혁신의 새 이름 ‘자동차 경량화’

2016/07/26

 

자동차 업계에 다이어트 열풍이 불고 있다. 연료 효율성을 높이려는 노력의 일환이다. 친환경에 대한 인식이 높아지고 각국의 규제가 강화되면서 시작된 변화다. 단순히 무게만 줄이는 것이 아니다. 안전성 향상을 위해 차체 강성을 높이는 작업도 한창이다. 완성차 업체들은 ‘더 가볍고 더 강한’ 차를 만들기 위해 힘을 쏟고 있다. 알루미늄·초고장력 강판·마그네슘 등 신소재 개발·적용을 위해 노력을 기울이고 있다. 차체 경량화라는 단어가 혁신의 새 이름으로 자리매김하고 있다.

차체 경량화의 숙제, 신소재가 뜬다

자동차 업계에 최근 불고 있는 ‘경량화 열풍’은 다양한 가치를 요구하고 있다. 차체를 가볍게 하는 기술뿐 아니라 디자인·친환경성을 갖춰야 한다는 게 골자다. 튼튼한 차를 원하는 소비자들이 많아지는 만큼 안전성까지 지녀야 함은 물론이다. 이를 충족시키기 위해 최근 뜨고 있는 것이 바로 ‘신소재’다. 알루미늄, 마그네슘, 탄소섬유 등이 대표적이다. LG경제연구원은 ‘경량화 2.0, 소재의 새로운 가치 요구하고 있다’ 보고서를 통해 “고객들은 경량화 요구와 함께, 제품 디자인, 방열, 친환경성 등 새로운 가치까지 동시에 충족되기를 기대한다”며 “경량화에 추가적인 가치 제공을 통한 차별화가 필요하다”고 분석했다. LG경제연구원은 미국 포드의 ‘알루미늄 혁명’을 이 같은 차체 경량화 열풍의 시발점으로 꼽았다. 포드는 2014년 대중적인 양산차 세그먼트인 픽업트럭(F-150) 차체에 알루미늄 소재를 적용했다. 차량 무게를 약 700파운드(318㎏) 감량했다. 미국의 연비 규제가 강화되는 움직임에 대한 선제적 대응 차원이다. 이 차는 작년 한 해 동안 76만대가 팔려나간 베스트셀링카다. 대중적인 차에 알루미늄을 적용했다는 점에 업계의 이목이 집중됐다.

뒤를 이어 GM, 벤츠, 재규어 랜드로버 등도 이 같은 움직임에 동참했다. GM은 캐딜락의 신모델 CT6에 경량 신소재를 장착해 무게를 90㎏가량 감량했다. 벤츠 C클래스는 알루미늄 합금을 외판과 골격에 모두 사용했다. 공차중량을 이전 모델 대비 약 70㎏ 줄였다. 재규어 역시 XE에 알루미늄 모노코크 차체를 적용했다. 차체의 75%를 알루미늄으로 제작했다.

다른 신소재들도 각광받고 있다. ‘메탈보다 강한 플라스틱’으로 유명한 탄소섬유가 그 중심에 있다. 특히 탄소 섬유를 강화재로 하는 플라스틱계 복합재인 CFRP(Carbon Fiber Reinforce Plastic)가 주목받고 있다. 탄소섬유는 철의 50%, 알루미늄의 약 80% 수준으로 가벼우면서도 훨씬 고강도이기 때문이다. 이에 따라 메탈을 대체할 경량화 소재로 각광받고 있다. 또 다른 장점이 있다. 탄소섬유는 모든 화석자원에 포함된 탄소가 주원료라는 점이다. 다른 메탈 소재들과 달리 수급이 안정적일 수밖에 없는 셈이다. 일각에서는 자동차 산업에 쓰이는 탄소섬유의 양이 2013년 약 3400톤에서 2030년 9800톤 수준까지 많아질 것으로 전망하고 있다. BMW는 2014년 최초로 CFRP를 채택한 양산차인 i3를 출시했다.

