1970년대 발생한 ‘오일쇼크’ 이래 산업계에서는 연비향상, 자동차 경량화, 배기량 감소 및 탑승자의 안전 향상을 모두 만족할 수 있는 방안 찾기에 골몰하고 있다. 이런 추세는 알루미늄이나 마그네슘, 고장력 강판, 플라스틱, 탄소섬유와 같은 신소재의 개발 및 사용량 증대를 이끌었다. 1980~90년대 유가가 하향 안정화되면서 연비가 좋은 초경량 자동차에 대한 관심이 덜했으나, 2000년대 이후 유가 상승과 탄소배출량 감소 등의 환경규제가 강화되고 연비향상 요구와 함께 환경오염 관련 법안 상정에 직면함으로써 자동차에 경량재료 사용이 적극적으로 추진되고 있다.

마그네슘이 자동차부품으로 각광받는 이유는 단순하다. 철강의 1/4, 알루미늄의 2/3에 불과하여 연비향상에 바로 효과가 나타난다. 일반적으로 10%의 경량화는 8%의 연비향상 뿐만 아니라 제동거리, 안전 등에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한 제조 및 폐차시 발생되는 스크랩은 전량 리싸이클링이 가능하다는 장점도 있다. 그러나 잉곳가격이 알루미늄 보다 1.5배 비싸고, 내식성 확보를 위한 추가적인 표면처리 비용, 그리고 원자결정구조상 특히 단조나 압연이 어렵다는 단점도 있다.

■ 韓 Mg 시장 선진국, 車분야는 미진

우리나라는 마그네슘 세계 5대 소비국이며, 시장 성장률 1위를 기록하고 있는 마그네슘 선진국이다. 우리나라 마그네슘 전문가의 수준은 대단히 높고 현재 제련공정을 비롯해 주조, 판재생산, 표면처리, 도장 등의 모든 전 공정에 대한 기술이 확보돼 있으며 이들 기술을 활용하여 여러 업체들이 영업활동을 영위하고 있다.

10년전만해도 마그네슘은 자동차 부품으로 주로 사용됐다. 최근에는 스마트폰이 주요 시장으로 부상했지만 그 사용량이 줄어든 것은 아니다. 자동차부품의 최초적용은 90년대 중반 키락하우징, 에어백, 스티어링 휠코어 등 소형부품으로 시작됐으며 그 이후 스티어링 컬럼브라켓, 시트 프레임 등 중형부품으로 확산돼 마그네슘의 르네상스 시대가 올 것으로 예상되었다. 그 외에 정밀 부품인 헤드램프 하우징(AFLS), LED 히트싱크 등에 활용되었다. 이러한 부품 등은 대부분 현대 기아자동차 중심으로 진행되었으나 최근 GM대우, 쌍용자동차에서도 R&D 및 양산적용을 일부 하고 있다.

그러나 최근 현대기아 자동차는 마그네슘 사용량을 줄이고 철강 사용을 늘이고 있어 향후 자동차부품에 적용의 전망은 어둡다.

■ Mg을 이용한 각국의 경량화 노력

세계적으로 마그네슘 잉곳의 주된 수요처는 마그네슘 제품생산에 사용되는 다이캐스팅 등 주조용 분야, 알루미늄 합금원소, 그외 철강재 탈황제 분야와 타이타늄 환원제 분야 등을 들 수 있다. 과거의 주된 수요분야는 알루미늄 합금용이었으나 2006년 이후 주조 분야로 전환되었다. 주조분야의 수요는 자동차 경량화 요구에 따라 자동차 부품용 다이캐스팅에 가장 많이 사용된다.

마그네슘이 자동차부품에 사용된 역사는 거의 100년의 역사를 가지고 있다. 1934년부터 생산된 딱정벌레 차로 유명한 비틀은 차 1대당 크랭크 케이스 및 변속기 케이스에 17Kg의 마그네슘이 사용됐는데 전체 사용량은 1971년까지 총 4만2천톤에 달한다.

내연기관 자동차의 연비 향상과 그린카 상용화에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라 마그네슘 소재의 적용량이 급속히 확대될 전망이며 특히 전기자동차, 연료전지 자동차와 같은 그린카의 경우 배터리의 무게 증가로 인하여 차체의 경량화가 필수적인 요소로 인식되고 있다. 미국의 USAMP에서는 ‘Magnesium Vision 2020'이란 자료를 통해 자동차에 적용중인 마그네슘 부품을 2005년 5kg/대에서 2020년 160kg/대로 확대하기 위한 연구개발을 수행 중이다.

자동차 부품에 사용된 마그네슘 다이캐스팅 부품은 그 사용 범위 및 사용량 모두 계속해서 증가하고 있다. 2006년 자동차 부품에 16만5천톤의 마그네슘이 사용되었으며 전 세계 자동차 생산량 6,920만대 기준, 대당 평균 2.4kg이 적용되었다. 1990년대 중반부터 유럽, 북미, 일본 지역 등의 마그네슘 다이캐스팅 자동차 부품 시장 평균 성장률은 연간 10~15% 가량이며, 중국은 2000년대 중반부터 자가용이 생활화되면서 50% 이상의 다소 과한 성장률을 기록 중이다.

