SCR

한국어로 쓰면 조금 복잡한데 "촉매에 의한 (오염물질의) 선택적인 환원"이다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 오염물질이 많이 나오는 환경 친화적이지 못한 엔진이라는 이미지가 강한데, 특히 질소산화물(NOx)과 미세먼지(PM)가 가장 큰 문제다. 게다가 질소산화물을 줄이면 미세먼지는 증가하고, 미세먼지를 줄이면 질소산화물이 늘어나는 인과관계가 있어[1] 디젤 엔진은 환경오염의 주범으로 지목되기까지도 했다.

디젤 엔진에서 질소산화물과 미세먼지를 줄이기 위한 노력은 꾸준히 이어져 왔는데, 먼저 EURO 3 규격의 핵심인 CRDi 기술은 불완전 연소를 줄여주고 출력도 높여 주었지만 오염물질 배출을 획기적으로 줄이지는 못했다. 그래서 EURO 4 이후 규격에는 오염물질을 더욱 적극적으로 제거하기 위한 방법을 쓰기 시작했는데, 대표적인 추세가 SCR과 EGR, 그리고 DPF다. 이 중 SCR과 EGR은 질소산화물에 대응하는 것이며, DPF는 미세먼지에 대응한다. SCR은 처음부터 연료의 완전연소를 추구하며 화학적인 방법으로 오염물질을 무해화하는 방법이며, EGR과 DPF는 엔진의 개량 없이 오염물질을 포집하고 태워 무해화하는 방법을 쓴다. EGR과 DPF에 대한 자세한 사항은 각각 해당 문서를 참고할 것.

SCR은 EGR 적용 엔진과 달리 처음부터 엔진에 공급하는 산소 농도를 높이고 폭발 온도 역시 의도적으로 높인다. 이렇게 하면 미세먼지를 비롯한 매연 그 자체는 줄어들지만 질소산화물은 매우 많이 나오게 되는데, 이 질소산화물을 중화하는 것이 핵심이다. 질소산화물을 줄이는 데는 요소수를 쓰는데, 보통 요소를 30% 농도로 물에 희석한 것으로 질소 산화물을 환원시키는 역할을 한다.[2] 이것을 촉매로 배기가스에 뿌려주면 요소(NH₂CONH₂)는 질소산화물(NO_X)과 반응하여 질소(N₂)와 수증기(H₂O) 그리고 이산화탄소(CO₂)로 바뀌게 된다.

요소수가 오줌과 성분이 비슷하다는 말이 있는데 오줌은 약 94%가 물이고 나머지 6%를 구성하는 여러가지 성분(요소, 요산, 나트륨, 호르몬, 죽은 세포, 해독하지 못한 암모니아 등등) 중 간이 암모니아를 해독하면서 나온 부산물인 요소가 차지하는 비중은 절반을 넘는 4% 가량. 하지만 요소수는 불순물을 거르고 물(정제수)과 순수한 요소를 혼합(애드블루 기준은 요소농도 32.5%)한 물건이므로 요소수 주입구에 진짜 오줌을 넣는다면 요소 이외의 다른 불순물 때문에 SCR이 망가지는 상황이 벌어질 수 있다.

SCR을 사용하는 디젤 엔진이 EGR에 비해 갖는 장점은 연비가 좋고 엔진이 오랫동안 청정하다는 점이다. EGR 시스템은 엔진 자체의 개량이 없을뿐더러 한번 태운 배기가스와 블로우 바이가스(흔히 현장에서 말하는 나마가스-엔진 내부에서 발생한 연소가스라고 하여 나마가스, 나막가스 등의 발음으로 불린다. 한본어.)가 다시 흡기라인으로 이동하면서 흡기라인에 엄청난 수준의 검댕(Soot)이 쌓이게 되는데, 단순한 연비저하의 문제가 아니라 전체 흡기량, EGR 리턴량 등을 계산하기 힘들게 되어 결국 흡기된 공기의 정확한 양을 측정할 수 없게 하고 불완전 연소를 더 심하게 일으키게 만들며, 이게 또 DPF와 흡기관을 급속히 오염시키는 악순환을 겪게 된다. 결국 DPF 막힘이나 과다 매연, 출력저하로 꽤 많은 돈을 깨먹게 되는 것. 하지만 SCR은 엔진 자체가 완전연소에 최대한 근접하게 되어[3] 자체적으로 연비가 좋아질뿐더러 오염물질 중화에 추가 연료를 쓰지 않으니 연비 개선에 효과가 있다. 화학적인 촉매가 아닌 기계적인 수단에 의존하는 EGR에 비해 환경 개선 효과도 상대적으로 큰 편.

