- 전기차 시대로의 재편과 더불어 부품 소재 경량화 및 혁신 소재 개발 급물살 –

- 혁신 소재 사용은 차량 디자인 및 제조상의 공정 변화와 효율성 개선으로 이어져 –

- 국내 부품 소재 제조기업, 가성비가 우수한 신 소재로 고부가가치 시장 개척이 중요한 시점 -

□ 전기차 시대의 도전 과제 : 경량화

  ○ 지난 2019년 9월 열린 프랑크푸르트 국제모터쇼(IAA)에서도 확인할 수 있었듯이, 주요 완성차 기업은 제각기 순수 전기차 개발에 열을 올리고 있으며, 내년부터는 경쟁도 본격화될 것으로 예상됨.

    - 특히 이번 전시회에서는 전기차 개발 열풍과 더불어 혁신 소재와 제조공정이 중점 주제 중 하나로 향후 전기차에 최적화된 부품 소재에 대한 관심이 고조되고 있는 것으로 나타남.

  ○ 전기차는 유해가스 배출이 없는 친환경차의 대명사이나 무게가 많이 나가는 배터리 배치로 완성차기업은 차량 무게를 감축해 나가야 하는 과제를 안고 있고, 개별 기업별로 알루미늄이나 탄소 및 복합소재 등 다양한 시도가 이뤄지고 있음.

    - 전기자동차에 대한 소비자의 반응은 항속거리에 따라 크게 좌우되는데, 무게가 많이 나가는 모델은 충전이 더 필요하게 되기 때문임.

  ○ 또한 경량화는 배기가스 감축뿐만 아니라 차량의 연비와도 직접적인 연관성이 있으므로 제조사의 CO₂ 방출 최대 한도 수치가 엄격히 적용되고 있는 기존의 내연기관차와 관련해서 간과할 수 있는 사안은 아님.

    - 이에 따라 독일 자동차경영센터(CAM)의 회장 브랏첼(Stefan Bratzel)은 “경량화는 모든 차량에 걸쳐 아주 중요한 테마이며, 무게를 절감할 수 있는 한 1g이라도 절감하는 게 중요”하다고 말한 바 있음.

  ○ 아직은 여러 도전과제가 산재해 있으나, 독일의 주요 완성차 기업은 다양한 소재 R&D 사업을 적극적으로 개척해 나가고 있으며, 이는 CO₂ 감축 과제를 안고 있는 내연기관차에 있어서도 중요한 이슈로 관련 기술 개발은 업계의 지속적인 관심 사안이라 할 수 있음.

□ 전기차 부품 경량화 혁신을 위한 다양한 시도

  ○ 벤텔러(Benteler), 전기차가 주는 자유를 디자인으로 승화

    - 독일 자동차부품 기업 벤텔러(Benteler)의 E-모빌리티 책임자 콜마이어(Marco Kollmeier)는 “전기차는 우리에게 더 많은 자유를 선사한다”고 전함.

    -  왜냐하면 차량 앞 부분에 내연기관이 없으면, 다른 부품을 배치할 수 있기 때문, 즉, 배터리, E-모터, 파워트레인 등을 아주 납작한 모양의 디자인으로 통합시킬 수 있음.

    - 이는 더 나아가 추가적인 차체 무게 감소 잠재력을 향상시키는 데, 이는 전력 소비와 관련해 큰 이점으로 작용한다고 함.

    - 이 외에도 개별 부품에서도 무게 감축 잠재력이 큰 편임. 일례로 단단한 강철은 높은 견고성으로 구성품을 슬림하게 함.

    - 콜마이어는 고객들이 전기차 무게 목표에 도달할 수 있도록 지속적으로 혁신 솔루션을 요구한다고 밝힘.

    - 실제로 다수의 최적화된 부품은 전체적으로 볼 때 경량화에 효과가 있다고 함. 이는 전기차뿐만 아니라 가솔린 및 디젤차에서도 수요가 높다고 함. 내연기관이든 E-드라이브든 제조사와 부품기업은 차량 무게를 감축하기 위해 경량 소재를 사용할 수밖에 없으며, 그 압박은 높은 편

    - 콜마이어는 종종 전래의 제조기술은 경량화에 한계를 지운다고 밝히고 경량화 기술 발전을 위해서는 제조사와 부품기업, 소재제조사가 협업을 하지 않으면 안 된다고 강조함. 콜마이어는 “우리는 개발 단계에서 협업 중”이라고 밝히고, 충돌과 연관된 부품 분야에서는 점차 알루미늄 부품이 대세로 자리잡고 있는데, 이는 뚜렷한 무게 감축효과를 제공한다고 함.

    - 그러나 종종 소재가 교체되어야 하는 경우 더 큰 조정이 필요하며, 정기적으로 디자인과 공정기술을 최적화시켜야 한다고 함.

