친환경 자동차라고 하면 전기나 천연가스로 움직이는 자동차만 떠올리기 쉽습니다. 자동차와 환경을 생각나면 가장 먼저 생각나는 것이 매연이니까요. 매연이 없는 자동차야말로 가장 친환경에 가까운 자동차겠지만 연료를 적게 사용하는 것도 환경을 위한 일이랍니다. 석유 연료를 사용하는 자동차가 연료를 적게 사용한다면 그만큼 이산화탄소 배출량도 줄어든답니다. 연료를 적게 사용하기 위해서는 어떤 방법이 있을까요? 흔히 ‘연비가 좋다’라는 말로 표현하는데요. 첫째는 적은 연료로 오랫동안 주행할 수 있는 엔진을 개발하는 것입니다. 둘째는 자동차 무게를 줄이는 방법입니다. 오늘은 자동차를 가볍게 만들 수 있는 소재, 즉 자동차 경량화 소재를 알아 봅시다.
Q:자동차가 가벼워지면 위험하지 않나요?
A:자동차는 안전이 가장 중요합니다. 아무리 조심해서 운전한다고 해도 언제나 사고 위험이 있기 때문입니다. 고속도로에서는 시속 100㎞/h 이상으로 달리는데, 속도가 빠르면 살짝만 부딪혀도 충격이 매우 큽니다. 아무리 연비가 좋다고 해도 쉽게 부서진다면 아무도 그 자동차를 이용하지 않을 것입니다.
그래서 가벼우면서도 튼튼한 재료(소재)를 사용하는 것이 관건입니다. 이런 소재를 자동차 경량화 소재라고 합니다. 보통 자동차 차체는 강철로 만드는데요, 강철보다 강하면서 강철만큼 튼튼한 소재가 개발된다면 어떨까요. 자동차 무게는 가볍지만 사고가 나더라도 쉽게 부서지지는 않겠지요. 제작하는 비용도 문제가 됩니다. 가볍고 튼튼한 재료가 있지만 너무 비싸면 자동차 가격이 더 높아지겠지요.
Q:자동차에는 어떤 소재가 사용되나요?
A:자동차를 구성하는 소재는 현재 철강 계열이 70%, 플라스틱 계열이 30%가량 쓰인다고 합니다. 자동차 뼈대나 몸체를 구성하는 것이 철강 계열이고요, 자동차 계기판 등에는 플라스틱 계열이 사용됩니다. 전자 부품을 감싸주는 하우징이라는 것도 플라스틱으로 만들어진답니다.
Q:자동차 뼈대 무게만 줄이면 될까요?
A:가장 큰 무게를 차지하는 것은 자동차 외형을 구성하는 뼈대와 몸체입니다. 엔진도 매우 무거운 부품입니다. 이런 무거운 부품의 무게를 대폭 줄이면 자동차 전체 무게도 매우 가벼워질 것입니다. 하지만 이런 부품들의 무게를 갑자기 줄이는 것이 쉬운 일은 아니지요. 대신 자동차 부품 전체의 무게를 조금씩 줄이면 어떨까요. 자동차에는 2만여개의 부품이 들어간다고 합니다. 부품 역할이 모두 다르기 때문에 모두 다 다른 소재로 만들어집니다. 어떤 것은 강철로, 어떤 것은 플라스틱으로 만들어지기도 하지요. 2만여개의 부품 무게를 10%씩만 줄인다면 전체 무게도 줄어들겠지요.
물론 가장 중요한 것은 차체의 70%를 차지하는 철을 보다 가벼운 소재로 대체하는 것이랍니다. 그 중에 마그네슘 합금이 가장 유력한 소재인데요. 마그네슘은 금속 중에서도 가장 가벼운 금속이랍니다. 알루미늄과 철강에 비해 무게가 각각 3분의2, 5분의 1 밖에 되지 않는답니다. 마그네슘만으로 철강을 완전히 대체하기에는 아직 무리가 있지만, 마그네슘에 철강을 합금해 사용하는 방법이 가장 많이 사용됩니다. 벌써 스티어어링 휠 등에 적용된 사례가 있습니다. 물론 향후에는 차체 강판을 대체할 수도 있을 테고요.
Q:또 다른 자동차 경량화 소재는 어떤 것이 있나요?
A:앞에서도 설명했듯이 자동차에는 수많은 부품이 사용됩니다. 부품마다 요구하는 특성이 다르기 때문에 특성별로 대체할 수 있는 소재도 다르답니다.
첫째로 꿈의 소재로 불리우는 탄소섬유가 있습니다. 탄소섬유는 탄소가 주성분인 매우 가는 섬유를 말합니다. 탄소 원자들이 섬유 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 붙어 있는데 이러한 분자 배열 구조 때문에 매우 튼튼합니다. 이 탄소섬유를 다른 소재에 섞어 튼튼함은 유지하면서 무게를 줄이는 방법입니다. 자동차 선루프 등에 적용되고 있습니다. 기존 플라스틱을 더 가벼운 플라스틱으로 대체하는 움직임도 활발하게 일어나고 있습니다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이라고 불리는 플라스틱이 주로 이런 용도로 사용되는 플라스틱이랍니다.
주최:전자신문
후원:교육부·한국교육학술정보원
◇‘자동차 진화의 비밀을 알고 싶다’ GB기획센터 지음. 골든벨 펴냄.
자동차가 어떻게 발전해 왔는지 잘 설명해 주는 책이다. 과거에는 자동차 진화의 중심이 속도에 있었지만 그로 인해 자동차는 예상치 못했던 부작용을 낳았다. 환경 오염이 바로 그것이다. 그 대안으로 환경과 미래를 생각하는 자동차 개발이 활발해진 데 착안해 이 책이 기획됐다. 이 책은 현재의 자동차 기술과 진화과정을 환경·엔진·안전 등으로 분류해 알려주고 있다. 친환경 자동차 개발 수준이 어느 정도까지 왔는지도 알 수 있다.
◇‘초등학생이 가장 궁금해 하는 신나는 첨단 과학 이야기 30’ 장수하늘소 지음. 하늘을 나는 교실 펴냄.
자동차의 소재가 어떻고 부품이 어떻고 하는 이야기는 초등학생에게는 너무 어려운 이야기다. 하지만 첨단 과학이 우리의 삶을 어떻게 변화시킬 수 있는지는 설명해 줄 수 있다. 이 책은 미래의 자동차가 어떤 모습일지, 첨단 플라스틱은 왜 유용한지 등을 알기 쉽게 설명해 준 책이다. 초등학생이 이해하기 쉽도록 주변 환경의 예를 들어 풀이했다.
문보경기자 okmun@etnews.com
