연도별 CNG 자동차 등록 현황

한편 경기도는 6,753대(면허대수 7435대)로 90.8%의 보급률을 보이고

있으며 강원도 328대(면허대수 547대) 60.0%, 충청북도 384대(면허대수

539대) 71.2%, 충청남도 366대(면허대수 700대) 52.3%, 전라북도 706대

(면허대수 818대) 86.3%, 전라남도 578대(면허대수 678대) 85.3%, 경상

북도 578대(면허대수 1098대) 52.6%, 경상남도 1,152대(면허대수 1,381

대) 83.4%가 보급됐다.

천연가스 청소차는 지난 2004년부터 2011년까지 총 1,019대가 보급됐

다. 이 가운데 서울시는 479대, 부산시 46대, 대구시 81대, 인천시 15대,

광주시 5대, 대전시 18대, 울산시 7대가 보급됐으며 경기도 81대, 강원도

18대, 충청북도 24대, 충청남도 5대, 전라북도 70대, 전라남도 59대, 경상

북도 49대, 경상남도 62대가 보급되었다.


[그림 5-3] CNG 자동차 등록 변동 그래프

연료비의 경우 경유의 오름세가 가장 크고, CNG 연료비 오름세가 타 연

료에 비해 가장 안정적이다.

[그림 5-4] 연료비 변동 그래프


<표 5-4> 천연가스 충전소 현황(2011)

지역 서울 경기 인천 부산 경남 울산 대구 경북 광주 전남 전북 대전 충남 충북 강원 계

충전소 46 44 14 17 8 5 11 6 6 6 7 5 2 3 5 185

기 74 171 34 34 19 10 14 7 6 9 13 9 6 6 8 420

<표 5-5> 경유 및 CNG 차량가격

구분 가격

현대(뉴슈퍼에어로시티)

경유일반버스 90,160,000원

좌석버스 90,570,000원

CNG일반버스 107,395,000원

좌석버스 108,145,000원

대우(로얄시티(BS106))

경유일반버스 85,660,000원

좌석버스 85,820,000원


좌석버스 107,730,000원

초저상 버스대우(로얄시티(BS106)) 208,500,000원

현대(뉴슈퍼에어로시티) 208,996,000원

나. 현재 국내 운행 중인 경유 및 CNG 차량가격 현황

현재 국내에서 운행 중인 경유 및 CNG 차량의 가격은 CNG 차량이 1.5

배가량 비싼 편이며, 정부와 지방자치단체는 CNG 차량의 보급을 위하여 다

양한 지원정책을 구사하고 있다.


다. CNG 차량 지원정책

국내에서는 CNG 차량의 원활한 보급을 위하여 각종 정부와 지방자치 단

체에서 각종 지원 정책을 펼쳤다.

1) 서울시는 CNG 차량에는 부가가치세는 물론 취득세와 등록세 전액을

면제해 주는 세제혜택을 지원하였다.

2) 경유버스보다 비싼 CNG 버스 차액 전액을 차량 구입비로 보조하거나

융자금을 지원하였다. CNG 버스 한 대당 보조금 1,850만원을 지원하거나,

연 2%, 5년 거치 10년 분할 상환의 융자금으로 850만원을 지원하였다.

3) 인프라 구축의 일환으로 CNG 충전소 설치를 지원하고, 경유와 천연가

스의 가격 차이는 연료 보조금으로 지급하였다.

4) 1년에 두 차례 부과되는 환경개선부담금을 면제해 주었다.

우리나라의 경우 배출가스 규제가 강화됨에 따라 기준을 충족시키기 위해,

추가로 발생하는 연구개발비가 연구개발비의 어느 정도 부분을 차지하며, 이

러한 추가 연구개발비가 반드시 소비자에게 부담되는 부분이라고 파악하기

는 어려운 내용이다.

3. 배출규제기준-차량 가격

배출가스규제 기준의 강화는 차량가격 상승의 한 가지 요인으로 작용할

수 있다. 미국의 경우 EURO-4(US 2006) 기준에서 EURO-5(US 2007)

으로 전환될 당시, EURO-5 기준을 충족시키기 위해 중량 디젤 자동차의

경우 $2,500∼$3,600의 추가 비용이 발생하였다. 또한 중량 디젤 자동차에

서 질소와 요소 산화물의 배출을 통제하기 위하여 SCR(Selective Catalytic

Reduction) 기술의 이용 결과로 디젤 연료 사용시 매 25리터의 디젤 소모


<표 5-6> 2000년∼2020년 배출 인자(전 차종)

Year

Emission Factor(g/km)

Carbon

Monoxide

Oxide of

nitrogen

Exhaust

Hydrocarbon

Total

Hydrocarbon

Particulate

Matter

2000 10.48 1.58 0.91 1.93 0.066

2005 6.25 1.15 0.60 1.58 0.047

2010 3.14 0.73 0.39 1.35 0.027

2015 1.49 0.47 0.27 1.23 0.015

2020 1.11 0.38 0.23 1.19 0.009

당 1리터의 비율로 EURO-5(US 2007) 기준을 만족시키는 것으로 나타났

다. 이것은 EURO-5 이후 강화되는 기준을 만족시키는 차량이 꾸준히 증가

하기 위해 2009년에 $62million에서 2020년에 $76million의 비용 상승이

계속해서 발생할 것을 예측 가능하게 한다.

제 6 장 경유 및 CNG 버스

환경·경제성 분석

경유 및 CNG버스의 환경·경제성 분석 67

제 6장 경유 및 CNG 버스의 환경·경제성 분석

1. 시내버스 환경성평가를 위한 주행모드

가. 서울시 시내버스 주행속도

서울시 도시교통본부에 의해 총 380개 노선(간선, 지선, 순환노선)에 대하

여 2010년 조사된 버스의 평균주행속도는 평균 19.8 km/h로 조사되었다.

<표 6-1> 연도별 버스 평균주행속도

(단위 : km/h)

연도별 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10

속도 19.2 19.0 19.1 18.9 17.2 18.1 17.6 17.9 19.6 19.7 19.6 19.8

구간별 주행속도에서는 가로변 버스전용차로가 18.2 km/h, 일반차로구간

이 19.0 km/h, 중앙 버스전용차로가 21.8 km/h로 중앙 버스전용차로의 주

행속도가 가장 높다.

<표 6-2> 구간별 버스 주행속도

(단위 : km/h)

구 분 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10

버스차로

유형

일반차로 17.8 18.9 16.7 17.7 17.0 17.3 18.4 18.3 18.9 19.0

가로변

버스전용차로21.6 19.0 18.1 18.9 18.4 18.7 18.4 18.5 18.1 18.2

중앙

버스전용차로- - - 22.0 21.3 21.1 22.3 22.2 21.2 21.8


나. 차대동력계용 버스주행모드

국내의 대형차대동력계 용 차속별 시험모드는 2000년 대형차 배출계수

산출용 모드로 개발되었으며, 서울시 및 대전시의 시내버스 주행패턴을 조사

하여 각 구간별 평균 주행특성을 반영하여 시간-차속의 형태로 구성되어 있

고, 또한 해마다 평균 주행속도가 다른 점을 고려하여 대표차속별로 12개의

모드가 있다. 각 주행모드의 주요 특성 및 주행 패턴은 다음 표와 같다.

