자동차는 차량총중량 3.5톤 이하의 소형자동차와 3.5톤 초과의 대형자동차 (버스, 트럭)로 구분되나, 우리나라의 경우 온실가스 기준을 승용자동차 및 승합자동차 중 승차인원이 10인 이하이면서 총중량 3.5톤 미만의 자동차에만 적용하고 있다. 이에 본 연구소에서는 기준 설정에 따른 CO₂ 저감 효과를 평가하기 위해서 분석대상차종은 온실가스 기준이 적용되는 승용자동차 및 승합자동차 중 승차인원이 10인 이하이면서 자동차 총중량이 3.5톤 이하인 자동차로 한정하였다. 표 1에 분석대상 자동차의 연도별 판매량을 나타내었다. 국내 제작 자동차는 2011년까지 증가하다가 감소하는 추세를 보인 반면, 수입사는 매년 평균 26.6%씩 판매가 증가하였다.

시험장치는 자동차가 실제 도로상을 주행할 때의 주행저항을 모사하는 차대동력계, 배기가스를 샘플링하는 정용량시료채취장치 및 배기가스 분석기로 구성되어 있다. CO₂ 배출량은 비분산적외선 (Nondispersive Infrared) 방식의 분석기로 측정하며, 차대동력계상에서 운전자를 포함하여 2인이 탑승한 것을 가정한 시험중량을 부여한 자동차를 시험 모드에 따라 운전하면서 측정한 결과이다. 시험 모드는 자동차 온실가스 기준 적용 시 사용되는 시내 주행인 FTP-75 (Federal Test Procedure-75) 모드와 고속도로 주행인 Highway 모드를 사용하였고, 표 2에 각 시험 모드의 특성을 나타내었다. 최종 배출량은 위 두 가지 시험 모드에서의 시험결과를 FTP-75 모드 55%, Highway 모드 45%를 가중 평균한 값이며, 계산식은 환경부고시인 자동차 평균에너지소비효율기준·배출허용기준 및 기준의 적용 관리 등에 관한 고시에 따라 다음 식을 이용하였다 (MOE, 2014)

여기서 CO₂ 배출량은 개별차량의 복합 모드 평균 CO₂ 배출량 (g/km)이며, (CO_{2, FTP-75})은 FTP-75 모드 시험 시의 CO₂ 배출량 (g/km), (CO_{2, Highway})는 Highway 모드 시험 시의 CO₂ 배출량 (g/km)을 의미한다.

자동차의 CO₂ 배출허용기준은 제작사별 판매자동차의 평균 배출량을 기준으로 하고 있어 규제 적용에 따른 저감 효과를 평가하기 위해 전체 평균 CO₂ 배출량은 규제방법에서 사용하고 있는 방식과 동일하게 각 차종별 CO₂ 배출량에 판매량을 가중 평균한 값이며, 다음의 식으로 계산하였다.

여기서 CO_{2, ave}는 전체 차종에 대한 평균 CO₂ 배출량 (g/km)이며, CO₂, _i는 각 차종별 CO₂ 배출량 (g/km), S_i는 각 차종별 판매량, n은 각 차종수를 의미한다.

국내 제작사 및 수입사의 연도별 평균 CO₂ 배출량을 그림 2에 나타내었다. 자동차 CO₂ 규제 도입에 따라 전체 차량의 평균 CO₂는 2009년 159.4 g/km에서 2013년 139.5 g/km로 19.9 g/km로 연평균 3.3% 감소하였으며, 2013년에 이미 2015년의 기준 140 g/km를 달성하여 규제 효과가 큰 것으로 나타났다. 다만, 수입사의 연평균 CO₂ 감축률이 7.4%로 국내사 감축률 3.1%보다 높은 것으로 나타났다. 이는 수입사의 경우 기준연도인 2009년도의 CO₂ 배출량이 높아 규제기준을 만족하기 위하여 더 많은 감축수단이 적용된 것으로 판단된다.

Fig. 2. 
Vehicle CO₂ emission by year.

