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전 세계적으로 교통부문에서 발생하는 미세먼지 배출량은 1990년 이래 지속적으로 증가하는 추세이며,¹⁾ 이는 물류 활성화, 경유 승용차 시장 확대 등에 따른 경유 소비량 증가가 주된 요인으로 판단된다.²⁾ 경유는 휘발유 등 타 연료 대비 저렴한 장점으로 화물차, RV(Recreational Vehicle) 등에서 주로 소비되고 있으며, 특히 중대형 화물차는 약 90% 이상이 경유를 사용하기 때문에 경유차에서 발생하는 미세먼지 배출 비중 역시 중대형 화물차가 타 차종 대비 크다.

국내 초미세먼지 농도 역시 2015년 26 ㎍/㎥에서 2018년 23 ㎍/㎥로 유사한 수준을 보이고 있어³⁾ 농도가 높아지고 있지는 않으나, 최근 고농도 미세먼지 사례를 감안한다면⁴⁾ 지속적인 저감 노력이 필요하다. 특히 교송부문의 경우 인구밀도가 높은 수도권에서 초미세먼지 배출 비중은 총 배출량 대비 약 18%이며, 미세먼지 2차 생성 기여도가 큰 질소산화물의 경우는 약 32%로 가장 높은 특성을 보인다.⁵⁾ 또한 차종별로는 초미세먼지와 질소산화물 모두 화물차, RV의 배출 비중이 상대적으로 큰 특성을 보인다.

국내에서는 교통부문 미세먼지 관리를 위하여 제작차 및 운행차 배출허용기준, 자동차 평균에너지소비효율기준 및 온실가스 배출허용기준, 운행차 배출가스 저감사업, 환경친화적 자동차 보급 등 다양한 제도 및 정책을 추진하고 있다. 특히 국내 자동차 배출허용기준은 국외 대비 상당히 높은 수준이기 때문에 기준 자체를 강화하기에는 한계가 있다.

또한 신규 제작차의 자동차 검사 유효기간이 1년∼4년이고 자동차 보유기간이 평균 10년 이상이라는 점을 감안한다면 자동차 보유기간 동안 운행차를 제대로 관리하는 것이 매우 중요하다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 미세먼지 배출 비중이 큰 화물차에 대한 매연 배출 모형을 추정하고, 이를 토대로 경유 화물차의 관리 방안을 검토하고자 한다. 매연 배출 모형은 이항로짓모형을 기반으로 추정하였으며, 모형 추정을 위한 자료는 2018년 기준 자동차 종합검사 결과를 활용하였다.

국내 운행 경유차 배출가스 관리와 관련된 국내･외 선행연구는 다음과 같다. 국내의 경우 홍정호･박호정(2008)은 수도권 대기오염 개선을 위한 운행 경유차 배출가스 저감사업의 사회적 경제성을 2005년과 2006년의 감축 실적에 근거하여 평가하였으며, 정석철(2010)은 서울시를 중심으로 운행 경유차 배출가스 저감사업의 시행 효과를 분석하였다. 또한 김철희 등(2011)은 수집 가능한 측정망 자료를 토대로 운행 경유차 배출가스 저감사업의 효과를 해석하였으며, 박호정･홍종호(2014)는 주요 차량 배출가스 저감장치의 유효성을 비교 분석하여 수도권 운행 경유차 배출가스 저감사업의 효과를 검토하였다.

김종원･강광규(2015)는 노후 경유차의 조기폐차 유도 확대를 위한 조기폐차 보조금 지원 제도 개선방안을 검토하였으며, 이규진 등(2015)은 교통수요모형과 다기준의사결정기법을 연계하여 국내 자동차 배출가스 저감 정책을 평가하였다. 김운수･강정아(2015)는 경유차의 배출특성을 분석하여 운행 경유차에 대한 관리 방향을 제시하였다.

길지훈 등(2017)은 노후 경유차의 질소산화물 배출 특성을 분석하고, 해당 결과를 근거로 조기폐차 사업 확대에 대한 타당성을 검토하였으며, 최성규(2019)는 시계열 분석을 통하여 노후 경유차에 부착되는 배출가스 저감장치의 효과를 검토하고, 이를 토대로 해당 장치의 성능 변화 모형을 제시하였다.

한편, 국외 관련 선행연구는 주로 배출가스 저감장치 효과를 분석한 사례가 주를 이루며, 특히 미세먼지를 저감하는 DPF와 질소산화물을 저감하는 SCR를 부착한 차량이 오염물질별 배출허용기준을 얼마나 만족하는가를 분석한 사례가 대부분이다(Herner et al., 2009, 2011; Millstein et al., 2010; Dallmann et al., 2011; Misra et al., 2013).