하지만 SCR은 촉매로 요소수를 필요로 하며 늘 이것을 보충해줘야 한다. 보통 연료량 대비 5~7% 정도의 요소수를 쓰는데, 연료만큼 자주 보충을 해줘야 한다.[4] 연비가 좋다고 해도 요소수에 돈이 들어가는 만큼 총 경제성을 따지면 EGR 시스템보다 훨씬 좋다고 하기도 어렵다.계륵 2015년 3월을 기준으로 평균적으로 주유소에서 파는 요소수 1L는 1,000원 정도. 요소수는 주유소 이외에도 파는 곳이 있고, 심지어 인터넷 쇼핑몰에서도 주문할 수 있다. 하지만 정작 가장 요소수 보충이 쉬운 주유소에서는 파는 곳이 생각만큼 많지는 않다. 대도시 시내에서는 요소수를 취급하는 주유소가 많은 편은 아니며, 보통 고속도로 휴게소나 국도변 주유소에 많다. 요소수를 취급하는 주유소는 보통 입구에 요소수 취급 안내 간판이 붙어 있다. 주유소를 갔는데 웬 화장실 냄새나는 물을 판다는 글을 보고 이상하다고 생각했다면 이제 오해를 풀 때다.

그렇다고 요소수를 충전하지 않으면 장기적으로 SCR장치에 문제가 생겨 연비나 출력이 오히려 떨어진다. 심지어는 요소수가 거의 없으면 제조사에서 시동은 걸리지만 출력제한이 걸려 차가 안나가게 하거나 시동이 아예 걸리지 않게 한다. 그렇다고 충전하지 않고 계속 버티면 후처리 장치가 박살날 수도 있고 박살났을 경우 돈 엄청 깨진다. 꼼수로 물을 넣으면 된다는 잘못된 정보가 있으나 그렇게 하면 큰일난다. SCR 후단에 있는 NOx 센서가 요소수 분사를 했는데도 NOx 레벨이 줄어들지 않는 것을 감지하면 역시나 경고를 띄우고 출력제한을 걸기 때문에 꼼수가 소용없음은 물론이며 넣은 물이 수돗물이나 지하수인 경우 수돗물이나 지하수 속의 무기질 이온이 SCR 촉매를 망가뜨릴 수 있고 망가졌을 경우 이 역시 돈 엄청 깨진다.

요약하자면, 디젤 연료비에 요소수 비용을 추가로 감당해야 한다는 것.[5] 디젤게이트 이후에 "조작이 아닌 진짜로 클린한 디젤차"를 만드는 건 성공했지만 그 부작용으로 요소수 비용이 따라와버리는 바람에 경제성의 이점이 약간 감소했다.[6] 버스[7], 트럭같은 상용차는 선택의 여지가 없다.

