요소수(Urea Water)는 글로벌 배기가스 규제 강화로 수요 증가가 기대되나 장기적으로는 시장 위축이 불가피할 것으로 예상된다.
글로벌 자동차 시장이 전기자동차 중심으로 친환경 추세이고 요소수를 대체하는 유해물질 저감기술의 상용화가 가속화되고 있기 때문이다.
요소수는 스모그와 산성비의 주원인으로 알려진 질소산화물(NOx)를 정화하는 화학물질로 32.5%의 요소(Urea)와 67.5%의 증류수를 혼합해 생산한다.
자동차용 요소수는 디젤엔진 자동차의 배출가스에 포함된 질소산화물을 줄이기 위한 촉매제로 사용되고 있다.
요소수는 질소산화물을 물과 질소로 분해해 배출시킴으로써 대기오염을 방지하고 있으며 배기가스 규제 기준이 유로5에서 유로6로 강화되면서 수요가 계속 증가할 것으로 기대되고 있다.
국내시장, 롯데정밀화학이 장악
국내 요소수 생산능력은 롯데정밀화학 10만톤, 휴켐스 2만톤, KG케미칼 5만톤으로 파악되고 있다.
시장점유율은 롯데정밀화학이 70% 정도로 압도적이고 휴켐스, KG케미칼 외에도 30개 이상의 중소기업이 경쟁하고 있다.
배기가스 저감장치는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate Filter), SCR(Selective Catalytic Reduction), EGR(Exhaust Gas Recirculation) 등이 대표적이다.
DOC는 디젤 산화촉매기로 매연, CO(일산화탄소), HC(탄화수소) 농도를 낮춤으로써 PM(미세먼지)을 줄이는 역할을 하고, DPF는 매연저감장치로 PM을 제거하며, SCR은 요소촉매 정화장치로 질소산화물을 정화하고, EGR은 배기가스를 재연소하는 장치이다.
SCR은 효과가 크면서도 연비와 출력을 유지할 수 있는 장점이 있으나 부피가 크고 무거우며 가격이 비싼 것이 문제로 지적되고 있다.
SCR이 장착되면 자동차 가격은 대략 400만원 정도 상승하는 것으로 파악되고 있으며 대형트럭은 1000만원까지도 오를 수 있는 것으로 알려져 소형차보다는 대형 고급승용차 및 상용차에 사용되고 있다.
벤츠는 배기량에 상관없이 SCR을 모든 자동차에 사용하고 있으며 폭스바겐도 배기가스 조작 사태 이후 적용 대상을 전체로 확대했다.
불순물 관리는 온도유지가 생명줄
요소수는 불순물 수치가 높은 중국산 요소를 사용함에 따라 온도유지가 필수적인 것으로 나타났다.
뷰렛(Biuret), 트리우렛(Triuret), 알데히드(Aldehyde)는 요소에 포함된 불순물로 요소수에 40℃ 이상의 열을 가하면 생성돼 SCR 노즐과 머플러의 막힘 원인으로 지목되고 있다.
노즐과 머플러의 막힘 현상이 일어나지 않기 위해서는 불순물 함량이 알데히드 0.5%, 뷰렛 0.15%, 트리우렛 0.015% 이하여야 하지만 요소수가 SCR 내부에서 가열될 때 불순물 함량이 높아지면서 해당 기준을 초과하는 것으로 파악되고 있다.
중국산은 불순물 함량이 비교적 높은 것으로 나타나 채용하면 3년 이내 SCR의 노즐과 머플러 막힘 현상이 80% 이상 발생하는 것으로 나타나고 있다.
이에 따라, SCR은 3년 주기로 교체가 요구되고 있으나 가격이 350만-400만원대로 비싸 소비자의 부담으로 작용하고 있다.
시장 관계자는 “해외시장은 SCR 리싸이클링 기술로 막힘 현상을 해결하고 있으나 국내에서는 소비자에게 부품교체만을 권하고 있는 실정”이라며 “불순물 함량이 낮은 일본산이나 유럽산을 사용해 요소수가 가열되더라도 기준치를 초과하지 않도록 해야 한다”고 설명했다.
