친환경차 보급이 가속화하면서 완성차업체들이 차량 경량화에 사활을 걸고 있다. 탄소섬유 등 소재의 다변화를 통해 차량의 무게를 줄이고 주행거리와 에너지 효율 증대를 꾀하고 있다. 미래차 주도권 싸움이 점차 치열해지고 있는 만큼 경량화 경쟁 열기 역시 더욱 뜨거워질 전망이다.
 
시장조사기관 마켓앤드마켓에 따르면 자동차용 경량 소재 시장은 오는 2025년 993억 달러(한화 약 138조3944억원) 규모로 확대될 것으로 전망된다. 이는 지난 2020년 696억 달러(97조154억원) 대비 42.7% 성장한 수치다.  
 
이처럼 경량 소재 시장이 가파른 성장세를 보이는 것은 친환경차의 보급과 밀접한 관련이 있다. 전기차로 대표되는 친환경차는 배터리 탑재로 내연기관차 대비 무게가 무겁다 보니 효율성을 확보하는데 다소 어려움이 있다. 무거운 무게가 친환경의 핵심인 효율성을 해친다는 점에서 아이러니하지만 미래차 시장에서 경량화가 얼마나 중요한지 보여주는 대목이다.
  
특히 전기차의 경우 무게에서 가장 큰 비중을 차지하는 배터리의 경량화가 쉽지 않아 차체 무게를 줄이는데 신경을 쓸 수밖에 없다. 통상 업계에서는 주행 거리 400km를 달성하기 위해선 400~450kg의 배터리가 필요하다고 보고 있다. 전기차 모델과 내연기관 모델이 모두 존재하는 현대차 코나로 비교해 보면 가솔린 터보 모델의 경우 공차 중량이 1335kg에 불과하지만 전동화 모델은 1685kg으로 26.2% 더 무거운 것으로 나타났다.

실제 자동차 무게가 성능과 효율에 미치는 영향은 상당하다. 한국자동차연구원에 따르면 1500kg 승용차 기준 무게가 10% 감소하면 연비는 4~6%, 가속 성능은 8% 향상할 수 있다. 배기가스 배출량 역시 2.5~8.8% 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 여기에 경량화에 따른 제동거리 감소로 타이어와 브레이크에서 발생하는 분진도 함께 줄어든다. 자동차 연료 소비의 약 23%가 차량의 중량과 연관이 있다는 조사결과도 있다.
 
이런 이점 때문에 국내외 완성차업체들은 경량화 연구에 공격적인 투자를 이어가고 있다. 자동차 경량화 방법에는 구조 설계 변경과 신공법 적용, 신소재 개발 등이 있다. 이 중 구조와 공법을 바꾸는 데에는 막대한 비용이 들기 때문에 완성차업체들은 신소재 개발에 좀 더 무게를 두고 경량화를 추진하고 있다. 특히 차량에 탑승한 승객의 안전을 보장하기 위해 탄소섬유와 같은 높은 강성의 소재에 많은 관심을 보이고 있다.
 
업체별로 보면 현대자동차그룹은 전기차 전용 플랫폼 E-GMP를 설계하면서 경량화 목적으로 주요 부품을 일체화했다. 구동모터와 감속기 인버터를 일체화한 PE 시스템과 드라이브 샤프트와 휠 베어링을 한데 합친 것이 대표적이다. 특히 배터리 주변에는 초고장력 강판을 사용하고 사이드씰에 알루미늄 압축재를 적용해 경량화아 안전성을 동시에 확보했다. 현재 E-GMP는 현대차 아이오닉5와 아이오닉6, 기아차 EV6, 제네시스 GV60에 적용됐다.

 
BMW도 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)과 초고장력 강판, 알루미늄을 혼합한 특수 차체 구조를 개발했다. BMW의 플래그십 세단 7시리즈의 경우 CFRP 적용을 통해 이전 모델 대비 130kg 가벼워졌고 이산화탄소 배출량도 25% 줄었다. BMW는 향후 친환경차에 CFRP를 적극 적용해 경쟁력을 높인다는 방침이다.
 
재규어랜드로버도 첨단 경량 복합소재 연구 ‘투카나’ 프로젝트를 통해 미래차 경량화 전략을 수립한 상태다. 알루미늄과 강철을 대체할 혁신적 소재를 개발해 안전성과 경량화를 모두 이룬다는 계획이다. 탄소섬유를 적용해 차체 강성을 30% 향상하고 무게를 35kg 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
 
폭스바겐 역시 재규어랜드로버와 마찬가지로 미래차에 탄소 섬유를 적극 활용할 것으로 보인다. 실제 폭스바겐은 비영리 민간 기술 인큐베이터 리프트(LIFT)와 힘을 합쳐 금속과 플라스틱, 탄소섬유를 혼합한 소재를 개발했다.

배터리 소부장 업체들 역시 배터리 모듈에 포함되는 부품의 경량화에 많은 관심을 보인다. 실제 SK의 첨단 소재 계열사인 SKC는 '미래 모빌리티'의 핵심인 배터리 음극재 소재 동박과 경량화 소재 개발에 집중하고 있다. 동박은 배터리 고용량·경량화를 위한 핵심 소재다. 얇을수록 전지에 많은 음극 활물질을 채울 수 있어 얇게 만드는 기술이 무엇보다 중요하다.
 
이호근 대덕대학교 자동차학부 교수는 “과거에는 자동차 연비 향상을 위해 후드 등 외장 부품에 알루미늄 등을 사용하는 데 그쳤지만 전동화로 트렌드가 바뀌면서 완성차업체들이 경량화에 더욱 적극적으로 나서고 있다”며 “특히 전기차의 경우 배터리의 무게가 워낙 많이 나가다 보니 각종 부품의 경량화를 통해 효율을 높이는 연구가 진행되고 있다”고 설명했다.
 
이어 “배터리 무게를 줄이기 위해선 에너지 밀도를 높여야 하는데 이는 리튬 등 근원적인 소재와 설계를 바꿔야 하므로 쉽지 않다”며 “완성차업체들이 연구개발 방향을 차체 경량화에 두는 이유기도 하다”고 덧붙였다.
 
 

이건엄 기자 Leeku@edaily.co.kr

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