전기차 시대, 복합재 입고 더 가벼운 차가 질주한다
전기차 시대, 복합재 입고 더 가벼운 차가 질주한다
  • 이재형 기자
  • 승인 2019.07.10 20:43
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열가소성 소재와 탄소섬유 복합수지가 열쇠
차체 경량화가 곧 연비...기업들 복합재 비중↑
현대차, MECA 콘셉트 '인트라도' 60% 감량
지난 9일 ‘모빌리티의 현재와 미래, 그 중심에 있는 복합재’ 토론회에서 로버트 메츠게르 eMove360° 대표, 프레데릭 루 JEC 그룹 편집장 등 주최측 인사들과 최영철 한국탄소융합기술원 본부장, 박영빈 UNIST 교수, 최치훈 현대자동차 연구위원, 이민하 한국전기자동차협회 사무국장이 논의하고 있다.(이재형 기자) 2019.7.10/그린포스트코리아
지난 9일 ‘모빌리티의 현재와 미래, 그 중심에 있는 복합재’ 토론회에서 로버트 메츠게르 eMove360° 대표, 프레데릭 루 JEC 그룹 편집장 등 주최측 인사들과 최영철 한국탄소융합기술원 본부장, 박영빈 UNIST 교수, 최치훈 현대자동차 연구위원, 이민하 한국전기자동차협회 사무국장이 논의하고 있다.(이재형 기자) 2019.7.10/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 이재형 기자] 아태지역 최대 국제 복합재 전시회 ‘JEC Asia 2019’가 오는 11월 13일 서울 코엑스에서 열린다. 올해는 특별히 유럽의 미래차 전시회 'eMove360°'와 합동개최다. 복합재와 전기차, 수소차 등 친환경차의 가능성을 집중 모색하는 행사가 될 전망이다.

이에 앞서 ‘모빌리티의 현재와 미래, 그 중심에 있는 복합재’란 주제로 국제 토론회가 지난 9일 서울 광화문 포시즌스호텔에서 열렸다. 해외에서는 에릭 피에르장 JEC 그룹 대표, 로버트 메츠게르 eMove360° 대표, 프레데릭 루 JEC 그룹 편집장 등이 참석했고, 국내에선 최영철 한국탄소융합기술원 본부장, 박영빈 UNIST 교수, 최치훈 현대자동차 연구위원, 이민하 한국전기자동차협회 사무국장 등이 자리에 함께 했다.

자동차 부품에 주로 사용하는 복합재에는 유리섬유 열가소성 플라스틱(GMT)과 탄소섬유 복합수지(CFRP)가 있다.

GMT는 폴리프로필렌 수지(PP)에 유리섬유 매트를 합성한 소재다. 열에 형태가 쉽게 변하는 PP의 성질은 살리면서 내구성은 강화했다. 용접·수리가 가능해 재활용하기 좋은데다 가볍고 저렴해 범퍼 등 자동차 부품에 널리 쓰이고 있다.

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 아크릴·피치 등의 탄소섬유에 에폭시 등 매트릭스 수지를 첨가한 소재다. 무게는 강철의 4분의 1 수준에 불과하나 강도는 약 10배 더 강하다. 2014년 기아 올뉴소렌토의 파노라마 선루프 프레임에 사용되기도 했다.

글로벌 자동차 제조사들은 차량 부품에서 가벼운 복합재의 비중을 꾸준히 늘려왔다. 기후변화가 글로벌 이슈가 되면서 내연기관차도 무게를 줄여서 연비를 높이고 탄소 배출량은 저감하는 방식으로 진화했기 때문이다. 

프레데릭 루 JEC그룹 미디어총괄디렉터에 따르면 BMW, 테슬라, 람보르기니 등 주요 기업들의 전체 중량대비 복합재 사용량은 1980년대 1%에서 2015년 8%까지 증가했다. 람보르기니 세스토 엘레멘토는 8%, 테슬라 로드스터(Roadster)는 8%, BMW i3, i8 모델은 7%이며 토요타 렉서스 LFA는 9%에 달한다.

BMW, 테슬라, 람보르기니 등 주요 기업들의 전체 중량대비 복합재 사용량은 1980년대 1%에서 2015년 8%까지 증가했다. (JEC 그룹 제공) 2019.7.10/그린포스트코리아
BMW, 테슬라, 람보르기니 등 주요 기업들의 전체 중량대비 복합재 사용량은 1980년대 1%에서 2015년 8%까지 증가했다. (JEC 그룹 제공) 2019.7.10/그린포스트코리아

전기차 시대에 자동차 경량화는 신차 개발의 핵심 문제로 발전했다. 기본 차체에 하이브리드 전기차(HEV), 배터리 전기차(BEV)의 전용부품 무게까지 더하다 보니 연비가 급격히 떨어진 것이다. 프레데릭 루 JEC그룹 편집장은 “차량 무게를 10%만 감소시켜도 연비 효율이 6~8% 증가한다”고 말했다.

업계는 경량화를 위해 문짝, 판넬, 후드, 외판, 프레임 등에 쓰이던 철재를 복합소재로 빠르게 대체하고 있다. 현재 차량 중량의 15~20%, 부피의 50% 이상은 플라스틱이 차지하고 있다. 이중 절반이 복합소재다.

한국과학기술정보연구원에 따르면 교체 부품은 실린더헤드커버, 연료탱크, 연료호스, 루프 등이다. 강철을 플라스틱으로 대체해 20~60%의 경량화에 성공했다. 

현대차도 MECA(Mobility, Electrification, Connectivity, Autonomous) 기술을 중심으로 신차 개발의 패러다임을 전환하고 있다. 지난 ‘차이나플라스 2014’에서 수소차 ‘인트라도’를 공개하기도 했다. 차체 프레임, 루프, 사이드 패널 등에 초경량 탄소섬유 복합재를 적용해 차량 무게 60%를 줄인 콘셉트카다.

이날 전문가들은 복합재의 영역이 갈수록 넓어질 것으로 내다봤다. 

루 JEC 그룹 편집장은 “CFRP는 알루미늄의 가벼움과 강철의 강도를 모두 갖춘 소재”라며 “과거에는 일부 ‘꼭 필요한 곳(Only Where Needed)’에만 쓰였지만 수소용 압력용기, Rim, 보닛, 샤시, 대시보드 등 거의 대부분을 대체하게 될 것이다”라고 전망했다. 

실제로 아우디는 2018년 A8 모델의 차량 후면부(rear wall)의 후방 시트와 리어 트레이에도 CFRP를 도입했다. 생산 프로세스에서 울트라 RTM 기술을 활용해 낮은 거푸집 압력으로도 가볍고 저렴한 차체 개발에 성공했다.

박영빈 한국복합재료학회 교수는 “경량화에 대한 요구가 커질수록 내연기관에 사용됐던 철강 부품들은 위축받을 수밖에 없다”면서 “엔진, 전장제어 부품은 다 사라질 것이며 트랜스미션, 구동부품은 3분의 1은 복합재로 대체될 것”이라고 내다봤다.

박 교수는 이어 “다만 복합재가 만능인 것은 아니다. 탄소섬유 복합재는 아직 공정이 발달되지 않아 알루미늄 소재에 비해 생산 효율성이 떨어진다”면서 “앞으로 개발 방향은 다중소재 기술, 멀티 메터리얼 콘셉트를 기조로 복합재 적용 시 가장 효율이 높은 부품에 투자하는 방향으로 추진하고 있다”고 말했다.
 

silentrock91@greenpost.kr