<표 6-3> NIER 시험모드 특성

시험모드

주요 특성

주행시간

(s)

정차시간

비율(%)

정속주행

시간비율

(%)

주행거리

(km)

평균속도

(km/h)

최고속도

(km/h)

NIER 01 891 55.9 11.7 1.13 4.56 32.4

NIER 02 910 47.6 12.3 1.94 7.68 46.3

NIER 03 900 41.2 11.6 2.64 10.56 46.9

NIER 04 880 35.5 13.1 3.44 14.08 57.8

NIER 05 899 29.9 10.8 4.07 16.31 50.4

NIER 06 919 24.8 14.4 5.08 19.88 68.1

NIER 07 892 20.0 14.5 5.99 24.19 65.9

NIER 08 887 15.3 16.1 6.85 27.80 64.1

NIER 09 925 10.8 16.9 8.31 32.33 78.1

NIER 10 890 7.4 21.5 9.33 37.75 70.0

NIER 11 865 3.8 24.5 10.26 42.72 79.5

NIER 12 898 1.1 24.3 11.80 47.30 85.4


다. CNG 및 경유버스 환경성 평가용 시험모드

본 연구에서는 차대동력계용 시험모드 중 2010년 조사된 서울시 평균주

행속도(19.8 km/h)와 가장 유사한 NIER 06모드(평균속도 19.88km/h)를

선택하였다.

시험모드

주요 특성

주행시간

(s)

정차시간

비율(%)

정속주행

시간비율

(%)

주행거리

(km)

평균속도

(km/h)

최고속도

(km/h)

NIER 06 919 24.8 14.4 5.08 19.88 68.1

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Time (s)

Veh

icle

Spe

ed (k

m/h

)

평균 속도 : 19.88 km/h주행 시간 : 919s주행 거리 : 5.08 km

[그림 6-1] NIER 06 모드 주행패턴

또한 향후 규제 값과의 비교를 위하여 EURO 6(2014년 적용) 규제에서

적용될 WHVC 모드를 추가로 측정하였다.


시험모드

주요 특성

주행시간

(s)

정차시간

비율(%)

정속주행

시간비율

(%)

주행거리

(km)

평균속도

(km/h)

최고속도

(km/h)

WHVC 1,800 13.6 15.6 20.074 40.14 87.8

[그림 6-2] WHVC 모드 주행패턴

2. 경유 및 CNG 버스의 환경성 평가 시험

가. 시험내용 및 방법

1) 시험차량

시험차량은 대우, 현대의 CNG 및 경유 시내버스 각 2대씩 총8대를 선정

하였다. CNG 버스의 경우 대우, 현대 모두 동일한 기술이 적용되었으나, 경

유버스의 경우는 현대의 경우 EGR 및 p-DPF를 대우는 SCR을 적용하여

기술적으로 다른 특성을 가지고 있다.


<표 6-4> 버스별 제원

연료 차명 연식 엔진형식공차중량

(kg)

출력

(ps/rpm)

배기량

(cc)

CNG

현대

뉴슈퍼에어로

시티

(2대)

2011 C6AE 11,025 290/2,000 11,149

대우 BS106

(2대)2011 GL11K 10,875 290/2,200 11,051

경유

현대

뉴슈퍼에어로

시티

(2대)

2011 D6HA 10,390 300/1,9,00 9,960

대우 BS106

(2대)

2012 DL08K 10,380 300/2,200 7,640

2011 DL08K 9,760 300/2,200 7,640

2) 시험모드 선정

시험모드는 1장에서 설명한대로 2010년 서울시 버스 평균주행속도와 가

장 유사한 NIER 06모드와 향후 규제와의 비교를 위하여 EURO 6 규제에서

적용될 WHVC 모드를 선정하였다.

시험모드

주요 특성

주행시간

(s)

정차시간

비율(%)

정속주행

시간비율

(%)

주행거리

(km)

평균속도

(km/h)

최고속도

(km/h)

NIER 06 919 24.8 14.4 5.08 19.88 68.1

WHVC 1,800 13.6 15.6 20.074 40.14 87.8


3) 분석항목

분석항목은 규제물질인 CO, HC, NOx, PM, 입자개수와 온실가스인 CO2,

CH4 및 미규제물질인 VOC를 선정하였다. 연비의 경우는 측정된 배출가스

(CO, HC, CO2)를 이용한 탄소밸런스 법을 이용하여 계산하였다. 다만, CN

G 버스의 경우 국내에 아직 연비계산법이 없어 유럽에서 사용되는 연비계산

식을 사용하였다.

․ 연비계산식은 유럽의 CNG 계산식 사용

연비 = (0.654×100(/{[0.1336×[(0.749×HC)+(0.429×CO)+(0.273×CO2)]}

4) 시험분석 장치

차대동력계를 이용한 배출가스 시험장치는 주로 차대동력계, 보조운전장

치, 시료채취장치, 희석터널, 입자상물질 측정장치 및 배출가스 분석기 등으

로 구성되어 있다.

배출가스 측정은 실제 시험자동차가 차대동력계의 롤러위에서 각 모드별

로 주행할 때 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량시료채취장치(CVS :

Constant volume sampler)에서 일정량의 공기로 희석한 후, 시료채취백에

채취하여 배출가스 분석기로 분석하였다. 운전보조장치(Driver aid)는 운전

자가 자동차를 도로에서 주행하는 상태로 운전 할 수 있도록 화면에 운행상

태를 표시해 주는 장치이며, 또한 시료채취장치(Constant volume sample

r)는 자동차 배출가스를 공기와 희석하여 채취할 수 있는 장치이며 희석터

널은 고온에 의한 입자상물질의 변화를 배제시키고 대기조건으로 제어하기

위해 시료채취온도가 항상 52℃ 이내로 유지되도록 외부공기와 배기가스를

희석시키는 기능을 한다. 아래 그림은 차대동력계를 이용하여 시험하는 모습

과 배출가스 측정시스템의 계통도를 나타내고 있다.


[그림 6-3] 배출가스 시험모습

[그림 6-4] 배출가스시험장치 계통도


5) 도로부하력 설정

실도로에서의 도로부하력 산정을 위해서는 코스트다운 시험을 위한 충분

한 직선거리가 확보된 시험도로가 필요하다. 따라서 도로 여건에 의해 산출

이 불가능할 시에는 다음의 식에 의해 산출된 지정도로부하력을 사용하였다.