    - 강철과 알루미늄을 필두로 다양한 소재를 함께 조합하는 ’하이브리드 공정’은 벤텔러의 전문 분야인데, 플라스틱 소재조차도 조합 대상으로 고려되고 있다고 함. 일례로 동사는 한 고객사를 위해 알루미늄 플라스틱 복합 소재로 차축을 개발한 바 있다고 함.

  ○ 전기차를 위한 경량화 혁신 소재 개발 이어져

    - 현재까지 경량화에 성공한 대표적인 모델로는 메르체데스 벤츠의 Mercedes-AMG GT R를 들 수 있는데, 이 모델은 2018년 독일기술자협회가 수여하는 ‘경량화상’을 처음으로 수상함.

    - 동 모델 개발자는 광범위한 추가 장비에도 불구하고 마그네슘, 알루미늄, 탄소섬유강화플라스틱 등의 스마트 혼합 소재로 총 12kg의 무게를 감량하는 데 성공함.

Mercedes-AMG GT R 모델

자료원 : mercedes-amg.com

    - 아울러 브랏첼(Stefan Bratzel)은 지난 몇 년간 꾸준한 성장세를 나타내고 있는 SUV 차량 역시 대개 리무진급 차량보다 무거우나 무게감량에 많은 변화가 있었다고 함.

    - 또한 일본 Sekisui Chemicals 등과 같은 부품 기업은 지난 프랑크푸르트 국제모터쇼(IAA)에 첫 선을 보인 콘셉트카 ‘Color Carbon’도 새로운 탄소 소재를 접목한 모델로 주목 받음.

    - 아울러 동사는 ‘연비와 친환경성 개선’이 현 자동차 업계의 가장 중요한 화두임을 인식하고 금속제의 전기자동차의 배터리 케이스를 대체할 수 있는 플라스틱소재의 스티로폼 보드를 개발하였는데, 아래 콘셉트카에도 사용돼, 이는 향후 경량화에 크게 기여할 것으로 기대됨.

Sekisui Chemicals의 콘셉트카 ‘Colour Carbon’

자료원 : KOTRA 프랑크푸르트 무역관 현장 사진 촬영자료

    - 최근 9.23일 뮌헨 소재 신생 스포츠카 제조사 아우토모빌리 피닌파리나(Automobili Pininfarina, 이탈리아 본사)는 벤틀러와의 협업을 통해 3년 새로운 소재의 전기자동차 현가장치를 적용한 시리즈모델을 출시할 예정이라고 전함.

  ○ 신소재 개발은 비용과 경량화간 균형이 중요

    - 경량화 혁신이 시리즈 모델에 적용될지는 비용을 정당화하기 위해서 달성된 이점이 충분히 큰 지에 따라 달려있다고 함. 브랏첼(Stefan Bratzel) 역시 너무 많은 비용을 요하는 경량화는 럭셔리급 차량을 제외하고는 옳지 않은 길이라고 밝힘. 대중 시장에서는 가격이 중요한 역할을 하기 때문임.

    - 즉, 혁신 소재 개발에서 필요한 것은 비용과 무게 절감 효과간 명확한 균형을 잡는 것인데, 일례로 브랏첼은 BMW가 다량의 탄소섬유강화플라스틱에 투입해 개발한 i3은 가공이 매우 어려운 소재라고 지적함.

    - 반면, 브랏첼은 경량화 기술 개발에 있어서 프리미엄급 자동차모델을 주로 생산하는 독일 완성차기업은 다소 이점이 있다고 말함. 이러한 기업은 보다 고가를 요구할 수 있고, 소재 투입에서 보다 혁신적일 수 있기 때문이라고 함.

    - 브랏첼은 소재와 디자인을 접목시키는 부분에서 높은 잠재력이 있다고 밝히고, 신 소재가 공기역학(aerodynamics)과 관련해 이점이 있다면, 이는 더욱 흥미로운 일이라고 함.

    - 브랏첼은 근본적인 사고의 전환이 전기자동차 생산에서 이뤄질 수 있는데, 내연기관차 모델이 배터리 차량에 대한 디자인을 정하는 한 불필요한 무게 문제로 문제가 있을 수 있다고 함. 또한 전기자동차는 내연기관의 안전 기준을 준수해야 하는데 이로 인해 무게가 더 무거워질 수 있다고 지적함.

    - 완성차 기업은 점차 자체적으로 전기자동차의 플랫폼을 개발하게 되는데, 새로운 소재를 통해 경량화와 더불어 안전기준을 준수할 수 있을 것이라고 밝힘. 여기서 브랏첼은 ‘초경량 철강의 르네상스’를 예고함.

□ 국내 부품소재 기업에게도 위기이자 절호의 기회

  ○ 새로운 고부가 가치 시장 노려야

    - 국내 자동차 부품 기업 역시 전기차 시대로의 전환과 더불어 새로운 부품이나 소재 개발 관련 다양한 시행 착오를 겪게 될 것으로 예상되며, 일부 기업의 경우 시대의 흐름을 타지 못할 경우 큰 위기에 노출될 수도 있을 것임.