이어 “요소수를 생산하는 과정에서 불순물 함량 수준만 통과하면 SCR 장치 내부에서 불순물 수치가 높아지더라도 법적 책임이 없기 때문에 불순물 함량이 낮은 일본산 요소를 사용하지 않고 저렴한 중국산을 채용하고 있다”고 지적했다.
이에 따라 SCR 장치 내부에서 뷰렛, 트리우렛, 알데히드 등을 제거하기 위해 실온 교반이 시도되고 있으며 소울테크가 해당 기술을 특허출원하고 있다.
요소수를 24℃ 이내의 실온에서 교반하면 불순물이 결정형으로 응집되며 요소보다 분자량이 크기 때문에 특수필터막을 통해 제거가 가능해 고순도 요소수 생산이 가능한 것으로 알려졌다.
생산과 유통이 별개로 품질관리 미흡
요소수는 유통과정에서 품질관리가 제대로 이루어지지 않아 SCR의 노즐과 머플러가 막히는 문제가 발생하고 있다.
SCR은 요소수를 활용한 배기가스 저감장치로 요소에 열을 가하면 암모니아가 발생하게 되고 암모니아 가스가 배기가스의 질소산화물과 화학반응을 일으켜 물과 질소로 전환해 배출시키는 장치이다.
질소산화물을 질소와 물로 분해하기 위해 필요한 물질은 암모니아 가스이지만 저장이 어렵고 폭발 위험성이 높아 액체형태의 요소수로 대체해 SCR 내부에서 가스를 발생시키는 원리이다.
하지만, 요소수를 가열할 때 불순물이 발생해 노즐과 머플러가 막히는 문제가 발생해 일정거리 이상 주행할 때마다 요소수를 교체해야 하는 번거로움이 나타나고 있다.
요소수 품질문제는 자동차 주입 전까지 요소수 생산기업에게 책임이 있으나 대부분 유통·관리 부문은 유통기업이 담당해 주유소와 온라인 사이트를 통해 판매하고 있는 실정인 것으로 파악되고 있다.
삼성정밀화학은 CJ대한통운과 협업해 유통망을 강화하고 있고, 휴켐스는 B2B(Business to Business)에 집중함으로써 두산을 통해 엔진과 함께 납품하면서 운송기업도 직접 공략하고 있는 것으로 알려졌으며, KG케미칼은 S-Oil과 MOU(양해각서)를 체결하고 PB상품을 통해 시장을 공략하고 있다.
시장 관계자는 “요소수는 제조, 유통, 주입 후 품질관리가 매우 중요한데 어느 단계에서도 제대로 관리가 되지 않아 불순물이 쉽게 생성돼 노즐과 머플러의 막힘 문제가 자주 발생하고 있다”며 “요소수 불순물은 녹는점이 낮아 온도가 유지되지 않으면 불순물 수치가 높아진다”고 밝혔다.
이어 “SCR 장치의 고장에 대해 요소수 생산기업과 SCR 장치 생산기업은 책임을 회피하고 있으며 고가의 장치 교체부담이 고스란히 소비자에게 전가되고 있다”고 지적했다.
요소수는 품질관리가 중요하나 품질테스트 기준이 형식적인 수준에서만 존재한다는 지적도 제기되고 있다.
품질테스트 기준은 15가지로 알려졌으나 중요한 pH농도는 기준에 포함돼 있지 않는 것으로 밝혀졌으며 테스트 장비를 보유하고 있는 생산기업도 많지 않은 것으로 알려졌다. 또 테스트를 거치더라도 검사결과가 나오기까지 1개월이나 소요되는 문제점이 있고 테스트를 거치지 않아도 법적으로 아무 문제가 없어 품질관리가 제대로 이루어지지 않고 있다. ▶ 다음호에 계속
<박주현 기자>