독일, 탄소 소재로 전기자동차와 동반 성장을 꿈꾼다

- 향후 탄소강화 섬유소재시장, 연간 20% 성장 전망 -

- 한국 부품기업 역시 틈새시장 공략에 나서야 할 때 -

 

 

 

□ 경량 소재와 전기자동차의 만남

 

 ○ 경량 소재로 전기 모터의 단점 극복

  - 전기 모터는 하이브리드 전체 차량 무게에 약 150㎏의 무게를 배가시키며 전기차는 250㎏에 이르는 무게가 추가됨.

  - 이러한 전기차의 무게는 높은 유지비를 발생시키는데, 더 큰 브레이크가 내장돼야 하고 차량의 주행거리도 단축시킴. 즉, 전기차에 있어서 무게는 바로 고객의 사용과 직결된다 할 수 있음.

  - 이에, 경량 소재 사용은 차량의 주행거리를 높여주는 직접적인 이점이 있음.

 

 ○ 탄소강화섬유 소재 시장, 연간 20% 성장 전망

  - 향후 전기자동차와 효율적인 모터기술에 따른 차량 무게 증가를 보완하기 위해 OEM으로 납품되는 경량소재 비중이 크게 증가할 것임.

  - 이러한 경량 소재 중 탄소 강화섬유 소재는 더 큰 주목을 받는데 글로벌 컨설팅사 맥킨지(McKinsey)의 분석 결과, 탄소섬유 강화소재의 비중은 연간 20%씩 증가할 것임.

  - 아울러 맥킨지는 2030년까지 자동차 경량소재 부품 매출이 3000억 유로에 달하고 경량 부품의 비중이 30~70%까지 증가할 것임.

 

□ 주요 완성차 기업의 경량화 기술 현황

 

 ○ BMW, 탄소섬유강화플라스틱으로 특수 공정과 대량 생산 기술 개발

  - BMW의 차체와 현가장치 소재 개발팀장인 괴벨(Timo Goebel)은 탄소섬유강화플라스틱(CFK)이 유일한 대안이라고 봄.

  - 2003년 이래 탄소섬유강화플라스틱을 사용하는 BMW는 이를 더 적극 활용해 i 모델 프로젝트에 대거 투입하는데 이와 관련해 새로운 전기차 구조를 개발함.

  - 이는 이른바 2개로 분리되는 부분품으로 구성되는 ‘Life-Drive’ 콘셉트로 알루미늄 섀시는 드라이브 모듈로, 차량 내 좌석 부분은 주로 탄소섬유강화플라스틱으로 구성됨.

  - BWM는 비교적 힘든 복합 공정인 RTM(Resin Transfer Moulding) 공정과 관련해서도 자체 프로세스, 공구와 설비시설 콘셉트를 개발함.

 

BMW 란츠후트(Landshut) 공장 내 탄소섬유 소재 공정

자료원: Automobil Produktion

 

 ○ VW, 하이브리드 모델 XL1의 21%가 탄소강화섬유플라스틱 소재

  - 경쟁사인 VW 역시 탄소강화섬유플라스틱 부품 공정 과정 효율화로 납품업체와 함께 보다 진전된 Advanced-RTM 공정을 개발하고 특허를 확보함.

  - 이 공정에서는 RTM 공정과 압축 공정이 조합되는데 VW의 하이브리드 차량 XL1의 경우 21%가 탄소강화섬유플라스틱 부품으로 제조됨.

 

 ○ Opel, 배터리 내 플라스틱 소재 활용 비중 증대 계획

  - 경량화 공정은 차체뿐만이 아니라 배터리의 무게 역시 절감 가능한데, 특히 에너지 공급과 직접적인 연관이 없는 배터리 외장재와 바닥판을 그 예로 들 수 있음.

  - 특히 오펠은 모듈을 구성하는 테를 폴리아미드를 소재로 한 플라스틱 소재를 사용 중임.