본 연구에서는 지정도로부하력으로 일본의 대형차 시험방법에서 사용되는

다음식을 사용하였으며, 이 방법은 일본 새 시험법 검토회에서 여러 형태의

시험차량을 가지고 산출한 경험식으로 A는 차량중량에 의한 지면 마찰력, B

는 차량 형태에 의한 바람저항을 의미한다. 시험 중량은 공차중량에 승차인

원/2를 더한 무게로 한다.

지정도로부하력 = A + BV2

여기서,

A = 0.00513 × 시험중량(kg) + 17.6

B = 0.00299 × (전고×전폭)(m2) + 0.000832

나. 시험결과

1) NIER 06 모드

환경성평가 비교를 위하여 한국의 시험주행패턴을 가장 잘 반영한 NIER

06 모드를 주행하면서 측정한 오염물질 배출결과는 다음과 같다.

(1) 규제물질

- CNG 버스는 경유버스에 비해 CO 96.8%, NOx 64.7%, PM 100%,

입자개수 99.2% 적게 배출되며, 특히 인체위해성을 고려한 나노입자

개수에 있어서도 경유버스에 비해 1/100 수준으로 적게 배출되었다.


- 다만, 연비의 경우 30.8% 나쁘며, HC가 약 3배정도 높게 배출되고,

특히 CH4가 많이 배출되었다.

- CO2의 경우에는 경유버스가 CNG버스에 비해 배기량이 낮아 유사한

수준으로 배출되었다.

- 특히, NOx의 경우에는 경유버스가 CNG 버스에 비해 약 3배정도 배

출되었다. 이는 시내운전조건에서 질소산화물저감장치(EGR, SCR)의

기능을 저하시킨 것으로 판단된다.

<표 6-5> CNG-경유버스 오염물질 배출량 시험 결과(NIER 06 모드)

구 분CO

(g/km)

THC(g/km) NOx

(g/km)

PM

(g/km)

입자개수

(개/km)

CO2

(g/km)

연비

(km/ℓ)NMHC CH4

CNG

현대 0.0510 0.9347 8.4122 3.3845 　- 1.06E+11 723 2.40

대우 0.0665 0.7099 6.3887 3.8647 -　 3.66E+11 720 2.43

평균 0.0587 0.8223 7.4005 3.6246 　- 2.36E+11 721 2.42

경유

현대 0.8659 0.4779 　- 10.8450 0.0610 2.66E+13 717 3.53

대우 2.7730 0.0237 　- 9.7100 0.0198 3.52E+13 730 3.46

평균 1.8195 0.2508 　- 10.2775 0.0404 3.09E+13 723 3.49

저감율(%) 96.8 -227.9 　- 64.7 100.0 99.2 0.3 30.8

※ CNG 버스의 CH4는 인증시험방법에 따라 THC*0.9 사용

저감률 = (경유-CNG)*100/경유

(2) 미량 유해물질(VOC)

- VOC 7개 물질에 대한 분석결과 검출되지 않은 1,3-Butadien을 제외

하고 모든 물질에서 CNG 버스가 경유버스에 비해 9.5∼76.7% 적게

배출되었다.


<표 6-6> CNG-경유버스 VOC 시험 결과(NIER 06 모드)

구 분

VOC(mg/km)

1,3-

ButadieneBenzene Toluene

Ethyl

benzene

m,p-

XyleneStylene o-Xylene

CNG

현대 0.00 0.19 2.22 0.34 0.31 0.04 0.21

대우 0.00 0.17 2.82 0.41 0.40 0.01 0.24

평균 0.00 0.18 2.52 0.38 0.36 0.02 0.22

경유

현대 0.00 1.22 3.92 0.84 1.05 0.04 0.87

대우 0.00 0.33 1.65 0.29 0.26 0.01 0.20

평균 0.00 0.77 2.78 0.57 0.65 0.03 0.53

저감율(%) 0.0 76.7 9.5 33.6 45.4 16.6 58.1

2) WHVC 모드

향후 EURO 6 규제 적용시의 환경성평가 비교를 위하여 EURO 6 규제에

적용될 주행모드인 WHVC 모드를 주행하면서 측정한 오염물질 배출결과는

다음과 같다.

(1) 규제물질

- 고속주행조건인 WHVC 모드(평균차속 40.14 km/h)에 있어서도

NIER 06 모드와 유사하게 CNG 버스가 경유버스에 비해 CO 91% ,

NOx 82.8%, PM 100%, 입자개수 99.1% 적게 배출되며, HC,

CH4이 많이 배출되었다.

- 다만, 연비의 경우 34.0% 나쁘며, HC가 약 2배정도 높게 배출되고,

특히 CH4가 많이 배출되었다.

- CO2의 경우에는 경유버스가 CNG버스에 비해 배기량이 낮아 5.1%

적게 배출되었다.


- 특히, NOx의 경우에는 경유버스가 CNG 버스에 비해 약 6배정도

배출되었다. 이는 고속운전조건에서 질소산화물저감장치(EGR,

SCR)의 기능을 저하시킨 것으로 판단된다.

<표 6-7> CNG-경유버스 오염물질 배출량 시험 결과(WHVC 모드)

구 분CO

(g/km)

THC(g/km)NOx

(g/km)

PM

(g/km)

입자개수

(개/km)

CO2

(g/km)

연비

(km/ℓ)NMHC CH4

CNG

현대 0.0382 0.3848 3.4629 1.2946 　 3.76E+10 555 3.17

대우 0.0607 0.4088 3.6796 1.3545 　 1.73E+11 537 3.27

평균 0.0495 0.3968 3.5713 1.3245 　 1.05E+11 546 3.22

경유

현대 0.5889 0.3998 　 7.6300 0.0673 1.29E+13 500 5.06

대우 0.5084 0.0245 　 7.7436 0.0099 1.07E+13 540 4.70

평균 0.5486 0.2122 　 7.6868 0.0386 1.18E+13 520 4.88

저감율(%) 91.0 -87.0 　 82.8 100.0 99.1 -5.1 34.0

(2) 미량 유해물질(VOC)

- WHVC 모드에서도 NIER 06 모드와 유사하게 Stylene을 제외한 모든 항

목에서 CNG 버스가 경유버스에 비해 18.5∼77.2% 적게 배출된다.

