• 목록

자동차도 다이어트 시대! 차량 경량화 중요성 커진다. 

차량 경량화 주요 소재별 특징 및 활용성

미국 자동차연구소(CAR, Center for Automotive Research)에서 2020년 11월 발간한 ‘Vehicle Mass Reduction Roadmap Study 2025-2035’에 따르면, 차량 경량화에 사용되는 소재는 크게 4종류로 철(Steel), 알루미늄(Aluminum), 고분자 복합재(Polymer Composites), 마그네슘(Magnesium)이 있다. 각 소재별 특징과 활용성은 다음과 같다.

1) 철(Steel)

자동차 생산에서 가장 많이 쓰이는 소재이며, 최적화 연구가 계속해서 진행 중이므로 자동차 제조회사들이 철의 대량 생산에 익숙하다는 특징이 있다. 

특히, 철강 소재는 자동차 무게의 약 55%를 차지하는 중요한 소재 가운데 하나이고 일반 강판(Mild Steel)보다 인장 강도를 2배 이상 높여 경량화를 달성할 수 있는 고장력 강판(HSS)이 주로 연구된다. 초고장력 강판(AHSS)과 울트라 초고장력 강판(UHSS)은 일반 강판(Mild Steel)과 비교했을 때 각각 90%, 75%의 중량을 가지고 있다. 

초고장력 강판(AHSS)은 시트 레일(seat rail)이나 서스펜션(suspension)과 같은 높은 강도를 요구하는 내판 구조부품에 주로 적용되며, 울트라 초고장력 강판(UHSS)은 강도와 연신율을 동시에 요구하는 자동차용 패널(Panel) 및 충돌 시 충격을 흡수하는 범퍼 빔(Bumper Beam), A 필러(A-Pillar), 브레이크 디스크(Brake Disk) 등에 적용된다.

2) 알루미늄(Aluminum)

알루미늄은 철의 주요 대체 소재이며 현재 바디 인 화이트(Body-In-White, 페인트가 되지 않은 상태의 철판으로 된 차체 완성품)와 클로져 서브시스템(closures subsystem, (예시: 자동차 문 및 후드) 부품의 약 10~13%에 사용되는데, 향후 이 비중이 20~22%까지 늘어날 전망이다. 

알루미늄은 최근 후드(Hood), 펜더(Fender), 루프(Roof), 도어(Door) 등에 적용되며 철강 소재를 대체할 수 있는 대표적인 소재로 주목받고 있다. 하지만 철강 대비 가격이 비싸고 강도가 약하다는 단점이 있다.

3) 고분자 복합재(Polymer Composites)

고분자 복합재는 단일 소재가 아니라 특정한 용도에 사용되는(application-specific) 복합재로 가장 큰 무게 절감 효과가 있으나, 가장 높은 비용이 든다는 단점이 있다. 이에 따라, 고분자 복합재는 주로 프리미엄 및 높은 성능의 자동차 소재로 쓰인다. 

주로 고분자 수지에 탄소섬유를 보강한 탄소섬유 복합재(CFC, Carbon Fiber Composite)가 사용되며, 인장강도가 철에 비해 5배 이상 높고, 제조 방법에 따라 다양한 성질의 제품을 만들 수 있는 특징이 있다.

4) 마그네슘(Magnesium)

고분자 복합재와 같이 큰 무게 절감 효과가 있으나, 부식과 잘 설립되지 않은 공급망은 큰 문제로 바디 인 화이트(Body-In-White)와 클로져 서브시스템(closures subsystem)에는 사용이 제한될 것으로 보인다.

소재별 시장 전망

McKinsey & Company는 자동차 산업에서 일반강철(Mild Steel)의 비중은 10년 이내로 50% 이상 줄어들 것으로 예상한다. 고장력 강판(HSS)의 경우 비교적 낮은 가격 덕분에 가장 높은 성장을 보일 것으로 예상되며, 일반강철(Mild Steel)을 대부분 대체하는 시점에 성장은 둔화될 것으로 보인다. 

알루미늄(Aluminum)과 고분자 복합소재(Polymer Composite)는 차량 경량화에 매우 중요한 소재로서, 2030년까지 각각 6%, 17%의 높은 연평균 성장률을 보일 것으로 예상된다. 미국 자동차연구소(CAR) 연구원 B씨는 KOTRA 디트로이트무역관과의 인터뷰에서 “소재별 가격 변동에 따라 비중은 달라지겠지만, 자동차 산업에서 일반강철의 비중은 줄어들고 그 자리를 경량화 소재가 대체하는 것은 예견된 미래이다”라고 전했다.

시사점

자동차 경량화는 전 세계적으로 증가하는 이산화탄소 배출규제와 더불어 연비 효율을 개선하는 중요한 동인으로 제조단가, 생산성 등을 고려하여 신소재 개발 및 적용을 중심으로 진행되고 있다. 고장력 강판, 알루미늄, 고분자 복합재, 마그네슘을 중심으로 다양한 경량 신소재가 연구되고 있다. 

경량 신소재는 자동차 산업뿐만 아니라 항공, 풍력발전 산업 등 다양한 분야로 확장이 가능하다는 점에서 지속적으로 유망한 산업이 될 것으로 보인다. 한국의 자동차 부품기업들도 차량 경량화의 중요성을 인지하고 소재/부품 연구개발을 통해 차량 경량화 부품 생산에 대비해야 한다.

특히 단순히 차체의 무게를 줄이는 것을 넘어, 고강도 저량 신소재 개발과 적용을 통해 ‘가벼우면서도 튼튼한’ 경량화 부품을 만드는 것이 필수적인 경쟁력이 될 것으로 보인다.

자료: BloombergNEF, 백악관(WhiteHouse), 미국 국무부(U.S Department of State), Continental, McKinsey & Company, 미국 자동차 연구소(CAR), 한국자동차연구원, 

한국과학기술기획평가원, Audi AG, KOTRA 디트로이트무역관 보유자료 종합 

자료제공: KOTRA

자료편집: 핸들러전문지