  - 현재 오펠은 전기차 모델 암페라(Ampera)의 총 차제 무게의 59%를 차지하는 전지 외 플라스틱 소재 사용 비중을 70%로 확대해 나갈 계획 하에 연구 개발 중임.

 

 ○ Audi, 3세대 Audi3 모델 경량 부품으로 무장

  - 오는 7월 말 시장에 출시될 Audi의 준 중형급 모델Audi3 (3도어)는 알루미늄 소재를 활용해 차량 좌석 부문에서 25㎏, 모터에서 21㎏ 등 평균 무게를 55㎏ 감소함.

  - 이로 인해 이 모델은 총 20%에 이르는 연비절감 효과가 기대되며 아우디는 이 모델 출시 6개월 이후 5 도어 모델에 이어 내년에는 CNG 모델을 출시할 예정임.

 

Audi A3 3세대 모델

자료원; Auto-bild

 

□ 탄소강화섬유 플라스틱 사용 공정의 주요 도전 과제

 

 ○ 현재 OEM은 탄소강화섬유 플라스틱 사용을 위한 공정을 효율화하고 자동차 경량화에 있어서 탄소강화섬유의 의미가 점진적으로 증대할 전망이나 기술적 진보에도 소재 가공은 여전히 도전 과제로 남음.

 

 ○ 가장 큰 문제로 지적되는 점은 공정의 효율화와 전문 인력 양성임.

  -  BMW의 탄소강화섬유플라스틱 전문가 파이엘만(Bernd Veihelmann)은 현재 RTM공정에 10분이 소요되는데, 이를 한자릿수 대로 단축시키는 것이 목표라고 밝히고 일반적으로 이러한 소재의 적용은 공정상 큰 도전 과제라고 강조함.

  - 이에 파이엘만은 향후 자동차용 섬유 공정은 산업화를 위한 잠재력이 높은 것으로 판단함.

  - 이러한 기술적 난제 외에도 장애요인으로 작용하는 것은 소재에 맞는 디자인이며 특히 이와 관련한 전문 인력 부족은 여전히 문제로 지적됨. 특히 이는 금속 디자인의 사고 영역을 벗어난 발상의 전환이 필요한 개발이 필요하다는 견해를 밝힘.

 

 ○ 기술적 진보에도 소재 가공은 여전히 도전 과제로 남았는데 파이엘만은 값비싼 탄소섬유 외, 제품 개발도 여전히 도전 과제 중의 하나임. 특히 현재 충돌 성향과 관련해 경험이 축적되지 않는 점도 향후 과제로 지적함.

  - 향후 이와 관련해서는 나노 입자로 구성된 부품이 적합할 수 있을 것이며 현재 함부르크-하르부르크 공과대학에서는 나노 소재를 탄소강화플라스틱 소재와 접합하는 기술 개발이 한창임.

  - 더 나아가 이러한 기술이 도입돼 활용되기 위해서는 새로운 가공과 생산 공정 기술 역시 뒤따라야 할 것임.

□ 전망과 시사점

 

 ○ 현재 독일 완성차 기업에서는 향후 자동차 시장의 판도 변화를 가져올 전기차의 단점을 보완해줄 경량화 소재 개발이 다각도로 이루어지는 가운데, 전기자동차 출시와 함께 탄소소재 부품 개발 역시 탄력을 받음.

 

 ○ 국내에서도 알루미늄 소재를 위시한 경량화 기술 개발이 꾸준히 이어지는 가운데, 다양한 경량화 소재 개발과 함께 향후 시장 선점을 위한 적절한 공략 시점을 노려야 할 것임. 특히 완성차 모델 개발에 기본적으로 수 년이 소요되는 바, 탄소소재를 비롯한 다양한 경량 부품 등의 새로운 틈새 시장을 겨냥한 조기 신규 공급선 발굴에 나설 필요가 있음.

 

 

자료원: Automobil Produktion, Automobilwoche, Auto-bild 및 KOTRA 자체정보 종합