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애플은 알루미늄을 뛰어넘어 리퀴드메탈(Liquid Metal)에 주목하고 있다. 리퀴드메탈은 지르코늄(Zr)에 티타늄(Ti), 구리(Cu) 등을 섞어 만든 합금이다. 일반적으로 메탈은 결정(Crystal) 구조를 갖는데 리퀴드메탈은 이름처럼 결정이 아닌 비정질(Amorphous) 구조이다. 그래서 비정질합금이라고도 불린다. 리퀴드메탈은 강도와 탄성이 매우 높은 반면에 부식은 없으며, 고온에서 플라스틱처럼 자유로운 성형이 가능하기 때문에 상업적으로 높은 관심을 받고 있다.

애플은 2010년 유일한 지르코늄계 리퀴드메탈 상업화 기업인 LMT(Liquid Metal Technologies)의 가전용 리퀴드메탈 독점 협력권을 확보했다. 또한 독자적으로도 관련 특허를 지속적으로 확보하고 있다. 2014년에는 리퀴드메탈로 만든 베젤과 전면의 사파이어 글래스를 결합하기 위한 특허도 취득했다. 따라서 아이폰6 바디에 리퀴드메탈이 적용될 것이라는 추측이 제기되었으나, 당시에는 SIM 제거 부위에만 리퀴드메탈이 적용되었다. 올해 들어서도 지속적으로 애플은 리퀴드메탈 관련된 다양한 특허를 취득하고 있으며, 2015년 6월에는 기존에 LMT와 체결한 독점 협력권 계약을 3번째로 갱신하기도 했다. 따라서 향후 출시될 아이폰7에서는 리퀴드메탈이 바디의 주요 소재로 사용될 것이라고 추측되고 있다.

종이로 만드는 자동차, CNF

탄소섬유 및 CFRP는 차세대 경량화 소재로서 자동차의 연비 향상 등에 기여하고 있다. 하지만 탄소섬유 소재 자체의 친환경성에 대해서는 의문이 존재한다. 제조 과정, 특히 탄화 과정에서 사용되는 열에너지 때문이다. 탄소섬유를 탄화하기 위해서는 2,500도 이상의 고온이 필요한데, 이 때 비용도 비용이지만 엄청난 양의 화석연료, 전기에너지 등이 소모되기 때문이다.

일본을 중심으로 CNF(Cellulose Nanofibers, 셀룰로오스 나노섬유)라는 신소재 개발이 이루어지고 있다. CNF는 식물 유래의 신소재이다. 종이를 만들 때처럼 펄프가 주요 성분이 된다. 펄프를 물리적, 화학적 방법으로 잘개 쪼개어 CNF를 만들게 되는 것이다. CNF는 강도가 강철의 5배, 무게는 1/5에 불과하다. 탄소섬유처럼 플라스틱 같이 다른 재료와 결합하여 강도 등의 특성을 향상시켜 자동차 등에도 사용될 수 있을 것으로 보인다. 따라서 장기적으로는 탄소섬유나 유리섬유를 대체할 수도 있을 것으로 기대되고 있다.

일본에서는 일본제지, 오사카가스 등이 CNF 개발에 힘쓰고 있다. 일본제지는 2007년부터 CNF 연구에 착수하여 2016년 생산을 목표로 하고 있다. 탄소섬유와 달리 탄화과정이 필요 없기 때문에 에너지 및 생산 비용 절감이 가능해 탄소섬유 대비 제조 비용을 1/6 수준으로 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 1kg당 5달러 이하의 가격이 될 것으로 예상하고 있다. 일본에서는 개별 기업뿐 아니라 국가 차원에서도 CNF의 가능성을 높게 보고 있다. 2014년 6월에는 경제산업성을 중심으로 160개 기관이 참여하는 ‘나노셀룰로오스포럼’을 발족했다. 이들은 2030년 1조엔 시장 규모로 확대하는 것을 목표로 하고 있다.

3D 프린팅을 통한 경량화

기존의 주조, 단조, 사출 등 전통적인 제조 방식을 넘어 부품 디자인의 자유도를 높이는 방식으로 경량화를 구현하려는 시도도 있다. 3D 프린팅이 대표적이다. 플라스틱, 메탈, 세라믹 등 다양한 소재를 통한 부품 제조 노력이 최근 들어 활발히 일어나고 있다. 경량화 효과는 아무래도 플라스틱 소재 보다는 밀도가 큰 메탈 분말 소재를 이용한 것이 클 것이다. 3D 프린팅 방식 중 하나인 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)방식은 알루미늄이나 티타늄 메탈 분말을 레이저로 녹여 부품을 만드는 것이다. 항공우주, 자동차 등의 산업에서의 관심이 높다. 보잉, GE 등은 메탈 소재를 기반으로 3D 프린터를 이용한 제트엔진용 블레이드, 연료 노즐 등의 적용을 추진하고 있다. 아우디는 3D 프린터로 제작한 자동차용 메탈 부품을 적용하려 하고 있다. 이 방법이 적용된다면 불필요한 부품의 제거를 통한 경량화 효과를 얻을 수 있을 것으로 보인다.

맨 왼쪽의 부품을 경량화하기 위해서는 오른쪽 부품과 같이 복잡한 형상으로 설계되는데 3D 프린팅을 이용하면 기존가공보다 더 빠르게 제조할 수 있다.

출처 : LG경제연구원