또한 Barone et al.(2010)은 통학버스의 미세먼지 저감을 위한 DPF 부착 효과를 장치 저감 전과 후를 비교하여 검토하였으며, Czerwinski et al.(2014)는 대형 차량을 대상으로 PM･NOX 동시저감 장치의 성능 수준과 장치 부착 효과를 검토하였다. Guan et al.(2014)과 Feng and Lü(2015)는 교통부문 질소산화물 저감을 위한 SCR 장치의 전반적인 기술 수준 동향을 검토하였으며, Quiros et al.(2016)는 대형 화물차의 연료별(경유(SCR 부착), 천연가스, 경유 하이브리드) 실도로 질소산화물 배출량을 비교하였다.

Kubsh(2017)는 경유차의 배출가스 저감 장치 기술과 도로 및 비도로 교통수단에 대한 부착 효과를 검토하였으며, Giechaskiel et al.(2018)과 Giechaskiel et al.(2019)은 각각 Euro 5 수준의 경유 승용차, Euro 6b 수준의 경유 승용차를 대상으로 SCR 부착 유무에 따른 질소산화물 배출량 변화를 검토하였다. Lathia and Dadhaniya(2019)는 미국, 중국, 독일 등 주요 선진국의 배출가스 저감사업을 토대로 인도의 여건에 적합한 자동차 배출가스 저감사업의 방향을 제시하였다.

이상의 선행 연구를 검토한 결과 대부분의 연구가 운행차 배출가스 저감사업의 효과 평가, 배출가스 저감장치의 성능 및 효과 평가에 초점이 맞추어져 있으며, 운행차 배출가스 관리 개선을 위한 연구는 미비한 것으로 검토되었다. 특히, 국내의 경우 본 연구에서와 같이 특정 차종의 매연 배출 특성을 모형화한 사례가 전무하다는 점에서 교통부문의 오염물질 저감 정책 수립을 위한 학술적 기초연구가 시급한 것으로 판단된다.

모형에서 검토된 바와 같이 화물차의 오염물질 저감을 위해서는 차량의 연식, 배출가스 저감장치 부착, 총 주행거리 등에 대한 관리가 필요하다. 이 중 차량의 연식과 배출가스 저감장치 부착에 대해서는 ｢대기환경보전법｣, ｢대기관리권역의 대기환경개선에 관한 특별법(이하 대기관리권역법)｣에 따른 운행차 배출가스 저감사업에서 특정경유자동차에 대한 저공해조치(조기폐차 포함)로 관리를 하고 있다. 특히, 최근 시행된 ｢대기관리권역법｣에 따라 공간적 범위가 수도권에서 전국으로 확대된 바, 운행차 배출가스 저감사업의 실효성 제고를 위해서는 동 사업에 대한 개선이 필요하다.

우선 저공해 조치 및 조기폐차 대상에 대한 선택과 집중이 필요하다. <표 11>과 같이 차종별 배출량 원단위는 화물차, 승합차 등의 순으로 크게 나타나며, 이는 운행차 배출가스 관리가 화물차, 승합차 등의 순으로 집중되어야 함을 의미한다. 특히 화물차의 경우 소형 톤급은 전기, LPG와 같은 대체연료 시장이 이미 형성되어 있고 유동인구가 많은 도심에서의 통행 빈도가 높기 때문에 가급적 조기폐차 위주로 배출가스 저감사업을 추진할 필요가 있다.

중･대형 톤급은 아직까지 대체연료 시장이 형성되지 않았기 때문에 저공해 조치 위주로 배출가스 저감사업을 추진하되, 대체연료 시장이 형성되는 시기부터는 조기폐차 비중을 단계적으로 높일 필요가 있다. 저공해 조치 중에서는 경유차가 미세먼지 2차 생성 기여도가 높은 질소산화물 배출이 많은 특성을 감안하여 미세먼지와 질소산화물을 모두 저감할 수 있는 PM･NO_X 저감장치 비중을 높여야 하며, 중･대형 톤급이라 하더라도 노후 차량에 대해서는 조기폐차 후 신차를 구매하도록 유도해야 한다.

조기폐차의 경우 조기폐차 이후 구매하는 차량에 대한 기준을 마련하여 동 사업의 실효성을 높일 필요가 있다. 현행 사업에서는 소형 톤급과 중･대형 톤급 모두 조기폐차 이후 각각 LPG 화물차, Euro 6 기준 경유 화물차를 신차로 구매할 경우 조기폐차 보조금 외 추가 지원을 하여 조기폐차 이후 신차 구매를 유도하고 있다. 그러나 대부분의 화물차주가 차량가격 부담 등으로 중고차를 구매한다는 점을 감안한다면 조기폐차 이후 어떤 중고차를 구매하도록 하는가는 조기폐차 사업의 실효성 제고 측면에서 반드시 고려할 사항이다. 현행 조기폐차 사업은 특정경유자동차 배출허용기준을 만족하지 못하는 차량을 가급적 빨리 줄이는 것이 목적이며, 이를 위해서는 조기폐차 이후 차량 구매의 기준을 LPG 화물차 또는 Euro 4 기준 이상 경유 화물차로 제한하는 것이 바람직하다.

