글로벌 리서치회사(BloombergNEF)에 따르면, 2022년 연말까지 500개 이상 다양한 전기차 모델이 출시될 것이며 전기차 판매량은 2020년 170만대에서 2030년에는 2600만 대까지 늘 것으로 보인다. 바이든 미국 대통령은 1월 20일 취임 첫날 미국의 파리기후변화협약(Paris Agreement) 복귀를 공식적으로 선언하며 환경 문제에 대한 적극적 입장을 천명했다. 뿐만 아니라, 바이든 행정부는 트럼프 전 대통령이 완화한 차량 연비 규제 CAFE 기준을 대체할 더욱 엄격한 연비 규제를 7월 중 발표할 것이라고 예고했다.
글로벌컨설팅기업(McKinsey & Company)에 따르면 2010년 29%였던 경량화 소재 비율은 2030년 67%까지로 두 배 이상 늘 전망이다. 또 McKinsey&Company는 자동차 산업에서 일반 강철(Mild Steel)의 비중은 10년 이내 50% 이상 줄 것으로 예상한다.
고장력강판(HSS)의 경우 비교적 낮은 가격 덕분에 가장 높은 성장을 보일 것으로 예상되며, 일반 강철(Mild Steel)을 대부분 대체하는 시점에 성장은 둔화될 것으로 보인다. 이처럼 전기차 시대가 도래하고 미국 내 탄소 배출에 대한 규제가 강화되면서 전기차 연료 효율성 제고와 차량 배출 탄소 절감을 동시에 잡을 수 있는 차량 경량화 전략의 중요성이 커지고 있다.
다양한 소재 연구가 진행됨에 따라 기존 금속 부품을 대체할 수 있는 플라스틱 및 복합소재 사용이 증가함에 따라, 전체 제품 사용량 대비 플라스틱 및 복합소재(CFRP)의 사용량이 금속 소재에 비해 높은 성장률을 기록할 것으로 보인다.
CFRP는 BMW에서 생산되는 전기차 모델 양산에 적용돼 주목받았다. BMW i시리즈의 경우 Life Module을 CFRP 소재를 적용·제조하고 있다. 포르쉐는 Carrera GT에 탄소섬유가 적용된 시트 프레임을 개발, 기존 제품 대비 약 50% 무게를 절감하는 데 성공했다. 시트의 경우 고강성 경량소재를 적용해 부피를 줄일 수 있고 차량 실내공간을 확장하기 때문에 그 효과가 매우 크다.
발포 소재는 경량성과 함께 단열성, 완충성(내충격성), 차음성 등의 장점으로 채택이 확대되고 있다. 발포 소재의 물성은 발포 특성에 따라 달라지기 때문에 균일한 셀 크기, 높은 발포율이 요구되고 있다. 일반적인 발포는 화학 발포 또는 물리적 발포가 많이 사용돼 왔으나 제품 표면 불량이 자주 발생해 이에 대한 개선 연구가 꾸준히 이뤄지고 있다.
지역별 시장규모는 아시아 지역(태평양 지역 포함)이 가장 높은 점유율을 나타내고 있다. 이는 세계 최대의 소비 시장 중 하나인 중국의 존재와 함께 높은 기술력을 보유하고 있는 일본 완성차 업체 및 화학소재 업체의 발 빠른 대응의 결과로 분석된다. 그 다음으로 유럽 지역과 북미 지역 순이다. 북미와 유럽 지역은 환경 규제 강도 및 규제 시기가 다른 지역에 비해 규제 압박이 크기 때문에 완성차, 부품사, 소재 업계 모두 경량화 기술 개발에 대한 높은 관심을 갖고 있는 것으로 보인다.
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세, 에너지 자원의 가격 상승으로 자동차 경량화에 대한 요구 또한 필연적이다. 자동차 경량화는 신소재 적용 비율에 따라 좌우되므로 미래 신소재 개발이 경량화 기술의 핵심이 될 것이며 경쟁력 있는 신소재 개발이 향후 자동차 경량화의 핵심 이슈다. 신소재는 단순 무게 절감뿐만 아니라 품질 수준과 제조 원가, 양산성, 안전성, 장기 내구 신뢰성 확보 등이 종합적으로 고려돼야 한다. 플라스틱 기반 소재 적용을 통한 자동차 경량화 기술은 높은 디자인 자유도, 가공성, 내부식성, 재활용성 등이 우수하고, 추가적인 기능(단열, 소음저감 등)을 부여할 수 있어 자동차에서 사용량이 증가하고 있으며 향후 높은 성장세가 예측되고 있다.
박정호 명지대 특임교수 aijen@mju.ac.kr