플라스틱산업 사출 / 압출 / 금형 /원료

<20> 시장동향

떠오르는 독일 차량 경량화 신시장

플라스틱 업계 눈을 돌려라!

다양한 경량소재 융합 및 가공기술 개발, 활용해야

차량 무게 차지 비율

사진. 폴크스바겐사 

차량 경량화 시장 동향

지난 수년간 소비자들의 편의 및 안전에 대한 요구가 증가하면서 차량의 안전과 기능성이 중시됐다. 그에 따라 차량 부품 수가 더욱 늘어났고 차체의 무게는 계속해서 증가하고 있다. 1974년형 폴크스바겐사 Golf 모델이 750㎏이었던 것에 비해 가장 최신 모델의 무게는 1.2톤에 달한다.

2011년도 발표된 세계 각국 정부의 배기가스 규제 강화에 대한 대응과 동시에 자동차 연비향상을 위해 자동차 제조산업에서 차체의 무게가 중요한 테마로 자리잡았다.

차량 경량화는 차대, 차내 설비, 동력장치 등 차량 전체 분야에 걸쳐 있으므로 전체를 경량화하는 것도 중요하지만, 차체는 차 전체 무게의 35~40%를 차지하기 때문에 차체 부분의 무게를 줄이는 것에 집중되는 실정이다.

이러한 실정에 따라 유럽연합 집행위원회(European Commission)가 주관한 공동 R&D 프로젝트인 차량 경량화 연구 프로젝트 ‘Super Light Car’에 유럽 내 9개 국가 38개의 선도기관이 함께 차량 경량화 연구에 집중하고 있다.

북미 자동차 소재에서 경량물질인 알루미늄이 차지하는 비중은 1975년 2%(대당 40㎏)에서, 2012년에는 8%(대당 156㎏)까지 증가했는데, 그 중 엔진 관련 부품 소재는 80% 이상이고 타이어 휠의 55%도 알루미늄으로 대체됐다. 또한 주조 공정이 가능한 파워트레인과 섀시에 우선 적용되고 있다.

1975년과 2005년 차량 구성 소재 비교

사진. 폴크스바겐사, VDA(독일 자동차산업협회) 

차량 경량화 중요성과 효과

차량의 중량은 엔진, 기어 등 차량 구동 장치 다음으로 CO₂배출량에 영향을 끼치는 중요한 요소이다.

유럽 내 차량 CO₂배출량이 증가하면서 차량 경량화의 중요성이 부각되고 있으며, 유럽 외 다른 시장에서도 CO₂감소 노력을 보이는 등의 추세가 나타나는 실정이다.

또한, 시중의 BMW i3 모델은 차체에 경량 소재를 사용함으로써 디자인, 구성 또한 더욱 자유로워졌다. 전기 및 하이브리드 자동차도 경량화를 추진해 초과중량이 상쇄되고 도달거리가 높아지고 있으며, 차량중량을 1톤 경감함에 따라 전기운전의 연간 절감 전력비는 최근 실적기준으로 약 150만 원으로 추정된다(주행거리 300㎞/일, 전력단가 170원/㎾h의 경우).

소형차 또한 운전자 보조지원 시스템(Advanced Driver Assistance Systems)과 차량 내 편의옵션기능이 개선되었다.

승용차 CO₂배출 한계치

사진. ICCT-The International Council on Clean Transportation 

미래 추진 방향

오펠(Opel)사에 따르면 열 성형 스틸(Hot Formed Steel)과 복합 조직강(Dual Phase Steel)을 통해 차내 중량은 감소시키고 강도는 높일 수 있다고 한다. 이에 따라 2025년까지 열 성형 스틸의 시장점유율은 45%에 달할 것으로 예상된다.

또한, 친환경 차량은 대용량 배터리, 고압 연료통 등과 같은 부품들이 추가되면서 무게가 증가할 수밖에 없기 때문에 비용 상승이라는 단점을 해소시키기 위해 극단적인 소재 대체를 통한 경량화를 시도해야 한다.

고장력강판은 적용 부위가 제한되고 철이라는 소재 특성으로 경량화 수준에 한계가 있어 차체 적용할 수 있는 최대치가 10~20% 수준이기 때문에 알루미늄과 마그네슘, 플라스틱 소재 등 다양한 종류의 물질을 섞어 사용하는 것이 차체 중량과 생산 비용 모두를 절약하는 방법이라고 할 수 있다.

실제로 VW Golf7는 다양한 종류의 열 성형 스틸을 활용, AUDI A6는 스틸+알루미늄, BMW i3는 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic)+알루미늄을 이용한 모델이다.

미래 추진방향

사진. AUDI, Oica President

시사점

미국은 2025년까지 현재보다 50% 이상 개선된 리터당 23.2㎞의 연비를 요구하고 있고, 유럽에서는 2025년 33.1㎞의 연비를 달성해야 한다. 이와 같은 연비 규제 강화 흐름으로 2025년에는 전 세계적으로 연비개선을 위한 차량 경량화시장이 대략 1,300억 달러까지 증가할 것으로 전망된다.

중국 내 차량 경량화시장이 유럽 시장을 따라 잡아, 중국과 유럽시장의 제품 총생산이 전체 시장의 절반을 넘을 것으로 예상된다. 한국 또한 경량화에 필요한 부품의 가공 및 성형기술 개발을 통해 경쟁력을 강화시킬 필요가 있다.

폴크스바겐사의 경우 다양한 경량소재의 대량생산 기술 개발을 위해 철강계, 비철금속 업체, 화학, 성형가공업체들이 공동으로 참여하는 프로젝트를 주도해 경제성이 높은 경량차체를 개발했다. 이처럼 대체재의 위협을 받는 우리나라의 철강업계도 경량소재 R&D 투자 확대와 더불어 부품·완성차 업계와의 보다 적극적인 기술 협력, 종합적인 생산망 구축이 요구된다.

그에 따라 탄소섬유, 알루미늄, 마그네슘 등 경량소재를 종합적으로 활용, 특히 국내 마그네슘의 가격경쟁력을 확보해 수요 기업과 소재 업체 간 중장기적인 로드맵을 공유하는 등 전략적인 협력관계의 구축이 필요하다.

우리 업계로서는 독일의 히든챔피언 등 발달된 관련 기술업체들과의 협업 등을 통한 공동 연구개발을 추진해 기술수준을 대폭 향상할 수 있는 전략이 필요할 것으로 평가된다.

출처. KOTRA 글로벌윈도우 www.globalwindow.org

<본문은 월간 플라스틱기계산업 8월호에 게재되었습니다.>