실 도로 주행조건에서 온실가스 저감기술 효과에 관한 연구

Abstract

Climate change due to increased greenhouse gas emissions threatens the sustainability of the Earth and humanity. It has reached a stage where it should no longer to allowed to increase greenhouse gas concentrations in the atmosphere. In particular, the Climate Change Conventions, which came into effect in March 1994, aims to stabilize greenhouse gas concentrations to a level where humans will not have a dangerous impact on the climate system. Later, in 1997, Kyoto protocol containing specific greenhouse gas reduction obligations was adopted in Kyoto, Japan, and took effect on February 2005. However, there were limitations in that the U.S. which did not ratify the Kyoto Protocol, did not participate in activities during the pledge period, and China and India, which emit a lot of greenhouse gases, were not obligated to reduce their emissions as developing countries. However, a new framework was required to respond to climate change, and finally in December 2015, the Paris Agreement was adopted in Paris, the basis for the new riding system. As such, major countries around the world have set greenhouse gas reduction targets for 2025 or 2030, which is directly linked to the survival of car manufactures. In particular, on the United States, the average greenhouse gas emissions that automakers must satisfy is 163g/mile per industry based on 2025MY, which should be reduced by 87g/mile or about 35% compared to the 2016MY standard, which requires an improvement of 3.5% per year. Usually, car manufacturers release new full-model changes every 5 to 6 years, and to meet greenhouse gas regulations, they need to reduce greenhouse gas emissions by 18 to 21 percent or improve vehicle efficiency. This is very difficult to achieve in an internal combustion engine-based vehicle. Therefore, auto manufacturers are actively applying so-called off-cycle technologies to receive separate credits because it is difficult to directly achieve enhanced regulations on Greenhouse gas (GHG) and Corporate average fuel economy (CAFE). Therefore, auto manufacturers have a very high economic value, such as using off-cycle credits to fill out the lack of regulation or transfer to other manufacturers for a certain amount of money. Off-cycle technologies can be quantitatively evaluated with some CO2 reduction effects even in authentication test mode, but the effect on real road condition is not clearly known. This is because the actual real road conditions are exposed to various environmental conditions such as the weight of the vehicle, the operation of various air conditioning/electric devices, and the driving habits of the consumer are also varied. It would be virtually impossible to examine the effectiveness of greenhouse gas reduction techniques in light of all these factors. Therefore, in general, the effect of the greenhouse gas reduction technologies was evaluated for the 5 typical fuel economy/emission test modes of North America, and the credits were calculated by the difference between the greenhouse gas reduction effect under the 5 test modes (5cycle) and the previous 2 test modes (2cycle). This is because the 5 test modes reflect some of the actual