![Page 1: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/1.jpg)
정 현 상
한국과학기술정보연구원 부산울산경남지원 선임연구원
화학융합소재 중심으로
2자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
트렌드 1 자동차산업 경량화기술이 중요 5
트렌드 2 새로운 기회창출 자동차용 화학소재시장 21
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망 45
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결 57
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래 67
참고문헌 73
32
트렌드 1 자동차산업 경량화기술이 중요 5
트렌드 2 새로운 기회창출 자동차용 화학소재시장 21
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망 45
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결 57
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래 67
참고문헌 73
4자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
54
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 2: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/2.jpg)
2자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
트렌드 1 자동차산업 경량화기술이 중요 5
트렌드 2 새로운 기회창출 자동차용 화학소재시장 21
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망 45
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결 57
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래 67
참고문헌 73
32
트렌드 1 자동차산업 경량화기술이 중요 5
트렌드 2 새로운 기회창출 자동차용 화학소재시장 21
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망 45
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결 57
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래 67
참고문헌 73
4자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
54
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 3: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/3.jpg)
32
트렌드 1 자동차산업 경량화기술이 중요 5
트렌드 2 새로운 기회창출 자동차용 화학소재시장 21
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망 45
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결 57
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래 67
참고문헌 73
4자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
54
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 4: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/4.jpg)
4자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
54
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 5: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/5.jpg)
54
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 6: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/6.jpg)
6자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차 경량화는 자동차업계의 영원한 과제라고 할 수 있다
경량화가 자동차 업계에서 최우선적으로 고려되어야 할 이유는
1) 자동차의 기본성능인 가속력과 제동력의 향상 2) 환경규제 및
고유가 시대의 도래에 따른 연비 개선 필요성 3) 차세대 자동차인
EV(Electrical Vehicle)에서의 경량화 필요성 지속 등이다
국제 환경 규제 강화 및 연비규제 강화 추세와 에너지 자원의 가격
상승으로 자동차 소재 및 부품 개발 동기도 단순한 연비 향상뿐만
아니라 환경규제에 따른 경쟁력 향상을 위한 새로운 기술개발이 자동차
산업에서 절실히 요구된다 자동차 연비 향상의 유력한 방안은 경량화
기술로 기타 연비 향상기술 대비 고효율 저비용 때문이며 연비
향상 기술은 크게 엔진구동계 효율 향상 주행저항 감소 경량화로
구분하며 엔진효율 향상은 많은 연구가 이루어져 기술적인 한계에
도달하였고 주행저항 감소 기술은 상대적으로 개선 효과가 미비한
것으로 알려져 있다
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 7: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/7.jpg)
76
경량화기술로 자동차 성능 향상
자동차의 기본성능인 가속력과 제동력을 높이기 위해서는 같은
출력에서는 경량화 할수록 유리하다 자동차의 경량화는 엔진효율을
극대화 할 수 있고 타이어 브레이크 서스펜션에 가해지는 부담 및
운전자의 피로도를 완화시키는 등 모든 면에서 유리하게 작용한다 또한
상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에
무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다
자료 로터스 한국투자증권
그 극단적인 예가 영국 자동차인 로터스로 경량화를 통한 고성능
초경량 스포츠카를 지향한다 경량의 알루미늄 샤시에 강철보다
강한 FRP(Fiber-Reinforced Plastic)로 제작된 바디를 사용하고
차체프레임에 용접을 사용하지 않고 리벳 및 접합으로 경량화를
추구하였다 차량 각 부분에서도 고강도 알루미늄을 사용해 무게를
줄였고 그 결과 대표모델인 로터스 앨리스 기본모델의 경우 공차중량은
876kg에 불과하며 준중형차에 사용되는 V4 엔진(1600CC
136PS6800rpm 16Kg4400rpm)으로도 0~100Kmh 가속력 65초
최고속도 204Kmh에 평균연비 159kmL(UK기준)을 달성하였다
고유가 및 환경규제 대응은 경량화기술로
환경규제 및 고유가 시대의 도래로 연비가 중요시 되며 자동차회사에게
경량화는 선택이 아닌 필수가 되었다 lsquo오일 쇼크rsquo 때부터 활발히
그림 1 로터스 앨리스 샤시
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 8: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/8.jpg)
8자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
도입되기 시작한 각국의 자동차 연비규제의 가장 근본적인 목표는
에너지 절약이라 할 수 있다 환경측면에서 각종 대기오염 물질을
유발하는 자동차 연료 사용을 줄이는 것이 온실가스 배출을 줄여
지구온난화를 방지하는 첫 관문이기 때문이다 또한 자동차 연비
규제는 고갈되어 가는 화석 연료 사용을 줄임으로써 꾸준히 상승하고
있는 유가에 대한 대안으로도 중요한 역할을 한다 미국 중국
유럽을 비롯한 세계 각국은 자동차 연비 기준을 점차 강화하고 있고
고연비 기술을 적용한 차량에 추가적인 인센티브를 제공하는 등 국가
차원에서도 연비 향상을 위해 꾸준한 노력을 기울여 그 성과를 보고
있다 1975년부터 미국에서 시행 중인 CAFE제도(기업평균연비
Corporate Average Fuel Economy)가 대표적으로 연방 정부 차원에서
구체적인 연비 기준 방안을 발표해 적극적인 연비 규제에 나서고 있다
각국의 연비 규제 강화에 발맞추어 세계 자동차 생산업체들은 고연비
달성을 위한 다양한 기술 개발에 전력을 다하고 있다 연비를 강화하기
위해서는 파워트레인의 개선 공기역학적 디자인 경량화 등의 방법을
고려할 수 있는데 그 중 효과가 가장 확실하고 다른 방법에 앞서
기본적으로 고려되어야 할 방안이 경량화라고 판단된다 효율상으로도
10 무게 감소 시 5~7 연비 감소가 가능한 것으로 알려져 있고
가시성이 가장 높으므로 글로벌 자동차업계는 지속적으로 경량화를
위해 노력하고 있으며 관련 부품업체들도 완성차 업체와 협력하여
소재를 개발하고 있다
자료 한국자동차공업협회 언론보도 내용 취합
국가 연비 달성 목표
미국 2025년 545mg
중국 2015년 422mg
유럽 2020년 491mg
일본 2020년 477mg
한국 2012년부터 341mg
표 1 주요국 연비 기준 강화 계획
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 9: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/9.jpg)
98
주 2011년 기준 연비규제안 CAFF(기업평균연비제도) 기업평균연비 기준 미달시 벌금이 부과되는 제도
자료 US Environmental Protection Agency 한국투자증권
세계 자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해
있으며 글로벌 전 산업 분야 중 수송 부문의 온실가스 배출량은 25로
각국은 온실가스 배출억제를 위한 자동차 분야 규제 강화와 선진
각국을 필두로 자동차 연비규제가 강화되면서 2025년까지 연비 약 2배
향상이 필요 되며 규제 미달 시 가혹한 벌금이 부가될 전망이다 이에
연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로
작용할 것이다 각 국의 이산화탄소 배출 규제는 130gkm(EU
2015년) 140 gkm(한국 2015년)이고 연비규제는 166kmL(미국
2016년) 17kmL(한국 2015년)이다
주 The International Councl On Clean Trasportation
그림 2 미국 CAFE 자동차 평균 연비 기준안
그림 3 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이
2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년
40
35
30
25
20
mg
Passenger Light Tuck Combined
304
244254
342
362
313
266260
305297
276
326
378
341
288
349
333
260266
275
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
2003 2006 2009 2012 2015 2018 2021 2024 2027 2030
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 10: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/10.jpg)
10자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
선진 완성차 업체는 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로
고효율 자동차 산업 육성에 총력을 집중하고 있으며 자동차 경량화
기술이 가장 현실적 대안이며 향후 지속적 증가할 것으로 예측하고
있다
자동차 중량은 연비 효율을 결정짓는 핵심 요소로써 차량 경량화는
연료소비 및 배기가스 배출 감소와 더불어 주행저항 감소 제동성 조종
안정성 향상 등 차량 전반의 성능을 부가적으로 향상 가능하다 따라서
Toyota Volkswagen 등 글로벌 자동차 OEM들은 연비 향상을 위한
자체적인 경량화 플랜을 설정하고 관련 기술 고도화에 주력하고 있다
자동차의 무게를 100kg 경량화 했을 경우 하루 평균 연료
160만리터 온실가스 2백만kg 절감 효과를 달성할 수 있다(신규 차종
8백만대 규모 하루 평균 50km주행 평균 연비 12kmL 기준 시)
자동차 경량화를 위한 소재 산업 확대 예상하면 비철 금속(Al Mg)
고강성 플라스틱 복합소재로 종류 및 수요가 확대될 것이며 플라스틱
소재의 기능성에 따른 다양한 고분자 소재 개발이 필요하다 자동차
산업은 약 27000여개대 부품이 소요되는 산업으로 다양한 소재가
적용되고 있다
그림 4 각 국의 자동차 연비 규제안
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 11: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/11.jpg)
1110
EV 등 미래형 친환경 자동차에도 경량화 필요
EV(Eletrical Vehicle) 등 유류를 소비하지 않는 친환경 자동차를
개발하고 있지만 경량화에 대한 필요성은 지속될 것으로 예상된다
EV가 양산되어 의미 있는 시장점유율을 확보하기까지는 많은 기술적
어려움과 비용 문제가 있어 과도기적으로 HEV(Hybrid Electrical
Vehicle) PHEV(Plug in Hybrid Electrical Vehicle) 등이 개발되고
있는 상황으로 Combustion Engine을 사용하는 자동차의 비중이
급격히 줄어들 가능성이 낮다 또한 HEV 및 EV 역시 배터리용량
때문에 한번 충전 후 이동 가능한 거리가 제한적이므로 이를 극복하기
위해 배터리 용량 개선과 경량화에 대한 필요가 절실하다 또한
경량화 된 자동차 소재는 전기차 및 연료전지차에도 쓰일 수 있는 기본
프레임으로 활용 가능하다 따라서 경량화는 자동차업계가 풀어가야 할
영원한 숙제라고 할 수 있다
표 2 글로벌 OEM사들의 경량화 플랜
회사 Quote Statement or Commitment
Ford
bullFrom 2011 to 2020 Full implementation of known technology weight reduction of 250~750 lbs
bullThe use of advanced materials offers automakers structural strength at a reducedr weight to help improve fuel economy and meet safety and durability requirements
bullReducing weight will benefit the efficiency of every Ford vehicle However its particularly critical to improving the range of PHEV and EV
Toyota bull10~30 weight reduction for small to mid-size vehicles