그림 3 및 표 3과 같이 각 CO₂ 점유율에 있어서는 2009년 대비 2013년도에는 CO₂ 170 g/km 이상 배출되는 자동차가 39%에서 13%로 감소된 반면, 140~170 g/km 배출되는 자동차는 28%에서 35%로, 2015년 기준인 140 g/km 이하인 차량은 32%에서 52%로 증가하였다. 상대적으로 CO₂ 170 g/km 이상의 고 배출자동차의 감소율이 높은 이유는 차급별 판매량의 변화가 없는 점을 고려 시 기술적용에 따른 감축으로 판단되며, 차량 가격상승 측면에서 상대적으로 기술 적용이 유리하여 제작사에서 CO₂ 배출량이 높은 고배기량 자동차에 저감 기술을 우선적으로 적용한 것으로 보인다.

Fig. 3. 
Normalized Vehicle Sales Distribution by CO₂.

차량경량화는 CO₂ 저감의 주요한 수단이며, 차량 중량이 120 kg 감소 시 CO₂ 3~4%가 감소한다 (Lee et al., 2005). 그림 4에는 3.1절에서 나타난 연도별 CO₂ 저감율에 차량경량화가 기여하는 정도를 알아보기 위하여 연도별 평균 공차중량의 변화를 나타내었다. 국내 제작사 및 수입사 모두 2009년 대비 2013년에 거의 변화가 없거나 국내 제작사의 경우 약간 높은 것으로 나타나 CO₂ 저감에 차량 경량화는 반영되지 않았음을 알 수 있었다. 이는 자동차의 평균 온실가스 기준이 제작사별 평균 차량 중량에 따라 차등 적용되어 자동차 제작사에서 경량화 기술의 필요성이 상대적으로 적어서 발생하는 것으로 판단된다. 제작사의 평균 온실가스 기준은 다음 식으로 계산되며, 자동차의 평균 중량이 100 kg 증가 시 CO₂ 기준이 5.88 g/km 높아진다. 우리나라와 동일한 자동차 중량에 따른 기준 계산식을 적용하는 유럽의 경우에도 2011년 대비 2013년도에 자동차 평균 공차중량이 100 kg 증가하는 것으로 나타나 (EEA, 2014) 제작사의 차량경량화를 통한 CO₂ 감축을 유도하기 위해서는 차량 중량에 따른 기준 계산식에 대한 재검토가 필요할 것으로 보인다.

Fig. 4. 
Vehicle curb weight by year.

여기서, M은 해당연도의 제작사별 판매자동차의 평균 공차 중량 (Vehicle Curb Weight) 값 (kg)을 의미하고, 공차중량은 운전자를 포함한 승객 및 화물이 없는 자동차 자체의 무게를 의미한다.

그림 2와 같이 2009년부터 2013년 사이에 전체 차량의 CO₂ 감축은 12.5%이며, 제작사별로 국내 제작사는 11.9%, 수입사는 26.5%이다. 그러나 이는 전체 판매 차량의 판매량 가중 평균 값이므로 차급의 변화 또는 유종별 차량 판매량의 변화가 반영되어 있어 기술적용에 따른 CO₂ 감축 효과를 산정할 수 없다. 따라서 차량의 저감 기술 적용에 따른 기술적 감축률을 산정하기 위하여 배기량별, 유종별로 구분하여 CO₂ 감축률을 그림 5에 나타내었다. 배기량별로는 1,000 cc 미만 경차, 1,000~1,600 cc 소형차, 1,600~2,000 cc 중형차, 2,000~3,000 cc 대형차, 3,000 cc 이상을 초대형차로 구분하였다. 경유차의 경우 국내 제작사는 차량 판매량이 높은 소형차와 중형차의 감축률이 13.2%, 12.9%로 대형차 6.9%에 비해 상대적으로 높은 반면, 수입사는 기술 적용이 용이한 중·대형차의 감축률이 18.8%, 24.5%로 소형차 15.5%에 비해 높게 나타났다. 휘발유차에 있어서도 경유차와 유사하게 국내 제작사는 차량 판매량이 높은 중·소형차의 감축률이 높은 반면, 수입사는 중·대형차의 감축률이 높았다. 이는 자동차 온실가스 기준이 전체 판매차량의 평균 배출량을 기준으로 하므로 저감 기술의 적용을 판매량이 높고, 기술적용이 용이한 차량에 우선 적용한 것으로 판단된다. 또한, 국내 제작사의 경우 소량 판매 차량인 경차와 초대형차를 제외하고 10% 내외의 저감율을 보여 전체 차량 저감율 11.9%와 유사한 반면, 수입사의 경우 일부 대형차만 25% 이상의 저감율을 보이고 대부분의 차량에서 전체 차량 저감율 26.5% 보다 낮은 값 (8~18.8%)을 보여 기술 적용에 따른 CO₂ 감축 이외에 차급의 변화와 경유차 판매 비율의 증가 등의 다른 수단에 의해 CO₂ 감축이 발생하였음을 알 수 있다. 이는 자동차의 평균 CO₂ 배출량 저감을 위해서는 기술 적용을 통한 감축 이외에 다른 수단이 상당히 유효한 방법이 될 수 있음을 보여준다.

