국내 도로 환경에서 승용차 타이어 마모 배출물질의 정량적 평가 및 완화 방안 연구 = Study on Quantitative Evaluation and Mitigation of Passenger Car Tire Wear Emissions in Domestic Road Environments

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 지속 가능한 발전 목표 달성 관점에서 국내 도로 환경 에서 자동차 운행 중 생성되는 승용차 타이어 마모 배출물질을 다 양한 요인별로 정량적으로 평가하고, 이를 효과적으로 완화할 수 있는 방안을 제시하고자 연구를 수행하였다. 이를 위해 실제 도로 주행시험과 실내 드럼 마모시험을 병행하여 타이어 마일리지 성능, 자동차 구동 방식, 도로 유형 구성 비율, 하중 변화, 노면 거칠기 변화가 타이어 마모 배출물질 생성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 또한 국내 타이어 판매량 및 주행 조건을 기반으로 연 간 타이어 마모 배출물질의 생성량과 환경 구획별 이동량을 산출 하고, 개선 시나리오별 완화 효과를 도출하였다. 연구 결과, 타이어 마모 배출물질의 생성량은 타이어 및 차량 특 성, 도로 환경, 하중 조건에 따라 달라지며, 타이어 마일리지 성능 개선 시 최대 43%, 내연기관용 타이어를 전기차에 사용할 경우 최 대 21% 증가하였다. 도로 유형별에 따라 시가지 및 국도 주행 시 고속도로 대비 최대 97% 더 많이 생성되었고, 하중 증가에 따라 최대 96% 증가하였으며, 노면 거칠기 감소 시 최대 67%까지 줄일 수 있는 것으로 확인되었다. 형상 및 조성 분석 결과, 타이어 마모 배출물질은 지우개 가루와 유사한 비정형 입자 형태이며, 타이어 트레드 고무와 아스팔트 포 장체가 약 3:7 비율로 혼합되어 있고, 주요 원소로 S, Zn, Na, Si, K, Mg, Ca, Al 등이 분석되었다. 이는 기존 선행 연구 결과와 유 사한 경향을 보여, 연구 결과의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 이동 모델링을 이용하여 국내 연간 타이어 마모 배출물질의 생성 량은 약 21.0천 톤으로, 이 중 약 16.0천 톤은 토양으로, 약 0.6천 톤은 해양으로 유입되는 것으로 산출되었다. 개선 시나리오 분석에 서는 타이어 마일리지 성능 25–50 % 개선 시 34–44 %, 차량 및 적재 하중 25–50 % 감소 시 32–48 %, 노면 거칠기 25–50 % 개선 시 41–62 % 이상의 타이어 마모 배출물질의 생성량과 이동 량의 완화 효과가 나타났다. 결과적으로 실제 환경에서 노면 거칠 기, 적재 하중, 타이어 마일리지 성능 순으로 완화 효과가 효과적 인 것으로 확인되었다. 본 연구는 실제 도로 시험과 실내 시험을 병행하여 타이어 마일 리지 성능, 차량 및 적재 하중, 노면 거칠기가 타이어 마모 배출물 질 생성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고, 이동 모델링을 이 용하여 효과적인 완화 방안을 제시하였다. 다만 대표 차량 및 타이 어 모델 중심의 실험, 기상 및 도로 조건 통제, 실시간 정량 분석 한계 등의 한계가 존재하여, 추후 다양한 조건을 고려한 확장 연구 가 필요하다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 연구 배경 1
• 1. 지속가능발전목표와 환경오염 정의 1
• 2. 미세플라스틱 정의 4
• 3. 미세먼지 정의 12
• 4. 타이어 마모 배출물질 정의 20
• 가. 이동 경로 24
• 나. 잠재적 위험성 28
• Ⅱ. 연구 목적 34
• Ⅲ. 연구 방법 39
• 1. 연구 재료 39
• 2. 연구 장비 42
• 가. 실제 환경 연구 장비 42
• 나. 실내 환경 연구 장비 42
• 3. 연구 방법 44
• 가. 실제 환경 연구 방법 44
• 나. 실내 환경 연구 방법 46
• 4. 연구 분석 방법 48
• 가. 주사전자현미경 48
• 나. 에너지분산형 X선 분광기 49
• 다. 열중량분석기 50
• 5. 타이어 마모 배출물질 모델링 방법 52
• Ⅳ. 연구 결과 53
• 1. 실제 환경 연구 결과 53
• 가. 타이어 마일리지 성능에 의한 타이어 마모 배출물질 생성량 53
• 나. 차량 구동 방식에 의한 타이어 마모 배출물질 생성량 56
• 다. 도로 유형 구성 비율에 의한 타이어 마모 배출물질 생성량 57
• 2. 실내 환경 연구 결과 61
• 가. 하중 변화에 의한 타이어 마모 배출물질 생성량 61
• 나. 노면 거칠기에 의한 타이어 마모 배출물질 생성량 64
• 3. 타이어 마모 배출물질 분석 결과 67
• 가. 주사전자현미경 분석 결과 67
• 나. 에너지분산형 X선 분광기 분석 결과 68
• 다. 열중량분석기 분석 결과 69
• 4. 타이어 마모 배출물질 모델링 결과 74
• 가. 국내 도로 환경에서 연간 생성량 74
• 나. 국내 환경 구획별 연간 이동량 및 퇴적량 76
• 다. 타이어 마일리지 성능 개선에 의한 완화 효과 78
• 라. 적재 하중 개선에 의한 완화 효과 82
• 마. 노면 거칠기 개선에 의한 완화 효과 86
• 5. 모델링 완화 효과 비교 결과 90
• Ⅴ. 결 론 94
• 참고문헌 97
• ABSTRACT 138