Update2024.05.19 (일)
■ 알루미늄, 가장 많이 사용되는 車소재 경량화 가속, 2025년 철강 비중 54%로 하락
자동차 소재로 알루미늄은 현재 비철계 소재 중 가장 널리 사용되고 있다. 세계 자동차용 알루미늄 판재시장을 선도하고 있는 노벨리스에 따르면 현재 고급 사양의 자동차를 중심으로 알루미늄 소재의 열교환기, 휠 등이 적용되면서 차 1대당 평균 110~120kg의 알루미늄이 적용되고 있다. 추후에는 후드, 도어 등도 철 대신 알루미늄으로 바뀌고 일반 승용차에도 적용되면서 2025년에는 사용량이 250kg에 달할 전망이다.
알루미늄은 철보다 비중이 1/3 수준으로 가벼워 완성차 업체들이 차량의 크기를 줄이지 않으면서 효과적인 설계가 가능하다는 특징이 있다. 알루미늄 소재로 차량 무게를 10% 줄일 경우 3~4%의 연비향상 효과가 나타나는데 엔진크기 감소 등을 통해 총 6~7%에 달하는 향상효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 실제로 렌드로버가 차체를 100% 알루미늄으로 만든 신형 SUV ‘레인지로버’의 경우 차체의 무게를 180kg 줄였는데 엔진도 작아지면서 실제 경량화 효과는 420kg에 달하는 것으로 나타났다.
또한 알루미늄은 가공·용접·헤밍이 용이하고 알루미늄 합금을 성형하면 자동차 외장 판넬로도 사용할 수 있다. 또한 현재 알루미늄 차량 부품의 90%가 회수돼 재활용될 정도로 친환경적이다.
알루미늄은 중량에 비해 강도가 높고 충격을 흡수하기 때문에 충돌시 철강소재 보다 오히려 안전하다. 다이나믹리서치에 따르면 알루미늄이 차체에 적용된 차량은 사고시 운전자의 부상을 15% 줄여주는 것으로 나타났다.
아우디, BMW, 현대차, 페라리 등 거의 모든 선진 자동차기업들은 알루미늄 소재를 자동차 후드, 테일게이트, 펜더, 도어, 루프, 스트럭처파트 등 외장용은 물론 엔진 지지대, 파워트레일 받침대, 드라이브 유닛, 차축 모듈 등 구조용 부품으로 사용하고 있다.
아우디의 A8모델의 경우 이미 20여년 전부터 알루미늄 스페이스 프레임이 100% 사용되고 있으다.
알루미늄 소재는 가격이 비싸고 용접접합이 어려우며 바디 등의 판금부품의 가공성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다. 이에 대해 노벨리스 관계자는 “알루미늄 소재 가격이 철 대비 4~5배 높지만 경량화에 따른 효과를 따져보면 전체 비용은 소폭 상승하는데 그치기 때문에 단순한 가격비교는 의미없다”고 설명했다.
우리나라는 2012년 기준으로 127만8,500톤의 알루미늄을 수입, 중국, 미국, 일본, 독일, 인도에 이어 세계 6위 수입국에 이름을 올렸다. 원소재는 전량수입에 의존하고 있지만 가공산업은 선진국 수준이다. 전세계 자동차 외장 패널용 알루미늄 압연제품시장의 50% 이상을 점유하고 있는 노벨리스는 국내 영주·울산공장에 연산 100만톤 규모의 알루미늄 판재를 생산할 수 있는 시설을 구축했다. 국내 판재생산기업으로는 조일알미늄, 대호에이엘, 뉴알텍이, 주조재 기업으로는 동남정밀, 인지에이엠티 등이 있다.
Al, 車 경량화 소재 ‘No1'…대당 110~120kg
■ 마그네슘價 하락, 車 적용 가속화
마그네슘은 비중이 철강의 1/4, 알루미늄의 2/3에 불과해 차량에 적용시 연비향상에 바로 효과가 나타난다. 일반적으로 차량무게를 10% 줄이면 8%의 연비향상 뿐만 아니라 제동거리, 안전 등에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한 마그네슘은 제조 및 폐차시 발생되는 스크랩을 전량 재활용할 수 있어 친환경적이다.
마그네슘이 자동차부품에 사용된 역사는 거의 100년에 달한다. 1934년부터 생산된 딱정벌레차로 유명한 비틀은 차 1대당 크랭크 케이스 및 변속기 케이스에 17Kg이 사용됐고 1971년까지 총 4만2천톤이 사용됐다.
자동차 부품으로 적용되는 마그네슘 다이캐스팅 부품은 2006년 16만5천톤에 달했으며 전 세계 자동차 생산량 6,920만 대 기준으로 대당 평균 2.4kg이 적용됐다. 1990년대 중반부터유럽, 북미, 일본 등 선진시장의 차량용 마그네슘 다이캐스팅 부품의 평균 성장률은 10~15%를 기록하고 있다. 특히 중국은 2000년대 중반부터 자가용이 생활화되면서 50% 이상에 달하는 높은 증가율을 보이고 있다.
