산업조사 전문기관인 IRS글로벌이 ‘자동차 경량화 글로벌 트렌드와 소재별 핵심기술 개발전략’ 보고서를 발간했다.

글로벌 자동차 산업에서 강력히 요구되고 있는 자동차 경량화 트렌드는 세계 각국의 환경 및 연비규제 강화에 의해 자동차 업계의 글로벌 경쟁력을 좌우하는 핵심기술로 부각되고 있다. 또 최근 전기자동차, 수소자동차 등을 비롯한 친환경자동차의 수요가 높아짐에 따라 자동차 경량화를 위한 관련 기술이 더욱 주목받게 되었다.

연비 향상 및 CO₂ 배출량 감축에 크게 영향을 미치는 것은 자동차 중량이다. 완성차업체는 그 중요성을 인식하고 오래전부터 경량화에 대처해 왔다. 최근 대기오염이 심각해짐에 따라 배기가스 규제가 단계적으로 강화되고 있어 경량화에 의한 연비 향상은 이전보다 중요시되고 있다. 차체가 가벼워지면 가벼워질수록 소비 연료는 줄어들고, 연료가 줄어들면 줄어들수록 공기는 깨끗해지고 고갈이 예정되어 있는 화석연료에 대한 의존도 줄일 수 있다. 또, 연비 향상을 위해 가솔린 엔진에서 하이브리드, EV로 동력이 바뀌고 있지만 배터리 등 핵심 부품의 무게가 무겁고 첨단 부품과 기능이 추가되면서 자동차 중량이 증가하고 있어, 자동차 경량화를 통한 연비 효율성 제고 및 주행거리 확대는 변함없이 대응할 수밖에 없는 필수 과제이다.

자동차 경량화에 있어서 차체 구조의 재검토와 구조재의 대체가 많이 실시되고 있다. 이전의 자동차 차체는 대부분 무거운 철강재를 사용하여 만들어졌다. 이것을 대체하는 소재로 탄소와 니켈 등을 극소량 첨가하여 강도를 향상시킨 하이텐(고장력강)이 많이 이용되고 있다. 하이텐을 사용하여 구조재를 얇게 하는 것이 가능해져 차체가 경량화되고 있다.

다음으로 많이 사용된 것이 비중이 철보다 가벼운 알루미늄과 마그네슘, 티타늄 합금이다. 알루미늄 합금은 기존 철강재의 1/3 무게로 강성과 안전성까지 갖춘 가장 적합한 대체재로 엔진과 후드 등 차체의 많은 부분에서 이미 사용되어 경량화에 크게 기여하고 있다. 그러나 이러한 합금은 강재에 비해 가격이 비싸고 용접이나 프레스가 어려운 등 가공성에 문제가 있어, 이용에 있어서는 많은 과제가 존재한다. 거기서 주목받고 있는 것이 수지소재이다. 금속소재로 만들어지던 것을 PA(폴리아미드), PC(폴리카보네이트) 등의 고기능 수지소재(엔지니어링 플라스틱)나 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)로 변경하는 다양한 대응이 이루어지고 있다.

한편 최근에는 금속이나 비금속계 소재 등의 경량화 소재를 병용하는 멀티소재화에 의해서 획기적인 경량화, 고기능화를 목표로 하는 움직임도 나타나고 있다. 구조부재 및 파워트레인의 경량화는 모두 강재의 고강도화뿐만 아니라 알루미늄, 수지를 자유자재로 사용하기 위한 기술개발도 진행되고 있으며, 특히 전동화의 발전에 의해서 부품의 더욱 진화된 초소형화, 경량화가 가속되고 있다.

전 세계적인 환경 규제로 경량화가 자동차 산업의 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있는 가운데 완성차업체는 국제 환경 및 연비 규제 대응의 일환으로 고효율 자동차산업 육성에 총력을 집중하고 있으며, 자동차 경량화 기술이 가장 현실적인 대안으로 앞으로도 그 중요성은 더욱 부각될 것으로 전망된다.