리싸이클링이 가능한 것은 마그네슘이 자동차에의 적용되는 매우 중요한 이유 중의 하나로 수명이 다한 자동차의 수가 점점 늘어남에 따라 구성 재료의 재활용 요구가 늘어나고 있다. 마그네슘은 다른 손상없이 비교적 재료 손실이 낮게 리싸이클링이 가능하여 매우 경제적이다. 몇몇 유럽 지역에서는 자동차 분해 전문 업체가 활발히 사업을 진행하고 있다. 2006년 이후 생산된 모든 자동차들은 반드시 적어도 평균 자동차 무게의 80%는 재활용 및 재사용해야 하며 이는 2015년까지는 각각 95%와 90%가 되도록 해야 한다.

주요 자동차 생산업체들은 동력 부품(엔진, 트랜스미션 등)을 알루미늄이나 철강 부품에서 고기능 마그네슘 합금으로 교체하고 있으며 미 에너지부와 Ford, GM, Chrysler와 공동으로 시작한 USCAR 프로그램은 이런 프로젝트들을 이끌 것으로 보이나, 비슷한 선례가 유럽과 아시아 자동차 메이커에도 있다.

1980년대부터 마그네슘 사용량은 꾸준히 증가하였으나 최근 10년간 경량화 요구, 연비향상, 가공성이 우수한 마그네슘 합금 개발 등으로 인해 자동차 산업에서의 마그네슘 적용이 늘어나면서 그 사용량이 크게 증가하였다.

중국은 자동차 산업이 초고속으로 성장하고 있으며 2010~2015년에는 세계 최대의 자동차 생산 국가가 될 것으로 보인다. 평균 연료 소비량은 일본의 2배이며 연료 소비 감소를 위한 경량화 요구도 이미 인지하고 있으므로 마그네슘 다이캐스팅 부품의 수요량이 더욱 더 빠른 속도로 증가할 것으로 보인다. GM, Ford, Toyota, DaimlerChrysler, Volkswagen, Renault-Nissan, PAS, Honda, Hyundai, Kia, Fiat, Suzuki, Mazda 등 유명한 자동차 메이커들이 중국에서 생산을 하고 있으며 Delphi, Visteon, Bosch, Denso, Lear, Jahnson, TRW, Dana, Magna, Valeo, Continental, Federal-Mogul, ZF 등 자동차 부품 메이커들 역시 모두 이곳에서 활동하고 있다.

160kg에 달하는 60여개의 마그네슘 부품은 2000년대 중반, 자동차 메이커들로부터 이미 인증을 받았다. 비철 잡지인 Light Metal Age는 유럽에서 2006년 자동차 1대당 마그네슘 사용량이 차종에 따라 9.3~20.3kg까지 사용되었으며 북미지역에서는 5.8~26.3kg이 적용되었다고 밝혔다.

2020년에는 EU 및 미국의 배출가스 규제 및 연비향상 요구 등으로 연평균 12.5% 이상의 마그네슘 부품 성장률을 보일 것으로 예상된다. 이에 따라 주조제품 특성상 발생되는 재생 잉곳 양을 포함한다면 총 수요량은 75만4천톤의 수요가 요구될 것으로 예상된다.

▲ 미국 마그네슘 자동차부품 적용계획 (출처:USAMP, Magnesium Vision 2020).

■ 사람과 자동차도 다이어트가 필요하다

최근 성인병은 비만에서 비롯한다. 사람도 살이 찌면 각종 뇌출혈, 고지혈증 등 노출되며, 따라서 운동부족으로 심각해진 상태가 된다.

자동차도 마찬가지다.

한국이 자랑하는 프리미엄 세단인 제네시스가 2008년 첫 출시되었다. 동급차량에 비해 미국차에 비해서는 가볍고 유럽차와는 비슷한 중량을 가져 미국차보다 연비가 우수했던 것은 경량소재가 기여한 바가 크다. 후드에 알루미늄 판재를 이용하고, 3.5Kg에 불과한 시트 프레임 등으로 마그네슘 합금이 총 10Kg 가까이 사용되었다.

5년후 신형 제네시스가 최근에 출시되었다.

신형 차종이 나오면서 편의 및 안전장치의 탑재로 약간의 중량 증가가 있어 왔으나 150Kg이나 중량이 증가하여 무려 제일 가벼운 차종이 1,900Kg다. 이는 상위차종인 에쿠스 3.8모델 1845Kg에 비해서도 더 무겁고 여기다 또 전자식 사륜구동 시스템 `HTRAC`을 옵션으로 장착하면 차량 중량은 추가로 70㎏가 더 늘어나 2톤에 육박한다.