<표 6-8> CNG-경유버스 VOC 시험 결과(WHVC 모드)

구 분

VOC(mg/km)1,3-

ButadieneBenzene Toluene

Ethyl

benzene

m,p-

XyleneStylene o-Xylene

CNG현대 0.00 0.15 1.57 0.22 0.21 0.017 0.14 대우 0.00 0.08 1.03 0.18 0.17 0.011 0.10 평균 0.00 0.11 1.30 0.20 0.19 0.014 0.12

경유현대 0.00 0.66 1.51 0.44 0.54 0.017 0.47 대우 0.00 0.35 1.67 0.29 0.28 0.008 0.20 평균 0.00 0.50 1.59 0.36 0.41 0.012 0.33

저감율(%) 0.0 77.2 18.5 44.6 53.9 -13.7 63.3


3. 경유 및 CNG 버스의 환경성 평가

환경성을 평가하기 위해서는 경유버스 대비 CNG 버스의 보급에 따른 오

염물질 배출량의 증감, 소음량의 변화 등 환경의 변화에 영향을 미치는 요소

들을 파악하여야 한다. 본 연구에서는 교통환경연구소의 실험 결과를 바탕으

로 오염물질 배출량의 증감을 이용하여 환경성을 평가한다.

가. NIER 06 모드 적용시 환경성 평가

1) 오염물질 배출량 증감 추정

EURO-6 기준에서 CNG 버스의 보급정책에 대한 환경성 평가를 하기

위하여 경유버스와 CNG 버스의 오염물질 배출량을 구하여 경유버스를 C

NG 버스로 대체 했을 때 오염물질 배출 증감량을 계산하여야 한다. 배출

량을 계산하는 공식은 아래와 같다.

배출량(kg/대·년) = 오염물질별 배출계수(g/km)×일일주행거리(km/일·대)×365일/년

×0.001(kg/g)

위의 배출량 산출식에 의하면 각 오염물질의 배출량을 구하기 위해서 일

일주행거리가 필요하다. 국가교통 DB센터의 자료에 의하면 서울시내 일일

버스주행거리는 235.46km/day이다.(자동차 주행거리 실태조사. 2008. 11)

교통환경연구소에서 실험한 결과와 다른 기초자료들을 위의 산출식에 대

입하여 산출된 오염물질별 배출량 결과는 다음 표와 같다.


<표 6-9> 버스별 오염물질 배출량 추정치

구분CO

(g/km)

THC(g/km)NOx

(g/km)

PM

(g/km)

입자개수

(개/km)

CO2

(g/km)NMHC CH4

CNG

현대 4.3831 80.3308 722.9689 290.8737 - 91.10E+945 62,137

대우 5.7152 61.0109 549.0634 332.1435 - 314.55E+945 61,879

평균 5.0449 70.6709 636.0204 311.5086 - 202.83E+945 61,965

경유

현대 74.4180 41.0721 - 932.0508 5.2425 228.61E+4,748 61,621

대우 238.3197 2.0369 - 834.5056 1.7017 302.52E+4,748 62,738

평균 156.3731 21.5549 - 883.2782 3.4721 265.56E+4,748 62,136

경유버스와 CNG 버스에 대해서 각 버스별 오염물질 배출량을 구한 것을

경유버스대비 CNG 버스의 환경성평가를 하기 위해 경유버스 오염물질 배출

량에서 CNG 버스의 오염물질 배출량을 차감하여 각 오염물질에 대한 배출

량 증감을 구할 수 있다.

<표 6-10> CNG NET 배출저감량

구분 COTHC(g/km) NOx

(g/km)PM 입자개수 CO2

NMHC CH4

현대 70.0349 -39.2587 -722.9689 641.177 5.2425 137.51E+3,803 -516

대우 232.6045 -58.974 -549.0634 502.3621 1.7017 -12.03E+3,803 859

평균 151.3282 -49.116 -636.0204 571.7696 3.4721 62.73E+3,803 171

※ 주 : ‘-’는 배출량 증가를 의미함.


2) 환경개선편익 분석

환경개선편익 = NET 배출저감량 × 단위 배출량 편익

※ 단위 배출량 편익 : 오염물질 별 대기오염의 사회적 한계비용

환경개선편익은 CNG 버스 보급사업을 추진하여 CNG 버스가 경유 버

스를 대체함으로 얻을 수 있는 환경적 측면에 대한 유익을 비용으로 환산

하여 계산한 것을 말한다. 따라서 환경개선편익을 구하기 위해서는 환경적

측면의 유익을 비용으로 환산할 수 있는 일정한 기준이 필요하다. 본 연구

와 관련해서는 CNG 버스가 경유 버스를 대체함으로써 얻는 환경적 유익

을 비용으로 환산할 수 있는 일정한 기준이 필요한 것이고 이것을 다르게

말하면 오염물질별 대기오염의 사회적 한계비용이라 할 수 있다. 본 연구

에서 환경성 평가는 교통환경연구소 자료 중, 비규제 물질인 VOC와 입자

개수를 제외한 규제대상 오염물질 6종의 저감량을 이용하였다.

또한 본 연구에서는 대기오염의 사회적 한계비용으로 EC 보고서 자료

의 기준을 이용하였다. 대기오염의 사회적 한계비용을 제시하는 자료는 대

표적으로 가장 많이 이용하는 UNEP과 EC 자료가 있지만, EC에서 제시한

자료는 도시의 인구수를 기준으로 사회적 한계비용을 제시했기 때문에 본

연구에서 이용하였다. EC의 자료는 도시인구수 30만, 50만, 100만, 수백

만에 따라 PM에 대한 사회적 한계비용이 다르다는 것을 제시하고 있는데,

우리나라의 경우 특정 도시에 많은 인구가 밀집되어 있으므로, EC의 자료

를 연구에 적용하는 것이 더 적절하다. 또한 EC의 자료에는 CO에 대한

추정치가 제시되어 있지 않으므로, KAIST가 국내 전문가 설문조사를 통

하여 발표한 5대 오염물질에 대한 상대적 위해도 지수를 바탕으로 CO에

대한 추정치를 적용하였다. KAIST 보고서를 이용하여 HC에 대한 CO의

상대적 위해지수를 이용하여 CO에 대한 추정치를 계산하였다. CH4는 CO2

의 지구온난화지수(GWP, Global Warming potential)를 고려하여 CO2의 21배 산

정하여 계산에 이용하였다.


<표 6-11> 오염물질별 대기위해지수(SO2=1, KAIST)SO2 NOx PM CO HC

1.0 0.97 1.21 0.74 0.86

위 표의 분류는 SO2를 기준으로 한 것이다.

