경제발전과 인구 증가로 인한 에너지 소비 증가에 따라 대기오염물질의 배출량도 증가하고 있다. 산업 공정, 발전소, 차량 배출(특히 디젤 엔진에서), 건설 활동 및 화석 연료 연소 등에서 배출되는 미세먼지는 환경오염의 주범으로, 각 국가는 대기 질을 개선하고 인간의 건강을 보호하며 환경을 보존하기 위해 대기오염물질 규제 및 저감을 위해 지속적인 연구를 하고 있다.
한국은 연간 400만대 이상을 생산하는 자동차 제조국 중의 하나로, 자동차와 트럭의 3분의 2를 매년 세계로 수출하고 있다. 특히 현대자동차와 기아자동차는 2022년 세계 판매량 5위로 성장하였다.
한편, 1992년부터 한국은 산학연 협력을 통해 자동차 촉매 기술을 비약적으로 발전시켰고 이러한 진전으로 한국은 엄격한 Euro-5, 6 배출 기준을 충족할 수 있었다. 엔진 기술 개발과 함께 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 입자상 물질(PM) 등의 오염 물질에 대한 엄격한 규제를 충족하기 위해 저공해 기술에 중점을 두고 탄화수소 제어, NOx 제어, 입자상 물질 저감 및 코팅 기술 개발을 더욱 촉진하고 있다.
본 연구에서는 내연기관 본체의 설계를 변경하지 않고서도 NOx 배출물을 유효하게 저감시킬 수 있는 플라즈마 발진기를 설계 및 제작하여 흡기 라인 중 에어크리너 부분에 설치해 질소산화물과 입자상물질의 감소에 대한 효과를 검증하고자 하였다.
테스트로 사용된 차량으로는 디젤 차량인 2018년식 현대 KONA와 가솔린 차량인 2011년식 BMW E200CGI 두 대로 진행하였다. 구체적인 수치 비교는 대기환경보전법 시행규칙에 근거하여 휘발유, 가스, 알코올을 연료로 사용하는 차량은 부하검사 방법 ASM-2525로 차대동력계 상에서 엔진 공회전 및 40km/h로 정속 주행하며 배출가스를 측정하였다. 경유 차량은 부하검사 방법 KD-147로 차대 동력계 상에서 자동차가 실제 도로를 달리는 것과 같이 가속, 정속 및 감속을 하며 매연농도와 질소산화물 배출량을 측정하였다.
테스트 진행 후 얻을 수 있는 데이터 값으로는 테스트 진행시간, 차량 속도(km/h), 출력(PS), 토크(Kgf/m), 매연농도(%), 가스온도(℃), 대기압(KPa), 대기온도(℃), NO, NO₂, NOx, O₂(%)의 값을 확인할 수 있었는데 변수로 사용할 수 있는 항목을 기준 삼아 수치를 산출하였다.
먼저 디젤 차량으로 플라즈마 장치를 적용하기 전과 후를 테스트를 진행하였고 동일 속도 구간 비교에서 NOx 값이 유의미하게 차이남을 확인할 수 있었다. 보다 다양한 테스트를 위해 가솔린 차량으로도 테스트를 실행하였으며 이 역시 배출가스와 플라즈마 장치 사이에 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다.