VWbullAutomotive light weight solutions are necessary~~bullMulti-Material Concepts promise cost effective light weight solutions
GM
bullOne trend is clear - vehicles will consist of a more balanced use of many materials in the future incorporating more lightweight materials such as nano- composites and Al and Mg
bullAims to shed 500 lb from trucks by 2016 as much as 1000 lbs in early 2020s
Mazda bullReduce each model by 220 lb by 2015 another 220 lb by 2020
NissanbullAverage 15 weight reduction by 2015bullexpanding the use of Al and other lightweight materials and reducing vehicle
weight by rationalizing vehicle body structure
Renault Peugeot
bullTarget of 440 lb reduction (approx 15) by 2018
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 12: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/12.jpg)
12자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
경량화 연구개발 동향
자동차의 경량화 연구개발은 크게 3가지 분야에서 진행되고 있다
1) 자동차 구조자체를 합리화해 경량화를 추구하는 방법 2) 자동차
재료를 신규재료로 치환해 강도는 강화하고 중량은 줄이는 방법
3) 프로세스상에서 신 공법을 사용해 경량화를 추구하는 방법이다
자동차 구조합리화는 완성차업체를 중심으로 차체 샤시 부품업체와
협력해 진행 중이며 자동차 신규재료 관련은 EP(Engineering
Plastic) 알루미늄 마그네슘 탄소섬유 등을 중심으로 개발되고
있다 프로세스는 TWB(Tailor Welded Blanks) 레이저용접
하이드로포밍(Hydro Forming) 등의 기술들이 연구 대상이다
자동차 경량화를 위해서는 위와 같은 기술들이 통합적으로 적용되어
실질적으로 미국 경량차는 2004년 4018lbs에서 2009년 3755lbs로
15 감소하였으며 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다
자료 KART 한국투자증권
경량화에서 제일 먼저 고려되는 것은 차체구조의 합리화이다
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chasis)로 구분할 수 있다 차체는
사람이나 화물을 싣는 부분으로 차실 엔진실 트렁크 등으로 구성된다
샤시는 주행의 원동력이 되는 엔진을 비롯하여 동력전달장치
그림 5 경량화는 구조 재료 프로세스 중심으로 연구개발 진행 중
재료경량화 신소재
middot알루미늄 마그네슘
middot고장력강
middot금속거품(Metal Foams)
middot플라스틱
middot섬유유리(Fibre Glass)
middot탄소섬유(Carbon Fibre)
middot샌드위치 시트패널
(Sandwich Sheets)
middot튜브 구조
middot최적 용접 설계
middot신구조 amp 복합 결합구조
middotSpace Frames
middot부품 소고
(Part Consolidation)
middot맞춤형 블랭킹(TWB)
middot최신 용접 프로세스
middot경량화 소재 용접기술
middot하이드로포밍
(Hydro Forming)
구조경량화 구조
차체 중량의 감소
프로세스경량화 신공법
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 13: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/13.jpg)
1312
조향장치 제동장치 현가장치 주행장치 등의 주요장치로 구성되어
있다 그 외 프레임(Frame)은 그 위에 각종 장치가 자리를 잡고
차체가 설치되는 자동차의 뼈대와 같은 역할을 한다 하중을 받고
있는 골격에 대한 최적화 설계와 각종 부재의 결합방법을 개선하면
경량화가 가능해진다 또한 부품 모듈화 및 일체화를 통해 부품 수를
줄여 경량화를 추구하는 방법도 있다 모듈화는 조립공정을 단순화해
코스트를 절감할 수 있는 장점이 있다 자동차 구조 합리화는 동시에
신소재 적용을 통해 기존제의 설계상 한계를 극복할 수 있으므로
신소재 특성에 따른 구조 개선은 지속될 것으로 예상된다
경량화에서 주력 연구방향이라 할 수 있는 부분은 소재의 경량화
이다 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존 재료의 제조방법
개선을 통해 특성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다 대표적인
경량화 재료로 플라스틱 알루미늄 마그네슘 등 3가지가 있으며
각각의 특성에 따라 기존 철강재료를 대치해 가고 있다 ① 플라스틱은
비중이 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라 내구성이
향상되기 때문에 자동차 부품소재로 쓰이고 있다 ② 알루미늄은
고장력 강판보다 경량화 효과가 높고 일반 스틸보다 충격 흡수 능력이
뛰어난 장점 및 주조성과 가공성 재활용 가능 등의 장점으로 자동차용
재료로 적극 채택되고 있다 ③ 마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장
가볍고 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로 유럽 미국 등
자동차 선진국 중심으로 자동차부품 수요가 증가해 왔으며 향후에도
지속적으로 비중이 확대될 것으로 예상한다
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 14: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/14.jpg)
14자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 KIMS 재료연구소 한국투자증권
자동차 경량화는 우수한 물성을 가지는 경량 신소재의 개발과
기존 재료의 기계적 성질을 향상 시키는 두 가지 방향으로 연구가
진행되고 있으며 현재 연구되고 있는 경량 금속소재로는 탁월한
중량 감소효과를 가지는 알루미늄 마그네슘 등의 경량금속과 기존
스틸소재의 기계적 성질을 향상시켜 높은 강도를 가지는 고강도
초고강도강 등이 있다 점증되는 연비관련 규제 강화로 인하여
자동차의 경량 소재 활용이 증가되고 있는 추세이다
그림 6 일반 자동차 구성 재료 변화 앨리스 샤시
PolymerComposite8
Other 20
Aluminum8
Magnesium1
HiMed-Strength Steel
11
Low-CarbonFerrous
52
PolymerComposite51977 2010
Other18
Aluminum3
HiMed-Strength
Steel3
Low-CarbonFerrous
71
그림 7 2010년 및 2030년 산업분야에서 소재 적용 예상
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 15: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/15.jpg)
151514
자동차 부품은 사용 부위에 따라 요구 물성이 다르기 때문에 각
부품 당 요구 물성에 적합한 소재를 적재적소에 적용하는 것이
매우 중요하다 또한 자동차 산업에 있어서 소재 선정시 우선 고려
사항으로는 가격 경쟁력과 경량화 성형성으로 조사되었으며 자동차용
경량화 소재 역시 가격 경쟁력 확보가 우선시 되어야 한다
플라스틱은 가볍고 설계와 제조에 유연성이 있으며 가공에 따라
내구성이 향상되기 때문에 자동차 부품의 상당수를 대체하고 있다
또한 금속재료보다 가공성이 높아 내장부품에 이어 동력 전달 장치
엔진부품이나 외장부품에도 확대 채용되는 추세이다 엔진부품으로서
실린더헤드커버 흡기 매니폴드 라디에이터탱크 등 외장부품에는 범퍼
휠 커버 헤드램프렌즈 도어핸들 퓨얼리드 등이 수지화되어 왔다
자료 코프라
그림 8 자동차용 경량화 소재 구분
그림 9 엔지니어링 플라스틱 차체 적용
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 16: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/16.jpg)
16자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자동차용 플라스틱 제품 중 가장 사용비중이 높은 것은 PP(Polypro
pylene)로 사용량의 33~52 수준을 점유하고 있다 PP는 열가소성이
높고 내구성이 우수한 특징이 있다 복합PP의 경우 유리섬유 등을
충진재로 사용하며 가격 경쟁력이 있어 주로 범퍼 글로브박스
인스트루먼트패널 도어트림 엔진커버 등 자동차 각 부분에 사용된다
PA(Polyamide)는 강도 내열성 등이 우수하며 10 내외 비중으로
사용되고 있다
자료 ABEX
독일계 특수화학기업인 랑세스는 최근 아우디 A8에 업계 최초로
프론트엔드 모듈에 플라스틱-금속 하이브리드 기술을 적용해
알루미늄에 비해서도 20 가량 무게를 줄였다 또한 얇은 프론트
엔드라인을 구현할 수 있으므로 디자인 측면에서도 우위를 확보했다
위와 같이 플라스틱은 강도를 향상시키기 위해 복합재료가 연구되고
있으며 기술발전에 따라 차세대 자동차에는 내외장 부품뿐 아니라 차체
자체에도 적용가능성이 높아지고 있다 따라서 플라스틱의 비중은 지속
상승할 것으로 전망된다
구분 BMW1 Toyota Aygo Renault Clio
플라스틱 비율 20 15 13
플라스틱 총중량 279kg 128kg 167kg
PP 33 52 48
PA 14 95 7
PUR 14 13 13
ABS 7 2 2
PE 6 8 8
PVC 4 3 3
PBTPET 3 1 4
PC 1 3 1
아크릴수지 1 - -
PPE 1 - 2
열경화성 수지 - - 2
기타 15 8 11
표 3 차량별 플라스틱 사용 비율
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 17: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/17.jpg)
1716
자료 언로보도
알루미늄은 경량화를 위해 주조품이 엔진 트랜스미션 브레이크부품
등에 전신재는 보닛과 트렁크 도어 범퍼 보디 패널 등의 부위에
광범위하게 쓰이고 있다 알루미늄은 철강재료보다 비싼 것과 강도가
약하고 용접이 어려운 점은 단점이지만 경량화 외에도 높은 열전도
주조성과 가공성 재활용이 가능한 점 등의 장점이 있다 또한 기존
생산라인의 설비의 대대적인 교체 없이 사용 가능해 자동차용 재료로
적극 채택되고 있다 자동차용 알루미늄 사용비율은 꾸준히 상승하여
1980년대 초 전체 자동차 재료에서 알루미늄이 차지하는 비율이
3이하였으나 2010년에는 8로 높아졌으며 앞으로도 꾸준히 상승할
것으로 기대된다
알루미늄의 경우 비중이 철의 13 수준으로 경량성이 탁월하며
내식성 열전기전도성 및 재활용성이 우수하여 자동차용 재료로
사용되면 최고 40 가량 경량화를 이룰 수 있다 Audi Benz 등은
선진 메이커를 중심으로 판재 압출주조재로 적용이 확대되고 있다
하지만 마모성이 약하며 가공이 어렵고 철강 재료보다 비싸고 접합성의
개선이 필요하다는 단점이 있다
그림 10 아우디에 적용된 랑세스 플라스틱
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 18: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/18.jpg)
18자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 Ducker
알루미늄은 재활용성이 우수하여 자동차 적용 알루미늄 합금의
약 85이상이 재활용 가능한 것으로 알려져 있다 알루미늄 소재의
단점으로는 낮은 강성 용접의 어려움과 스틸 비대 가격 상승의 문제점
(동일한 성능을 위해 대략 철강소재 대비 12 사용할 경우 가격은
오히려 2 배)을 가지고 있으며 알루미늄은 실린더 헤드 엔진블록
각종 케이스류 등에 주로 사용되어 왔다
그림 11 북미 경량차의 대당 알루미늄 사용량 추이
그림 12 자동차 산업에서의 알루미늄 적용 추세
600
500
400
300
200
100
0
(lb)
1996 1999 2002 2006 2009 2012E 2015E 2018E 2021E 2025E
35 GAGR
224251
275
316 327343
394
456
508
550
35 GAGR
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 19: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/19.jpg)
1918
마그네슘은 구조용 금속재료 중 가장 가볍고(비중 마그네슘 17
강은 78 알루미늄 27) 자원도 풍부하며 Re-Cycling이 용이하므로
유럽 미국 등 자동차 선진국 중심으로 부품 수요가 증가해 왔다 진동
흡수성이 높다는 점을 살려 스티어링 휠의 합금으로 사용되는 것을
비롯해 실린더 헤드커버 스티어링 컬럼 키 실린더하우징 클러치나
트랜스미션의 하우징 등에 사용된다 또한 철과 거의 반응하지 않기
때문에 금형으로부터의 전사성이 좋고 금형수명이 긴 점 등 다이캐스트
제조시의 유의성도 갖추고 있다 따라서 강성이 필요하고 형상이
복잡한 부품의 경량화에 매우 유리한 장점이 있다 하지만 마그네슘은
열용량이 적어서 성형과 속도 온도 등 공정변수의 조정이 어려워 균열
발생 가능성이 높고 성형 후 상온에서 제품 특성 변화가 있는 단점
등이 있어 아직까지는 알루미늄과 비교 시 사용량이 적은 편이다
자료 Ducker Norsk Magnesium
자동차 구조 합리화 및 소재 경량화 외 방법으로는 제조 공법 자체를
변화시켜 경량화를 꾀하는 방법이 있다 장력 강판을 핫프레스 방법을
사용해 기존 차량보다 강성은 높이면서 무게는 줄이는 방법 Roll
성형을 통해 각진 파이프 V자 형상 8자 형상 등 여러 가지 형상의
부재에 적용하여 경량화를 추구하는 방법 등이 있다
이 중 핫스탬핑 공법은 전기제어 기술을 활용해 섭씨 900도 이상의
그림 13 차량 한 대당 알루미늄 amp 마그네슘 사용량(2004년 모델기준)
GM Ford DCX North America Europe Japan
325
148 129 88 88 50 20
283261
287
218
알루미늄 마그네슘
235
350
300
250
200
150
100
50
0
(Ibs)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 20: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/20.jpg)
20자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
고온 가열 후 금형에서 성형과 동시에 급냉각을 통해 강도를 개선하는
공법으로 원소재는 가공 전에 비해 3 5배가량 높은 강도를 지니게
되며 기존 소재에 비해 2~3배가량의 강도향상 효과와 20~30가량의
경량화 효과를 얻을 수 있는 첨단 공법이다 국내에서는 포스코