<표 6-12> 오염물질별 대기오염의 사회적 한계비용(2011년 기준)(단위 : 원/kg)

오염물질 UNEP 한계비용 EC 한계비용

PM 35,622408,137(인구 100만)816,274(인수 수백만)

NOx 10,8806,554(인구 100만)

13,108(인구 수백만)

HC 10,8033,276(인구 100만)6,552(인구 수백만)

CO 9,2952,820(인구 100만)5,640(인구 수백만)

CH4 - 433.76

※ 자료 : A. Markandya, Economics of Greenhouse Gas limitation : The Indirect Costsand Benifits of Greenhouse Gas Limitations, UNEP, 1998 KAIST, [청정연료 사용 지역 내에서 지역난방 사용연료의 합목적 선정에 관한 연구], 1998.4 Mike Holland, Paul Watkiss, 2002, "BeTa Version El.02a Benefits Table database : Estimates of the marginal external costs of air pollution in Europe", netcen※ 주 : $1=1,291원, €=1,155원(2001년), 2002년∼2011년 물가상승률(통계청)

CO2에 대한 대기오염의 사회적 한계비용도 EC의 자료에 제시되어 있지

않으므로 탄소배출권 거래가격을 통하여 추정하였다. CO2의 경우 배출권

에 가격을 책정해 상품으로 거래하는 온실가스 중에서도 약 80%정도를

차지하므로 탄소배출권 거래가격을 통하여 추정하는 것이 적절하다. 국제

적으로 이루어지고 있는 탄소배출권에 대한 거래는 2011년 EU 지역에서

전 세계 거래량의 70%를 차지하였으므로, EU 지역의 탄소배출권 거래가

격을 고려하는 것이 타당하다. 유럽 지역의 2011년 탄소배출권 톤당 평균가격

은 13.4유로이며 2011년 평균 유로환율 1,541.42원을 적용하면 EU 지역의 201

1년 탄소배출권 톤당 평균가격은 약 20,655원이다(Kg당 20.655원).


환경개선편익 산출을 위해서는 오염물질별 대기오염의 사회적 한계비용을

경유버스대비 CNG 버스의 오염물질 증감량에 곱하면 버스 1대당 1년 동

안의 경유버스대비 CNG 버스의 환경개선편익이 된다.

버스 1대당 1년 동안 경유버스 대비 CNG 버스의 환경개선 편익 =

오염물질별 대기오염의 사회적 한계비용 × CNG NET 배출저감량

<표 6-13> 경유차 대비 CNG 버스 오염물질 별 연간 저감량

구분 CO NOx PM CO2THC

NMHC CH4

연간 저감 편익

(원/대·년)658,387 5,781,421 2,184,953

3,532,0

05-248,261 -275,863

3) 결과

<표 6-15>에서 확인할 수 있듯이, THC 이외의 오염물질에서 CNG 버

스의 배출량이 경유버스에 비해 적어, 경유버스에 비하여 환경성이 우수한

것으로 실험 결과 나타났다. 이산화탄소, 질소산화물의 배출량이 적고, 온실

가스 배출량이 경유 버스에 비해 적어 지구온난화에 미치는 영향이 적으며,

교통환경연구소의 실험결과에 의하면 나노입자개수의 경우도 CNG 버스가

경유버스에 비하여 저감률이 99.2%로 인구가 밀집되어 있는 도시 등에서

CNG 버스 운행이 인체위해성의 관점에서 보아도 이득인 것을 판단할 수

있다. 또한 미량 유해물질(VOC)의 경우도 CNG 버스가 경유버스에 비해

9.5∼76.7% 적게 배출되어, 환경적으로 CNG 버스가 유리한 것으로 판단

할 수 있다. 경유 버스 대비 CNG 버스의 오염물질별(CO, NMHC, CH4,

NOx, PM, CO2) 환경개선편익을 이용하여 환경성 평가를 한 결과 연간 환


경 편익은 11,632,642원으로 CNG 버스가 경유 버스에 비해 환경성이 우

수한 것으로 나타났다.

4. 경유버스 대비 CNG 버스의 경제성 평가

경유버스 대비 CNG 버스의 경제성 평가는 사회적 편익과 사회적 비용을

고려하여 사회적 편익이 사회적 비용보다 클 경우 경제성이 있는 것으로,

반대의 경우 경제성이 없는 것으로 판단한다. 본 연구에서는 사회적 편익을

경유버스 대비 CNG 버스의 환경편익과 경제적 편익으로 구분하여 산출하

였고, 환경편익과 경제적 편익을 합하여 사회적 편익으로 사용하였다.

다음으로 사회적 비용은 CNG 보급을 위한 정부의 지출을 계산하여 이를

합산 후 사회적 비용으로 사용하였다.

가. NIER 06 모드 적용 시 사회적 편익

1) 평가방법

본 연구에서는 사회적 편익으로 환경편익을 사용하였고, 비 규제 물질인

VOC, 입자개수를 제외한 규제대상 오염물질 중 6종의 경유버스 대비 CNG

버스의 배출 저감량을 편익 분석에 이용 하였다. 연간 환경편익 값은 11,6

32,642원이고, 내구연한 10년(시내버스 법정 내구연한은 9년이고, 6개월

에 한번씩 4번 연장이 가능하므로, 9∼11년이 내구연한, 본 연구에서는 10

년을 내구연한으로 이용) 동안의 연도별 환경편익을 5년 기준 국고채 금리

3.27%(한국은행)로 할인하여 합산한 현재가치를 산출하였다.

본 과제에서는 순현재가치(Net Present Value : NPV)법을 이용하여 내

구연한 동안의 현재가치를 산출한다. 순현재가치법은 사업의 내구연한 동안


발생하는 모든 편익과 비용을 할인율을 통하여 현재가치화한 후 편익의 현

재 가치에서 비용의 현재가치를 차감함으로써 내구년 수 전체에 대한 사업

의 순현재가치를 구하는 방법이다.

t : 현금흐름의 기간

N : 사업 전체 기간

r : 할인율

Ct : 시간 t에서의 순현금흐름

C0 : 투자액(투하자본)

2) 내구연한 동안 사회적 편익

<표 6-14> 내구연한 10년간 오염물질 별 환경편익의 현재가치 합

구분 연간환경편익 할인율 내구연한 내 연도별 현재할인 가치 합

내구연한 편익의

현재가치 합11,632,642원/대 3.27% 101,072,381원/대

경유버스 대비 CNG 버스는 내구연한 10년 동안 대당 현재가치 기준

101,072,381원의 환경편익이 있다.


<표 6-15> 버스별 연비, 주행거리, 연료가격

구분연간주행거리

(km)

연비 연간 연료사용량

경유(km/ℓ) CNG(km/㎥) 경유(ℓ) CNG(㎥)

현대

85,943

3.53 2.40 24,346 35,809

대우 3.46 2.43 24,839 35,367

평균 3.49 2.42 24,626 35,514

나. NIER 06 모드 적용 시 경제적 편익

1) 분석 범위 및 방법

경유버스 대비 CNG 버스 세전가격 기준 버스 연료비 절감 금액을 경제

적 편익으로 분석한다. 연간 주행거리를 기준으로 경유버스 대비 CNG 버

스의 연간 연료비 저감 금액을 구하고, 이를 내구연한 동안 할인하여 합산

한 현재가치를 산출하여 비교한다.