마그네슘도 뜨고 있다. 마그네슘은 대표적인 경량소재인 알루미늄보다도 3분의 2 수준으로 가볍다. 대신 매장량이 제한적이며 부식률이 높다는 단점도 있다. 이에 따라 자동차 차체의 주재료로 사용하기보다는 보조 재료로 사용하는 게 적합하다는 게 업계의 중론이다. 메르세데스-벤츠의 스포츠카인 AMG-GT의 차체는 알루미늄 합금이지만, 헤드램프 및 보닛을 잡아주는 지지대 부분은 마그네슘으로 만들어졌다는 게 대표적이다. LG경제연구원 문희성 책임연구원은 보고서를 통해 “자동차 기업들은 경량화 이슈 해결을 위해 소재 종류를 가리지 않고 고려하고 있다”며 “예를 들어 아우디는 알루미늄 프레임을 개발했지만 이를 고집하진 않는다. 최근 전략은 복합소재·마그네슘 등 소재를 적재적소에 사용해 경량화의 극대화를 추구하는 것”이라고 설명했다.

현대·기아차 ‘차체 경량화’ 어디까지 왔나

국내 완성차 업체들도 이 같은 트렌드를 쫓고 있다. 현대·기아자동차의 경우 초고장력 강판을 적극적으로 사용하고 있다. 볼륨 모델인 쏘나타, 쏘렌토 등은 초고장력 강판 사용 비중이 50%를 넘어섰을 정도다. 각각 기존 모델 대비 절반 이상씩 많아진 수치다. 차량을 가볍게 만들어 연비효율을 높이면서도 안전성을 극대화하기 위한 조치다. 초고장력 강판의 경우 연 강판에 비해 두께가 얇지만 강도는 오히려 높기 때문이다. 경량화 소재로 안성맞춤인 셈이다.

충돌 안전성 확보를 위해 ‘핫 스탬핑(Hot Stamping) 공법’도 적용하고 있다. 핫 스탬핑 공법은 초고장력 강판을 제조하는 방법이다. 900℃ 이상의 고온으로 가열한 소재를 프레스 성형과 동시에 급속 냉각함으로써 성형 전에 비해 강도를 3배 이상 높이는 것이다. 핫 스탬핑 제품은 충돌·전복 시 탑승자의 안전과 직결되는 주요 부분에 적용된다. 적은 양의 소재로 높은 안전성을 유지할 수 있어 중량 감소로 인한 연비개선과 연료절감으로 인한 환경보호 등의 효과를 함께 누릴 수 있다는 장점이 있다. 기아차는 지난해 소비자들을 대상으로 ‘올 뉴 쏘렌토 초고장력 강판 적용 이색 홍보’를 실시하기도 했다.

신소재 적용을 위한 노력도 기울이고 있다. 알루미늄, 플라스틱, 탄소섬유 등 다양한 경량화 소재를 확대 적용하고 있다. ‘탄소섬유 강화 플라스틱’ 사용량을 늘리는 방안도 고려중이다. 기아차는 지난해 8월 출시한 신형 쏘렌토의 와이드 파노라마 선루프에 세계 최초로 탄소섬유 소재를 사용했다. 이를 통해 강철 재질의 기존 선루프 프레임 13.74㎏에서 8㎏나 무게를 감량했다. 현대차가 지난해 3월 제네바모터쇼에서 공개한 콘셉트카 ‘인트라도(Intrado)’에서도 탄소섬유를 찾아볼 수 있다. 롯데케미칼과 효성이 공동 개발한 탄소섬유 강화 플라스틱을 카프레임, 후드, 사이드 패널 등에 적용했다. 이를 통해 강성은 유지하면서 무게는 60% 감소했다.

이 같은 노력을 바탕으로 현대·기아차는 2020년까지 차량들의 연비를 25% 향상하겠다는 청사진을 최근 내놨다. 이를 위해 우선 초고장력 강판 비율을 대폭 끌어올린다. 올해 33~52%에서 2018년 48~62%로 확대 적용할 예정이다. 고강도 알루미늄 휠과 발포플라스틱 도어내장재 등 경량 소재의 사용량도 크게 늘릴 계획이다. 초고장력 강판과 경량 소재 확대 적용을 통해 주요 차종 중량을 평균 5% 이상 낮출 방침이다. 연료 효율성을 더욱 향상하기 위한 노력이다.

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