현대하이스코 엠에스오토텍이 핫스탬핑 기술을 보유하고 있다
현대차는 그랜저 HG 벨로스터 YF소나타(유럽형) 등 최근 출시한
차종에 핫스탬핑이 적용된 부품을 주로 차체 Side류에 사용하고 있다
자료 엠에스오토텍
핫스탬핑 공법은 향후 적용 분야가 확대되면서 사용 비율이 늘어날
것으로 보이는데 ① 핫스탬핑은 철강재에 사용되는 공법으로 알루미늄과
플라스틱에 비해 보다 현실적인 대안으로 평가 받고 있으며 ②
대량생산을 통해 가격이 기타 소재 대비 저렴하게 유지될 수 있기
때문이다 이미 해외의 유수차량 메이커인 BMW 볼보 폭스바겐
등에서는 점차 그 비율을 늘려가고 있는 추세로 경량화에 초점을 맞추고
있는 국내 메이커도 핫스탬핑 부품 장착을 빠르게 확대할 것으로
예상된다
그림 14 핫스탬핑 공법 및 적용 분야
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 21: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/21.jpg)
2120
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 2 새로운 기회창출
자동차용 화학소재시장
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 22: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/22.jpg)
22자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
약 7천만 대에 달하는 거대한 세계 시장 중국 인도 등 신흥경제권의
자동차 대중화에 따른 견조한 성장 전망 승용차만 하더라도 대당 평균
무게가 1000kg이 넘는 중량 이 뿐만이 아니다 고가의 내구소비재로
품질과 안전성이 동시에 강조되는 자동차산업은 첨단소재의
경연장이기도 하다 무게를 단 1kg 줄이기 위해 안전성을 강화하기
위해 자동차기업들은 경쟁하고 있고 이를 구현해 줄 부품과 소재를
지속적으로 요구하고 있다 자동차기업이 요구하는 우수한 물성을
제공할 경우 소재기업은 안정적 물량과 함께 높은 수익을 보장받을 수
있다 소재기업들이 자동차시장을 매력적으로 보는 이유이다
자동차산업에서는 엔진을 중심으로 한 내연기관 자동차가 대부분을
차지하고 있다 이에 따라 적어도 중량 면에서는 가격과 기능의
조화가 가장 우수한 철강이 주축 소재의 지위를 고수하고 있다
제품에 따라 다르겠지만 승용차 기준으로 철강이 60 70의 중량을
차지하며 나머지가 알루미늄 마그네슘 유리 고무 플라스틱
등의 다양한 소재로 구성되어 있다 자동차 연비규제에 따라 철강의
트렌드 1
자동차산업 경량화기술이 중요
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 23: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/23.jpg)
2322
비중이 감소하는 추세이나 그 속도는 매우 완만한 것으로 보인다
자동차기업들의 입장에서는 전체 산업구조에 큰 변화가 없는 한
경제성과 안정성을 희생하면서까지 기존 소재를 대체할 유인이 없었기
때문이다
향후에도 이러한 추세는 지속될 것인가 결론부터 말하자면 그렇지
않을 것으로 보인다 최근 시장에서 자동차 산업구조에 중대한 영향을
미칠만한 환경 변화 요인이 감지되고 있기 때문이다
자동차산업의 환경변화
세계경제 침체는 lsquo100년만의 위기rsquo라고 할 정도로 자동차산업에
치명적인 타격을 몰고 왔다 선진국을 중심으로 자동차 판매가
급감하면서 기업들의 가동률이 떨어졌고 실적도 줄줄이 적자로
돌아섰다 급기야 크라이슬러와 GM이 연달아 파산하면서 그동안
세계 자동차산업을 지배해 온 lsquoBig 3 구도rsquo가 종언을 고하게 되었다 잘
나가던 도요타도 예외는 아니었다 고유가 역시 자동차산업에는 악재로
작용한다 소비자들이 상대적으로 수익성이 좋은 대형차를 외면하기
때문이다 자동차기업들의 입장에서는 고유가 시대에서의 생존에 대해
고민하지 않을 수 없는 상황이 도래한 것이다
자동차산업에 대한 직접적인 환경규제도 예전에는 경험할 수
없었던 현상이다 온실가스 규제 강화와 함께 각국 정부가 연비
또는 온실가스 배출량을 규제하고 있으며 목표 달성을 하지 못한
기업은 벌금을 물어야 할 형편이다 특히 세계경제 침체 이후
각국 정부가 경기부양책의 일환으로 녹색 성장 정책을 내세우면서
연비규제가 오히려 강화되는 경향이 나타나고 있다 대표적으로
미국의 오바마 정부는 자국 자동차산업의 경쟁력 강화를 명분으로
기업평균연비(Corporate Average Fuel Economy CAFE) 목표
수준을 상향 조정하고 달성시한을 2020년에서 2016년으로 4년 앞당긴
바 있다
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 24: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/24.jpg)
24자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
결과적으로 자동차기업들은 경기 침체 고유가 환경규제 강화라는
3중고에 시달리고 있다고 할 수 있다 기업들이 처한 상황이 전례 없이
심각하다는 데에는 이견의 여지가 없지만 문제는 그것만이 아니다
경기 침체를 제외한 요인들의 파괴력이 심상치 않아 보이기 때문이다
급성장하는 전기자동차
본격적인 자동차시대의 개막을 알린 lsquoT형 포드rsquo(1908년)가 발매된
지도 100년이 지났다 그동안 자동차산업은 눈부신 발전을 거듭했고
그 중심에는 엔진이 있었다 각종 소재 전기 전자 기술 등의 도입을
통해 엔진의 효율은 비약적으로 상승했으며 기술 발전은 아직도
현재진행형이다 전기자동차 연료전지자동차 등 내연기관 자동차를
대체하려는 시도가 꾸준히 이루어져 왔으나 내연기관 자동차가 지닌
성능이나 신뢰성 가격경쟁력을 따라잡기에는 턱없이 부족하다는
의견이 지배적이었다
그러나 최근 들어 이러한 분위기에 조금씩 균열이 나타나고 있다
가장 큰 변화는 엔진과 전기 모터를 동시에 이용하는 하이브리드
전기자 동차(Hybrid Electric Vehicle HEV)의 약진에서 비롯된다
HEV가 시장에 등장한지는 10년이 넘었지만 아직까지 비중은 지극히
미미한 수준이었다 1997년 도요타가 lsquo프리우스(Prius)rsquo를 발매한 이래
지금까지 누적판매대수는 2008년말 120만대 수준에 지나지 않는다
그러나 각국 정부가 경기 부양책의 일환으로 노후자동차의 신차 교체
지원 및 환경친화적 자동차에 대한 세제 우대 정책을 실시하면서
상황은 급변한다 고유가와 환경규제 강화를 우려한 소비자들이 HEV
시장으로 몰려든 것이다 일본의 경우 지난 5월 전체 신차 판매 중
도요타의 프리우스와 혼다의 인사이트 단 두 개 차종의 점유율이 10를
넘어선 것으로 나타났다 현재 HEV 시장을 주도하고 있는 도요타는
프리우스의 수년 내 100만대 판매가 가능할 것으로 내다보고 있다
엔진 없이 모터만으로 구동하는 전기자동차(Electric Vehicle
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 25: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/25.jpg)
2524
EV)에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다는 사실도 주목할 만하다
전기자동차에 가장 적극적인 기업으로는 일본의 미쓰비시자동차와
닛산 등을 들 수 있다 특히 lsquoLeafrsquo라는 전기자동차 양산차종을 발표한
닛산은 글로벌 시장 공략을 통해 HEV 시장에서 도요타와 혼다에 대한
열세를 단숨에 만회한다는 전략이다 전지부터 완제품 생산까지를
수직계열화한 닛산은 2010년 우선 일본에서 5만 대의 생산능력을
확보하고 2012년에는 미국에 추가로 15만 대(전지 20만대 포함)의
생산시설을 구축한다는 계획이다
자동차산업의 패러다임 변화
HEV를 포함한 전기자동차 시장의 급성장은 분명히 예상치 못한
결과이나 그렇다고 해서 이러한 호조가 일시적인 현상에 그치지는
않을 것으로 보인다 오히려 최근의 호조는 전기자동차가 그동안의
니치시장 위치에서 벗어나 주류시장으로 성장하는 계기로 작용할
전망이다 이러한 전망의 근거로는 전기자동차 기술의 급속한 발전과
기업들의 경쟁적인 참여 움직임을 들 수 있다 도요타가 발표한
3세대 프리우스는 이전 모델에 비해 연비는 향상된 반면 가격은
동등한 수준으로 책정되었다 동일 출력 가솔린자동차와 비교해서도
경쟁 가능한 수준이다 도요타는 이를 위해 부품기업과 공동으로
전체 부품의 90 가까이를 새로 개발하는 등 철저한 원가 절감에
주력했다고 한다
도요타가 현 수준에서도 HEV의 경쟁력 확보가 가능하다는 사실을
증명하자 그동안 반신반의의 태도로 방관하던 경쟁기업들이 적극적인
자세로 돌아서기 시작했다 가장 적극적인 기업은 혼다이다 lsquo엔진의
혼다rsquo로 통하던 혼다는 신임사장의 취임과 함께 도요타에 대항하기
위한 HEV 강화 전략을 선언하고 나섰다 향후 20년 후에는 모든
자동차가 HEV가 될 것이라는 발언도 이전의 시각과는 달라진
것이었다 디젤엔진 개발이 중단되었고 자동차 경주대회인 F1에서도
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 26: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/26.jpg)
26자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
철수하였다 반면 전지기업인 GS유아사와 전지합작기업을 설립하였고
사장이 연구소 소장을 겸임함으로써 HEV 개발에 박차를 가하기
시작했다 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있는 기업들은 비단
일본 기업들만이 아니다 GM 포드 등 미국 기업은 물론 BMW 벤츠
폭스바겐 등 클린 디젤엔진에 강점을 지닌 유럽 기업들도 최근 들어
전기자동차 시장 참여에 적극성을 보이고 있다 개발도상국 시장의
성장잠재력을 무시할 수 없다는 평가도 나온다 현재 전기자동차
시장은 주로 선진국 중심으로 형성되어 있는데 향후 환경규제가
강화될 경우 이것이 개발도상국으로까지 급속히 확대될 수 있다는
것이다 실제로 중국은 국가 차원의 전기자동차 육성과 함께 2011년
전체 자동차 수요의 5 수준인 50만 대를 전기자동차로 생산한다는
계획이다
자동차산업 전체의 관점에서 전기자동차 시장 성장이 중요한
이유는 무엇인가 앞서도 설명했듯이 HEV는 모터와 엔진을 함께
이용한다 엔진만을 동력원으로 이용하는 경우에 비해 엔진이 차지하는
비중은 작아질 수밖에 없다 모터만을 이용하는 전기자동차 경우에는
아예 엔진이 필요 없게 된다 즉 HEV를 포함한 전기자동차 시장의
성장은 100년 넘게 이어온 내연기관 중심의 자동차산업 질서가 일정
부분 재편됨을 의미한다 다수의 부품기업과 수직적 관계를 맺고
있는 완성차 기업 중심의 경쟁구조가 근본적으로 흔들릴 수 있고
핵심역량의 변화에 따라 전혀 새로운 배경의 경쟁기업 참여가 가능하게
된다는 것이다 이러한 현상은 이미 부분적으로 나타나고 있다
자동차기업들이 전지기업들과 대등한 관계에서 합작 내지는 제휴
관계를 맺는가 하면 엔진 관련 부품기업들은 전기자동차와 관련한
새로운 사업기회 모색에 나서고 있다 중국의 대형 전지기업인 BYD가
전기자동차 생산을 선언하고 나선 것 또한 매우 상징적이다 향후
검증이 필요하겠지만 전기자동차의 가장 핵심 부품은 전지이며 따라서
전지를 가장 잘 만드는 기업이 전기자동차에서도 최고가 될 수 있다는
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 27: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/27.jpg)
2726
논리가 성립할 수 있기 때문이다
전기자동차의 장기적인 성장잠재력이 높은 것은 분명하지만
자동차산업이 당장 전기자동차 중심으로 재편될 수 있는 것은 아니다
JP 모건 등의 전문기관들은 전기자동차(HEV 포함)가 고성장을
하더라도 2020년 비중은 20 내외에 그칠 것으로 전망하고 있다 향후
상당 기간 전기자동차는 아직 다수를 차지하는 가솔린이나 디젤 엔진
자동차와 공존할 수밖에 없다는 것이다 이에 따라 전기자동차로의
전환과 함께 기존 자동차의 연비 향상 노력 또한 중요해질 전망이다
연비규제로 인해 지속적인 엔진 효율의 강화와 함께 획기적인 차체
경량화 방안이 등장할 것으로 기대된다
주요 완성차업체들의 활발한 기술제휴
연료전지차 분야에서는 현대차가 2013년 양산을 시작하며 주도하고
있다 현대차는 2013년 2월 울산공장에 연료전지차 대량생산 설비를
구축 3월 EU 공모 수소연료전지차 2차 시범운행 사업에 단독으로
재선정 6월 덴마크 코펜하겐시에 투싼ix 연료전지차 15대를 전달하는
등 적극적 행보을 하고 있다
주요 완성차업체들은 기술개발을 목적으로 올해 들어 활발히
제휴를 맺고 있다 도요타와 BMW가 2011년 말 친환경차 기술개발
협력을 골자로 리튬이온배터리 공동개발을 합의한데 이어 1월
도요타가 BMW에 동력 및 저장장치 등 연료전지차 기술을 BMW는
경량화 기술을 제공하기로 발표하였다 포드와 다임러도 2008년
공동출자회사를 설립해 연료전지차 개발을 시작한 가운데 1월
르노닛산이 기술의 공동개발을 위한 제휴에 참여하였다 포드는 공동
개발 계획 닛산은 배터리 개발 르노는 양산 적용 시 비용 절감책
다임러는 연료전지시스템 개발을 맡는 등 역할을 분담하고 있다
연료전지 분야 기술특허 선두업체인 GM과 혼다는 독자개발 노선을
고집 했으나 7월 공동개발 계획을 발표하며 제휴를 시작하였다 미국
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 28: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/28.jpg)
28자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
무공해차 의무 판매 규제(ZEV)에 대응하기 위해 업체별로 양산시점을
앞당길 계획이다 도요타는 5만 달러 이하의 모델을 2014년 르노닛산
다임러 포드는 2017년 GM과 혼다도 2020년 모델을 출시할
예정이다
연료전지차 시장 선점을 위해 기술개발 기간을 단축하고 막대한
비용을 분담하기 위한 전략적 선택이 진행되고 있다 연료전지차
시장이 본격화되기까지 기간은 불투명한 상태이지만 친환경차의
궁극적인 형태인 연료전지차의 기술개발을 위해서는 막대한 비용이
소요되어 다양한 형태의 친환경차 개발을 동시에 추진하기에는 부담이
가중되고 있다 긴 주행거리 짧은 충전시간과 함께 대중 판매가 가능한
가격의 양산 모델 개발을 위해서는 비용 절감이 필수라는 점도 업체간
협력을 가속화하고 있다 업체간 제휴는 연료전지차의 기술특허를
대거 보유하고 있는 일본업체들이 주도하고 있으며 일본업체들은
제휴업체를 통해 미국 유럽에서 정부 접근성 확대 및 조기 인프라
구축을 기대하고 있다
자료 IHS MarkLines 언론사 종합 한국자동차산업연구소
그림 15 연료전지차 분야 업체간 제휴 현황
middotrsquo99년 최초모델
middot공동개발 주관
middot연료전치자
미 개발
middot최초 양산체제 구축
middot투싼ix 출시
middotrsquo15년 1천 대 판매
middot독자기술 보유
양산계획 無
middotrsquo94년 최초모델
middot운전시스템기술 보유
middotrsquo94년 개발 시작
middotrsquo15년 1차 양산화