미국의 USAMP에서 발표한 ‘Magnesium Vision 2020’ 보고서에 따르면 자동차에 적용중인 마그네슘 부품을 2005년 5kg/대에서 2020년 160kg/대로 확대하기 위한 연구개발이 추진 중이다.
미국 포드는 마그네슘을 자동차 경량화의 주요 소재로 점찍고 파워트레인과 차체에 적용해 경량화를 통한 연비 효율화를 추진 중이다. Explorere, Lincoln MKT 모델에 마그네슘 소재의 시트 프레임을 사용하고 있다. GM은 최고급 스포츠카인 Corvette에 마그네슘 소재를 사용한 엔진 크래들과 루프 스트럭처를 장착해 기존보다 33% 가량 무게를 낮췄다.
마그네슘 소재 적용을 선도하고 있는 폴크스바겐은 골프에 마그네슘 기어박스 하우징과 클러치 하우징을 장착해 기존의 알루미늄-마그네슘 합금 부품보다 25% 가량 경량화시켰다.
국내에서 마그네슘이 자동차에 본격적으로 적용된 것은 1990년대 중반으로 키락하우징, 에어백, 스티어링 휠코어 등 소형부품이 시작이 됐다. 이후 스티어링 컬럼브라켓, 시트 프레임 등 중형부품으로 확산됐으며 정밀 부품인 헤드램프 하우징(AFLS), LED 히트싱크 등에도 적용되고 있다. 마그네슘은 스티어링휠, 실린더 헤드커버, 클러치 하우싱, 트랜스미션 케이스 등 기존 알루미늄합금 시장을 대체하고 있다.
혼다는 Acura ZDX 모델에 마그네슘 소재의 Shifter 적용을 통해 기존의 강철 소재 부품 대비 50% 경량화를 달성했고, 소음과 진동을 줄이고 원가를 절감시켰다. Mg價 하락, 車 적용률 급증 계기 기대
마그네슘의 단점은 잉곳가격이 알루미늄에 비해 1.5배 비싸고, 내식성 확보를 위한 추가적인 표면처리 비용이 든다는 점과 단조나 압연이 어렵다는 점이다.
그러나 마그네슘 소재에 10%의 수출관세를 징수해오던 중국정부가 2013년 1월부터 10%의 수출관세를 취소함에 따라 가격 하락이 지속되고 있어 부품가격에 민감한 자동차산업에서 적용이 확대될 것으로 전망되고 있다. 2012년 1~3분기에 톤당 약 3,085달러의 가격을 형성하던 중국산 순마그네슘 가격은 2013년 톤당 2,823달러로 전년 대비 8% 하락했다.
또한 우리나라는 세계 5대 마그네슘 소비국으로 마그네슘 제련-주조-판재-표면처리-도장 등 전 밸류체인을 형성하는 등 인프라가 잘 구축돼 있다.
강민철 한국마그네슘연구조합 이사는 “현재 강릉 옥계에서 진행중인 포스코 마그네슘 제련 사업의 본격적인 가동으로 안정적인 마그네슘 소재의 공급이 이루어질 경우 국내 마그네슘 자동차 부품산업은 소재수급, 가격적 측면에서 안정성이 확보돼 성장세는 배가 될 수 있을 것”이라고 전망했다.
선진기업 대비 현대車 경량화 소극 대응
■ 경량소재 적용에 소극적인 현대차
이처럼 세계 선진 자동차기업들이 이들 경량소재 적용에 활발히 나서고 있는 반면 앞서 신형 제네시스의 사례에서 살펴보듯 현대차는 고급차 부품으로도 적용에 소극적인 모습을 보이고 있다. 특히 마그네슘 시트 프레임의 경우 그랜저XG를 시초로 하여 수출형 오피러스, 제네시스까지 적용되며 경량화부품으로 자리 잡는가 싶더니 이제는 어떤 차종도 사용하지 않고 있다.
이는 ‘쇳물부터 자동차까지’ 모든 밸류체인을 수직계열화 시킨 현대차그룹이 현대제철을 의식해 철강소재 사용량을 늘리는 것이 아니냐는 시선도 있다. 현대차의 신형 제네시스는 기존 강판보다 두께가 얇고 10% 가벼운 현대제철에서 개발한 초고장력 강판 비중을 과반 이상 높여 안전성을 확보했으나 경량화에는 실패했다.
또한 관련 부품업체들이 알루미늄 소재 가공경험이 적고 변화를 기피하는데서 이유를 찾을 수 있다. 자동차 강국 독일의 완성차 메이커들은 자국내 부품업체와 끈끈한 협력을 통해 엔진, 파워트레인, 섀시 설계 및 경량화 기술을 확보하며 다른 기업과 격차를 벌이고 있다. 경량화는 피할수 없는 대세다. 이에 우리나라 대·중소기업의 협력과 정부의 뿌리기업 육성이 요구되고 있다. 또한 강철소재 부품과의 접촉 부식성, 타 소재 대비 고비용의 문제, 엔지니어링·디자인·제조·성능 테스트·인증을 아우르는 인프라 구축이 절실한 상황이다.
