경유차 배출 질소산화물 분해에 필수
요소 생산엔 고온·고압공정, 전기 필요
경제성 낮고 오염물질 많아 생산 기피

지난달 중국의 요소 수출제한 조치 때문에 ‘요소수 대란’이 발생해 정부가 긴급수급조정조치를 취하는 등 대응에 나서고 있지만 아직도 현장에서는 수요 부족과 혼란을 겪고 있다.

요소수는 디젤(경유)을 연료로 사용하는 차량에서 발생하는 대기오염물질인 질소산화물(NOx)을 줄이는 데 사용되는 ‘선택적 촉매감소기술’(SCR) 장치에 필요하다. 질소와 산소가 결합된 화합물인 NOx는 미세먼지 유발 주요 원인일 뿐 아니라 비에 섞여 내리면 토양을 오염시킨다.

경유차에만 요소수가 필요한 이유는 뭘까. 끈적한 검은색 원유에 열을 가하면 끓는점이 낮은 순서대로 수증기에 해당하는 LPG부터 휘발유-나프타(납사)-등유·항공유-디젤-윤활유-중유(벙커시유)-아스팔트(찌꺼기)로 분리된다.

경유는 탄소 원자 12개에 수소 원자 26개가 붙어 있는 분자구조를 갖고 있고, 가솔린은 탄소 원자 8개에 수소 원자 18개가 붙은 형태다. 이론상으로 디젤 분자 1개는 가솔린 분자 1개보다 산소를 1.5배 많이 소비해 더 많은 에너지를 만든다. 이 때문에 경유차가 휘발유차보다 힘이 좋다는 말을 하는 것이다.

문제는 경유가 휘발유와 달리 인화점이 높기 때문에 강한 압축을 통해 폭발시키는 방식으로 엔진을 작동시키는데 이 과정에서 NOx가 만들어진다는 것이다. 그래서 배기가스가 배출되기 전에 요소수를 분사시키면 촉매작용으로 화학반응이 일어나 유해한 질소산화물이 무해한 질소와 물로 바뀌어 배출된다. 경유 1ℓ가 연소할 때 요소수는 약 10㎖가 쓰이는 것으로 알려져 있다.

요소수의 원료인 요소는 화학사에서 획을 그은 매우 중요한 물질이다. 1727년 네덜란드 의사이자 화학자 헤르만 부르하버가 사람의 소변에서 처음 분리해 낸 요소는 1828년 독일 화학자 프리드리히 뵐러가 시안산은과 염화암모늄 용액을 가열해 합성하는 데 성공했다. 유기화합물은 생명체에서만 만들어진다는 기존 개념을 완전히 뒤집고 인간이 처음 합성해 낸 유기물질이 바로 요소다.

1909년 독일 화학자 프리츠 하버는 질소를 고정시켜 암모니아 합성에 성공했는데 암모니아는 요소를 만드는 원료로 주로 쓰인다. 암모니아 생산에는 400도-200기압, 암모니아에 이산화탄소를 결합시켜 요소를 만들 때는 200도-150기압의 고온·고압공정이 필요하다. 고온, 고압을 만들기 위해서는 당연히 대량의 전기와 연료가 투입되고 제조 과정에서 많은 양의 오염물질이 배출되면서 환경에 미치는 부담도 크다. 어렵게 만들어지는 요소이지만 가격은 1㎏당 500원도 안 된다. 이 때문에 요소 생산은 대표적인 개발도상국형 산업이라는 평가를 받는다.

요소에 물을 섞어 만드는 요소수 생산도 요소 생산만큼이나 경제성이 떨어져 선진국에서는 관심을 갖지 않는 산업 분야다.

사람의 소변에도 요소가 포함돼 있고 요소비료에도 있다면 그것들을 물에 녹여 쓰면 되지 않을까 생각할 수도 있다. 소변에는 요소 이외의 성분이 많고 요소비료에는 표면에 황이 코팅돼 있어 녹여서 쓸 경우 자동차의 SCR이 쉽게 고장난다.

이덕환 서강대 화학과 명예교수는 “요소나 암모니아가 농업이나 산업에서 많이 사용되는 기초화학물질이지만 에너지는 과다하게 투입되고 오염물질은 많이 배출되기 때문에 경유차용 요소수를 위해 요소 생산을 재개해야 한다는 주장은 환경 면에서나 경제적 측면 모두 설득력이 떨어진다”고 지적했다.