연료전지차 기술
경량화 기술
middot미국 특허 보유 2위
middotrsquo15년 양산 목표
middot미국 최다 특허 보유
middotrsquo08년 JV설립
middotrsquo13년 르노닛산2017년 양산모델 출시
2020년 공동개발 모델 출시2015년 협약 2020년 시판
middotrsquo03년 시범운행
middot연료전지기술 우위
middot양산 단계에서
비용절감 담당기술보관
기술교환
독자개발
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 29: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/29.jpg)
2928
부품업체 영향력 확대
글로벌 부품업체들은 친환경차의 핵심 시스템을 독자 개발하여
완성차업체에 공급하고 있다 델파이는 고출력은 유지하면서
배기가스는 절감하는 하이브리드차 전용 고전압 와이어링 하네스1)를
개발하여 페라리에 공급하고 페라리는 이 시스템을
하이브리드 모델 라페라리에 장착하였다 지멘스는 유럽 베트남에서
운행되는 버스의 디젤 하이브리드 시스템(ELFA)을 공급 중이며 이
버스는 전기차 모드로 일정 구간을 운행할 수 있으며 연료 효율이 최대
50 높다
보쉬 ZF 등은 산학 협력 및 완성차업체와 공동 개발을 통해
친환경차 핵심 기술 개발에 역량을 집중하면서 기술 주도권을
확보하고자 한다 글로벌 자동차부품업체 1위인 보쉬는 하이브리드
시스템 플러그인 하이브리드 시스템 신형 전지 등 친환경차 핵심
기술의 개발을 위해 자동차업계 최고 수준인 매출액 대비 91의
기술개발 투자를 시행하고 있다 3위 컨티넨탈도 연비를 10 이상
개선한 48V 전기시스템과 전기만으로 50km를 주행할 수 있는 독자
개발한 플러그인 시스템을 개발하였다 변속기 전문업체인 ZF도
유도모터 장착으로 출력과 토크를 향상한 전기차용 구동기구와 타
부품업체와 협력을 통해 차세대 트랙션 모터를 개발하였다
업체 개발내용 개발형태
보쉬
유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화 고출력
모터 사용한 HEV 시스템
- 연비 25 향상
PHEV 시스템 모터이용 주행거리 60km
독자 개발
신형 전지 개발 유압식 HEV 시스템
- 연비 30 향상 2016년~2017년 실용화
전지사업 합작회사
(GS Yuasa 미쯔비시 상사)
1) 와이어링 하네스 전력 신호를 전달하는 자동차용 전기 배선 시스템
표 4 글로벌 부품업체의 친환경차 부품 개발 동향
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 30: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/30.jpg)
30자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
업체 개발내용 개발형태
ZF
EV용 차세대 트랙스 모터
- 경량화원가절감 목표 독일정부 1천만 유로지원
컨소시엄
(보쉬 인피니온 지멘스 아헨공대 등)
EV용 구동기구
- 유도모터 장착으로 출력토크 향상독자 개발
컨티넨탈 48V 통합 전기시스템
PHEV 시스템독자 개발
자료 언론사 종합 한국자동차산업연구소
자동차용 화학소재 시장동향
자동차 연비와 직결되는 경량화 재료는 자동차기업이나 소재기업들이
이미 오래 전부터 추진해왔던 과제이다 그러나 연비규제의 강제성이
약해 실제 적용은 경제성이 충족되는 범위 내에서 제한적으로
이루어졌을 뿐이다
이러한 점에서 최근 각국이 추진하고 있는 자동차 연비규제 강화는
경량화 재료 연구를 다시 활성화시키는 계기가 될 것으로 기대된다
연비에 민감한 전기자동차의 비중이 확대될 것이라는 점도 경량화 재료
수요에는 긍정적 요인으로 작용할 전망이다 오토이브이재팬(AutoEV
Japan)이라는 일본의 벤처기업은 자사가 개발한 전기자동차의
경량화를 위해 알루미늄합금 프레임과 함께 차체에는 합성수지의
일종인 ABS수지를 채용한 바 있다
현재 자동차 경량화와 함께 가장 주목받는 소재로는 탄소섬유강화플
라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic CFRP)과 엔지니어링 플라
스틱(Engineering Plastic EP)을 들 수 있다 먼저 CFRP는 뛰어난
물성에도 가격이 워낙 비싸고 성형이 어려워 지금까지는 경주용 차나
고급 승용차의 디스크 브레이크 브레이크 패드 리어 스포일러 등에
일부만이 이용되어 왔다 그러나 도레이 데이진 미쓰비시레이온 등
탄소섬유 기업들의 적극적인 노력과 정부의 적극적인 지원에 힘입어
본넷이나 지붕 등 자동차 차체에 대한 적용 가능성이 높아지고 있다
도레이는 2001년부터 정부 지원 하에 닛산 일본 내 6개 대학 등과
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 31: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/31.jpg)
3130
공동으로 CFRP의 성형시간 단축 연구를 수행하고 있으며 2008년에는
AampA(Automotive and Aircraft)센터를 설치 본격적인 고객 개척 활동에
돌입한 상태이다 자동차 수요 침체로 고전하고 있는 EP 역시 연비규제
강화에 따라 장기적으로는 수요가 호조를 보일 것으로 기대된다 이미
듀폰 BASF 다우 티코나 등 세계적인 EP기업들을 중심으로 금속
부품을 대체하기 위한 시도가 활발히 전개되고 있는 상황이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ 나일론수지
글로벌 EP(Engineering Plastics) 시장은 2008년 리먼 브라더스
사태 이후 침체되기 시작한데 이어 2011년에는 일본 동북지방 대지진
타이 대홍수의 영향을 크게 받은 것으로 나타났다 그러나 신흥시장의
경제성장을 바탕으로 회복세로 전환되어 최근에는 안정적으로
성장하고 있다 EP는 내열성 내약품성 기계적 특성이 우수하며
경량화 소형화 박형화에 적합한 고기능 소재로 수요가 확대되고 있다
자동차 전기 전자부품 OA기기 가전 생활용품 등 다양한 용도로
활용되고 있고 에코자동차 LED(Light Emitting Diode) 등 새로운
용도 개척이 활발하게 진행되고 있기 때문이다
나일론(Nylon) 수지 시장은 중국을 비롯한 아시아 수요 확대로
안정적인 성장을 지속하고 있다 리먼 브라더스 사태 이후 세계경제
침체로 시장이 급속하게 축소되면서 가동률을 감축하는 사태가
벌어졌으나 각국의 경기부양책이 성공함으로써 2009년 후반부터
2010년까지 수요가 회복세를 나타냈다 2011년에도 2010년과 비슷한
신장률이 예상됐으나 일본 동북지방 대지진 타이 대홍수의 영향으로
수요정체가 불가피했다 2012년에는 자동차 생산 확대로 수요가
증가할 것으로 기대됐지만 액정TV 등 전기 전자용 수요 침체가
계속됨에 따라 2013년 이후 리먼 브라더스 사태 이전 수준을 회복할
수 있을 것으로 예측되고 있다 다만 나일론 12는 독일 Evonik 공장
사고의 영향으로 수급이 타이트해지고 있다
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 32: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/32.jpg)
32자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
나일론은 슈퍼EP에 비해 코스트 경쟁력이 뛰어나고 기계적 밸런스
내열성이 우수해 자동차 전기 전자 가전 건축 등에 다양하게
활용되고 있으며 최근에는 금속 대체소재로 채용이 늘어나 나일론 6
나일론 66 모두 연평균 5 수준의 안정적인 신장이 기대되고 있다
나일론 수요는 자동차용이 중심이지만 뛰어난 내열성 내약품성
내유성 내용제성을 바탕으로 용도가 더욱 확대되고 있다
자동차 전기 전자기기 생산기업들이 잇따라 신흥시장에 진출함
으로써 나일론 생산기업들도 사업기반 강화에 박차를 가하고 있기
때문으로 일본은 엔고가 시작된 2011년 이후 생산라인의 해외이전을
가속화하고 있다 Ube Industries는 나일론 6 사출용 금속접착 용도를
적극적으로 개발하고 있으며 나일론 12는 연료튜브 등의 다층화를
추진하고 있다 또한 신규수지 Polyoxamide 시장을 확대하기
위해 마케팅을 진행하고 있는 것으로 알려졌다 Ube는 일본에서는
부가가치가 높은 고기능제품을 생산 개발하는 한편 타이에서는
벌크제품의 코스트 경쟁력을 강화하고 있으며 스페인에서는
고부가가치용 중합설비 신증설을 검토함으로써 개별 공장의 기능 및
역할을 명확히 구분하고 있다
나일론 66 메이저인 Asahi Kasei Chemicals은 300 가 넘는 고융점
나일론을 개발해 샘플 공급을 시작했으며 자동차엔진 주변부품
전자부품 생활 의류관련 잡화 등 다양한 용도에서 채용을 기대하고
있다 또한 고강성 우수한 외관 및 성형성을 보유한 ltLEONA90G
시리즈gt를 증설해 특수 그레이드 판매를 확대할 계획이다
나일론 6 나일론 66 나일론 610를 생산하고 있는 Toray는
현재 진출해 있는 아시아와 신흥시장 사업을 확대하고 글로벌화에
박차를 가할 방침이다 Toray는 2011년부터 인디아 현지 컴파운드
생산기업에게 위탁 생산하고 있으며 중국 인도네시아에도 거점을
확충함으로써 현지 수요에 빠르게 대응할 수 있는 체제를 구축할
계획이다
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 33: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/33.jpg)
3332
MEP(Mitsubishi Engineering Plastics)는 MXD6계 나일론
용도 개척을 가속화하고 있다 MXD6계 나일론은 강도가 우수하며
필러 배합률이 높아도 깨끗한 외관을 유지할 수 있기 때문에 자동차
사이드미러 스테이 바깥 손잡이 등에 투입되고 있으며 건축자재
모바일기기 본체 등 용도 확대를 기대하고 있다 Toyobo는 국내외
판매 및 컴파운드 공급거점을 확충함과 동시에 고융점 나일론
ltBiroamidegt의 신규용도를 개척하고 있다 ltBiroamidegt는
기존제품에 비해 흡수율이 약 13 정도 낮아 표면실장기술(SMT)
부품용으로 활용되기 시작했으며 최근에는 LED용으로 사용됨에 따라
2014년 풀가동체제로 전환할 방침이다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PC
PC(Polycarbonate)는 투명성 내열성 내충격성 광학특성
성형가공성 등이 뛰어나 전기 전자부품 OA기기 광디스크 자동차
부품 등 폭넓은 용도로 채용되고 있다 세계 PC 수요는 2011년 후반
세계경제 침체의 영향으로 감소했지만 2012년에는 증가한 것으로
추정되고 있다 다만 기존 성장률인 6-7를 회복하는 것은 2013년
이후로 예측되고 있다
최근에는 PC 휴대전화 디지털카메라 등의 본체 FPD(Flat Panel
Display) 관련 소재 LED조명 BD(Blue-ray Disk)를 중심으로 수요가
확대되고 있으며 스마트폰 태블릿 PC 등 디지털기기용도 주목되고 있다
자동차용은 헤드라이트와 내장부품에 주로 사용됐으나 앞으로는 수지
그레이징(Grazing)이 대규모 수요처로 기대되고 있다 수지 그레이징은
유리에 비해 경량화 모듈화가 용이하고 잘 깨지지 않으며 깨지더라도
산산조각나지 않는 것이 특징으로 부각되고 있다 또한 복잡한 형태에
대응할 수 있고 안전도 향상이 용이해 유리 대체소재로 각광받고 있다
이에 따라 유럽에서는 사이드 윈도우 선루프에 사용되고 있으며 최근
일본에서도 채용되기 시작한 것으로 알려졌다
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 34: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/34.jpg)
34자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
MEP가 개발한 열안정성이 우수한 수지 그레이징용 PC 소재는
도요타(Toyota)의 하이브리드 자동차 ltPanorama Roofgt에 채용되고
있다 Teijin Chemicals은 독일 Free Grass와 공동으로 개발한 수지
그레이징을 프랑스 Sitroen의 신형 자동차 ltQuarter Windowgt에
투입하고 있다
LED용 개발 및 용도 개척도 활발해지고 있다 Sabic Innovative
Plastics은 LED용 신규 그레이드를 잇달아 개발해 시장에 투입하고
있으며 미국 안전검사규격(UL) 94V-O의 난연기준 15mm를 통과해
판매를 꾸준히 확대하고 있고 박형 그레이드 판매도 곧 시작할 것으로
알려졌다 Teijin은 자동차 LED 헤드라이트 스마트미터 등 신규용도
개척에 주력하고 있다 Bayer MaterialScience는 PC가 경량화와
디자인성이 용이한 점을 활용해 EV(Electric Vehicle)용 부품 및
충전기기 등으로 공급을 확대하고 있다
세계 PC 시장은 공급량 확대로 범용화가 진행되는 한편 고기능
및 고품질이 요구되는 첨단제품용에서 하이스펙화가 진행되는 등
양극화가 뚜렷해지고 있다 이에 따라 PC 생산기업들은 시장의 요구에
맞추어 High-End용과 Middle-End용 Low-End용을 개발해
라인업을 확충하고 있다 또한 유럽 일본의 영향력이 상대적으로
축소되고 있어 생산 소비비율이 급증하고 있는 아시아가 급격하게
대두되고 있다 특히 중국에서 PC 생산기업들이 생산능력 확대에
박차를 가하고 있다
Mitsubishi Chemical이 Sinopec(China Petroleum amp Chemical)과
합작으로 Beijing에 6만톤 MGC(Mitsubishi Gas Chemical)가
Shanghai에 8만톤 플랜트를 건설할 계획이다 MEP가 판매를
담당하면서 2011년부터 마케팅 활동을 진행하고 있다 Bayer은
Shanghai에 20만톤 신증설을 계획하고 있으며 기존설비도 생산능력을
확대함으로써 2016년까지 50만톤 생산체제를 구축할 방침이다
Sabic은 Sinopec과 공동 프로젝트에 합의했으며 사우디 Jubeil
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 35: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/35.jpg)
3534
공업지구에 26만톤 플랜트를 건설했다 Jubeil 플랜트에서 생산하는
PC는 기존 브랜드인 ltLexangt과 다른 컨셉으로 범용분야에서 ltSabic
PCgt라는 새로운 브랜드로 공급하고 있으며 중국시장을 중심으로
영향력을 강화할 것으로 예상되고 있다
엔지니어링 플라스틱(EP) _ PBT
PBT(Polybutylene Terephthalate)는 EP 중에서도 강도가 높고
성형가공성 내약품성 전기특성이 우수해 자동차부품 OA기기 전기
전자부품을 중심으로 2008년 상반기까지 수요가 꾸준히 확대됐으나
하반기에는 세계경제 침체의 영향으로 수요가 급감했다 다만 2009년
하반기에 회복세로 전환된데 이어 2010년에는 자동차 전자 분야를
중심으로 신장세가 이어졌다
세계 PBT 수요는 2010년 70만-75만톤으로 정점이었던 2007년
수준을 회복한 것으로 추정되고 있다 2012년에도 증가세를
유지함으로써 중장기적으로 연평균 3-5 신장할 것으로 예상되고
있다 특히 중국에서는 전기 전자부품 수요가 크게 확대되고 있고
일본은 자동차를 중심으로 호조가 예상되고 있으나 부품공장의
해외이전으로 시장 중심이 아시아로 이동하고 있다
PBT는 핵심 용도인 전자제품의 소형화 및 박형화 흐름에 따라