Fig. 5. 
Vehicle CO₂ emission decrease rate by engine size between 2009 and 2013 year.

그림 5에서 보듯이 저감 기술 적용을 통한 CO₂ 감축 이외에 다른 수단의 감축방안이 실제 자동차 평균 CO₂ 감축 수단으로 사용된 것을 알 수 있다. 특히 중소형차로의 차급 변화 및 경유차 판매 비율 증가는 감축기술 적용과 함께 자동차 평균 CO₂ 감축의 주요 수단이다 (Francois, 2009). 그림 6에는 국내 제작사 및 수입사의 연도별 경유차·휘발유, LPG차의 판매 비율을 나타내었고, 그림 7에는 차급별 판매 비율을 나타내었다. 일반적으로 경유차는 높은 압축비에 의한 열효율이 높아 가솔린차에 비해 연비가 20~30% 높고, CO₂가 적게 배출된다 (Kim et al., 2008). 최근 경유차의 판매 비율은 고유가와 소비자의 높은 연비 선호도에 따라 지속적으로 증가하여 국내 제작사의 경우 2009년 18%에서 2013년 28%로 증가하였고, 수입사는 2009년 12%에서 2013년 62%로 급격히 증가하였다. 그러나 표 4에서 볼 수 있듯이 국내 제작사의 경유차는 휘발유차량 평균 CO₂보다 높고 중량이 무거운 SUV 차량 위주로 증가하여 경유차의 판매 증가가 평균 CO₂ 감축에 영향을 주지 못한 반면, 수입사의 경우는 휘발유차에 비해 CO₂ 배출이 평균 30 g/km 이상 낮게 배출되는 경유 승용차 위주로 판매가 증가함에 따라 전체 평균 CO₂ 저감에 크게 기여하였음을 알 수 있다. 이는 그림 5에서와 같이 수입차의 경우 기술적 감축율보다 전체 CO₂ 배출량의 감축이 높게 나타난 것과도 일치한다.

Fig. 6. 
Vehicle sales rate by fuel between 2009 and 2013 year.

Fig. 7. 
Vehicle sales rate by size between 2009 and 2013 year.

차급 변화에 있어서도 국내 제작사의 경우 중·대형차의 판매 비율 변화가 거의 없는 데 반해, 수입사는 CO₂ 배출이 높은 대형차의 판매 비율이 2009년 70%에서 2013년 47%로 급격히 감소하면서 중·소형차의 판매 비율이 증가하여 전체 평균 CO₂ 배출 저감에 기여하였음을 알 수 있다. 이는 수입사의 평균 CO₂ 저감율이 국내사에 비해 2배 이상 높은 원인으로 작용하였다.

그림 1에서 보듯이 2020년 온실가스 기준 97 g/km를 달성하기 위해서는 2015년 기준인 140 g/km에 비해 32%의 높은 CO₂ 감축이 요구된다. 따라서 국내사의 경우 2015년 기준 달성을 위해 사용된 감축기술 적용과 더불어 CO₂ 감축 효과가 높은 경·소형차로의 판매 차급 변화와 전기차 등의 무공해자동차 보급 등의 추가적인 감축 수단이 필요한 것으로 판단된다