<표 6-16> 연료별 가격 및 연간 연료비 금액

구분 회사 연료가격 연간사용량 연간사용금액(원)

경유현대

998.03(원/ℓ)24,346ℓ 24,298,038

대우 24,839ℓ 24,790,067

CNG현대

635.19(원/㎥)35,809㎥ 22,745,519

대우 35,367㎥ 22,464,765

감소금액현대

·· 1,552,519

대우 · 2,325,302


<표 6-17> 경유버스 대비 CNG 버스 단위거리 당 연료비 절감액

구분 세전 가격 단위거리 당 환산가격

CNG (1) 635.19(원/㎥) 262.47(원/km)

경유 (2) 998.03(원/ℓ) 285.97(원/km)

절감액 (1)-(2) - -23.5(원/km)

※ 주 : CNG 연비 : 2.42(km/㎥)(국립환경과학원 교통환경연구소, 2012)

경유 연비 : 3.49(km/ℓ)(국립환경과학원 교통환경연구소, 2012)

CNG 세전가격 : 2011년 하반기 ∼ 2012년 상반기 CNG 세전가격 평균(한국가스공사,

한국천연가스 차량 협회)

경유 세전가격 : 2011년 하반기 ∼ 2012년 상반기 경유 세전가격 평균(오피넷, 석유정보망)

단위거리 당 연료비 절감액을 구하기 위해서는 경유의 ℓ당 가격이고, CNG의

경우 ㎥당 가격이므로, 이를 직접 비교할 수는 없다. 그러므로 비교를 위해 단위

거리 당 환산 가격을 구하여 이를 이용한다. 연간 주행거리는 85,943km(자동차

주행거리 실태조사, 교통안전공단, 2008. 11)이고, 연간 주행거리와 경유 및 CN

G의 단위거리 당 환산 가격을 이용하여 경유버스 대비 CNG 버스의 연간 연료비

절감액을 구한 결과, 연간 2,019,661원이 절감되는 것으로 나타났다.

2) 분석 결과

CNG는 경유 대비 km당 23.5원 경제적인 연료로 판단되고, 수송용 CNG

시내버스 연료 사용은 경유 대비 대당 연간 2,019,661원의 기회비용 절감

효과를 가져오는 것으로 판단할 수 있다. 연료비의 경우 내구연한의 영향을

받는 요소 이므로, 내구연한 동안 연료비 절감액의 현재가치를 구하여 합산

한 결과 17,548,834원의 연료비 절감이 발생하는 것으로 나타났다.


<표 6-18> 경유 및 CNG 버스 차량가격

구분 가격

현대(뉴슈퍼에어로시티)

경유일반버스 90,160,000원

좌석버스 90,570,000원


좌석버스 108,145,000원

대우(로얄시티(BS106))

경유일반버스 85,660,000원

좌석버스 85,820,000원


좌석버스 107,730,000원

초저상 버스대우(로얄시티(BS106)) 208,500,000원현대(뉴슈퍼에어로시티) 208,996,000원

다. NIER 06 모드 적용 시 사회적 비용(CNG 보급 정부지출)

1) 분석 범위 및 방법

CNG 보급을 위한 직·간접적인 정부 보조금 혹은 정부 지출을 사회적

비용으로 산출한다. 이번 과제에서 서는 CNG 차량구입보조금, 취득세 면

제, 부가가치세 면제, 충전소 융자금 보조, 연료비 보조, 환경개선부담금 면

제 등의 정부 지출을 분석에 이용하였다.

가) 차량구입보조금

CNG 차량구입보조금은 경유버스 대비 CNG 버스의 가격 차이를 지원하

는 것으로, 대당 18,500,000원으로 중앙정부에서 50%, 지방정부에서 50%

지원한다.

나) 취득세

취득세는 차량판매가에서 부가세를 제외한 금액의 2%로, 본 과제에서는

현대자동차 뉴슈퍼에어로시티 판매가격 107,395,000원을 차량판매가격으

로 이용하였다.

※ 자료 : 버스가격 - 현대자동차 홈페이지, 대우버스 홈페이지


<표 6-19> 경유버스 대비 CNG 버스 구입비 차액(단위 : 천원)

구분 일반버스 좌석버스

평균 19,288 19,743

<표 6-21> 연도별 CNG 충전소 융자금 현황

(단위 : 억원)

구분 계 ’00∼’02 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08 ’09 ’10 ’11

융자금 2,276 786 360 244 175 100 61 100 150 150 150

※ 자료 : 환경부, 2011

<표 6-20> 경유버스 취득세 비용(단위 : 원)

경유버스 가격 취득세율 취득세 비용

107,395,000 2% 2,147,900

※ 자료 : 취득세율(지방세법 제 111조)

CNG 버스의 취득세 면제 금액은 2,147,900원이다.

다) 부가가치세

부가가치세는 차량판매가격의 10%이므로, CNG 버스가 면제받는 부가가

치세는 10,739,500원이다.

라) 충전소 융자금 보조

2000년부터 2011년 말까지 충전소 융자금 보조 액은 총 2,276억원이

고, 연평균 융자금 보조금액은 190억원이다.


<표 6-22> 연도별 CNG 충전소 설치 현황(단위 : 기)

구분 계 ’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08 ’09 ’10 ’11

계 420 6 60 104 31 32 25 26 14 24 34 30 34

자료 : 환경부, 2011

<표 6-23> 연도별 CNG 차량 보급현황

(단위 : 대)

구분 계 ’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08 ’09 ’10 ’11

계 29,846 58 686 2,002 1,566 1,850 2,567 3,365 3,292 4,121 4,112 3,275 2,952

버스 28,827 58 686 2,002 1,566 1,809 2,544 3,323 3,109 3,981 3,792 3,126 2,831

청소차 1,019 41 23 42 183 140 320 149 121

※ 자료 : 환경부, 2011

2011년 말까지 충전소 설치 현황은 420기이고, 연평균 32기가 신규로

설치되었다.

2011년 말까지 CNG 차량 보급대수는 버스 28,827대, 청소차 1,019대

로 총 29,846대이고, 연평균 2,296대가 신규 보급되었다.

앞의 CNG 충전소 보조금 현황과 CNG 충전소 보급 현황, 그리고 CNG

차량 보급 현황을 이용하여 대당 융자금 보조금액을 산출한 결과, CNG 버

스 대당 238,186원의 융자금 보조가 발생한 것으로 나타났다. 그리고 이것

을 내구연한 동안 할인하여 현재가치를 구한 후, 합산한 결과 대당 2,069,598원의

정부 지출이 발생하는 것으로 나타났다.