    - 국내 소재 관련 제조기업 P사 관계자에 따르면, 현재 신 소재 개발과 관련한 시도는 국내에서도 업체별로 상당한 진전을 보고 있으며, 일부 기업을 중심으로 전기차용 전기 강판 등 알루미늄보다 가볍고 내식성이 있으며, 충돌 안정성을 충족시키는 강도가 높은 소재 개발*이 이어지고 있다고 함.

     * 일례로 최근 한국 P사는 ‘기가스틸’을 이용한 차량 경량화 대안을 제시하였는데, 강도를 한층 개선해 1㎟당 100㎏ 이상의 무게를 견딜 수 있는 기가급의 철강재 ‘기가스틸’을 개발함.

    - 동 관계자는 신 소재 개발과 관련해 비철금속인 알루미늄이나, 마그네슘 합금이나 탄소섬유 강화플라스틱 등을 중심으로 한 복합소재는 아직은 단가가 높은 관계로 대중적인 차량 모델에는 적용하기가 어렵다고 함.

    - 일례로 동사는 기존에 개발한 마그네슘 소재 부품은 비용 상의 이유로 일단 개발 및 생산을 중단한 상황이라고 하며, 고가의 비철금속재 보다는 철강 기반의 고장력강을 위시한 강재 소재가 고부가가치 시장으로 보다 승산이 있을 것으로 내다 봄.

    - 특히 이는 독일 자동차 전문가 브랏첼이 내다 본 시장 전망과 일치하는 행보로 향후 관련 기술 개발에 거는 기대가 큼.

     * 2015년 독일연방기술자협회(VDI)가 경량화 소재별 특성을 분석한 바에 따르면, 고장력강(High tensile steel)이 강도나 연성, 내식성 등이 우수하며, 산업 성숙도면이나 혁신 가능성에서도 기타 알루미늄 합금이나, 마그네슘합금, 탄소섬유강화플라스틱 대비 상대적으로 높은 것으로 평가된 바 있음.

  ○ 가성비 개선이 관건

    - 국내 관계자는 특히 현재 자동차 및 부품 시장이 전기차를 중심으로 큰 혁신이 이뤄지고 있는 상황에서 차세대 수출먹거리를 개척하기 위한 노력을 기하고 있으며, 특히 고부가가치 제품 개발 관련 핵심 역량을 집중해 나가고 있다고 함.

    - 이러한 고부가가치 시장의 진입을 위해서는 독일을 위시한 경쟁국 대비 품질 대비 가격경쟁력을 부각시키는 것이 중요하며, 무엇보다 가성비를 개선하는 것이 관건이라고 함.

    - 특히 전기차와 더불어 새로 개척되는 시장에서 입지를 구축하기 위해서는 각 완성차 기업이 요구하는 자체 인증을 취득해야 하며, 이를 통해 T1 또는 T2 등에 제품 공급이 가능할 수 있다고 함. 즉, 구매결정은 여전히 완성차 기업에 따라 좌우되는 경향이 있기 때문이라고 함.

□ 향후 전망 및 시사점

  ○ 향후 전기차를 중심으로 시장이 재편됨과 동시에 차체 무게를 감축하고자 하는 다양한 시도가 이어지고 있으며, 이러한 새로운 고부가가치 시장 진입을 위한 부품 소재 기업의 경쟁 역시 매우 뜨거울 것으로 전망됨.

    - 특히 전기차에서는 기존의 내연기관차에서 소요되던 다수의 부품이 필요 없게 되므로, 전기차에 적합한 소재 및 경량화 소재를 중심으로 자동차 부품 시장도 큰 변화를 겪게 될 것으로 예상되며, 그 어느 때보다 공정 개발의 초기 단계부터 제조기업간 협업 수요가 높음.

  ○ 경량화 신소재 개발이나 전기차 신규 부품을 둘러싼 기업간의 경쟁 속 국내 부품소재 제조사의 새로운 먹거리 창출을 위해서는 가성비 개선과 더불어 보다 적극적인 시장 공략이 그 어느 때보다 중요한 시점임.

    - 아울러 한∙독 유관기관 간 R&D 협업 기회를 적극적으로 모색해 새로 열리는 시장에 공동 대응하는 방안도 적극 고려해 볼 만함.

     * 일례로 2017년 독일 드레스덴 공대 ILK(경량소재 연구소)는 드레스덴 공대 경량엔지니어링 및 고분자기술연구소로 하중에 최적화된 경량구조물 관련 종합적인 연구를 수행, 경량 부품의 설계규칙 및 최적화 기준 개발을 목표로 국내 재료연구소(KIMS), 독일 프라운호퍼 세라믹연구소(Fraunhofer IKTS) 등과 한독소재연구센터를 설립하는 등 국내 기관 및 기업과도 활발한 교류를 이어나가고 있음.

 자료원 : Handelsblatt, P사 인터뷰, 2019 프랑크푸르트 국제모터쇼(IAA) 현장 사진 촬영자료, mercedes-amg.com, automobil-produktion.de 및 KOTRA 자체정보 종합.