치수안정성 내충격성 내열충격성 향상이 요구되고 있고 가전제품과
조명용은 난연성 요구가 높아짐과 동시에 탈염소화 움직임이
계속되고 있어 비염소계 난연 그레이드 수요가 증가하고 있다 자동차
분야에서는 전장화에 따라 HEV(Hybrid Electric Vehicle) EV
등 에코자동차의 각종 센서 및 모터용 수요가 확대되고 있어 PBT
생산기업들은 시장 흐름에 맞게 용도를 개척하는 한편 컴파운드 생산을
강화하고 있다
Polyplastics은 자동차 분야를 중심으로 공급을 확대하고 있다
2012년 타이완의 컴파운드 공장을 증설하고 중국의 신규 컴파운드
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 36: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/36.jpg)
36자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
공장도 2013년 후반 가동함으로써 코스트 경쟁력을 강화할 방침이다
Toray는 자동차 시장점유율을 확대함과 동시에 LED 태양전지
스마트그리드(지능형 전력망) 등 환경관련 그레이드 판매를 늘리는
한편 해외 중합 및 컴파운드 거점 네트워크를 활용함으로써 현지
요구에 적합한 차별제품 개발에 주력하고 있다
Sabic Innovative Plastics은 HEV EV 전지 주변부품 수요를
기대하고 있다 전기 전자용은 PET(Polyethylene Terephthalate)
병을 재활용해 원료로 사용하는 친환경 그레이드로 차별화를 추진하고
있으며 박형 성형이 가능한 난연 그레이드로 수익을 확보할 계획이다
MEP도 에코자동차 및 LED용 신규 그레이드를 개발해 적극 투입하고
있으며 Orient Chemical과 공동으로 신규 레이저용착공법 대응 PBT
개발에 착수했다 또한 중국 Foshan에 컴파운드 공장을 건설하는 등
글로벌 공급체제 정비를 가속화하고 있다
CAFE 규제 강화로 자동차용 플라스틱 경량화 핵심소재 부상
친환경자동차 정책이 강화됨에 따라 플라스틱이 고강도 경량화
소재로 각광받고 있다 글로벌 자동차기업들은 미국 정부의 연비규제
강화 및 하이브리드 자동차의 보급 확대로 경량화와 소형화를 통해
연비를 개선하고 있다 자동차의 경량화는 자동차 무게의 80를
차지하는 금속류 소재의 강도를 높여 더욱 얇게 만드는 방법과 금속류
소재를 화학소재로 대체하는 방법을 통해 이루어질 수 있다
지금까지는 주로 금속류 소재의 강도를 단계적으로 높여 무게를 줄이는
노력이 추진되었으나 한계에 도달하면서 화학소재로 대체하는 방법이
적극적으로 시도되고 있다 자동차용 플라스틱으로는 PP(Polypropylene)를
비롯해 PU (Polyurethane) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PVC(Polyvinyl Chloride) PA(Polyamide) PE(Polyethylene)
PC(Polycarbonate) 등이 사용되고 있으며 시장규모가 연평균 20 이상
성장하고 있다
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 37: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/37.jpg)
3736
자동차의 소재 사용비중은 2010년 기준 금속(Steel) 63 플라스틱
12 비철금속(Nonferros) 10 고무(Rubber) 4 기타 11로
나타났다 또한 자동차용 플라스틱의 수요비중은 TPO(Thermoplastic
Olefin) 38 PVC 17 PU 13 ABS 9 EP(Engineering Plastic)
18 기타 5로 나타내고 있다
그림 16 자동차의 소재 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 17 자동차용 플라스틱 사용 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 18 자동차 소재의 무게 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 38: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/38.jpg)
38자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
자료 SRI Consulting
자동차 연료인 가솔린 및 디젤은 연소되면서 다양한 물질이 배출되며
질소산화물 미세먼지 등은 대기를 오염시키고 CO2는 지구온난화를
가속화시키고 있다 특히 환경오염에 대한 인식이 높아짐에 따라
배기가스 중 오염물질과 CO2를 감소 혹은 제거시키는 친환경 기술을
채용한 그린자동차(친환경자동차)가 급부상하고 있다
국제유가가 고공행진을 지속하고 각국 정부의 환경규제가 강화됨에
따라 수요도 꾸준히 증가하고 있다 국제유가는 2007년 하반기부터
고공행진을 지속해 2008년 7월에는 배럴당 150달러 수준까지
폭등하고 현재도 100~110달러 수준에서 등락함으로써 소형 및 친환경
자동차가 부상하는 계기로 작용하였다
그림 19 자동차 소재의 부피 비중
금속 63
플라스틱12
비철금속
10
고무
10
고무 4
기타11
TPO
38
PVC 17PU17
ABS9
EP18
기타 5
철
730
구리
플라스틱
16
82
알루미늄62
고무 30페인트 14
유리 25 섬유 및 기타 41
철
알루미늄
구리
306
76
고무
90
페인트46
유리
섬유 및 기타
38
168
06
플라스틱 270
그림 20 고강도 경량화 소재의 물성 Metrix
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 39: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/39.jpg)
3938
도요타의 친환경 하이브리드 자동차 Prius는 2006년 8914대를 판매하는데
불과했으나 2007년에는 국제유가 강세를 타고 1만5844대를 판매하였다
미국에서도 하이브리드 자동차의 시장점유율이 2006년 2에서 2008년 3
2010년 4 수준으로 상승한 것으로 알려지고 있다
2008년 하반기에 불어닥친 글로벌 경기침체로 국제유가가
하락하면서 친환경 자동차 수요가 일시적으로 둔화되는 양상을
보였으나 환경규제가 더욱 엄격해짐에 따라 자동차기업들은 규제를
충족시키기 위한 그린자동차 개발에 심혈을 기울이고 있다 미국 유럽
일본 중국 등은 배출가스 규제 및 CO2 저감 연비개선을 강력하게
요구하고 있다 미국은 LEV(Low Emission Vehicle) 타이어 규제
등을 통해 2020년까지 연비를 약 30 개선할 것을 요구하고 있고
EU도 EURO 기준을 제시하며 CO2 배출량 규제를 강화하고 있다
미국은 그린자동차 관련 핵심규제 장치인 CAFE(Corporate
Average Fuel Economy 평균연비)를 갈수록 강화하고 있다
버락 오바마 대통령은 2009년 5월 19일 지구 온난화를 유발하는
가스배출을 억제하고 석유 수입의존도를 줄이기 위해 자동차 연비
및 배출가스 규제 강화대책을 발표하고 2016년까지 연비를 리터당
148km로 향상시키고 배기가스를 현재의 13 수준으로 감축할
것을 의무화하였다 개정된 CAFE 기준은 승용차 275mpg 경트럭
222mpg인 기준을 2020년까지 차종 구분없이 35mpg(리터당
148km)로 상향 조정하도록 강제하였고 규제에서 제외되었던 대형
SUV 등도 2011년부터 규제대상에 포함시켰다
오바마 대통령의 그린자동차 정책에 맞추려면 연비를 평균 30 이상
개선해야 하는데 승용차는 연비개선 작업이 진척되고 있어 강화된
연비규제를 맞추기는 어렵지 않으나 소형 트럭은 규제를 통과하려면
연비를 483 개선해야 하기 때문에 상당한 연구가 필요한 상태이다
자동차 연비 개선 압력이 가해지면서 자동차의 수지화가 적극적으로
추진되고 있으며 고강도 경량화 소재 개발이 강화되고 플라스틱
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 40: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/40.jpg)
40자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
수요가 급증하고 있다 일본에서도 2013년 포스트 교토체제를 앞두고
도요타자동차 닛산자동차 혼다자동차 등이 연비 개선에 주력하고
있다 미국 빅3는 일본 및 한국 자동차기업에 비해 비교에 열위에 있는
것으로 평가되고 있다 크라이슬러는 10년간 연평균 41 개선해야
규제를 충족시킬 수 있는 반면 도요타와 혼다는 연평균 17 현대
기아자동차는 연평균 20 개선이 요구되고 있다 1980년 이후 승용차
및 경트럭의 연비 개선율이 연평균 약 09에 머무르고 있는 것을
감안하면 미국 Big3에게는 달성이 매우 어려울 것으로 지적되고 있다
자동차 소재의 경량화는 1973년과 1979년 오일쇼크 이후 저연비를
위한 대책으로 대두되었고 자동차의 플라스틱 사용비중은 1970년대
3에서 2000년대 12(중량기준)로 급상승하였다 자동차기업들이
강화되는 연비규정을 준수하기 위해 자동차 경량화를 적극 추진하고
있기 때문이다 자동차 무게를 6~10 줄이면 연료는 5~7 절감되는
것으로 알려지고 있다
플라스틱 소재가 금속을 대체함으로써 HDPE(High-Density
Polyethylene)를 이용한 연료탱크는 50 배터리 박스는 70의
중량이 줄어드는 것으로 알려졌다 자동차용 플라스틱은 자동차 대당
평균 100kg 이상 사용되고 있으며 자동차기업들이 연비개선 경량화
재활용 확대 및 제조원가 감축 등을 목표로 플라스틱 사용을 확대하고
있어 지속적인 수요 증가가 전망되며 자동차용 플라스틱 시장규모는
약 5조원정도로 추정된다
자동차용 플라스틱 재활용 시장
현재 폐차의 재활용부품과 철 비철 등 금속류는 비교적 쉽게 수거가
가능해 대부분 재활용되고 있으나 자동차 경량화 요구에 의해 점차
증가하고 있는 플라스틱류는 거의 재활용되지 않아 파쇄단계 후 ASR로
분류돼 최종 매립되거나 소각되고 있기 때문이다
자동차는 국내에서 연간 폐기물량이 가장 많은 소비재로 매년 70만대
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 41: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/41.jpg)
4140
정도가 폐차되고 있으며 경제적 가치가 11조 5000억원에 달하는 것으로
추정되고 있다 자동차 재활용시스템은 등록 말소-폐차장-파쇄 재활용
분리-파쇄 잔여물 재활용 4단계로 이루어져 있으며 폐차장에서 자동차
해체를 통해 재사용 가능한 부품과 금속을 분리하고 파쇄 재활용
분리를 통해 철과 비금속을 수거하며 이후 파쇄 잔여물 재활용기업으로
넘어가는 구조이다
그러나 국내 자동차 재활용 시장은 대부분 폐차장과 파쇄 재활용
분리에만 치중돼 있고 파쇄 잔여물 재활용은 등록기업이 전무한 것으로
알려져 정부의 지원 대책이 요구되고 있다 실제 2011년 기준 폐차장의
해체수량은 92만2620톤에 달하고 재활용량이 53만3031톤으로
재활용률이 578에 달하였다
파쇄 재활용 분리에서도 철금속류 재활용량이 2008년 18만2679톤
2009년 18만8313톤 2010년 22만1325톤 2011년 26만318톤으로
증가했고 비철금속류는 2008년 2540톤 2009년 2532톤 2010년
2461톤 2011년 2235톤이 재활용된 것으로 나타났다
그러나 파쇄 잔여물은 2008년 10만7634톤 2009년 11만872톤
2010년 12만7472톤 2011년 14만6674톤 발생했으나 일부
플라스틱류를 제외하고는 폐기물로써 대부분 매립되거나 제철소
시멘트 공장의 소각로 열원으로 활용된 것으로 알려졌다
따라서 국내 폐자동차의 재활용률은 2008년 825 2009년 841
2010년 845로 지속적으로 상승하고 있으나 2011년에는 851로
간신히 법적 재활용률을 맞춘 것으로 나타나 2015년 목표 재활용률
95를 달성하기 위해서는 플라스틱류의 재활용 개선이 필수적인
것으로 지적되고 있다
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 42: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/42.jpg)
42자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
파쇄 잔여물은 전체 폐차중량의 약 20를 차지하고 있으며 플라스틱류
416 섬유 236 토사류 105(재활용 중 이물질 유입) 고무 92
등으로 나타나고 있다 일본 독일과 같은 선진국에서는 파쇄 잔여물의
선별 및 에너지 회수 기술개발에 대한 연구가 상당히 진행되어 있고
상용화되고 있는 단계이지만 국내에서는 아직 파쇄 잔여물을 대부분
매립 및 소각 처리에 의존하고 있어 파쇄 잔여물을 물질별로 분류하고
재활용할 수 있는 공정개발이 시급히 요구되고 있다
이에 환경부는 자동차 생산기업들과 긴밀한 협력관계를 유지해
재활용률을 높이고 폐차장 및 폐차 재활용기업 등과 친환경 폐차
재활용체계를 구축하는 등 자동차 생산기업과 재활용기업의
상생협력을 도모한다는 방침을 세우고 있는 것으로 알려졌다
그림 21 자동차 자원순환 개념도
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 43: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/43.jpg)
4342
일본 도요타자동차(Toyota Motors)가 폐차의 범퍼 계기판(Instrument
Panel) 등에서 회수한 플라스틱을 재활용하는 100 순환형 리사이클
시스템을 본격 도입한다 도요타는 프로젝트에 참가할 수지 리사이클기업
5사를 선정했으며 일부기업의 리사이클 소재는 이미 도요타가 승인한
것으로 알려졌다 도요타는 2011년부터 5년간 제5차 도요타 환경대책
플랜을 추진하고 있다 이에 따라 순환형 사회 구축의 일환으로 신차 1대에
사용되는 수지의 20를 재생수지 및 식물 베이스 등 에코 플라스틱으로
전환하는 기술을 개발하고 있다
도요타는 폐차 300만대 가량을 리사이클에 활용할 계획이어서
폐차에서 추출되는 수지가 약 30만톤에 달할 것으로 추정하고
프로젝트를 통해 20인 6만톤을 재활용할 계획이다 수지
리사이클기업으로는 도요타의 협력기업인 내외장 부품 생산기업
Kojima를 비롯해 Ube Industries Takaroku상사 Isono
Eikou물산을 선정했으며 폐차 해체는 Kyushu에서 1사 Chubu에서
그림 22 폐플라스틱 재활용 기술의 구분
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 44: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/44.jpg)
44자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
1사 Kanto에서 1사를 선정했다
Ube Industries는 이미 재생 PP(Polypropylene)를 도요타의 HV
(Hybrid Vehicle)용으로 공급하고 있으며 Kojima도 재생수지 소량을
부품 생산기업에게 판매하고 있다 Takaroku상사 등은 2013년
공급을 목표로 하고 있다 일부에서는 자동차 최대 메이저인 도요타가
100 순환형 리사이클 시스템을 확립함으로써 일본에서 새로운 대형
비즈니스가 창출될 것으로 기대하고 있다 다만 폐차 해체공정에서
일반적으로 절단기를 이용해 분쇄하기 때문에 다양한 수지가 섞여
