IRS글로벌, ‘자동차 경량화 관련 소재별 국내외 시장전망과 핵심기술 개발동향’ 보고서 발간
플라스틱, 탄소섬유, 강판, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄 중심으로
산업조사 전문 기관인 IRS글로벌은 자동차 경량화 관련 소재별 국내외 시장전망과 핵심기술 개발동향 보고서(Market-Report)를 발간했다. 사진은 자동차 경량화(2016)-표지
미국은 연비기준을 2015년 36.2mpg에서 2020년 44.8mpg로 유럽은 평균 온실가스 배출기준을 2015년 130g/km에서 2020년 95g/km로 높였다. 또 자동차 시장에서 빼놓을 수 없는 중국도 2015년 6.9ℓ/100km에서 2020년 5ℓ/100km로 규제 기준을 28%나 강화하고 나서고 있다.
또한 미래 자동차는 단순한 이동수단이 아니라 생활공간으로서 다양한 전자제어장치 및 편의 장치가 채용되고 있기 때문에 차량에 장착되는 부품의 수 및 중량이 오히려 증가하는 추세에 있다. 이제 자동차의 연비 향상을 위한 자동차 부품·소재의 경량화는 선택이 아닌 필수 요소로 다가오고 있다.
이와 같은 시대적 변화 속에 글로벌 완성차 제조업체와 부품·소재 관련 업체들은 자동차 경량화를 위한 신소재 개발과 채용을 통해 고연비를 달성하려는 기술경쟁을 이미 치열하게 벌이고 있다.
차종별로 차이가 크지만 평균 900kg 정도로 아직까지도 자동차 중량 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 철강 소재는 단기적으로 자동차 부품 요구 특성에 맞으며 중장기적으로는 고강도, 고성형 등 재질의 성능이 대폭 향상된 3세대 강판 생산을 목표로 개발이 진행되고 있다. 이미 포스코에서는 기가급 이상의 인장강도를 가지는 초고장력 강판도 생산하고 있다.
비철금속 소재 중 자동차 소재로 가장 많이 사용되고 40%의 경량화를 이룰 수 있는 알루미늄은 주조품으로 엔진, 트랜스미션 등에 쓰이고 전신재로는 바디부품, 열교환기 등에 사용되고 있다.
최근에는 합금 형태로 차체용으로도 적극 검토 채용되고 있다. Ford가 미국 최대 판매 실적을 올리고 있는 픽업 트럭 2015년형 ‘F-150’ 모델에 All 알루미늄 차체를 실현하는 사례는 머지않아 관련시장을 크게 확대시킬 것으로 예상된다. 하지만 알루미늄합금은 용접접합이 어렵고 바디 등의 판금부품의 가공성이 떨어진다는 단점으로 향후 연구개발이 요구되고 있다.
마그네슘 부품은 1990년대 이후에 경량화를 위해 실린더 블록, 자동변속기 케이스, 엔진 오일팬 등의 경량 부품에 주로 적용되고 왔으며, 최근에는 마그네슘 판재의 적용 범위가 확대되고 있지만, 금속특성, 가공방법의 한계 등 여러 가지 제약 조건들로 인해 광범위하게 사용되기에는 다소 시간이 소요될 것으로 보인다.
매우 단단하며 가볍고 부식에도 강한 타이타늄은 기존 소재 대비 상온에서 비강도(강도/밀도)가 월등히 높기 때문에 고가임에도 불구하고 자동차용 경량화 소재로 이미 오래 전부터 주목을 받고 있으며 타이타늄 합금은 550℃의 고온에 이르기까지 다른 재료들에 비하여 우수한 비강도를 유지하기 때문에 고온에서 작동하는 엔진용 구조재로 사용되어질 수 있다.
마지막으로 철강 다음으로 자동차에서 가장 많이 사용되고 있는 플라스틱은 이제는 내장부품에서 점차 외장부품, 외판부품, 엔진룸 부품 등과 같이 사용조건이나 환경이 가혹한 부분에 사용이 확대되고 있으며 일부에서는 이미 올 플라스틱(All plastic) 자동차 사례도 소개되고 있다.
특히 최근 자동차 분야에서 쓰임새가 빠르게 증가하고 있는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)이 이목을 집중시키고 있으며 메인 프레임이 모두 CFRP로 이뤄진 BMW i8 모델에서는 42개의 탄소섬유복합재 부품으로 68kg 정도의 경량차체를 구현한 사례도 있다. 유럽, 일본, 미국 주요 완성차 업체들은 이미 탄소섬유 전문업체들과 경량 복합소재 차체와 부품을 적용한 친환경 전기자동차를 개발하기 위하여 컨소시엄을 구성하여 공동 연구를 실시하고 있다.
한편 우리 정부는 이러한 경량소재 시장 확대 추세에 대응하기 위해 타이타늄, 마그네슘, 알루미늄, 탄소섬유를 4대 경량소재 국가전략 프로젝트로 선정해 향후 7년간 집중적인 R&D를 지원해 나간다는 계획이다. 특히 수요가 급증할 것으로 예상되는 자율주행자동차와 전기차용 마그네슘과 알루미늄 합금을 2022년까지 개발한다는 세부 전략을 세우고 있다.
이에 IRS글로벌은 자동차 경량화 관련 산업에 관심이 있는 기관·업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여 본서를 기획하였다.
본서는 서두에 자동차 경량화를 위한 주요 소재(플라스틱, 탄소섬유, 강판, 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄), 부품별 최근 개발동향과 시장동향을 종합적으로 분석하고, 국내외 완성차와 소재별 국내외 주요 참여업체들의 개발동향과 사업전략도 면밀히 정리하였다. 국내외 자동차부품산업과 자동차산업 현황을 정리 · 분석하여 자동차 경량화 관련 사업계획을 수립하는데 있어 이해를 돕는데 도움이 될 것으로 기대된다.
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