신형 제네시스가 출력 및 토크, 연비, 이산화탄소 배출량 등 대부분의 효율성 평가 수치에서 이전 모델보다 성능이 저하된 것으로 나타났다. 현대자동차측에서는 다양한 편의 및 안전 기능을 대거 탑재하면서 공차 중량이 8.6% 늘어났다고 밝혔다. 그러나 탑재되는 전장 부품 수가 늘고 이는 자연스럽게 차량 중량 증가로 이어졌다고 밝히고 있으나 경쟁 차종은 이런 기능이 없는 것도 아니다.

기존 강판보다 두께를 얇게 하여 10% 가벼운 현대제철에서 개발한 초고장력 강판 비중을 과반 이상 높였음에도 성능은 저하되고 연비는 나빠지는 결과를 초래하고 있다. 고강력강판을 사용하여 안전성을 높이는 것도 한가지 방법이지만 알루미늄 및 마그네슘 등 비철경량금속소재 부품을 사용함으로서 안전성과 경량화를 함께 추구하는 것은 더 중요하다.

가격하락에 부품적용 확대…연평균 12.5% 증가 기대

현대車 경량소재 채택 소극적, 소재부품업계와 협력 요구

특히 마그네슘 시트 프레임의 경우 그랜저XG를 시초로 하여 수출형 오피러스, 제네시스까지 연결되어 자동차경량화부품으로 자리 잡았으나 이제는 어떤 차종도 사용하지 않아 아쉬움이 남는 부품이다.

유럽차 등은 이러한 중량증가에 알루미늄, 마그네슘, 탄소섬유 등의 적극적인 신소재를 적극 채용함으로서 자동차의 경량화와 주행성능, 안전성을 확보하는데 적극적이다. 아우디의 A8모델의 경우 이미 20여년 전부터 알루미늄 스페이스 프레임을 100% 사용하고 있으며, 기타 업계에서도 수년전부터는 도어, 루프, 후드, 트렁크 리드 등에 알루미늄은 보편화되었고 이 보다 더 가벼운 마그네슘과 탄소섬유를 검토하는 시점에서 가격이 경량소재보다 값싼 고장력 강판을 고집하고 있는 것이다.

독일완성차 업체들의 저력은 하루아침에 생긴 것이 아니다. 100년의 역사에서 자국내 부품업체들과의 유대관계를 형성하면서 엔진 등 파워트레인, 섀시 설계 및 경량화 기술을 구축해왔다. 이들 소위 명차 3사가 상호 기술개발 경쟁을 유지하면서 미국 일본업체 등이 따라잡기 어려운 속도로 동반성장한 결과이다.

또한 EU집행위는 자동차의 이산화탄소(CO₂) 배출기준을 현재보다 더 강화할 것을 제안하고 있다. 무역환경정보네트워크(TEN)에 따르면 EU집행위는 신형 자동차의 CO₂ 배출기준을 현재 시행 중인 2015년까지 130g/km에서 2020년까지 평균 95g/km로 강화하는 내용의 규제안을 제안할 예정이다. EU는 온실가스 배출량 감축 노력의 일환으로 2009년 자동차의 CO₂ 배출기준을 2015년까지 130g/km로 하는 내용의 법률을 승인한 바 있다.

BMW 528i는 공차중량 1625kg에 CO₂ 배출량 150g/km이고 메르세데스-벤츠 E300은 공차중량 1735kg에 CO₂ 배출량 172g/km인데 반해 신형 제네시스는 공차중량 1900kg에 CO₂ 배출량 189g/km로 이산화탄소 배출량 저감 등을 위해 차량 경량화가 최대 이슈라는 점에서 신형 제네시스가 유럽에서의 성공 가능성이 궁금해진다.

▲ 2020년 마그네슘 분야별 Primary 잉곳 사용 예상량.

■ 소재 가격하락, 자동차용 Mg부품 재도약 기대

마그네슘 소재에 10%의 수출관세를 징수해오던 중국정부가 2013년 1월부터 10%의 수출관세를 취소함에 따라 가격 하락이 지속되고 있다. 순마그네슘 수입 평균가격은 톤당 2,847.1달러를 기록하며 1월부터 시작한 가격 내림세를 이었다. 특히, 2012년 1~3분기에 약 3,085달러를 기록하던 중국산 순마그네슘 가격이 2013년에는 2,823달러로 전년대비 8% 하락하였다. 또한 마그네슘 합금가격은 2012년 상반기 3,462달러 수준이었으나 2013년에는 3,131달러로 전년 동기대비 9% 하락하는 등 마그네슘 원자재의 가격인하 효과를 가져와 부품가격에 민감한 자동차부품 적용에 유리한 점을 제공하고 있다. 또한 강릉 옥계에서 진행중인 포스코 마그네슘 제련 사업의 본격적인 가동으로 안정적인 마그네슘 소재의 공급이 이루어질 경우 국내 마그네슘 자동차 부품 산업은 소재수급, 가격적 측면에서 안정성이 확보되어 성장세는 배가 될 수 있을 것으로 전망된다.