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차량내 추가장치를 이용한 도심내 주거 및 생활공간의 미세먼지를 제거방법 제안

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서울시통합회원

김광일

2018-10-10 22:06

차량에 의무적으로 미세먼지 제거장치를 추가 설치하는것을 제안합니다.   

안녕하세요.

 

저는 신재모라는 고등학교 3학년 학생으로 여름방학동안 연구한 결과물을 토대로 제안해 봅니다.

 

 

  1. 제목 : 도로의 미세먼지 저감을 위한 차량용 실외 공기청정기 개발에 대한 연구 및 정책제안
  2. 연구개발의 목적 및 필요성
    도심의 미세먼지의 원인중 하나는 차량의 배기가스에서 발생하는 미세먼지로 도시생활자의 생활환경 내의 미세먼지로인한 공기오염은 건강에 악 영향을 줄 수 밖에 없는 실정이다. 이를 해결하기 위해 도시내 이동차량에 장착하는 미세먼지 포집장치로 공기를 정화하는 공기청정기 장치와 이를 정책에 제안하여 도시내 운행차량에 의무장착하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
  3. 연구개발의 내용 및 범위
    본 연구에서는 도시내 차량이 운행될 때 발생하는 미세먼지를 포괄적으로 제거하는 공기청정기를 개발하여 차량운행으로안한 공기의 오염도가 급증하는 도로환경 및 주거등의 공동생활환경의 미세먼지를 효과적으로 제거하고자 하였으며 이를 도심내차량에 의무장착하는 정책을 제안하고자 하였다.
  4. 연구개발결과
    차량의 동력을 이용한 도심내 미세먼지제거용 공기청정기 개발.
    차량에서 발생하는 미세먼지의 양을 상쇄하는 미세먼지제거장치를 차량에장착하여 차량이 이동하면서 발생하는 직간접적인 미세먼지를 포괄적으로 제거하는 것은 물론 차량자체의 기존 설계에 영향을 미치지 않도록 엔진룸 내부의 여유공간을 최소한 활용하여 실험한 결과 의미있는 효과를 보였다.
  5. 연구개발결과의 활용 계획

차종별 미세먼지제거장치를 개발하고 상품화와 동시에 도심내환경관리방안에대한 정책을 제안하여 제도화하는 연구결과물을 활용할 수 있도록 할 것이다. 정책제안의 목적은 차량을 이용하는 사람들의 편리성으로인한 제 3자의 고통을 분담하고 공공의 이익을 도모하는데 있다.

 

 

 

 

 

제목 : 도심내 주거 및 생활공간의 미세먼지를 제거방법 제안

 

미세먼지가 심각합니다. 미세먼지가 인체에 미치는 영향 - 호흡기 질환, 알레르기, 기침, 두통, 우울, 폐암을 유발한다는 사실은 상식이지만 미세먼지의 문제를 해결할 확실한 해경방안은 아직 찾아내지 못한 상황입니다.

 

대기오염 중 미세먼지로 인한 문제점과 원인이 무엇인지 분석할 필요가 있고 그 중 차량에서 발생하는 미세먼지 수준이 특히 심각합니다.

자료를 보았습니다.

 

자동차가 많은 대도시의 경우 대기오염의 80퍼센트 이상이 자동차의 배출가스에서 발생하는 것으로 분석되고 있다. 2012년에는 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)가 디젤(경유)자동차에서 나오는 그을음(black carbon)으로 생성된 미세먼지를 폐암을 유발하는 ‘1등급 발암물질’로 분류. 대한민국은 현재 2000만대이상의 차량이 등록되어있다.