저공해조치의 경우 <표 9>, <표 10>에서 검토한 바와 같이 배출가스 저감장치를 부착했는데도 자동차 검사에서 불합격하는 사례가 적지 않기 때문에 해당 조치에 대한 사후관리도 강화되어야 한다. 특히 현행 법령에서는 저공해 조치 이후 저공해 장치(배출가스 저감장치, 저공해 엔진)의 보증기간 동안 특정경유자동차 검사를 면제해 주고 있으나, 차량 운행 조건에 따라 저공해 장치가 파손되는 경우는 언제든지 발생할 수 있기 때문에 저공해 장치의 보증기간에 상관없이 특정경유자동차 검사를 받아야 한다.

또한 제1종 배출가스 저감장치의 저감 성능 유지를 위해서는 클리닝 작업이 필수이기 때문에 배출가스 저감장치를 부착한 차량에 대해서는 클리닝 작업 유무에 대한 모니터링을 통하여 의무적으로 클리닝 작업을 받도록 관리할 필요가 있다. 현행 클리닝 신청 절차는 차주가 클리닝센터 또는 장치제작사에 신청하는 방식이나, 최근 저공해 조치는 대부분 제1종 배출가스 저감장치이고 클리닝 작업 주기가 연간 1회라는 점을 감안한다면 특정경유자동차 검사를 포함하는 자동차 종합검사에서 클리닝 작업과 모니터링을 병행하는 것도 저공해 조치를 받은 차주의 불편함을 최소화하면서 클리닝 유무를 효율적으로 관리하는 방안으로 검토가 가능하다.

한편, 총 주행거리는 비사업용 대비 사업용 화물차가 상대적으로 길기 때문에⁸⁾ 본 연구에서는 사업용을 중심으로 총 주행거리 관리 방안을 검토하였다. 특히, 사업용 화물차는 업종 특성상 공차 통행이 발생하는 통행특성을 가지기 때문에 사업용 화물차의 총 주행거리를 줄이기 위해서는 적재 통행 뿐 아니라 공차 통행에 대한 고려도 필요하다. 화물차의 운행을 효율화하기 위해서는 공차 통행에 대한 실시간 정보 공유가 확대되어야 한다. 국내에서는 이미 정부 주도로 종합물류정보망사업을 추진하면서 화물운송정보시스템 상용서비스를 실시하고 있다. 해당 서비스에서 공차 차량에 대한 주선서비스를 강화하여 차량의 운행 효율성을 높일 필요가 있다.

본 연구에서는 교통부문에서 미세먼지 배출 비중이 큰 경유 화물차를 대상으로 자동차 종합검사 합격 유무에 따른 매연 배출 모형을 추정하고, 이를 토대로 경유 화물차 오염물질 저감 방안을 검토하였다. 모형 추정 결과 경유 화물차의 자동차 종합검사 합격에 영향을 미치는 요인은 차량의 업종, 등록지, 연식, 총 주행거리, 배출가스 저감장치 유무로 나타났으며, 해당 요인 중 연식, 총 주행거리, 배출가스 저감장치 유무를 중심으로 현행 관련 정책의 개선 방향을 제시하였다.

특히 본 연구에서 제시한 개선 방향과 함께 화물차의 오염물질 저감을 위해서는 경유 화물차의 대체연료 전환이 원활하게 이루어질 수 있도록 관련 제도 개선이 시급하다. 소형 톤급의 경우 LPG로, 중･대형 톤급의 경우 LNG로 전환을 유도하는 방향으로 화물차 지원 정책을 펼칠 필요가 있다. 또한 국내에서도 전기 및 수소 화물차의 출시가 가시화되고 있는 만큼 해당 차량이 화물차 시장에 안정적으로 보급될 수 있도록 중장기적 관점에서의 지원과 정책이 병행되어야 한다.

한편 본 연구에서 검토한 자동차 종합검사 자료는 시계열 자료가 아니기 때문에 검사 결과 및 모형 추정 결과 해석에 다소 한계가 있다. 모형 추정 결과의 신뢰성을 높이기 위해서는 가급적 화물차 모집단 수준의 시계열 자료를 활용하고 보다 다양한 변수를 고려해야 할 필요가 있다. 또한 자동차 종합검사 자료 외 자동차 배출가스 등급제 등의 자료와 연계하여 모형을 추정할 경우 보다 유의미한 결과 도출과 정책 개선 방향 제시가 가능할 것으로 판단되며, 변수별 배출 기여도 검토도 병행되어야 할 필요가 있다.

이 외에도 현행 저공해조치를 받은 차량은 특정경유자동차 배출허용기준에 따라 관리가 되기 때문에 노후된 저공해조치 차량은 그렇지 않은 차량 대비 매연기준이 완화되는 왜곡된 결과를 보일 뿐 아니라, 현행 매연기준으로는 특정경유자동차 중 저공해조치를 받은 차량과 그렇지 않은 차량 간 차이가 없기 때문에 저공해조치에 대한 실효성이 떨어지는 결과가 발생할 수 있다. 이러한 관점에서 향후 어떠한 방향으로 저공해조치 차량에 대한 관리가 이루어져야 하는지에 대한 연구도 진행되어야 할 필요가 있다.