있고 열화(劣化) 정도가 불규칙해 재생수지의 품질을 안정시키는 것이
선결과제로 대두되고 있다
도요타의 자동차리사이클연구소는 수지분별 기술을 개발하고 있고
프로젝트 참여기업들은 재생수지의 고품질화 및 리사이클 코스트
절감을 목표로 연구개발에 박차를 가하고 있다
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 45: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/45.jpg)
4544
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 3 자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 46: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/46.jpg)
46자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
친환경 자동차 개발을 위한 정책강화 추세
미국 일본을 비롯해 선진국은 1970년대부터 연비제한규제를 시행해
왔으며 리우회의(1992) 및 교토의정서(1997)를 시작으로 글로벌
온실가스 감축을 위한 국제적 공동 대응노력이 진행 중에 있다 카타르
도하에서 열린 기후변화협약 당사국 총회(COP18)에서 195개 참가국은
격론 끝에 lsquo제2기(期) 교토의정서체제rsquo를 출범(2013 2020) 한국은
녹색기후기금(GCF) 유치 등의 영향에 따라 향후 의무감축국 가입
압박이 예상된다
자동차(승용차 영업용 차량 등) 배출 대기오염물질은 전체 대기오염의
30 이상을 차지하고 있으며 특히 대도시의 경우 최고 70 이상을
차지한다 2009년 기준 일산화탄소(CO) 73 질소산화물(NOx) 366
미세먼지(PM10) 89가 오염원(자동차)으로 배출되고 있다
트렌드 3
자동차 경량화를 위한 유망기술 전망
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 47: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/47.jpg)
4746
(단위 천 톤년)
출처 2012 환경백서 환경부
중국은 2011년까지 3년 연속 세계 자동차 판매량 1위(1851만 대)를
기록하고 있으며 이는 베이징 청도 난징 등 대도시의 SOx NOx
PMx 급증 원인이 되고 있다
미국
석유파동(1차 1973년 2차 1978년)을 겪으면서 에너지정책 및
보존법(EPCA)을 제정(1975년)하고 자동차 제조사 및 수입사에 대해
일정 수준 이상의 평균연비 성능을 의무화한 CAFE 제도를 시행하고
있다 CAFE(Corporate Average Fuel Economy)는 1978년 180mpg의
규제를 시작으로 1982년 2륜 4륜 및 Combined 차량까지 규제를
확대하였으며 현재 약 300mpg에 육박하는 규제치를 제조사에
요구하고 있다 lsquo대기청정법rsquo에서는 NOx CO PMx 포름알데히드 등의
배기가스를 규제 중이며 대기오염이 심각한 캘리포니아주에 대해선
별도의 배기가스 규제기준을 제정하는 권한을 부여하였다
자료 ldquoThe US Automotive Market and Industry in 2025rdquo CAR(Center for Automotive Research)(2011)
표 5 자동차에서 나오는 오염물질 현황(전국)
그림 23 미국의 연비규제 시나리오
배출원 합계 CO NOx SO2 PM10 VOCs NH3
전국배출량 합계 3647 846 1062 417 190 852 278
도로이용오염원
(자동차 이륜치)1124
(308)618
(730)389
(366)080
(019)17
(89)89
(104)10
(36)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 48: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/48.jpg)
48자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
일본
대기오염방지법을 통해 CO에 대해 1966년 9월부터 가솔린차량을
대상으로 4측정모드 농도규제가 개시되었고 가솔린디젤차량의 규제
강화(2000~2004년) 및 新장기규제 시행(2005년)을 통한 강력한
자동차 배기가스 저감정책 실시 중에 있다 일본의 디젤엔진 규제는
단기 장기 신단기 신장기 포스트 신장기규제로 구분된다
자료 일본의 경유차 PM NOx 규제 동향 및 저감기술 김용우 민준석 Auto Journal 2008
EU
120여 년의 자동차 진화에 확보된 선진 환경제어기술을 바탕으로
EURO 1 6단계까지 배출가스 규제와 이산화탄소 감축협약을 통해
NOx CO CHx PMx 등의 배출량을 단계적으로 저감 노력 중에 있다
그림 24 일본의 대형디젤차 PM 및 NOx 배출규제 변화추이
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 49: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/49.jpg)
4948
중국
석탄 중심의 에너지 소비구조와 세계 최고 수준의 자동차 소비에
따라 심각해진 대기오염에 대한 대응책으로 중국은 주요 도시의
대기오염 배출한도 제한과 선진국 수준의 석유제품 품질 기준 요구 등
강력한 정책 드라이브를 걸고 있다 베이징의 2013년 1월 PM 25 평균
농도가 m3당 180로 지난 3년간 동기 대비 30 이상 상승하였으며
WHO 권장치의 7배가 넘는 수치를 기록하고 있다
중국의 자동차 보유량은 2억 4000만 대로 미국(2억 5700만 대)과
거의 차이가 없으나 극소수 대도시를 제외한 대부분의 지역에서
유통되는 석유 황 함유량이 유럽의 1500에 이르고 있다 중국
당국은 2013년 2월부터 베이징에 베이징v호(황함유량 10ppm) 표준을
시행하고 2013년 3월부터 표준에 미달하는 차량은 판매를 금지하고
있다 lsquo환경 대기질기준rsquo을 2016년까지 중국 전역으로 확대 시행한다는
계획이며 lsquo환경공기 미세먼지 오염방지 기술정책rsquo 에서는 PM 25를
기준으로 오염이 심각한 지역은 국가기준보다 더욱 엄격한 배출기준을
요구할 것으로 공표하였다
한국
ldquo대기환경보전법 시행규칙rdquo 및 ldquo저탄소 녹색성장기본법 시행령rdquo에
의거하여 자동차 유발 온실가스대기유해물질 배출허용 기준
마련하였다 녹색성장위원회에서 ldquo자동차연비 및 온실가스 기준
개선방안rdquo을 발표(20097)하였으며 「녹색성장기본법시행령」을
표 6 EU 승용차 배기가스 규제
LeverⅠ 시행시기가솔린 디젤
HC_NOX HC NOX CO HC_NOX NOX CO PM
EUROⅠ 1992 7 097 - - 272 097 - 272 014
EUROⅡ 1996 1 05 - - 22 07 - 10 008
EUROⅢ 2000 1 - 02 015 23 056 05 064 005
EUROⅣ 2005 1 - 01 008 10 03 025 05 0025
EUROⅤ 2009 9 - 010 006 10 023 018 05 0005
EUROⅥ 2014 9 - 010 006 10 017 008 005 0005
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 50: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/50.jpg)
50자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
발표(20104)함으로써 본격적으로 자동차 연비 및 CO2 기준 정책이
추진되고 있다 국내는 그간 산업육성 중심의 정책과 제도 시행을 위한
기반 미비로 인해 비교적 제도시행이 늦은바 미국 수준이상의 기준을
설정하여 국내 온실가스 배출을 2020년까지 BAU 대비 30 이상
감축을 목표로 하였다 17kmL 이상 및 CO2 140gkm 수준 이하로
기준(탑승인원 10인 이하 승용차)을 설정하고 단계적으로 적용(2012년
30 2013년 60 2014년 80 2015년 이후 100)하고 있다
자동차용 연비개선을 위한 4가지 주요 전략
자료 자동차부품연구원(한범석 센터장) KEIT 세미나 자료(2013)
엔진 효율 제고
최근 Boosting device 또는 Direct injection technology 등을
이용하여 엔진의 크기를 줄이는 대신 내연기관의 성능효율을 향상시키는
기술이 적극 적용 중에 있다 주요방안으로는 ① 터보차저(연비터보)
② GDI분사(고압연소) ③ DCT 적용 확대 ④ ISG(Idle Stop amp
Go)시스템(버스 등 적용) ⑤ 엔진 경량화(경량소재 적용) 등이 있다
엔진 효율 제고는 소재 부품 경량화와 더불어 연비향상을 위한 현실적
대안으로 떠오르고 있으며 최근 중대형세단 시장을 중심으로 경량화
소재 부품 선적용 중에 있다
그림 25 자동차 연비개선을 위한 주요 전략
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 51: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/51.jpg)
5150
공기역학적 차량디자인 강화
차량 연비에 영향을 미치는 차량 주행에서 발생하는 공기저항을
저감하기 위한 다양한 디자인 기술이 개발 및 적용되고 있다
공기역학적 자동차 디자인의 패러다임은 신차의 시각적 효과를 통한
상품성 증대는 물론 공기역학계수 감소를 통한 연비효율성 향상 및
소음 진동 등 외부환경으로부터 차량 보호 등 다양한 기능을 가진다
자료 현대자동차
자동차 소재부품의 경량화
기존 철강소재의 단점을 극복하는 고강도 소재 강판 중공 박육철계
소재 Al Mg 등 경량 복합소재 및 CF PP 등 고분자 소재의 적용 등이
있으며 차량 연비개선 여지가 가장 크고 지속가능한 현실적 대안이다
핫프레스 포밍(Hot Press Forming) 동종 이종소재 간의 마찰교반(FSW
FSSW) 중공구조 재료 개발 하이드로 포밍 등의 뿌리기술을 활용한 구조
프로세싱 공법 개발 등도 활발히 진행 중에 있다
자료 유럽알루미늄협회
그림 26 자동차의 공기저항 시험
그림 27 알루미늄의 부품별 경량화 효과
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 52: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/52.jpg)
52자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
대체에너지 차량 개발 강화
중장기적인 관점에서 전기 수소 연료전지 Hybrid 등은 내연기관에
비해 구조가 단순하고 이산화탄소 NOx SOx 등의 환경오염물질
배출을 저감하는 친환경자동차 개발 강화 추세이다 경량화 소재
개발은 그린카2) 상용화를 위한 연료소비절감 및 전기에너지 절약의
효과를 거둘 수 있다 전과정평가(LCA) 결과 연료(전기)의 생산과
배터리 제조 폐기 과정에서 환경오염 유발이 일부 발생 가능하다
자료 그린카 기술의 현재와 미래(그린카 PD실 한국산업기술평가관리원)
자동차용 섬유강화복합소재 특성 및 트렌드
탄소섬유강화플라스틱은 철강소재 물성을 기준으로 비강도 6배
비중은 14 수준으로 대표적인 고강도 경량소재이다 테니스 골프
등 스포츠용품(16)과 우주항공분야(16)를 비롯해 신소재를 적용한
풍력 태양광 등 신재생에너지(23) 자동차(6) 분야의 수요가
지속적으로 증가 중에 있다3)
대량생산을 위한 금형 성형공정 구현의 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되어
2) 그린카 EV(Electric Vehicle) 수소 연료전지 하이브리드 차량3) 출처 독일 탄소섬유협회 연간보고서
그림 28 친환경 그린카 시장동향
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 53: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/53.jpg)
5352
왔으나 기계적 성능상 자동차 경량화에 가장 유리한 소재로 대두되면서
다국적 자동차 메이커 및 소재기업을 중심으로 해당소재 적용 자동차
부품 개발 추세 가속화되고 있다
도레이(日)는 프리커서에서 제품에 이르기까지 이미 수직계열화를
갖추었으며 그 외 CYTEC(美)은 탄소섬유합성 합성수지 복합소재
개발을 BMW(獨)는 고급차 위주의 차량 부품 적용 등에 큰 강점을
가지고 있다 현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은
Autoclave RTM (Resin Transfer Molding) 등의 성형공정을 통해
요구되는 형상으로 제작되나 해당공정들은 성형품 1개당 수십 분에서
수시간 수준의 공정시간이 필요하다
유리섬유강화플라스틱의 경우 섬유의 함량을 증가시킬 경우
사출성형을 통한 부품 및 제품 생산 난이도가 매우 높아진다 단섬유
장섬유 형태의 유리섬유가 매트릭스 수지에 첨가되는 형태임에
따라 섬유함량에 따라 사출성형 난이도가 판이해지며 사출성형
간 다양한 요인에 의해 발생되는 섬유배향에 따라 기계적 특성이
달라진다 자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술이 필요하다 금속판재성형 사출성형
공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱 소재 적용 압축성형 인서트
사출성형 공정기술 개발 필요하다
그림 29 섬유강화플라스틱 소재의 Resin Transfer Molding 공정 개요
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 54: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/54.jpg)
54자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
화학소재 관련 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술
차량용 유리대체 플라스틱 ICM(Injection Compression Molding)
금형 성형기술
차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형 성형은 기존 유리를 이용하던
자동차 윈도우 및 선루프를 플라스틱으로 대체하기 위한 플라스틱
금형 제작성형 기술이며 차량용 유리 대체 플라스틱 ICM 금형
성형기술은 기존 소형 투명 사출성형품 성형 기술을 대면적화 할 수
있는 ICM 금형설계제작 기술과 ICM 공정을 안정적으로 구현할 수
있는 성형기술로 이루어진다
차량용 유리대체 플라스틱의 경우 현재 일부 차종에서 선루프
대체용으로 개발이 진행되고 있고 자동차 후면 하부 윈도우나 쿼터
글라스와 같이 소형의 부품에만 제한적으로 적용되고 있다 SABIC
Innovative Plastics사 GM과 함께 lsquo오펠 플렉스트림 볼트(OPEL
Flextreme Volt)rsquo와 lsquo시보레 볼트(Chevrolet Volt)rsquo 컨셉트카를
출품하였다 Teijin Chemical사는 PANLITE polycarbonate (PC)
수지를 이용하여 Lexus LFA의 quarter windows를 플라스틱으로
대체하였다 현대기아차는 Sabic Innovative Plastics과 함께 제
77회 쥬네브 국제모터쇼에서 선진기술 컨셉트카(ATDV) ldquo카르막rdquo을