현대자동차그룹은 환경 규제에 대응하고 제품의 글로벌 경쟁력 확보에 필수적인 효율성 개선을 위해 ‘중장기 차량 경량화 전략’을 추진하고 있다. 정부가 2019년 8월에 발표한 ‘에너지효율 혁신전략’에 발맞춘 대처이다. 에너지효율 혁신전략은 산업통상자원부가 에너지 소비효율을 높이고 연관 산업을 육성하기 위해 마련한 전략이다. 수송부문에서는 기술개발, 친환경자동차 보급 확대 등으로 승용차 평균연비를 2020년 24.3㎞/ℓ에서 2030년까지 28.1㎞/ℓ로 15.6% 올리는 내용이 에너지효율 혁신전략의 핵심이다.

자동차 경량화를 통한 연비효율성 제고는 자동차 업계에서 피할 수 없는 주요 흐름으로 자리 잡게 되었다. 이에 현대자동차그룹은 앞으로 출시되는 모델의 공차 중량을 5% 낮추겠다고 밝혔다. 현대차그룹에 따르면, 자동차 무게가 5% 줄면 연비는 1.5%, 동력 성능은 4.5%씩 향상된다고 한다. 가벼워진 차체는 충돌 에너지를 4.5% 낮춰 사고 피해를 줄이는 데 도움이 된다. 가속과 조향, 제동 등 주행 성능도 전반적으로 좋아진다. 또 차체와 섀시(구동·현가·조향 관련 부품) 등 부품은 기계적인 피로도가 줄어 내구 수명이 향상된다. 배기가스에 포함된 질소산화물은 약 4%, 탄화수소는 약 2%씩 줄어드는 효과도 기대된다.

또한 우리 정부는 자동차 경량화에 대한 기술 수요가 증가함에 따라 자동차 경량화를 위한 방안 마련에 나서고 있다. 산업통상자원부가 추진하고 있는 ‘스마트특성화 기반구축 사업’은 국가전략산업의 지역기반구축을 위한 사업으로 지역별로 특성화된 사업을 선정하여 지원할 방침이다.

여기에 경주시가 추진한 차량용 첨단소재 성형가공 기술 고도화 기반조성 사업이 선정되어 2020년부터 3년간 300억원의 사업비가 투자될 예정이다. 경북지역 자동차 부품 생산의 절반을 담당하고 있는 경주시 외동 일원에 자동차 부품의 경량화와 내구성 증대를 위한 기술지도와 신뢰성 평가를 지원하는 연구 거점센터가 새롭게 구축된다. 늘어나는 경량화 금속 및 첨단소재 부품 제조기술에 대한 산업적 요구를 충족시켜 향후 시장 진출을 넓혀나갈 계획이다.

대기오염에 노출된 도시, 출렁이듯 변동하는 휘발유 가격, 온실가스가 환경에 미치는 영향에 대한 우려 등, 승용차든 상용차든 연비를 향상시켜야 만하는 이유는 수없이 많다. 연비 향상을 위한 가장 바람직한 방법으로 자동차 경량화를 들 수 있다. 자동차 경량화는 현 상황에서 대처할 수 있는 가장 현명한 대응책이다. 그리고 자동차 경량화의 열쇠는 소재와 제법의 선택에 있다.

이에 IRS글로벌에서는 자동차 경량화에 필요한 소재와 제법의 글로벌 트렌드를 소개함으로써 자동차 경량화 관련 산업에 관심이 있는 기관·업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립에 도움이 되기를 바라는 마음에 조사를 기획하였다.

이 보고서는 자동차 산업에서 요구되는 전반적인 환경과 산업별 동향을 글로벌 트렌드를 통해 소개하고 있다. 또 자동차 경량화를 위한 소재와 소재별 기술을 분석하고 경량화 기술개발 사례를 조사하였다. 마지막으로 IRS글로벌은 자동차 경량화 관련 연구개발 및 사업을 진행하는 관련 담당자들에게 유용한 정보로 활용되어 미력하나마 국내 자동차 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다고 밝혔다.

한편 IRS글로벌 홈페이지에서는 최근 이슈가 되는 다양한 산업 분야의 최신 동향 정보와 통계 등을 제공하고 있다.

출처 : IRS글로벌