Determination of Vehicle Emission Factors in Tunnel Environment Based on Mobile Measurement

Abstract

차량 배출은 도시 지역의 주요 대기 오염원 중 하나이며, 특히 질소산화물(NO+NO2; NOx)과 휘발성유기화합물(Volatile organic compounds; VOCs)은 대류권 화확과정에서2차 유기 에어로졸(Secondary organic aerosol; SOA) 및 오존 생산의 핵심 전구체로 작용한다. 차량의 배출가스의 연구를 위해 수십년전부터 여러 연구가 진행되었으며, 실 주행 조건 차량의 배출계수 산정을 위해 터널에서의 차량 배출계수 산정 연구는 과거부터 많은 연구가 수행되었다. 터널 내 오염물질의 농도 및 조성은 국가별 차량 조성과 주행 환경에 영향을 받기 때문에 국내 조건에 맞는 상세 배출계수 산출이 필요하다. 터널 내 오염물질은 외부오염원과 광화학반응을 제외한 터널을 통행하는 차량의 배출에 의해서만 영향을 받는다. 특히 차량의 실 주행조건에서 다양한 종류의 차량이 혼합된 환경에서 배출되는 물질을 분석할 수 있는 장점이 있다. 국내에서는 배출계수 산정을 위한 몇몇의 연구가 진행된 바 있으나, 대부분 수도권 지역에 집중되었고 고정관측으로 낮은 시간 해상도의 자료만이 분석에 사용되었다. 본 연구는 부산광역시 동구에 위치한 수정산터널에서 2019년 12월 10일, 11일, 26일, 27일 총 4일간 이동식 실험실을 이용하여 터널 내 오염물질을 총 12회 반복 측정하였다. 실시간정량분석이 가능한 선택적다중이온질량분석기(Selected ion flow tube-mass spectrometry; SIFT-MS) 를 이용하여 휘발성유기화합물 49종의 농도를 동시 측정하였고, 그 외 다른 장비를 이용하여 PM10, PM2.5, NOX, SO2, O3, CO2, CH4 등의 물질을 실시간으로 연속 측정 하였다. 기존의 터널 연구에서 사용되는 배출계수 산정식은 터널 내 두 지점간의 농도 차이를 이용하거나 터널 내·외부의 농도 차이에 의해 계산된다. 하지만 이 방법은 지점의 선정 방법에 따라서 배출계수가 과소·과대 평가될 가능성이 존재한다. 본 연구에서는 이동 관측을 이용해 터널 내 농도 구배를 이용해 기존의 식을 수정하여 배출계수를 산정하였다. 이전의 터널 연구들에서 사용되는 고정 관측도 함께 수행되었으며, 본 연구에서 실시한 이동 관측의 결과와 비교하였다. 농도 자료 이외에 배출계수에 영향을 주는 변수인 터널 내 수평 풍속, 터널 단면적, 차량 통행량 등의 자료를 수집하여 최종 결과를 도출하였다. 평균배출계수는 CO2 (149,053 mg·km-1·veh-1), NO (379.92 mg·km-1·veh-1), NO2 (55.49 mg·km-1·veh-1), SO2 (29.15 mg·km-1·veh-1) 순으로 높게 나타났다. ∑VOCs의 평균배출계수는 16.66 mg·km-1·veh-1 이었고, 그중 alkane 그룹이 70.8%로 대부분을 차지하였다. Ethane의 평균배출계수는 7.69 mg·km-1·veh-1로 휘발성유기화합물 개별 물질 중 가장 높았다. 본 연구를 통해 산정된 배출계수는 차량 구성, 터널 길이 등 조건이 상이한 이전의 터널 연구 결과와 비교를 통해 터널 내 조건에 따른 배출 특성에 대해 논의하였다.