그래서 경고등이 점등되면 충전을 하려 하는데 국산 차량의 경우 대부분 주유구 옆 자리에 요소수 주입구가 있지만(캡티바의 경우 운전석 뒤 범퍼 하단에 위치),[8] 트렁크 안이라던지(재규어 XE), 트렁크 커버를 열고 넣는다던지(인피니티), 본넷을 열었을때 깊숙한 곳(랜드로버 레인지로버 이보크)에 있거나, 트렁크 안 스페어 타이어 위치에 요소수 주입구가 있는 폭스바겐 티구안, 시트로엥 C4 칵투스, 마세라티 르반떼 같은 경우는 요소수를 주입하기가 아주 지랄 맞은 경우가 있다. 특히나 트렁크 안쪽에 요소수 주입구가 있는 차량의 경우 요소수를 붓다가 넘쳐 트렁크 안을 다 버린다던지하는 일이 발생하고(그리고 냄새가...), 스페어 타이어 위치에 있는 차량들의 경우 웬만큼 익숙해 지지 않았다면 십중 팔구 요소수통에 자바라를 꼽고 트렁크 바닥에 있는 주입구까지 자바라를 옮기다가 요소수를 쏟기가 십상이다. 또한, 트렁크 안에 짐이 있다면 짐을 다 들어내고, 요소수를 주입하고, 다시 짐을 싣고... 차량 제조사들이 사용자 편의를 생각한다면 요소수 주입시 흘러도 내장재를 오염시키지 않는 곳으로 주입구를 만들어야 할 것이다. 특히 전술했다시피 주유구 옆 자리가 가장 최적의 위치다(승용차 기준). 폭스바겐, 시트로엥, 마세라티 설계진 개객기들아

보통 국산 승용 디젤은 요소수를 안 쓰고 수입 디젤들은 요소수를 쓴다는 인식이 있는데 무조건 그런 것은 아니다. 국산차량의 경우 2016년 기준 3L V6 디젤 엔진인 S엔진을 쓰는 모하비가 요소수를 주입해야 하며 대략 2018년부터 강화 유로6라는 강력한 환경규제 때문에 디젤 신차들은 예외 없이 요소수가 달리기 시작했다.[9] 이로써 국산차는 물론이고 해외 여러 제조사 차량 중에서 요소수를 적용하지 않은 디젤차는 없게 되었다.

SCR의 또 다른 단점은 엔진의 개량이 필요하다는 것. DPF와 EGR은 엔진 바깥에 설치하는 것인 만큼 종전의 CRDi 엔진에 별다른 개량을 하지 않고 이것을 붙여 친환경 엔진을 만들 수 있다. 하지만 SCR은 엔진의 연소 효율성을 바꿔야 하는 만큼 엔진 설계를 크게 바꿔야 한다. 그래서 구형 엔진의 개량형은 EGR을 다는 경우가 많고, 신규 개발 엔진에 SCR을 적용하는 경우가 대부분이다. 또한 대형 상용차는 SCR 도입에 적극적이지만, 승용 디젤 차량에서는 그러한 움직임이 느리다. 요소수 보충에 필요한 인프라가 아직 충분치 않고 연료 이외에도 꾸준히 관리하며 보충해야 하는 것이 있다는 승용차 오너들의 인식 변화에도 시간이 걸리기 때문. 그래서 유로5 때까지도 승용/상용 가릴 것 없이 전부 DPF+EGR 조합으로 만들 정도로 EGR 마니아인 현대자동차그룹은 현대 R 엔진에 EGR을 적용하고도 유로6 인증을 따내는 외계인 고문을 시도하기도 했다. 다만 부작용으로 문서에 언급된 것처럼 엔진오일 증가 현상 같은 문제가 터져나왔다. 한편 상용차에서는 현대차도 DPF+EGR 조합으로 유로6를 충족할 수 없었는지 천연가스버스를 제외한 버스와 트럭에는 SCR을 적용하고 있다. 반면 이베코의 Cursor 엔진(FPT)의 경우 상용엔진에 온리 SCR로 유로6 규제를 통과하였다. 결국, SCR의 문제를 줄여 나가고 엔진 개량이 계속되면 EGR 역시 뒤안길로 사라질 수도 있을 것이다.