마) CNG 버스 연료비 보조

<표 6-24> 연도별 CNG 버스 대당 연료비 지원 금액(실 집행 비용)

구분 연료비 지원 금액 CNG 버스 대수 대당 연료비 지원 금액

2002년84억원

2,746대1,190,138원

2003년 4,312대

2004년 114억원 6,121대 1,862,440원

2005년 156억원 8,665대 1,800,346원

2006년 194억원 11,988대 1,618,286원

2007년 218억원 15,097대 1,443,996원

2008년 224억원 19,078대 1,174,128원

2009년 212억원 22,870대 926,978원

2010년 170억원 25,996대 653,946원

2011년 172억원 28,827대 596,662원

※ 자료 : 환경부, 2011

CNG 버스 연료비 지원은 2002년∼2011년 말까지 총 772억원이고, 연평

균 86억원의 연료비를 지원하는 것으로 나타났다. <표 6-22>에서 볼 수

있듯이 CNG 버스 보급 대수는 28,827대이고, 2002년∼2011년 연평균 C

NG 버스 당 연료비 지원 금액의 평균은 1,251,880원이다. 이를 내구연한

동안 할인하여 현재가치화 하여 합산한 금액은 10,877,586원이다. <표 6-

22>에서 알 수 있듯이, CNG 버스 연료비 지원 금액은 2002년부터 2011년

까지의 평균 금액이 1,251,880원이나, 2011년 현재 596,662원으로 계속해

서 감소하는 상황이다.


환경개선부담금 = 대당기본부과금액(기준부과금액×부과금산정지수) ×

오염유발개수(배기량기준)×차령계수(차량노후정도)×지역계수(행정구역별)

<표 6-25> 환경개선부담금 산출 요소

기준부과금액 부과금산정지수 오염유발계수 차령계수 지역계수

20,250원 1.854 5.00 0.50 1.53

※ 자료 : 환경부 홈페이지

※ 주 : 부과금산정지수(2011년 기준), 오염유발계수(10,000cc초과), 차령계수(3년미만),

지역계수(특별시)

바) 환경개선부담금 감면비용

환경개선부담금의 경우 환경보전을 위해 특정대상에 부과되는 부과금을

말한다. 저공해 차량의 경우 환경개선부담금이 면제되는데, CNG의 경우 저

공해 차량 기준에 부합하여 환경개선 부담금이 면제되고 있다.

환경개선부담금 산출방법은 배기량 기준으로 차량별, 지역별로 차등 산출

하는데, 기본식은 다음과 같다.

환경개선부담금을 구하기 위해 적용될 수치들은 다음과 같다.

차령계수는 이번시험 차량이 2011년 등록차량들이므로 3년 미만의 기준

을 적용하였다. 현재 09년 이후에 등록한 차량 중, EURO-4 기준 적용 경

유차는 신차등록 시 4년간 환경개선부담금 면제이고, EURO-5 기준 적용

경유 차량의 경우 신차등록 시 5년간 환경개선부담금 면제이고, DPF(배출

가스저감장치) 부착차량은 부착일로부터 3년간 면제이므로, 본 연구에서는

경유버스는 4년간 환경개선부담금 면제 받는 것을 적용하도록 하겠다.

위의 산출요소로 도출한 1년간 환경개선부담금은 버스 대당 143,604원

이고, CNG 버스의 경우 내구연한 동안 할인한 현재가치의 합이 CNG 버스


대당 1,247,775원이다. 경유 버스의 경우 면제 받는 4년 동안 할인한 현재

가치의 합은 경유 버스 대당 547,690원이다.

2) 분석결과

경유버스 대비 CNG 차량 보급에 들어가는 추가적인 정부보조 지출을 대

상으로, 일회성 지원에 해당하는 지출(차량구입 보조금, 취득세 면제, 부가

가치세 면제)의 합과 내구연한 동안 이루어지는 연도별 지출(환경개선부담

금, 융자금 보조, 연료비 보조)의 현재 할인가치를 합한 총 지출액을 환경

개선비용으로 산출한다.

<표 6-26> 순 CNG 보조금(단위 : 천원)

구분차량구입

보조취득세 면제

부가세 면제

융자금 보조

연료비 보조

환경개선부담금면제

총계

CNG 보조금(1)

18,500,000 2,147,900 10,739,500 2,069,598 10,877,586 1,247,775 45,582,359

경유차 보조금(2)

0 0 0 0 0 547,690 547,690

순 CNG 보조금(1)-(2)

18,500,000 2,147,900 10,739,500 2,069,598 10,877,586 700,085 45,034,669

※ 경유버스 대비 CNG 버스 세금감면액 및 경유 버스 유가보조금 미 고려

경유버스 대비 CNG 버스 보급의 사회적 비용은 대당 45,034,669원이다.

라. NIER 06 모드 적용 시 정책의 경제성 분석 결과

<표 6-27> 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 경제성 평가분석(단위 : 원/대)

구분 금액



경제성(1)-(2) 73,586,546


※ 경유버스 대비 CNG 버스 보급은 내구연한 동안 대당 73,586,546원

의 경제성이 있다.

이상까지의 결과로 보았을 때 CNG 보급을 위한 현재 정책은 경제성이

있는 것이므로, 정부가 개입하여 CNG 버스 사업 진행을 유도하는 것이 타

당하다.

제 7 장 결 론

결론 97

제 7 장 결론

CNG 정책에 대한 경제성 평가는 현재 진행되고 있는 CNG 관련정책 추

진의 타당성을 판단하기 위한 정보를 제공한다. 정책의 경제성 평가는 CNG

보급의 사회적 편익과 사회적 비용을 비교하는데, 이번 연구에서는 사회적 편

익으로, 환경오염 저감의 화폐가치, 저렴한 연료사용에 따른 기회비용 저감

등을 분석에 사용하였다. 사회적 비용은 CNG 버스 보급을 위한 공공부문

지출인 환경개선비용을 일컫는 것으로, 이번 연구에서는 차량 구입비 보조,

취득세 면제로 인한 취득세수 손실, 환경개선부담금 손실, 충전시설 지원

등 정부 입장의 손실을 살펴보았다.

사회적 편익이 사회적 비용보다 클 경우 경제성이 있는 것이고, 이는 현

재 수행하고 있는 정책이 타당하다고 판단할 수 있는 내용이며, 반대의 경

우 정책 수행이 타당하지 않다고 판단할 수 있다.

이번 연구에서 CNG 버스 보급정책의 경제성을 판단하였을 경우, 경유버

스 대비 CNG 버스가 73,586,546원의 경제성이 있는 것으로 나타났다.

상기 내용을 표로 정리하면 아래와 같다.


구분 금액



경제성(1)-(2) 73,586,546

본 연구에서는 경제성 분석에 경유와 CNG 유류세 차액과 경유 유가보조

를 고려하지 않았으나, 유류세 차액과 경유 유가보조금을 고려하였을 경우,

연간 버스 1대 당 유류세액 차는 11,821,459원(CNG 세액 : 28.93원/km,

경유 세액 : 166.48원/km)이고, 이를 내구연한 동안 할인한 현재가치의 합


은 102,716,657원이다. 경유버스 유가보조금은 연간 버스 1대 당 9,360,096원

(유가보조금 : 380.09원/ℓ, 경유버스 연간 연료사용량 : 24,626ℓ)이고, 이를 내구

연한 동안 할인한 현재가치의 합은 81,329,874원이다. 이를 모두 고려하였을 경

우, 경유버스 대비 CNG 버스 보급의 사회적 비용은 버스 1대 당 147,751,326

원이고, 사회적 편익은 199,951,089원이다. 경제성 평가의 결과는 경유버스 대

비 CNG 버스 보급은 내구연한 동안 대당 52,199,763원의 경제성이 있는

것으로 나타났다.