미세먼지는 수많은 대기오염물질에 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 아황산가스(SO2), (Pb), 오존(O3) 등을 포함하는 입경 10마이크로미터(, 1=1000분의 1mm) 이하(PM10)의 미세한 먼지로 인위적 원인(자동차 배기가스, 공장 굴뚝 등)과 자연적 원인(모래바람의 먼지, 화산재, 산불 등)으로 발생한다. 그리고 입자가 2.5마이크로미터 이하(PM 2.5)의 먼지는 ‘초미세먼지’ 또는 ‘극미세먼지’ 로 분류한다. 미세먼지는 취약집단의 질병발생률과 사망률을 높이는 등 인체에 해로운 영향을 미칠 가능성이 높다는 것이 밝혀졌고, 여러 국가에서 인체와 환경에 미치는 해로운 영향을 줄이기 위한 대기오염대책이 마련되고 있다국립환경과학원 통계(2013)에 따르면 서울시 미세먼지의 60.8퍼센트와 경기도의 미세먼지 43.1퍼센트가 자동차에서 발생. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 별도의 공기정화시설이나 장치가 필수적. 차량의 외부에 장착하려면 고려해야할 요소들: 안전, 성능, 디자인(차량 외부에 설치불가, 내부의 빈 공간을 활용), 설치비용. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기위한 공기청정기를 개발하여 도심내 시민들이 이동하는 생활공간에서서 발생하는 미세먼지를 이동하는 차량의 에너지로 해결하는데 목적이 있다.

차량에서 발생하는 미세먼지를 계산 해보면,

평균 0.48 g/km 의 오염물질을 배출하는데 차량이 평균 60km/hr로 운행할 경우

오염물질은 0.48 x 60 = 28.8g으로 차량 10만대가 배출하는 양은 2,880,000g으로  한시간에 약 2,880kg의 미세먼지를 배출한다는 계산이 나온다.   3톤의 미세먼지가 한시간만에 도심의 공기에 배포되는 상황이 됩니다.

서울시 통계자료를 보면 ’16년 서울 일 평균 교통량은 8,519천대/

8,519,000/일로, 하루에 약 850만대가 운행하는 것으로 산출되는데요.

차량용 미세먼지제거장치로는 디젤차량에 장착하는 DPF가 있는데 이것은 처음에는 효율이 좋지만 차량운행시간이 누적될수록 성능이 저하되는 구조입니다. 하지만 DPF가 고장나거나 없는 차량과 휘발류차량에서 발생하는 미세먼지는 및 다른 원인으로 증가된 미세먼지는 별도의 물리적인 장비로 해결해야하죠.

그래서 이러한 장치를 생각해 보았습니다.

미세먼지 제거방법은 물론 세척이 가능한 반영구적 미세먼지 필터를 사용

메세먼지를 포집하기위한 송풍팬에 대한 연구 및 적합한 부품 선정, 저소음, 저전력, 고효율, 고성능을 보장한다면?

엔진이 동작할 때발생하는 전기를 이용한 공기청정기 작동장치 개발, 엔진 정시시 공기청정기도 정지되어야 함. 배터리로 직접연결시 방전. 방전방지회로 장착하는 것으로 기술적인 문제를 해결할 수 있습니다.

 

차량엔진룸의 내부 구조를 그대로 유지하는 방법으로 설계, 엔진내부의 발열이나 화재위험에대한 문제를 제거하는 방식으로 설계, 온도가 낮고 미세먼지 포집기를 장착할 수 있는 공간  선택 및 분석후 설계에 반영하면 될 것입니다. 그래서 실험을 통해서 실제로 차량에 장착을 해 보았습니다.

공기청정기 프로토타입을 제작하여 1차 실험. 99.9% PM2.5 크기의 미세먼지입자를 제거하는 영구정전기식 필터를 사용하였습니다.

 

공기청정기 프로토타입을 제작하여 차량에 장착후 실험, 미세먼지 포집양을 계산할 수없었으나 송풍팬의 공기처리능력을 토대로 추론할 수 있습니다. 필터가 있는 상태에서의 공기처리능력은 없을때의 70% 수준으로 정하고 1시간 운행하였을때의 공기정화량을 간단한 수식을 통해서 도출할 수 있었습니다.

 

정책제안을 위해서 100만대의 차량에서 1시간동안 공기청정기를 운영했을때 정화할 수 있는 공기량과 투입된 비용을 비교 분석하였습니다. 2018년 봄에 시행되었던 차량운행자제를 위한 공공교통 무료서비스에서 사용한 금액은 1일에 50억으로 2회 이상 진행하고 비용대비 효과 부분에서 예산 낭비라는 지적으로 중단했죠. 100억의 비용으로 100만대의 차량에 공기청정기를 장착할 경우 기대할 수 있는 효과는 얼마나 될까요?