그러나 배기가스를 더 줄여보려고 노력하거나, SCR로도 버티기 힘들 정도로 배기가스를 뿜어 내는 경우 EGR+SCR 같이 부속조합이 따라 오거나, EGR+DPF+DOC+SCR+LNT 5중콤보로 마구잡이로 때워버리는 경우도 있다. 커민스와 현대기아의 상용차용 유로6 엔진이 대표적인 예. 사실 저런 5중 콤보는 어떻게든 원천개량은 하지 않는 식으로 개발비는 싼값으로 뽑고 들어가는 부품값은 고객에게 뽑아먹겠다는 심보이다. 또한 후처리 장치 하나만 고장나도 다른 후처리 장치까지 영향을 가 줄줄이 고장나 수리비 폭탄이 되기 때문에 고객들이 별로 선호하지 않는 방식이기도 하다. 기술력이 딸린다고 욕을 먹었던 두산인프라코어는 유로6 엔진을 개발할때 EGR 없이 DOC+DPF+SCR 만으로 유로6 엔진을 출시하였고 유로6 커민스보다 평이 매우 좋은 편이다. 신형 가스엔진인 GX12P는 SCR 방식이 아닌 SPI 이론공연비 방식으로 유로6 규제를 통과했다.[10]

이 문제는 탈황처리가 덜 된 값싼 연료를 쓰는 선박에서 더 심각하며, 한국의 경우, 자동차에는 해당되지 않는다.

SCR은 주로 바나듐계 촉매를 활용하여 반응시키는데, 이 바나듐 촉매가 황산화물에 오염되어 반응성을 잃어버리는 것. 또한, 엔진 내에서 투입한 질소계 환원제가 쪼개라는 NOx는 안 쪼개고 황산암모늄을 형성, 기관에 부착되어 버린다.[11]

국제해사기구 IMO에서 선박용 연료의 황함유량을 규제하려는 움직임을 보이고는 있으나, 단가 차이가 심각하기 때문에 잘 안되고 있다. 사실상 거의 폐유에 가까운 물건들을 연료로 얼마나 잘 쓰느냐가[12] 각 선박 기관사들의 노하우에 가까운 취급을 받기 때문에 개선될 날이 언제일지 요원하다. 이 탓에 선박용 SCR의 도입이 지지부진한 경향이 있다.

요소수 제조가 기술력을 요하지 않다 보니 개나소나(...) 만들어 대고, 그러다 보니 품질이 들쭉날쭉, 뭐가 섞인건지 모를 요소수들이 유통되고 있다. 그러다보니 요소수 내부의 불순물인 칼슘, 바륨, 철 등이 고온의 배기가스와 만나면서 축적되고, 마치 시멘트처럼 되어 SCR 장치와 촉매에 들러붙는다. 당연히 관리해 줘야 한다.

요소수 자체가 액체이기 때문에, 저온(영하 15도 부근)에서 얼고, 요소가 석출된다.

메르세데스-벤츠와 아우디, 포르쉐가 유로6 기준에 따라 SCR을 장착한 차량에 조작 프로그램을 깔아 요소수 분사량을 특정조건에서 줄이고 결과적으로 요소수 저장 탱크의 크기를 줄여 트렁크 공간 확보와 경량화, 원가절감을 했음이 밝혀졌다. 이놈들이 아직도 정신 못차렸네 독일 현지에서는 이미 리콜명령이 떨어졌으며 대상 차종은 아우디 3.0ℓ A6, A7 와 벤츠 1.6ℓ 비토, 2.2ℓ C220d 및 GLC220d, 포르쉐 카이엔이다. 또한 그동안 의혹에서 자유로웠던 BMW 마저도 유로6 모델들의 질소산화물이 실주행에서 과다배출된다며 11,700여 대의 리콜을 예고하고 있다. BMW는 설계제작상의 오류라고 해명하고 있어 좀 더 지켜봐야 할 듯 하다.

환경부에서도 국내 판매된 차량들 중 해당 모델에 대해 조사에 착수했다.

실험실 레벨에서 가솔린 엔진에도 SCR을 적용하려는 연구를 여러 곳에서 하고 있다. 질소산화물 저감 효과가 뛰어난 SCR의 장점을 극대화하기 위해선 공연비를 높혀(λ>1) 연소 온도를 높혀야 한다.

가솔린 엔진의 공연비를 높인다는 개념은 과거 린번 엔진으로 구현된 바 있었으나, 부족한 출력으로 사장되었다. 그러한 린번 엔진이 이번엔 공해 저감을 위하여 다시 빛을 보게 된 것이다.