선보였다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 55: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/55.jpg)
5554
대면적 투명 소재 성형 기술 확보에 따른 타 전략기술 분야와 융합으로
다양한 디자인 적용은 물론 건설자재 부분의 대면적 유리 재료적용
부분의 대체 가능성도 기대된다
자동차 경량부품 제조를 위한 섬유(CF GF)
강화복합소재 성형기술
현재 탄소섬유강화플라스틱 적용부품 및 제품들은 많은 공정 시간이
요구되는 Autoclave RTM(Resin Transfer Molding) 등과 같은
성형공정을 통해 제조되므로 이에 대한 혁신적인 공정기술 필요하다
또한 대량생산을 위한 금형 성형공정 구현 어려움으로 단순형상의
항공기 구조물 건축 부자재 스포츠용품 등에 국한되어 사용되고 있는
실정이다
금속판재성형 사출성형 공정 등을 기반으로 한 섬유강화플라스틱
소재 적용 압축성형 인서트 사출성형 공정기술이 핵심기술이다
자동차 경량화를 위한 섬유강화플라스틱 소재 적용 시에는
해당소재의 기존 성형공정과는 차별화된 고품질(설계성능 유지)
대량생산(수분이내) 공정기술 개발이 핵심이다
유럽 미국 및 일본에서는 자동차의 혁신적인 경량화를 위하여 CFRP
차체 양산 적용을 위한 기초연구를 정부지원 중 장기 대형프로젝트로
지속 추진하고 있다 일본의 도레이 테이진 미쓰비시레이온 도호
미국의 Zoltek사가 성형이 용이한 자동차 부품용 저가 CFRP 소재
개발을 진행하고 있으며 특히 도레이의 경우 CFRP 관련 선진업체로서
자동차 분야 CFRP 관련 사업 확대를 통해 관련 시장을 확대하고 있다
유럽 일본의 주요 자동차 제조기업 및 소재기업이 자동차 CFRP 부품
개발을 주도하고 있으나 아직까지는 컨셉트카 미래형 자동차 등
시제품 수준의 자동차 차체에만 국한적으로 적용하고 있는 상황이다
경량화 효과가 가장 큰 탄소 및 유리섬유강화복합소재를 이용한
자동차 차체부품 개발 등은 국내의 경우 아직까지 전무한 상태이다
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 56: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/56.jpg)
56자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
최근 국내 자동차 메이커와 해외 복합소재 기업 간의 협업체제 구축을
통한 관련기술 개발 움직임은 일부 있으나 매우 미미한 상황이다
자료 Lexus Nissan(일본)
부품 및 제품의 소재로 다양한 장점을 가진 섬유강화플라스틱 소재의 타
산업 군으로의 적용 확대로 국가 제조산업 동반 성장 유도가 기대된다
그림 30 차량용 유리 대체 플라스틱 기술 개념 및 적용 컨셉트카
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 57: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/57.jpg)
5756
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 4 자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 58: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/58.jpg)
58자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
국내 완성차업체들도 연비향상을 위해 자동차 경량화에 노력하고
있으며 경량화를 위한 최적 설계기술 부품설계기술 대체소재
적용기술 개발에 주력하고 있다 특히 대체 소재 적용기술개발을
중점으로 알류미늄 플라스틱 마그네슘 복합소재 등 경량 소재를
적용하고 있다
자료 현대기아차
트렌드 4
자동차 경량화 플라스틱소재로 해결
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 59: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/59.jpg)
5958
자동차 경량화를 위해서는 가벼우면서도 고강도 특성을 갖는
고장력강 부품 고강도 알루미늄 부품 고강도 마그네슘 부품 기능성
및 고강성 고분자 부품 금속 고분자 하이브리드 부품 나노 복합
고분자 부품 기술 등의 개발이 매우 중요하다
자동차 경량화 소재 범용수지 및 EP
글로벌 EP(Engineering Plastic) 생산기업들이 고부가가치 경영을
강조하며 자동차 시장에서 우위를 점하기 위해 노력하고 있다
자동차에는 PP(Polypropylene) 및 PE(Polyethylene) PVC(Polyvinyl
Chloride) ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등 범용수지와
폴리우레탄(Polyurethane)이 중점적으로 사용되고 있다
EP는 PA(Polyamide) 6 PA 66 PC(Polycarbonate) POM(Poly
acetal) PBT(Poly- butylene Terephthalate) PPS(Polyphenylene
Sulfide) 변형 PPE(Polyphenylene Ehter)가 사용되고 있는 가운데
자동차도 친환경이 일반화되면서 경량화가 활발히 진행되고 있어 PA
6 PA 66 PBT 채용이 확대되고 있다
자동차 무게가 100kg 줄어들면 km당 이산화탄소(CO2) 배출량이
10g 감소하고 100km당 연료 04리터를 절약할 수 있는 것으로
나타나고 있다 강철 무게의 6분의1에서 7분의1 정도에 불과한 가벼운
플라스틱이 자동차 경량화의 필수 소재로 부상하고 있어 자동차대당
플라스틱 소재가 차지하는 비중이 2020년까지 연평균 7 상승할
것으로 전망되고 있다
그림 32 국내 완성차업체의 플라스틱 외장부품 개발동향
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 60: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/60.jpg)
60자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
특히 세계경기 침체로 자동차 시장의 성장이 주춤하고 있으나
2015년부터 다시 성장세를 이어가 자동차용 플라스틱 수요도 꾸준히
증가할 것으로 예상되고 있다 하지만 국내 자동차 소재 생산기업들은
가격경쟁을 통해 경쟁우위를 추진하고 있어 고부가가치제품으로
전환하려는 외국기업들에게 크게 뒤처지고 있다
자료 화학저널
자동차 소재로 사용되는 범용수지는 코스트 대비 효과가 우수해
앞으로도 사용량이 확대될 것으로 예상된다 특히 가장 많이 사용되는
PP 소재는 에코자동차에 필수적인 경량화 및 신흥국 시장에서
요구하는 코스트다운을 실현할 수 있고 탄소섬유와의 복합소재
실용화도 가능해 핵심소재로 주목받고 있다 자동차 생산기업들은
소재를 선택할 때 우선 코스트경쟁력이 우수한 열가소성계 범용수지를
검토한 후 내열성 강도 등 특성이 부족할 때 EP 및 열경화성 수지를
채용하고 있다
일본산 자동차의 플라스틱 채용비중은 10 이상으로 PP가 약 50를
차지하고 있다 PP는 비중이 10 이하로 플라스틱 중 가벼우면서도
강도가 높고 코스트 효과가 우수하며 첨가제를 혼합해 다양한 특성을
조합할 수 있는 특징이 있다 또한 PP계 소재를 가능한 많이 사용하는
것이 리사이클 효과도 높일 수 있기 때문에 범퍼 계기판 라디에이터
등 대형부품에 주로 채용되고 있다
그림 34 자동차 경량화 가능 영역 비중
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 61: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/61.jpg)
6160
성형소재로는 중공성형을 통한 연료탱크용 HDPE(High-Density
PE) 사이드미러 등 외장용 소형 사출성형에 PP에 비해 외견과
도장성이 우수한 ABS 등이 사용되고 있다 플라스틱 사용비율은
2005년까지는 고정적이었으나 최근에는 에코자동차의 대두로
CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)비율이 확대되고 바이오 플라스틱도
성능이 향상되어 채용사례가 점차 늘어나고 있다 또한 PVC는
환경호르몬 문제로 일시적으로 기피현상이 일어났으나 최근
재평가되고 있어 다시 채용이 확대될 가능성이 대두되고 있다
EP는 내열성 기계적 특성이 뛰어나 자동차의 각종 부품에
사용되고 있으며 차체 경량화에 대한 니즈가 확대됨에 따라 금속 및
유리 대체소재로 높이 평가받고 있다 자동차에는 PA PC POM
PBT PPE가 주로 사용되고 있으며 최근에는 전장화에 맞춰 PPS
LCP(Liquid Crystal Polymer) PEEK(Polyether Ether Ketone)
등 슈퍼 EP도 널리 채용되고 있다 PC는 투명성 경량성 내충격성
성형성이 뛰어나 경량화로 이어지는 수지창에 투입되고 있다 유리에
비해 경량성이 우수하고 디자인을 자유롭게 변형할 수 있을 뿐만
아니라 모듈화도 가능하다는 장점이 있다 최근에는 Sabic Inovative
Plastics이 개발한 특수 PC가 피아트(Fiat)의 신형 자동차에 채용되는
등 보급이 더욱 확대되고 있다 PA는 내열성 내유성 기계적 강도가
매우 우수해 Intake Manifold 엔진커버 라디에이터 탱크 연료호스
사이드미러스테이 등 많은 곳에 투입되고 있다
슈퍼 EP는 HV EV 등 에코자동차 보급과 함께 내열성 내약품성이
뛰어난 PPS 수요가 증가하고 있다 슈퍼 EP는 금속 대체소재로 많이
활용되기 때문에 에코자동차의 보급에 맞춰 수요가 계속 확대될 것으로
예상된다
국내 자동차용 EP 시장은 컴파운드 중심으로 치우쳐 있어
가격경쟁력에서 우위를 점하기 어려운 것으로 나타나고 있다 PA 6
레진은 효성 코오롱플래스틱 KP켐텍이 시장점유율 50를 차지하고
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 62: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/62.jpg)
62자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
있으며 컴파운드도 코오롱플라스틱 코프라 만도 등 국내기업이
50 수준에 불과해 절반을 수입에 의존하고 있다 PA 66 레진도
로디아(Rhodia) 40 인비스타(Invista) 23 BASF 12 Ascend
11로 국산화가 취약한 것으로 나타났으며 컴파운드도 국산화 비율이
48에 미치지 못하고 있다
원료와 컴파운드의 수직계열화를 통한 가격경쟁력 향상이 시급한
가운데 국내 PA 시장은 여전히 국산화 비중이 낮은 것으로 나타나
경쟁력이 떨어질 가능성이 우려되고 있다 PBT도 저가 중국산에 밀려
레진보다 컴파운드 생산에 집중하고 있어 가격경쟁력에서 뒤처지는
문제점이 나타나고 있다 국내 EP 시장은 여전히 범용 그레이드를
중심으로 가격경쟁에만 몰두하고 있어 중국산 EP에 밀려나는 추세를
보이고 있다 국내시장은 수직계열화를 통해 소재 채용이 수월한
장점을 활용해 생존을 이어가고 있으나 장기적으로 수익을 창출하기
위해서는 원가절감보다는 고부가가치를 필두로 특화 그레이드 개발이
요구되고 있다
비중이 철의 4분의1이면서 강도는 철의 10배에 달하는 PAN(Polya
crylonitrile)계 탄소섬유는 경주용 자동차나 최고급 자동차를 제외하면
추진축(Propeller Shaft) 등 일부 용도에 그치고 있으나 최근에는
일반 자동차로 채용이 확대되는 추세를 보이고 있다 경량화에 따른
연비 향상이 가능하고 CO2 배출량도 감축할 수 있기 때문이다 이에
따라 탄소섬유 생산기업 뿐만 아니라 자동차 생산기업들도 개발에
박차를 가하고 있으며 소재 생산기업과 공동으로 개발하고 있는 사례가
늘어나고 있다 하지만 탄소섬유는 스포츠 레저 및 항공기용으로 널리
쓰이고 있으면서도 자동차용 채용은 늦어지고 있다 코스트가 장애물로
탄소섬유 자체가 고가이면서 CFRP로 사용될 때는 매트릭스 수지로
열경화성 수지를 사용해야 하기 때문에 성형과정을 연장해야 하는
문제가 대두되고 있다
그러나 최근 자동차용으로 채용하기 위한 움직임이 가속화되고 있는
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 63: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/63.jpg)
6362
가운데 FCV의 수소탱크 및 카본페이퍼 가스확산층(GDL) 등 연료전지
기재로도 사용되기 시작하였다 BMW는 2013년 10월 차체 골격부분에
탄소섬유를 사용한 lti3gt를 출시할 예정이다 부품에 따라 RTM(Resin
Transfer Molding) 공법 SMC(Sheet Molding Compound) 공법
양산성이 뛰어난 PC 공법 등 다양한 기술이 적용될 것으로 예상된다
Mitsubishi Rayon은 독일 SGL과 합작으로 프리커서(Precursor)를
생산해 SGL과 BMW의 합작기업에 공급할 계획이며 경량성과
고강성 뛰어난 충격흡수성을 실현한 차체를 제조할 수 있을 것으로
기대하고 있다 Toray는 금형에 탄소섬유 프리폼(Preform)을 배치해
수지를 주입 경화시켜 성형하는 고속 RTM 성형기술을 개발하였다
Daimler와 합작으로 독일에 CFRP 베이스 자동차부품 제조
판매기업을 설립하고 2012년 10월부터 생산을 개시하였다 Teijin은
탄소섬유에 열가소성 수지를 혼합한 중간소재를 1분 이내에 성형하는
고속 성형기술을 개발해 Matsuyama에서 파일럿 플랜트를 가동하고
있다 특히 GM과 제휴함으로써 자동차용 공세를 강화할 계획이며
2012년 3월 미국 TCAC(Teijin Composite Application Center)를
개설해 자동차 소재 개발에 박차를 가하고 있다
열경화성 수지는 고온에서 연화 용해되는 열가소성 수지와 달리
내열성이 우수하고 강도가 높은 것이 특징으로 자동차용 수요가
증가하고 있다 열경화성 수지 가운데 페놀수지(Penolic Resin)는
브레이크 및 클러치 마찰재의 바인더 타이어 보강소재 기구부품 내
외장 관련부품 등에 사용되고 있다
모래를 페놀수지로 피복한 RCS(Resin Coated Sand)는 엔진 주변
등 자동차부품에 사용되는 주형 소재로 접착제 역할을 하지만 독특한
악취를 동반한 연기가 발생해 문제가 제기되었다 그러나 최근 악취와
연기를 억제하는 고부가가치제품이 개발된 것으로 알려졌다
CFRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍다는 장점을 바탕으로
채용이 확대되고 있다 특히 연비효율을 개선할 수 있는 경량소재로
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 64: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/64.jpg)
64자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
차세대 항공기의 주요 부품에 사용됨에 따라 인지도가 더욱 높아지고
있다 CFRP는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 구분해 사용하고
있으나 최근에는 열경화성 수지 에폭시 수지(Epoxy Resin)가 주류를
이루고 있다 그러나 CFRP는 탄소섬유 가격이 비싸 적용규모가 한정적
이어서 자동차용 수요 확대를 위해서는 코스트다운이 필수적인 것으로
지적되고 있다
UPR(Unsaturated Polyester Resins) 개발도 가속화되고 있다