사용한 송풍팬은 12V에서 15W의 출력, 정격전류 1.23A로 정격 회전속도는 11000min 이고 최대풍량은 (m3/min): 1.87 66.3CFM이고 605 Pa, 소음은 66.1dB입니다.

데이터시트를 토대로 1.87 m3/min의 수치를 환산하면 1시간에 1.87 x 60 = 112.2 m3/hr로 여기에 공기청정기 필터의 저항으로 70%의 풍량 데이터를 적용하면 112.2 x 0.7 = 87.54 m3/hr로 차량 한대가 한시간에 정화할 수 있는 공기로 10만대에 설치할 경우 7,854,000 m3 = 7,854 km3의 공간의 공기를 정화할 수 있다는 계산을 도출할 수 있습니다.

서울시의 면적은 605.2km²입니다. 경기도는 10171km²으로 서울시 면적의 16.8배크다.  서울은 10만대를 기준으로 차량 공기정화기를 설치하고 경기도에서는 15만대에 설치할 경우 13,131km3의 공기를 정화할 수 있다는 계산이 나옵니다.

자료를 토대로 확인한 사항은 이러합니다. 서울시의 교통량을 보면 하루에 8,519,000대가 운행된다고 합니다. 최소 10만대로도 미세먼지를 제거할 수 있을 것입니다. 100만대 혹은 800만대에 의무적으로 미세먼지 흡입장치를 설치할 경우 기대할 수 있는 효과는 매우 크다고 볼 수 있죠.

미세머지 흡입장치를 제작하는데 필요한 비용은 대량생산할 경우 약 10만원 이내입니다.

10만대분량은 10억원의 예산이 듭니다. 서울시가 미세먼지 저감정책으로 하루에 50억을 지출한 것을 비교하여 계산하면 2회에 100억으로 약 100만대 분량의 미세먼지흡입장치를 차량에 장착해줄 수 있다는 계산이 됩니다. 여기에 설치비를 포함하더라도 50만대의 차량에 미세먼지 흡입장치가 설치될 수 있다는 결론에 얻을 수 있습니다.

50만대의 미세먼지 흡입장치로 도심내 미세먼지를 줄일수 있다면 얼마나 좋을까?

미세먼지제거로 인해 얻을수 있는 이득을 계산하려면 한 해 미세먼지로 병들거나 사망하는 사람들의 의료비용을 비교계산하면 된다.

미세먼지로인한 사회적 비용이 5천억. 100억으로 5000억의 비용을 1/10만이라도 줄일수 있다면 당장 시행해야 하는 제도가 아닐까?

미세먼지로 인한 환자수 증가와 함께 의료비 지출이 큰 폭으로 늘어나고 있어 대책 마련이 절실한 상황이죠.

국회 보건복지위원회 최도자 의원(국민의당) 19일 건강보험심사평가원의 자료를 분석한 결과, 2014년 상반기 1,111만명이던 급성기관지염 환자가 2017년 상반기에 1,222만명을 기록했습니다.

이 같은 수치는 동일한 환자가 여러 번 진료 받은 것은 제외했다. 미세먼지 등의 기관지 통증으로 작년 상반기동안 우리국민 100명중 24명이 병원을 찾은 셈입니다.

기관지염 환자의 증가세도 가팔라지고 있습니다. 실제 2015년에는 환자 수가 전년대비 12만명 증가한 후 2016년에 44만명, 2017년에 55만명이 늘어나 증가폭이 매년 커지고 있습니다.

환자들의 병원 내원일수도 크게 증가해 2014 2,990만일 이었으나, 2017년 상반기에는 3,334만일로 11.5% 증가했다고 합니다. 진료비 또한 2014 4,285억에서 2017 5,174억으로 20% 넘게 늘었다는 거죠., 이러한 문제를 해결하는데 차량에 의무적으로 미세먼지 제거장치를 추가 설치하는것을 제안합니다.   

연구자 신재모 학생 제안합니다.(전 지금 고3 입니다.^^)

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