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독소를 깨끗하게, 자동차 촉매란?

2020-11-27 오전 10:42:55
사람이 음식을 먹으면 소화 과정을 거치며 에너지로 활용한다. 여기에서 발생하는 독소는 적절하게 처리돼 몸 밖으로 배출된다. 자동차도 이와 비슷한 과정을 거친다. 연료를 폭발시켜 에너지를 얻으면 환경과 인체에 유해한 성분이 발생하게 되는데, 이것을 처리하기 위한 장치가 필요하다.

가솔린과 디젤 관계 없이 연료가 불에 타면 다양한 오염 물질이 만들어진다. 연료가 불완전 연소돼 발생되는 일산화탄소(CO), 연료가 타고 남은 찌꺼기인 탄화수소(HC), 고온의 연소실 내부에서 산소와 질소가 결합해 만들어지는 질소산화물(NOx) 등이 그것이다.

이러한 나쁜 물질들을 바꿔 주는 역할을 하는 것이 바로 촉매다. 촉매는 자신은 변하지 않지만 주위의 화학 반응을 촉진시키는 물질이다. 이 장치를 촉매 변환기라고 한다.

촉매 변환기 내부에는 금속판들이 촘촘하게 격자 형태로 배치된다. 이 금속 판에 촉매 물질이 있다. 촉매 변환기를 통과한 배출가스는 일산화탄소와 탄화수소, 질소산화물이 화학 반응을 일으켜 이산화탄소와 물, 질소 등으로 나뉜다. 3가지 물질을 처리하기 때문에 보통 3원촉매라고 부른다.

대기오염 물질의 비율은 산소의 양으로 추정할 수 있다. 그래서 배기 통로에 산소 센서를 장착하고 이 정보를 바탕으로 컴퓨터가 연소 상태를 최적으로 제어한다.

의외로 촉매는 온도가 너무 낮아도, 너무 높아도 효율이 떨어진다. 그래서 엔진이 식은 상태에서는 연소실에서 폭발이 이뤄진 가스를 빨리 내보내 온도를 빠르게 올리는 기술이 상용화됐다. 반대로 너무 뜨거워져도 제 역할을 못하기 때문에 온도센서를 통해 적절한 온도로 통제한다.


디젤엔진은 더 많은 촉매들이 장착된다. 디젤기관 특성상 효율을 낮추면 배출가스가 줄어들고 효율을 높이면 배출가스가 많아진다. 효율을 높이는 대신 다양하게 발생하는 배출가스들을 몇 단계에 걸쳐 처리한다는 개념이 후처리 시스템이다.

촉매는 값비싼 물질로 이뤄진다. 백금과 로듐, 팔라듐 등을 사용한다. 차종마다 상이하지만 많게는 2g까지 들어있다. 때문에 일부 국가에서는 촉매 도난 사건도 종종 발생한다.

오토뷰 | 김선웅 기자 (startmotor@autoview.c)
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