위의 내용을 표로 정리하면 <표 7-2>, <표 7-3>과 같다.

<표 7-2> 순 CNG 보조금(유류세, 유가보조금 포함)(단위 : 천원)

구분차량구입보조, 취득세 면제, 부가세 면제,

융자금 보조, 연료비 보조, 환경개선편익 면제유류세 유가보조금 계

CNG 보조금(1)

45,582,359 102,716,657 0 148,299,016

경유차 보조금(2)

547,690 0 81,329,874 81,877,564

순 CNG 보조금(1)-(2)

45,034,669 102,716,657 -81,329,874 66,421,452


구분 금액

사회적 편익(유가보조금 포함)(1) 199,951,089

사회적 비용(유류세 포함)(2) 147,751,326

경제성(1)-(2) 52,199,763

하지만 본 연구에서는 교통세, 주행세, 교육세, 개별소비세 등의 수송용

유류세 부과와 수송용으로서의 CNG 버스 대비 경유버스의 격차를 제거한

유가보조금 지급 목적을 고려할 때, 유류세 차별 및 유가보조를 사회적 비

용에 포함시키는 것은 적절치 않은 것으로 판단하여 유류세 차액과 경유버

스 유가보조금은 분석에 포함하지 않았다.

결론 99

유류세 차액을 분석에 포함하기 위해서는 경유와 CNG의 생산 원료가 동

일해야하고, 이에 따른 생산비용과 운송비용, 또한 같은 원료에서 생산되었

다면, 원료에서 정제되어 사용되는 비율과 수송용으로서 사용하는 비율 등

을 모두 분석에 포함하여야 하지만, 경유는 원유에서 증류되어 얻어지고, C

NG는 천연가스로 동일한 원료에서 얻어지는 연료가 아니므로, 사용 비율

등을 동일한 기준으로 비교하는 것은 문제가 있으므로, 경제성 분석에 포함

시키지 않는 것이 타당하다 하겠다.

유가보조금의 경우도 수송용으로 사용되는 CNG는 비율이 10% 이하로,

동일한 조건에서 경유 버스의 유가보조금을 경제성 평가에 포함시켜 비교

하기는 어려운 상황이므로, 유가보조금 또한 분석에 포함시키지 않았다.

이번 연구 진행 중, 세전 단위 운행거리 당 경유 및 CNG 연료비용을 비

교하였을 때, CNG가 경유 대비 km 당 23.5원 경제적인 연료임에도, 과거

CNG를 수송용 연료로 사용하지 않음으로써 km 당 23.5원의 경제적 기회

비용 손실이 있음을 알 수 있었다.

경제적인 관점에서 본다면, 다른 판단 요소들을 모두 배제하고도, 당연히

상대적 가격이 저렴한 CNG를 차량용 연료로 사용하는 것이 당연하지만,

기존의 CNG 보급정책의 환경·경제성 분석에서는 이러한 수송용 연료시장

왜곡이 간과되었으며, 시장 왜곡 시정에 따른 기회비용 손실 저감액을 환경

편익에 추가하여 판단하는 것이 옳으므로, 연간 2,019,661원의 기회비용 발

생을 환경편익에 추가하여 분석하였다.

경유버스 대비 CNG 버스는 1대 당 73,586,546원의 경제성이 있는 것

으로 나타났고, 이를 바탕으로 현재 수행중인 CNG 정책이 사회적으로 유

용한 것이므로, 정부가 계속해서 개입하여 현재 정책을 수행하는 것이 타당

하다는 것을 알 수 있다.

경유버스의 경우 강화되는 배출물질 규제기준에 따라, 친환경 기술인 NOx

저감기술 개발이 필수적이며, 2014년 EURO-6 기준 경유버스가 출시될 경우 경

유 및 CNG 버스의 환경성 및 경제성에 대한 정밀검토가 필요할 것이다.

또한 향후 EURO-6 기준이 시행될 경우, 현재 시행되고 있는 CNG 보급

정책에 대한 종합적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.

<참고 문헌>

환경부, 2010, 액화천연가스(LNG) 자동차 보급을 위한 타당성 조사 연구

환경부, 2011, CNG 버스 고안전성 연료용기 보급 타당성 조사 연구

지식경제부·환경부, 2008, CNG 자동차 안전성 향상 연구

대한 LNG 협회, 2009, 연료·차량별 배출가스 특성 및 인체위해성 분석

연구

㈜ 디케이텍, 2011, CNG 고안전성 연료 용기 보급 타당성 조사연구 관련

자료

환경부, 2009, 천연가스자동차 보급성과 평가 및 안정적 보급을 위한 합리

적 방안 연구

한국천연가스 차량협회, 2011, 천연가스자동차 보급 10년사

환경부, 2011, LPG 자동차 보급성과 및 추진전략 연구

고려대학교, 2010, 압축천연가스(CNG) 하이브리드 버스 보급 타당성 조사

연구

환경부, 2011, HCNG 자동차 기술개발 동향 및 보급가능성 조사연구

교통안전공단, 2009, 2008년도 자동차 주행거리 실태조사

UNEP, 1998, A. Markandya, Economics of Greenhouse Gas

limitation : The Indirect Costsand Benifits of Greenhouse Gas

Limitations, UN

KAIST, 1998, 청정연료 사용 지역 내에서 지역난방 사용연료의 합목적

선정에 관한 연구

Mike Holland, Paul Watkiss, 2002, BeTa Version El.02a

Benefits Table database : Estimates of the marginal external costs

of air pollution in Europe, netcen

<온라인 자료>

환경부, http://www.me.go.kr/

한국은행, http://www.bok.or.kr/

한국천연가스 차량협회, http://www.kangv.org/

유럽천연가스 차량협회, http://www.ngvaeurope.eu/

아시아천연가스 차량협회, http://www.angva.org/

국제천연가스 차량협회, http://www.iangv.org

위키피디아, http://www.wikipedia.org

현대자동차, http://www.hyundai.com/kr

대우버스, http://www.daewoobus.co.kr

Petronet, http://www.petronet.co.kr

주유소종합정보시스템, www.opinet.co.kr/

Documents

경유 버스 및 CNG 버스 환경·경제성 분석을 통한 CNG 버스 보급 ...webbook.me.go.kr/DLi-File/091/018/005/5553686.pdf · 2015-11-02 · 제 출 문 환경부장관