DH Material은 에폭시를 사용한 수지와 동등한 피로특성을 가지고
성형성이 우수한 변성 비닐에스테르수지(Vinyl Ester Resin)를
개발하였다 Japan U-Pica는 탈 오토클레이브(Autoclave) 성형
니즈에 대응한 그레이드를 개발해 2013년 2월부터 샘플을 공급하고
있다 UA(Urethane Acrylate)계를 중심으로 비닐 에스테르계도
판매할 계획이다 상온에서 점도가 낮아 진공감압에 따라 수지를
끌어들이는 성형공법을 용이하게 적용할 수 있고 경화시간을 50 이상
단축할 수 있는 것으로 알려졌다
자동차 경량화 소재 바이오플라스틱 채용 확대
자동차 생산기업들은 에코자동차 경쟁 속에서 식물을 원료로 사용한
바이오 플라스틱의 채용 및 개발을 적극 추진하고 있다 일본에서는
Arkema Toyobo Mitsubishi Gas Chemical Unitika 등이 바이오
플라스틱을 생산하고 있다
바이오 플라스틱은 내장재용으로 가장 많이 채용되고 있고 PLA(Poly
lactic Acid)가 대표적이다 다만 PLA는 내열성 내구성이 떨어지기
때문에 단독으로 사용하기 어려워 다른 폴리머와 혼합해 사용하고
있다 그러나 원료 코스트가 높을 뿐만 아니라 혼합함으로써 코스트가
더욱 올라가는 단점이 있어 채용은 일부에 그치고 있다
원료 일부를 바이오매스 소재로 전환한 바이오 PE(Polyethylene)
바이오 PET (Polyethylene Terephthalate) 등도 주목받고 있다
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 65: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/65.jpg)
6564
바이오 PET는 원료인 EG (Ethylene Glycol)를 바이오매스 베이스로
전환한 것으로 브라질이 바이오 에탄올(Ethanol) 생산을 확대한
영향으로 신제품 출시가 잇따르고 있다 Teijin은 2010년 바이오
PET인 ltPLANTPETgt 브랜드를 발표하고 2012년부터 본격 판매하기
시작하였다 ltPLANTPETgt는 2012년 Nissan 전기자동차(EV
Electric Vehicle)인 ltLeafgt의 시트와 내장트림 표피재로 채용된데
이어 복수의 차종에도 채용되고 있으며 2015년에는 자동차 시트 및
내장재용 폴리에스터(Polyester) 섬유 판매량 가운데 50를 차지할
것으로 예상된다
Toyobo STC(Specialities Trading)는 ltPecotgt 브랜드로 판매하고
있으며 Toray도 2013년 부분폴리에스터로 출시할 계획이다 오래
전부터 사용된 피마자유 베이스 EP(Engineering Plastic)는 석유계
수지에는 없는 뛰어난 기능성을 보유할 뿐만 아니라 국제유가 상승 및
돌발적인 플랜트 사고에 따른 공급불안도 해소할 수 있어 대체소재로
주목받고 있다
자동차 경량화 소재 자동차용 섬유
자동차용 섬유시장은 자동차 경량화와 친환경에 대한 관심으로
성장을 지속할 것으로 예상된다 자동차용 섬유 사용량은 2000년 대당
20kg 수준에서 2010년 대당 26kg으로 증가하였고 2020년에는 대당
35kg에 달할 것으로 예측되고 있다 자동차의 친환경 경량화 추세가
강화되면서 금속물질의 대체소재로 섬유가 각광받고 있기 때문이다
차체 무게가 1 감소하면 연비가 1 향상되는 효과가 있기 때문에
자동차 경량화는 최대 숙제로 부각되고 있다 다만 친환경 섬유는
가격이 높게 형성되어 있어 아직까지는 상용화 단계에 이르지 못하고
있고 2015년을 기점으로 성장할 가능성이 점쳐지고 있다
2015년 1월부터 발효되는 European Directive 200053CE의
ELV(End Life Vehicle) 기준에 자동차부품의 85는 리사이클이
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 66: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/66.jpg)
66자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
가능해야 하고 95는 재사용이 가능해야 하도록 규정하고 있기
때문이다
자동차부품에 대한 환경기준이 강화되면 친환경 부품 수요가
늘어나면서 친환경 자동차용 섬유 시장도 급성장할 것이 확실시 된다
반면 국내 자동차용 섬유 시장은 글로벌 경기침체로 자동차의 생산
증가세가 주춤하면서 시장 전반에 위기감이 고조되고 있다 2012년 8월
자동차 생산량이 23만7477대로 2011년 8월에 비해 259 급감하였고
수출도 16만4805대로 236 급감하는 등 자동차 시장이 침체되고
있기 때문이다
이에따라 자동차용 섬유 시장도 2013년까지는 성장세가 둔화될
것이 확실해 자동차용 섬유기업들은 특화 섬유 개발과 시장 다변화를
추진하고 있다 자동차용 섬유는 시트용 매트용 에어백용 찬장용
흡음재용 타이어코드 등으로 분류되며 사용량은 자동차 종류에 따라
차이가 크나 카펫의 비중이 21로 가장 높은 것으로 나타났다
표 7 승용차의 섬유 사용량
그림 35 자동차용 섬유 사용 비중
카펫 21
타이어 코드 7 호스류 8
트림부품17
컴포 지트22
밸트9
에어백6
구분 2000 2010 2020
2000년 타입 20 14 10
기존용도 신제품 9 15
합계 20 26 35
자료 한국선유산업연합회
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 67: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/67.jpg)
6766
자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석- 화학융합소재 중심으로 -
트렌드 5 자동차와 화학소재의 미래
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 68: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/68.jpg)
68자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
2011년 프랑크푸르트 모터쇼에서 화학소재기업인 바스프가
lsquo자동차는 화학을 사랑해rsquo라는 주제로 기자 간담회를 개최하면서 이목을
집중하였다 다임러와 공동 제작한 전기 콘셉트카 lsquo스마트 포비전rsquo이
화제가 되었으며 콘셉트카에는 투명 유기태양전지 투명 OLED
엔지니어링 플라스틱 적외선 반사코팅 및 필름 고분자복합재 등의
혁신소재들이 채택되었다
트렌드 5
자동차와 화학소재의 미래
그림 36 스마트 포비전
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 69: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/69.jpg)
6968
그동안은 철강이 자동차의 핵심소재였는데 화학소재를 사용하면
가볍고 가공이 용이하여 다양한 디자인의 자동차 제작이 가능해 진다
화학소재는 투명도(투명-반투명-불투명) 열 전기 전도도(부도체-
도체) 경도(단단함 유연 탄성) 모양 크기 색깔 등을 자유롭게
조절할 수 있어 철강소재에 비해 디자인 자유도가 크게 향상된다 사출
압출 블로우 몰딩 등 다양한 성형법을 이용해 매우 정교한 모양이나
대형 구조물을 저렴하게 제작하는 것이 가능해 진다
최근 원가를 낮추거나 물성을 개선한 신공정 신소재 개발이
확대되고 있어 향후 자동차 제작 시 화학소재 사용량이 대폭 확대될
전망이다 탄소섬유복합재의 고속성형공법 개발 고내열 고강도
엔지니어링 플라스틱 바이오 플라스틱의 물성 개선 등 소재 공정
혁신이 활발하게 진행되고 있다 전기 전도성 및 고내열 수지가
개발되어 정전 도장 및 고온 오븐 작업이 필요한 외장패널에
플라스틱 적용이 가능해졌다 자동차용 플라스틱 시장규모는 2010년
173억달러(약 550만톤)에서 2017년 355억달러로 연평균 11가량의
고성장이 예상된다
미래 자동차의 모습을 통해 화학소재의 변화 방향을 추정해 보면
미래 자동차의 모습은 ① 튼튼하고 가볍게 ② 개성 있고 편리하게
③ 깨끗하고 안전하게 변화할 것으로 예상된다 소비자의 자동차 선택
기준이 성능 위주에서 경제성 개성 표현 친환경성 등을 중시하는
쪽으로 전환되고 있는데 이것이 미래 자동차 변화의 주원인이다4)
미래 자동차의 변화 방향에 따라 경량소재 유기전자소재
친환경소재의 사용이 확대될 것으로 전망된다
4) lsquoIBM 자동차 2020 글로벌 설문조사lsquo에 따르면 자동차 구매 시의 11가지 선택기준 중 연료효율 환경친화성 개인화(사용자가 자동차의 내외장 기능을 자신에게 맞는 환경으로 구성) 등이 상위 선택 기준
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 70: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/70.jpg)
70자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
튼튼하고 가볍게 경량소재
철강을 대체하는 경량소재로 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
등 고분자복합재의 사용이 확대될 전망이다 고유가와 환경규제 등에
따라 경량화가 자동차 업계의 핵심 이슈가 되면서 화학소재 사용
확대가 필수 대안으로 부상할 것으로 예상된다 고효율 엔진 개발 얇은
고강도 강판 제작 경량금속 대체 등 다양한 시도가 이루어지고 있으나
플라스틱으로 대체하는 것이 가장 효과적인 대안으로 평가된다
내장재뿐만 아니라 엔진부품 차체 등 높은 수준의 강도와 내열성이
필요한 부위에 고분자복합재를 채용한 다양한 콘셉트카들이 등장하고
있다 단 중기적으로는 엔진 휠 차창 등에 다양한 엔지니어링
플라스틱의 적용이 확대되고 있다 선진 화학기업들은 범용화되는
고분자수지 사업의 경쟁력을 유지하기 위해 고부가 엔지니어링
플라스틱 사업을 집중 강화하고 있다 특히 고분자와 섬유 세라믹
등을 복합하는 가공기술과 나노 수준에서 물성을 제어하는 기술이 모두
필요하기 때문에 중국이나 중동 등 후발자와의 원가 경쟁을 피할 수
있는 분야이다
장기적으로 차체 등 주요 부품의 소재가 철강에서 탄소섬유복합재로
대체될 전망이다 탄소섬유는 차체에 쓰이는 강판보다 강도는 10배
높고 무게는 14 정도로 가벼워 자동차의 경량화를 위한 최적
소재이나 강판에 비해 가격이 비싸 지금까지는 항공기 동체 등
특수용도로 주로 사용되었다 자동차부품소재로 사용하려면 10달러
구분 범용 플라스틱 엔지니어링 플라스틱 탄소섬유복합재
개념 고분자수지를 단독 가공특수고분자와 섬유 무기 소재
등을 복합 가공
탄소섬유와 고분자소20~40
MPa재를 복합 가공
강도 20~40 MPa 50~200 MPa ~1600 MPa
주 용도 내장재 시트 등 엔진 연료계통 부품 등 차체 구조물 등
표 8 자동차용 플라스틱과 탄소섬유복합재 비교
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 71: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/71.jpg)
7170
이하로 낮출 필요가 있다 특히 경량화 필요성이 높은 전기차에 수년
내에 우선 적용될 전망이다
개성 있고 편리하게 유기전자소재
자동차의 스마트화 경향에 따라 자동차에 OLED 유기태양전지
등 유기전자소재 적용이 확대될 전망이다 OLED 유기태양전지
등을 유리창이나 차체에 채용한 콘셉트카들이 등장하고 있다
OLED는 투명하고 유연하게 제작할 수 있어 향후 자동차의 내외장
조명 및 디스플레이용으로 사용이 확대될 전망이다 특히 계기판과
디스플레이를 투명 OLED로 제작하면 운전자에게 현실감 있는 정보
제공이 가능하다
자료 OLED-Info 홈페이지
태양전지를 장착하여 시동이 꺼진 상태에서도 전자장치를 작동할 수
있도록 편의성을 제고할 수 있으며 향후 에어컨 조명 등을 가동하는
차량의 보조 전력원으로 유기태양전지 사용이 확대될 전망이다
깨끗하고 안전하게 친환경 소재
생분해성 바이오 플라스틱을 이용해 부품 자체를 환경친화적으로
제작하거나 제조공정에서 유해물질의 발생을 최소화하는 방향으로
발전할 전망이다 특히 인체나 환경에 유해한 VOC 규제 등 환경규제
가 강화되는 추세로 자동차의 내 외장재를 친환경 소재로 제작해야 할
그림 37 콘셉트카에 적용된 OLED 조명과 디스플레이
EDAG의 lsquoLight Carrsquo 현대차 lsquoBlue-Willrsquo의 계기판
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 72: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/72.jpg)
72자동차 경량화 융middot복합소재 트렌드분석
2013정보분석보고서
필요성이 증대되고 있다
일본업체를 중심으로 바이오 플라스틱의 개발 및 적용이 확대되고
있다 바이오 플라스틱이 취약점인 내구성 내열성 등이 크게 개선되는
추세이다 또한 유해 화학물질을 저독성 소재로 대체하거나 자동차
폐플라스틱의 재활용도 확대될 전망이다
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌
![Page 73: 정 현 상 - KISTIgift.kisti.re.kr/announce/analysis-report/2014/miriran... · 2014-07-08 · 국가별 자동차 CO2 배기가스 배출 규제 추이 ... 연료소비 및 배기가스](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041801/5e512d66f6920272415df306/html5/thumbnails/73.jpg)
7372
1 김정수 외 4명 ldquo가속화되는 자동차 경량화rdquo 한국투자증권 2011
2 최성배 외 2명 ldquo자동차 경량화 기술동향과 개발 전략rdquo KISTI 정보분석보고서
2013
3 홍정기 ldquo새로운 기회 창출 기대되는 자동차용 소재 시장rdquo LG경제연구원
2009
4 김동민 ldquo자동차로 보는 화학소재의 미래rdquo 삼성경제연구원 2012
5 황선일 ldquo자동차 경량화를 위한 바이오복합재료rdquo KISTI 2011
6 지식경제부 ldquo산업기술로드맵-주력산업-자동차 분야rdquo 2012
7 전영건 외 2명 ldquo자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술rdquo KEIT 2013
8 최상원 ldquo자동차경량화동향rdquo 자동차경제 2008
9 강동환 외 1명 ldquo2013년 상반기 친환경차 시장동향 및 시사점rdquo KARI 2013
10 화학저널 ldquo자동차소재-자동차 경량화 바람에 범용수지 EP 들썩ldquo 2013
11 화학저널 ldquo자동차소재-친환경에 효용성 제고 바이오 전자화 바람ldquo 2013
12 김용환 ldquo차세대 자동차 경량화와 코스트 절감ldquo KISTI ReSEAT 2012
13 화학저널 ldquo자동차용 섬유ldquo 2013
14 화학저널 ldquoEP-에코자동차 부상으로 다시 뜬다ldquo 2013
15 정평진 ldquo자동차의 경량화를 향한 플라스틱 부품의 응용전개ldquo KISTI
ReSEAT 2010
16 화학저널 ldquo자동차 플라스틱ldquo 2011
17 화학저널 ldquo자동차 재활용ldquo 2013
18 miriankistirekr
19 wwwreseatrekr
20 wwwchemlocuscokr
참 고 문 헌