글로벌 리서치 기업 블룸버그NEF는 2022년도까지 약 500개 이상의 전기차 모델이 출시될 것으로 전망하며 지난해 170만 대였던 판매량은 오는 2030년에 2,600만 대까지 증가할 것으로 예측했다. 전기차 시대의 도래가 가시화되는 가운데 전기차의 연료 효율성 제고와 차량 탄소 배출 절감을 동시에 실현할 수 있는 차량 경량화 전략이 자동차 업계에 더욱 중요해지고 있다. 자동차 연료 소비의 약 23%는 차량 중량과 관련이 있는데, 차량을 경량화하면 내연기관 차량 대비 연료 효율성이 떨어진다는 전기차의 단점을 극복할 수 있기 때문이다. 즉, 1회 충전 당 주행거리를 내연기관 자동차 수준으로 높여야 하는 과제를 지닌 전기차에 있어 차량의 무게는 조금이라도 더 줄여야 하는 숙제이다.
차량 경량화는 크게 구조(Design), 공법(Processing), 소재(Materials) 측면의 접근법으로 구분되는데, 차체 혹은 섀시 구조의 형상을 최적화하는 구조적 접근과 부품 수나 소재 사용량을 저감시키는 공법적 접근의 경우 비용이 높아 적용 범위에 한계가 있다. 때문에 차량 경량화 연구에서 가장 중점이 되는 분야는 모든 차종에 적용이 가능하고 더 나아가 항공 및 풍력발전 산업에까지 확장할 수 있는 신소재 연구/개발이다. 특히, 경량화 소재의 사용은 자동차 산업에서 매우 빠르게 증가하고 있다. 글로벌 컨설팅 기업 맥킨지&컴퍼니에 따르면 2010년에 29%였던 경량화 소재 비율이 2030년에는 67%까지로 두 배 이상 늘어날 전망이다. 기존에 가장 흔하게 사용되던 일반 강판(Mild Steel)의 비중은 줄어들고 가벼운 소재의 고장력강판(HSS) 및 알루미늄(Aluminum)의 사용은 더욱 더 증가할 것으로 예상된다.
고장력강판과 알루미늄 외에 자동차 업계가 주목하는 분야가 바로 고분자 복합재(Polymer Composites)이다.
고분자 복합재는 단일 소재가 아니라 특정한 용도에 사용되는(Application-specific) 복합재로, 가장 큰 무게 절감효과가 있으나 비용 또한 높다는 단점이 있다. 이에 따라 고분자 복합재는 주로 프리미엄 및 높은 성능의 자동차 소재로 사용된다. 주로 고분자 수지에 탄소섬유를 보강한 탄소섬유복합재(CFC, Carbon Fiber Composite)가 사용되며 인장강도가 철에 비해 5배 이상 높고 제조 방법에 따라 다양한 성질의 제품을 만들 수 있다는 특징이 있다.
종래의 플라스틱 사출 성형에 발포를 적용함으로써 경량화를 실현하는 공법도 주목받고 있다. 이 분야에서는 국내 기업들의 성과가 두드러진다. LS엠트론은 지난 2019년 트렉셀과 뮤셀 기술 개발 협약을 체결하고 초미세 발포 성형 기술을 선보였고, 우진플라임은 세계 최초로 저압 미세 물리 발포 사출기 ‘슈퍼-폼(Super-Foam)’을 개발해 이미 공급하고 있다.
한편 유럽 사출기 메이커 엥겔은 최근 처음 저압 물리 발포 실험에 성공하고 관련 웨비나를 개최했다.