driving conditions of consumers, as they include all the operating conditions of urban and rural roads, high-speed high loads, low temperatures, and high-temperature air conditioning. However, it is still hard to be sure that the number of credits produced is considering the actual driving conditions of consumers. Since it was difficult to identify driving conditions of consumers in such previous studies, the off-cycle credit effect was calculated or predicted mainly in laboratory conditions. In this study, a sport utility vehicle equipped with a 2.0liter gasoline turbo engine heading for North America was tested for 5 cycles of fuel economy to derive off-cycle credits. In order to analyze driving data of actual U.S. consumers’ driving condition, driving data obtained through telematics services were used to identify fuel economy trends in real road driving conditions, and a methodology for calculating off-cycle credit effects of greenhouse gas reduction technologies specified in the regulation were presented, and the calculated reduction effect was compared with the credit amount specified in the regulation.|온실가스 배출증가에 따른 기후변화는 지구와 인류의 지속 가능성을 위협하고 있으며, 대기 중의 온실가스 농도가 더 이상 증가하는 것을 억제하여야 하는 단계에 이르렀다. 특히 1994년 3월에 발효된 기후변화협약은 이러한 인류의 의지를 담아서 인간이 기후 체계에 위험한 영향을 미치지 않을 수준으로 온실가스 농도를 안정화시키는 것을 목표로 하고 있다. 이후 1997년 일본 교토에서 구체적인 온실가스 감축 의무를 담은 교토 의정서가 채택되었고 2005년 2월에 발효되었다. 하지만 교토의정서를 비준하지 않은 미국 등이 공약기간 활동에 불참하고 온실가스를 많이 배출하는 중국, 인도 등이 개발도상국으로서 감축 의무가 없다는 점에서 그 한계가 있었다. 하지만 기후변화에 대응하기 위한 새로운 체제가 요구되었으며, 마침내 2015년 12월 파리에서 신 기후 변화 방지 규제의 기반이 되는 ‘파리협정’이 채택되었다. 이처럼 세계 주요국들은 2025년 혹은 2030년 시점을 목표로 온실가스 감축목표를 설정하였고, 이에 따라 자동차 제조사들의 생존과 직결되는 상황에까지 이르게 되었다. 특히 미국의 경우 자동차 제조사가 만족해야 하는 온실가스 배출량은 2025MY(Model Year)기준 산업평균 163g/mile 수준이며, 이는 2016MY 기준치 대비 87g/mile이 적은 수준으로 약 35%를 저감 시켜야 하는 양이며, 이는 연간 3.5% 수준의 개선을 요구한다. 통상 자동차 제조사들은 5~6년 주기로 풀 모델 체인지 신차를 출시하고 있으며, 온실가스 규제를 만족하기 위해서는 18~21% 수준의 온실가스 저감 혹은 차량 효율을 개선시켜야 한다. 이러한 목표치는 내연기관 기반의 차량에서는 달성하기 매우 어려운 수준이다. 따라서, 자동차 제조사들은 강화된 GHG(Greenhouse gas)/CAFE(Corporate average fuel economy) 규제를 직접적으로 달성하기 어렵기 때문에 별도의 크래딧(Credit)을 받기 위해 이른바 오프사이클 기술(Off-cycle technologies)을 적극 적용하고 있다. 자동차 제조사들은 이러한 오프사이클을 활용하여 규제 미달분을 채우거나, 아니면 다른 제조사에 일정 금액을 받고 이전하는 방법 등을 검토하고 있으므로 그 경제적 가치가 매우 높다고 할 수 있다. 오프사이클 기술은 인증모드에서도 일부 CO2 저감효과를 나타내며 정량적으로 평가가 가능하지만, 실제 도로상에서의 효과에 대해서는 명확하게 알려지지 않았다. 그 이유는 실제 도로 주행 조건은 여러 환경조건에 노출되고 있으며, 차량의 중량과 각종 공조/전기장치 작동 및 소비자의 운전 습관 또한 매우 다양하기 때문이다. 이러한 모든 요인을 고려하여 온실가스 저감기술의 효과를 검토하는 것은 실제적으로 거의 불가능할 것이다. 이에 대한 보완책으로 통상적으로는 북미의 대표적인 5개 연비/배출 시험모드에 대해서 온실가스저감 기술의 효과를 평가하고, 5개 시험모드(5사이클) 조건과 기존의 2개 시험모드(2사이클) 조건에서 온실가스 저감효과의 차이를 이용하여 크래딧을 산출하였다. 왜냐하면 북미 5개 시험모드는 도심, 국도, 고속고부하, 저온, 고온에어컨과 같은 작동 조건을 모두 포함하기 때문에 어느 정도 실제 소비자의 운전조건을 일부 반영하고 있기 때문이다. 하지만 여전히 이렇게 산출된 크래딧량이 실제 소비자 주행조건을 모두 다 고려하고 있다고 확신하기는 어렵다. 이와 같이 기존 연구에서는 소비자의 주행조건을 파악하기가 어려웠기 때문에 주로 시험실 조건에서 오프사이클 크래딧 효과를 산출하거나 예측하였다. 본 연구에서는 북미용 2.0리터 가솔린 터보 엔진이 탑재된 스포츠 유틸리티 차량(Sport utility vehicle)에 대해 5사이클 연비시험을 통해 오프사이클 크래딧량을 도출해 보았으며, 실제 소비자 운전조건의 주행데이터를 분석하기 위해 탤래매틱스(Telematics) 서비스를 통해 입수된 동일 사양 차량의 주행 데이터를 활용하여 실 도로 주행조건의 연비(Fuel economy) 경향을 파악하였다. 또한, 법규로 지정된 온실가스 저감기술의 오프사이클 크래딧 효과를 산출하는 방법론을 제시하고, 이렇게 산출된 저감효과를 법규로 지정된 크래딧량과 비교하여 실 도로 상에서의 실질적인 온실가스 저감기술의 연비 효과를 파악하였다.