IRS글로벌, 플라스틱·알루미늄 등 국내 소재경량화 개발 동향 발표

[일간투데이 홍보영 기자] 파리기후협약 이후 국가별 온실가스 배출 감소에 대한 의무가 확대되면서 자동차에 대한 환경 규제가 강화되고 있다. 특히, 자동차 연비 향상을 위한 소재경량화에 업계의 관심이 집중되고 있다.

미국은 연비기준을 2015년 36.2mpg에서 2020년 44.8mpg로 유럽은 평균 온실가스 배출기준을 지난해 130g/km에서 2020년 95g/km로 높였다. 자동차 시장에서 큰 비중을 차지하고 있는 중국도 지난해 6.9ℓ/100km에서 2020년 5ℓ/100km로 규제 기준을 28%나 강화하고 나섰다.

산업조사 전문 기관인 IRS글로벌은 '자동차 경량화 관련 소재별 국내외 시장전망과 핵심기술 개발동향' 보고서를 발간하고, 이와 같은 시대적 변화 속에 글로벌 완성차 제조업체와 부품·소재 관련 업체들이 자동차 경량화를 위한 신소재 개발을 통해 고연비를 달성하려는 기술경쟁을 치열하게 벌이고 있다고 전했다.

철강소재는 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. 차종별로 차이가 크지만 철강은 평균 900kg 정도로 아직까지도 자동차 중량 중 가장 큰 비중을 차지하고 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 형태의 차체용으로 적극 검토되고 있다. 포드(Ford)가 미국 최대 판매 실적을 올리고 있는 픽업 트럭 'F-150' 모델에 All 알루미늄 차체를 실현한 사례는 머지않아 관련시장을 크게 확대시킬 것으로 예상된다. 하지만 알루미늄 합금은 용접접합이 어렵고 바디 등의 판금부품 가공성이 떨어진다는 단점으로 향후 연구개발이 요구된다.

마그네슘 부품은 1990년대 이후, 경량화를 위해 실린더 블록, 자동변속기 케이스, 엔진 오일팬 등의 경량 부품에 주로 적용돼 왔으며, 최근에는 마그네슘 판재의 적용 범위가 확대되고 있다. 하지만 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 오래 전부터 주목받고 있다. 타이타늄 합금은 550℃의 고온에 이르기까지 다른 재료들에 비해 우수한 비강도를 유지하기 때문에 고온에서 작동하는 엔진용 구조재로 사용될 수 있다.

철강 다음으로 자동차에서 가장 많이 사용되고 있는 플라스틱은 내장부품에서 점차 외장부품, 외판부품, 엔진룸 부품 등과 같이 사용조건이나 환경이 가혹한 부분으로 사용이 확대되고 있다. 올 플라스틱(All plastic) 자동차 사례도 속속 등장하고 있다.

한편, 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 마그네슘, 알루미늄 합금을 2022년까지 개발한다는 세부 전략을 세우고 있다.

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