- 카본 파이버 신소재, 스마트폰 유리 도입 등 자동차 업계의 다양한 경량화 노력 -

- 대량 생산 시의 경제성과 기술적 한계가 주요 걸림돌 -

자동차의 경량화는 수많은 글로벌 완성차 제조기업들과 부품기업들의 화두이자 주요 추진과제로, 연비 개선에 필수적인 요소 중 하나임. 이번 글에서는 최근 미국 내 주요 자동차산업 시장조사기관인 Wards Auto의 12월 8일 자 발표 내용을 토대로, 경량화 실현을 위해 자동차 업계에서 어떠한 소재와 공법이 활용되고 있는지 알아보고 향후 전망을 분석함.

  

□ 개관

 

  ㅇ 경량화에 따른 연비 개선 효과

    - 미 고속도로 교통안전국(NHTSA)은 10%의 차량 경량화를 통해 최소 6~8% 수준의 연비 개선이 가능하다고 추정함.

    - 대량 생산 시 높은 비용과 기술적 한계라는 단점에도 불구, GM, Ford 등 주요 OEM 완성차 제조기업들과 부품업체들은 자동차 경량화를 위해 활발한 연구와 노력을 지속하고 있음.

 

□ 경량화를 위한 차세대 신소재 소개 - 카본 파이버(Carbon Fiber)

 

  ㅇ 카본 파이버(Carbon Fiber)란?

    - 카본 파이버는 탄소섬유로도 불리며, 일반적인 금속보다 가벼우면서도 금속에 비해 인장 강도가 뛰어나 차세대 소재로 주목 받고 있음.

 

카본 파이버 소재의 단면

자료원: Flickr

 

  ㅇ 철강 소재에서 경량화 위해 카본 파이버 등 플라스틱 소재로 대체 

    - 미국 완성차 업체들은 자동차의 카본 파이버 사용률을 2020년까지 2014년 수준의 3배로 증가시킬 계획

    - 철 무게의 1/4, 철의 강도의 10배 강도, 7배의 탄성률을 자랑하는 카본 파이버는 새로운 자동차 소재로 적합하다는 평가

    - 2016년 현재 일본의 토레이(Toray) 사가 관련 시장의 글로벌 선두업체임.

    - 가격은 알루미늄의 약 4배, 철강의 9배의 고가이기 때문에 BMW 등 프리미엄 자동차 브랜드나 항공기와 같은 고비용 제품에 주로 활용되고 있음.

    - 원료물질에 따라 Pan계, Pitch계, Rayon계로 나누어지는데, 플로필렌으로부터 추출한 PAN계가 시장의 90%를 장악하고 있으나 가격이 우수한 Pitch계가 활발히 연구 중에 있음. 가격이 우수한 Pitch 제품 생산이 증가돼 자동차 산업에 추가적으로 도입될 전망

    - 전 세계 자동차 산업에 도입되는 카본 파이버는 2030년까지 9800Metric Ton 규모 도달 전망

 

□ 가벼운 유리 도입으로 경량화 실현

 

신형 'Gorilla Glass' 유리를 장착한 포드의 스포츠카 GT

자료원: 포드 자동차

 

  ㅇ 포드 자동차의 'Gorilla Glass'

    - 포드 자동차는 글로벌 전자제품용 유리/액정 제조기업인 Corning 사와 합작, 이 회사 차량 중 GT 모델에 'Gorilla Glass'라 불리는 기존 자동차 유리보다 약 37% 얇은 신형 유리를 장착해 최대 27파운드(12.2.㎏)의 무게를 절감하는데 성공함.

    - 포드 자동차는 "Gorilla Glass는 일반 자동차 유리보다 약 25~50% 수준으로 얇지만 강도가 비슷하거나 오히려 더 높으며, 일반 자동차 유리가 약 4~6㎜의 두께를 가진 반면 Gorilla Glass는 약 3~4㎜ 수준"이라고 발표

    - 추가적인 장점으로, 낮은 자동차 유리 무게가 자동차의 중력 중심점을 낮추어 운전 시 민첩성을 증대시키는 효과도 있는 것으로 알려짐.

    - 포드의 글로벌 구매 부사장인 Hau Thai-tang은 "Gorilla Glass가 포드가 납품업체들과 협력해 모든 분야에서 혁신을 이루어내는 대표적인 예"라고 밝힘.

    - Gorilla Glass는 현 스마트폰 제조에 사용되는 유리와 매우 유사하나, 경제성이 충분하지 않아 2016년 현 시점에서 대량양산은 불가능한 것으로 파악됨.

 

□ 자동차 산업 - 신소재 도입의 주요 걸림돌

 

자동차 산업 소재별 생산 시 이산화탄소 배출량 비교

                                                                                         (단위: ㎏ CO2e/㎏)

 

자료원: Wards Auto

 

  ㅇ 온실가스로 인한 친환경성 문제

    - 알루미늄, 마그네슘, 카본 파이버 등 자동차 경량화를 위한 신소재 제조 시 온실가스 발생량이 기존 소재인 강철에 비해 현저히 높은 수준임.

    - 알루미늄 소재의 경우 강철의 약 5배, 카본파이버의 경우 약 10배, 마그네슘의 경우 최대 20배 수준의 이산화탄소가 배출되는 것으로 집계됨.

    - 신소재의 이러한 단점은 기존 소재인 강철을 대체하는 데 주요 걸림돌로 작용하고 있음.

 

  ㅇ 높은 생산비용, 그러나 알루미늄은 점점 대중화 추세

    - GM, Ford 등 미국의 주요 완성차 기업들은 1970년대부터 각종 신소재를 도입한 차량의 프로토 타입을 공개해왔으나, 높은 생산비용으로 인해 대부분 출시에는 실패함.

    - 최근 포드 자동차가 동사의 최고 인기 모델인 픽업트럭 F-150에 알루미늄 바디를 전면 도입하면서 700파운드(318㎏) 수준의 경량화에 성공하는 등, 알루미늄 소재는 점차 자동차 산업 내 대중화되는 추세임.

 

포드 자동차의 최고 인기 모델이자 알루미늄 바디를 도입한 F-150

자료원: 포드 자동차

 

    - F-150은 주요 경쟁 차량인 FCA 램 모델에 비해 최소 137㎏에서 최대 293㎏ 가벼운 것으로 분석(Wards Auto)

 

□ 전망 및 시사점

 

  ㅇ 미국 정부가 경량화를 통한 연비 개선을 계속 강조하는 정책과 맞물려, 자동차 경량화 재질 신소재를 사용하고자 하는 자동차 업계의 노력은 계속될 것으로 분석됨.

 

  ㅇ 원가가 높은 단점이 있는 만큼 카본 파이버 등 신소재를 이용해 이윤을 남기기 위해서는 내구성과 경량, 다양한 디자인이 가능하다는 장점을 최대한 살리고, 프로세스 과정을 단축시킬 수 있는 기술을 향상시켜야 함. 제품 생산의 대중화를 이루는 것이 절실히 요구되며, 국내 관련 기업들도 이러한 점을 참고해 기술 개발에 매진할 필요 존재

 

  ㅇ 따라서 현 시점에서는 대량 생산 시의 경제성 부족과 각종 기술적 한계 극복이 가장 필수적이라 할 수 있음.

 

 

자료원: Wards Auto, Flickr, 포드 자동차 및 KOTRA 디트로이트 무역관 자료 종합